青藏高原高寒草地植被物候時(shí)空變化特征

黃文潔，曾桐瑤，黃曉東

（蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院 / 草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730020）

物候?qū)W是研究生物圈動(dòng)植物與氣候、水文、土壤等環(huán)境因子之間相互關(guān)系的科學(xué)[1]。植物物候是指植物由于受氣候和環(huán)境因素驅(qū)動(dòng)而出現(xiàn)的以年為單位的周期現(xiàn)象[2-3]。物候變化直接影響生物生產(chǎn)，并在生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力和碳循環(huán)中發(fā)揮關(guān)鍵作用，許多學(xué)者形象地認(rèn)為物候是季節(jié)性和內(nèi)生性的最敏感的綜合指標(biāo)。近100年來(lái)，在變暖已成為事實(shí)的背景下[4]，植物物候因其對(duì)氣候變化響應(yīng)的敏感性已經(jīng)成為生態(tài)系統(tǒng)對(duì)氣候變化反饋的重要感應(yīng)器和全球變化中重點(diǎn)研究的對(duì)象[5]。

傳統(tǒng)的物候觀測(cè)采用野外人工目視觀察法，該方法耗費(fèi)大量人力物力，并且不易開展大范圍長(zhǎng)時(shí)間序列的監(jiān)測(cè)。遙感觀測(cè)具有覆蓋范圍廣、連續(xù)的空間、長(zhǎng)時(shí)間序列的特點(diǎn)，能夠定量反映植物的季節(jié)生長(zhǎng)和發(fā)育及其年際間的年際變化等特征，而成為傳統(tǒng)物候觀測(cè)手段的有效補(bǔ)充[6]。越來(lái)越多的學(xué)者以遙感技術(shù)為手段深入研究植被物候變化，使其逐步發(fā)展為一門獨(dú)立的學(xué)科并成為全球氣候變化研究的重要組成部分。宋春橋等[7]利用2001-2010年MODIS EVI數(shù)據(jù)對(duì)藏北高原典型樣區(qū)物候的時(shí)空變化進(jìn)行了分析。田柳茜[8]選用GIMMS NDVI (1982-2006)、SPOT NDVI (1999-2013)和 MODIS NDVI(2001-2013)數(shù)據(jù)集探討了青藏高原返青期的時(shí)空特征。李鵬[9]選擇GIMMS NDVI(1982-2012)、 SPOT NDVI(1999-2012)和MODIS NDVI(2001-2012)3種植被指數(shù)數(shù)據(jù)來(lái)研究青藏高原植物枯黃期的時(shí)空轉(zhuǎn)變。近年來(lái)，關(guān)于草地植被物候時(shí)空變化特征在其他地區(qū)已有大量的研究，但針對(duì)青藏高原地區(qū)高寒草地植被物候的研究，尚存在地面驗(yàn)證數(shù)據(jù)較少，時(shí)空尺度較小，以及不夠深入等問(wèn)題。因此，本研究基于地面觀測(cè)數(shù)據(jù)以及遙感數(shù)據(jù)，分析青藏高原高寒草地的植被物候特征，以期為后期研究物候?qū)夂虻捻憫?yīng)做好準(zhǔn)備。

NDVI植被指數(shù)由于對(duì)葉綠素敏感，曲線變化幅度大，可消除部分太陽(yáng)高度角和觀測(cè)條件帶來(lái)的噪聲等特點(diǎn)，使其成為物候研究中廣泛而有效的選擇[10]。利用遙感數(shù)據(jù)提取植物物候期主要有閾值法、最大斜率法、滑動(dòng)平均法和經(jīng)驗(yàn)公式法等方法[11]。這些數(shù)學(xué)方法各有優(yōu)劣，如丁明軍等[12]利用1999-2009年SPOT VGT-NDVI數(shù)據(jù)采用最大比率法對(duì)高寒草地物候的時(shí)空變化進(jìn)行了分析。司文才和劉峻明[13]選用2000-2009年NDVI數(shù)據(jù)，采用動(dòng)態(tài)閾值法研究了河北省冬小麥(Triticum aestivum)的返青期，得出冬小麥返青期由南到北逐漸推遲的結(jié)論。侯學(xué)會(huì)等[14]利用Logistic模型對(duì)NDVI累積曲線進(jìn)行擬合，依據(jù)曲率極值方法提取植被物候，研究了近10年?yáng)|北地區(qū)的森林物候。

青藏高原是全球氣候變化響應(yīng)較為敏感的地區(qū)，其熱液條件處于生物生長(zhǎng)極限，生態(tài)系統(tǒng)極其脆弱[15]。本研究針對(duì)青藏高原高寒草地，選用2001-2015年MODIS-NDVI數(shù)據(jù)，基于TIMESAT軟件提取植被返青期、枯黃期及生長(zhǎng)季長(zhǎng)度3個(gè)物候指標(biāo)，分析其時(shí)空變化特征，探究其驅(qū)動(dòng)因子，以期為青藏高原高寒草地物候監(jiān)測(cè)打下基礎(chǔ)。

1 研究區(qū)概況

圖1 青藏高原草地類型及牧試臺(tái)站空間分布Figure 1 Distributions of the grasslands and climate stations on the Tibetan Plateau

青藏高原位于我國(guó)西南部 73°19′-104°47′ E，26°00′-39°47′ N(圖 1)，是世界上海拔最高的高原，有世界“第三極”的美譽(yù)[16]。青藏高原長(zhǎng)約 2 800 km，寬 300～1 500 km，總面積達(dá) 257.24 萬(wàn) km2，占我國(guó)陸地面積的26.8%[17]。青藏高原區(qū)域地形復(fù)雜多樣，地勢(shì)落差大，海拔由西北向東南逐漸降低。全年氣溫低、區(qū)域差異大，降水少且分布不均勻，東南多、西北部少，空氣稀薄，具有很強(qiáng)的太陽(yáng)輻射。由于海拔的原因使得青藏高原地區(qū)自然條件與其他中緯度暖溫帶和亞熱帶地區(qū)大有差異，青藏高原的草地類型主要有高寒草甸、高寒草原、山地草甸等17種。青藏高原的氣候變化(水熱、干濕)間接地影響了青藏高原植被的生長(zhǎng)過(guò)程，而植被的生長(zhǎng)反過(guò)來(lái)也會(huì)影響碳收支、氣候變化、土地覆蓋、農(nóng)作物估產(chǎn)及放牧等經(jīng)濟(jì)活動(dòng)[18]。研究青藏高原物候時(shí)空變化特征能夠揭示全球變暖背景下高寒草地生態(tài)碳循環(huán)及其對(duì)氣候變化的響應(yīng)[19]。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究采用2001-2015年青藏高原歸一化植被指 數(shù) (normalized difference vegetation index, NDVI)分析青藏高原高寒草地物候變化趨勢(shì)。NDVI能夠很好地反映植被的生物量、初級(jí)生產(chǎn)力以及植被覆蓋狀況，在植被生長(zhǎng)和趨勢(shì)變化的研究中得到廣泛應(yīng)用[20-21]。本研究所采用的MODIS(moderate resolution imaging spectroradiometer)V006 MOD13A1 NDVI數(shù)據(jù)集，時(shí)間為2001-2015年，空間分辨率為500 m，時(shí)間分辨率為16 d，每年23期。DEM數(shù)據(jù)從地理空間數(shù)據(jù)云(http://www.gscloud.cn/)中下載得到，空間分辨率為500 m。

研究采用了青海省氣象科學(xué)研究所提供的共計(jì)20個(gè)牧試站點(diǎn)的地面牧草物候觀測(cè)資料，用于驗(yàn)證遙感提取的物候參數(shù)(表1)。站點(diǎn)觀測(cè)記錄表明，2003-2015年，青藏高原牧草返青期主要集中在每年4月初至6月中旬(4月10日-6月12日)，返青期在空間上表現(xiàn)出顯著的差異，不同區(qū)域不同草地類型的返青期相差最大達(dá)到2個(gè)月?？蔹S期主要集中在8月末至10月初(8月29日-10月14)，相比返青期，青藏高原牧草進(jìn)入枯黃期的時(shí)段相對(duì)比較集中。

2.2 時(shí)間序列重建

16 d 最大合成法 (maximum value composite, MVC)雖然消除了部分云、大氣等對(duì)NDVI的影響，但NDVI時(shí)間序列仍然存在噪聲，氣溶膠、云層等噪聲很可能影響提取植被物候的準(zhǔn)確性[22]。因此，在提取物候參數(shù)之前需要對(duì)NDVI數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理。TIMESAT 3.2平臺(tái)提供了3種時(shí)間序列重建的方法：非對(duì)稱高斯函數(shù)擬合法(AG)[23]、雙Logistic函數(shù)擬合方法(DL)[24]和Savizky-Glolay過(guò)濾算法(S-G)[25]。S-G算法最符合原始NDVI曲線的細(xì)節(jié)，在降低噪聲的同時(shí)保持曲線的范圍與形狀不發(fā)生偏移[26]，能夠真實(shí)地反映出青藏高原NDVI數(shù)據(jù)的周期性變化[27]，因此，本研究選用S-G過(guò)濾算法擬合NDVI時(shí)間序列數(shù)據(jù)，S-G濾波窗口的值設(shè)為4。

表1 牧試臺(tái)站經(jīng)緯度與海拔Table 1 Latitude, longitude, and altitude of the pasture test stations

2.3 物候參數(shù)提取

植被的 3 個(gè)參數(shù)，生長(zhǎng)季開始 (the start of growth season, SOG)、生長(zhǎng)季結(jié)束 (the end of growth season,EOG)和生長(zhǎng)季長(zhǎng)度 (length of growth season, LOG)被用來(lái)反映植物的物候變化。 采用儒略日 (Julian days)換算方法，將物候出現(xiàn)日期轉(zhuǎn)化為距1月1日的實(shí)際日數(shù)，即年序列累積日數(shù)，得到各物候期的時(shí)間序列?；谶b感技術(shù)的SOG是指大多數(shù)植物開始擴(kuò)大葉片并正常生長(zhǎng)的日期，此后植被進(jìn)入快速生長(zhǎng)階段。EOG指大多數(shù)植物不能正常生長(zhǎng)并且葉子開始變黃的日期，之后植物進(jìn)入休眠或死亡階段。LOG等于EOG減去SOG，這與傳統(tǒng)概念上生長(zhǎng)季節(jié)是指“一年中植物生長(zhǎng)的天數(shù)”不同。目前，針對(duì)時(shí)間序列的遙感數(shù)據(jù)發(fā)展了不同的物候期提取方法，包括閾值法[28-29]、曲線擬合法[30]、最大變化速率法[31]和經(jīng)驗(yàn)回歸法[32]等，但未對(duì)最佳提取方法形成普遍共識(shí)[33]。結(jié)合該區(qū)域的前期研究，本研究采用閾值法提取青藏高原高寒草地植被物候期。其中，當(dāng)NDVI增加至擬合函數(shù)左半部分振幅20%時(shí)定義為植物返青期，當(dāng)NDVI降低至擬合函數(shù)右半部分振幅60%時(shí)定義為植物枯黃期[9]，生長(zhǎng)季的長(zhǎng)度則為返青期與枯黃期時(shí)間之差，據(jù)此利用TIMESAT軟件逐年提取青藏高原高寒草地植被物候參數(shù)。

2.4 趨勢(shì)分析方法

為了研究青藏高原高寒草地近15年植被物候時(shí)空變化特征，本研究采用趨勢(shì)分析法來(lái)擬合2001-2015年物候的年際變化[34-35]。年變化率(Slope)大于零表示返青期推遲、枯黃期推遲或生長(zhǎng)季延長(zhǎng)的趨勢(shì)，年變化率小于零表示返青期提前、枯黃期提前或生長(zhǎng)季縮短的趨勢(shì)。公式如下：

式中：y為第i年的物候；i為年變量，從1年到n年。

3 結(jié)果與分析

3.1 精度驗(yàn)證

利用20個(gè)牧試站提供的青藏高原牧草物候期觀測(cè)數(shù)據(jù)作為真值，采用回歸系數(shù)(R2)、平均誤差(Bias)和均方根誤差(RMSE)對(duì)MOD13A1產(chǎn)品提取的物候期進(jìn)行精度驗(yàn)證。2003-2015年20個(gè)驗(yàn)證站點(diǎn)MOD13A1識(shí)別的返青期和枯黃期與地面觀測(cè)返青期和枯黃期的精度評(píng)價(jià)結(jié)果 (圖2)表明，2003-2015年，青藏高原高寒草地牧試站觀測(cè)返青期主要集中在第110-160天，而MOD13A1遙感數(shù)據(jù)提取的返青期主要集中在第100-161天。遙感識(shí)別的返青期與地面觀測(cè)值的R2= 0.61，Bias=-1.23，RMSE= 8.31，誤差超過(guò) 10 d 的占 19.6%。2003-2015年，青藏高原高寒草地牧試站觀測(cè)枯黃期主要集中在第250-290天，而 MOD13A1 遙感數(shù)據(jù) 提取的枯黃期主要集中在第240-288天。遙感識(shí)別的枯黃期與牧試站觀測(cè)值的R2= 0.64，Bias=5.64，RMSE=8.39，誤差超過(guò) 10 d 的占 22.2%。返青期和枯黃期的驗(yàn)證結(jié)果表明，基于MOD13A1產(chǎn)品提取的物候參數(shù)可以較為準(zhǔn)確地反映青藏高原高寒草地返青期與枯黃期的時(shí)空變化特征。

圖2 MOD13A1產(chǎn)品反演與地面觀測(cè)的返青期和枯黃期對(duì)比Figure 2 Comparison between the phenology observed from the ground stations and phenology based on the MOD13A1 retrieval

3.2 物候期的空間分布

通過(guò)柵格處理計(jì)算得出青藏高原高寒草地2001-2015年的物候空間分布特征圖(圖3)。青藏高原高寒草地返青期存在明顯的東早西遲的趨勢(shì)，從東南到西北，返青期開始時(shí)間逐漸推遲。多年平均返青期主要集中在儒略年第110-170天，這與牧試站地面觀測(cè)數(shù)據(jù)基本一致。青藏高原高寒草地平均返青期的時(shí)間為第137天，東部返青期主要在第130天左右，而西部則主要在第150天左右開始。返青期在高原東南部地勢(shì)較低的河谷地區(qū)最早，在緯度或海拔較高的區(qū)域，牧草地返青期較晚。

青藏高原高寒草地枯黃期在空間分布上也存在明顯的差異，由中部向西南和東南方向逐漸推遲，高原中部枯黃期在第260-280天，西部邊緣枯黃期遲于東部，約在10月中下旬枯黃。從枯黃期空間分布特征圖來(lái)看，整個(gè)青藏高原高寒草地的平均枯黃期時(shí)間為第286天左右，草地集中在9月初到10月底進(jìn)入枯黃期。在返青期和枯黃期的共同作用下，牧草生長(zhǎng)季長(zhǎng)度自東南至西北逐漸縮短，這一趨勢(shì)符合研究區(qū)地勢(shì)和氣候的特征。生長(zhǎng)季長(zhǎng)度集中在第100-170天，平均生長(zhǎng)季長(zhǎng)度為 149 d。

3.3 物候期的年際變化

通過(guò)線性擬合青藏高原2001-2015年高寒草地物候期的年際變化趨勢(shì)(圖4)。返青期的趨勢(shì)并不是固定的，在不同的時(shí)間段內(nèi)趨勢(shì)不盡相同。2001-2009年間，返青期有明顯的提前趨勢(shì)，返青期提前 18 d；2009-2015 年間，返青期推遲 4 d。總體而言，青藏高原高寒草地的返青期呈現(xiàn)出提前的趨勢(shì)，2009年草地的返青期最早。青藏高原高寒草地植被枯黃期呈現(xiàn)波動(dòng)提前的趨勢(shì)，這一趨勢(shì)較之返青期而言并不明顯，2002、2008和2013年牧草進(jìn)入枯黃期較早，2001-2015年間青藏高原高寒草地植被枯黃期整體提前5 d。將2001-2015共15年分為兩個(gè)時(shí)間段，在2001-2008年期間枯黃期以每年0.857 d的速度提前，在隨后的2008-2015年又出現(xiàn)了推遲的趨勢(shì)，每年推遲0.286 d(圖4)。從整個(gè)研究期來(lái)看，2001-2015年枯黃期呈現(xiàn)出微弱的提前趨勢(shì)。在青藏高原高寒草地返青期和枯黃期年際變化的共同影響下，青藏高原高寒草地植被生長(zhǎng)期呈現(xiàn)波動(dòng)延長(zhǎng)的趨勢(shì)，平均生長(zhǎng)季長(zhǎng)度延長(zhǎng)了9 d，其中2007年的平均生長(zhǎng)季長(zhǎng)度最長(zhǎng)，達(dá)到158 d。

圖4 2001-2015年青藏高原高寒草地植被物候年際變化Figure 4 Inter-annual variation of the vegetation phenology in the alpine grasslands of the Tibetan Plateau from 2001 to 2015

選取青藏高原山地草甸類、高寒草原類、高寒草甸類3種典型的高寒草地類型，分析其物候期差異。青藏高原不同草地類型的物候差異顯著(圖5)，結(jié)果表明，山地草甸類植物返青期較早，返青期集中在第124-134天；高寒草甸類的植物返青期次之，集中在第132-141天；高寒草原類的植物返青期最晚，在第142-152天。不同草地類型的枯黃期相比返青期時(shí)間相對(duì)比較集中，其中高寒草原類與高寒草甸類在第270-282天進(jìn)入枯黃期，山地草甸類在第278-288天進(jìn)入枯黃期。在返青期與枯黃期的共同影響下，山地草甸類的生長(zhǎng)季長(zhǎng)度最長(zhǎng)，范圍在145～162 d，高寒草原類的生長(zhǎng)季長(zhǎng)度最短，范圍在123～140 d，高寒草甸類草地的生長(zhǎng)季長(zhǎng)度在133～148 d。2001-2015年間，不同草地類型的返青期都有提前的趨勢(shì)，但趨勢(shì)并不顯著，而枯黃期高寒草原類與高寒草甸類表現(xiàn)出一定的提前趨勢(shì)，山地草甸類基本沒(méi)有表現(xiàn)明顯的提前或推遲趨勢(shì)。

圖5 青藏高原不同草地類型物候年際變化特征Figure 5 Inter-annual variation of the vegetation phenology in the different grassland types of the Tibetan Plateau

2001-2015年，青藏高原高寒草地物候年際變化在空間分布上也呈現(xiàn)出顯著的差異(圖6)。牧草返青期中呈提前趨勢(shì)的占71.71%，呈推遲趨勢(shì)的占28.29%，在青藏高原高寒草地東部和西北地區(qū)返青期呈現(xiàn)出推遲的趨勢(shì)。其中，返青期顯著提前的占5.12%，顯著推遲的占2.11%。牧草枯黃期中呈提前趨勢(shì)的占65.18%，呈推遲趨勢(shì)的占34.82%，枯黃期提前的區(qū)域集中在青藏高原高寒草地中部?？蔹S期顯著提前的占4.05%，顯著推遲的占2.81%。從牧草生長(zhǎng)季長(zhǎng)度變化來(lái)看，具有增長(zhǎng)趨勢(shì)的占57.81%，具有縮短趨勢(shì)的占42.19%，整體呈現(xiàn)延長(zhǎng)趨勢(shì)。生長(zhǎng)季長(zhǎng)度中約2.67%的區(qū)域顯著提前，約6.15%的區(qū)域顯著推遲。

3.4 物候期的海拔差異

以100 m間隔為海拔梯度提取不同草地類型的物候參數(shù)，對(duì)物候與海拔建立線性擬合關(guān)系，反映出2001-2015年青藏高原高寒草地物候受海拔因素影響的趨勢(shì)。結(jié)果表明，青藏高原2001-2015年高寒草地植被物候受海拔因素影響(圖7)。在海拔2 000-3 500 m，返青期呈現(xiàn)不規(guī)則波動(dòng)，海拔對(duì)不同草地類型的返青基本沒(méi)有任何影響；在3 500-5 100 m，返青期隨海拔的升高而推遲，在 5 100 m以上，隨著海拔的升高返青期反而提前?？蔹S期以5 200 m為界，出現(xiàn)兩種不同的趨勢(shì)，在2 000-5 200 m范圍內(nèi)，隨著海拔升高枯黃期呈現(xiàn)波動(dòng)提前的趨勢(shì)；在5 200 m以上，枯黃隨著海拔的升高而推遲。對(duì)于生長(zhǎng)季長(zhǎng)度而言，以3 500和5 000 m為節(jié)點(diǎn)，小于3 500 m生長(zhǎng)季長(zhǎng)度變化不規(guī)則，海拔在 3 500-5 000 m，生長(zhǎng)季長(zhǎng)度縮短。海拔大于5 000 m 時(shí)，生長(zhǎng)季長(zhǎng)度反而延長(zhǎng)。在海拔 5 000 m以上出現(xiàn)了植物物候特征與低海拔相反的變化趨勢(shì)，可能是由于受積雪覆蓋地表的影響，造成草地植被物候提取出現(xiàn)偏差。

綜上所述，海拔因素很大程度上影響了青藏高原高寒草地物候期。當(dāng)海拔在3 500-5 000 m時(shí)，海拔每升高500 m，牧草返青期推遲4.3 d，枯黃期提前 1.3 d，生長(zhǎng)季長(zhǎng)度縮短 5.6 d。在海拔 3 500 m以下，牧草返青期和生長(zhǎng)季長(zhǎng)度與海拔并無(wú)明顯的相關(guān)關(guān)系(圖7)，這可能是受到人類活動(dòng)的影響[13]。在海拔5 000 m以上，植被物候隨海拔變化的關(guān)系呈現(xiàn)出相反的趨勢(shì)，因?yàn)樵? 000 m以上的區(qū)域，主要以寒漠或苔原為主，該區(qū)域植被生命活動(dòng)短暫，對(duì)物候參數(shù)進(jìn)行提取基本是不可行的，造成分析結(jié)果可信度較差。

青藏高原不同草地類型對(duì)海拔變化的響應(yīng)有所不同，本研究選取了高寒草甸類、高寒草原類、山地草甸類3種草地類型來(lái)分析其在不同海拔高度植物的返青期、枯黃期和生長(zhǎng)季長(zhǎng)度的變化。分析結(jié)果表明，在 3 500-5 000 m 海拔區(qū)間，3 種草地類型的返青期都隨著海拔的升高而推遲。其中高寒草原類的推遲幅度最大，達(dá)到9.41 d?？蔹S期隨海拔變化的趨勢(shì)不明顯，波動(dòng)較大，山地草甸類與高寒草甸類與海拔呈負(fù)相關(guān)的關(guān)系，說(shuō)明隨著海拔的升高，枯黃期逐漸提前，但高寒草原類隨著海拔的升高卻呈現(xiàn)枯黃期推遲的趨勢(shì)，R2達(dá)到 0.513 6。生長(zhǎng)季長(zhǎng)度在海拔 3 000-5 000 m 區(qū)間，都表現(xiàn)出隨著海拔的升高而縮短的趨勢(shì)，且趨勢(shì)顯著(圖8)。

4 討論與結(jié)論

圖7 2001-2015年青藏高原高寒草地物候期與海拔的關(guān)系Figure 7 Relationship between the phenology and altitude of the alpine grasslands of the Tibetan Plateau from 2001 to 2015

圖8 青藏高原不同草地類型物候期與海拔的關(guān)系Figure 8 Relationship between the phenology and altitude of the different grassland types of the Tibetan Plateau

青藏高原高寒草地植被物候的變化趨勢(shì)不是單純的線性變化，在不同的時(shí)間段，有不同的趨勢(shì)，呈現(xiàn)出的變化非常復(fù)雜。因此，推測(cè)這是由于物候提取方法不同，即物候期是由多種因素共同決定導(dǎo)致的，如水熱因素和人為因素等。丁明軍等[12]認(rèn)為，1999-2009年間，青藏高原高寒草地返青期整體上呈提前趨勢(shì)，枯黃期呈推遲趨勢(shì)，生長(zhǎng)期長(zhǎng)度延長(zhǎng)，在重合的時(shí)間段本研究也得出相同的結(jié)果。田柳茜[8]選用GIMMS (1982-2006)、SPOT (1999-2013)、MODIS (2001-2013)3種NDVI數(shù)據(jù)提取青藏高原植被返青期，盡管在絕對(duì)數(shù)值上不相同，均得出返青期提前的趨勢(shì)。馬曉芳等[36]選用1982-2005年GIMMS NDVI數(shù)據(jù)提取青藏高原高寒草地物候，得出返青期和枯黃期逐漸提前，生長(zhǎng)季長(zhǎng)度縮短的結(jié)論。呂燦賓[37]認(rèn)為1980-2010年間生長(zhǎng)季結(jié)束時(shí)間呈提前趨勢(shì)。受到時(shí)間尺度和不同遙感數(shù)據(jù)源精度的影響各研究得出的物候變化存在一定的差異，整體上，本研究結(jié)論與前人的研究基本吻合[7-9]，但在分析物候期與海拔之間關(guān)系方面，本研究得出了一些更有意義的結(jié)論。物候期并非隨著海拔的增加而呈線性變化，以5 000 m為分界點(diǎn)，在海拔3 500-5 000 m 間，草地物候與海拔之間有明顯的相關(guān)性，隨著海拔的升高牧草返青期推遲，枯黃期提前，生長(zhǎng)期長(zhǎng)度縮短。當(dāng)海拔大于5 000 m之后，寒漠或苔原受極低溫度的影響，不具有明顯的物候期[14]。

不同的研究方法將影響草地關(guān)鍵物候參數(shù)的提取，本研究采用閾值法，提取青藏高原高寒草地植被物候期。由于遙感數(shù)據(jù)分辨率較低和存在云層、大氣的噪聲等問(wèn)題，并且數(shù)據(jù)預(yù)處理方法與物候參數(shù)提取方法都將影響研究結(jié)果，所以很有必要結(jié)合地面實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)遙感數(shù)據(jù)提取的物候期進(jìn)行精度評(píng)價(jià)。例如，Chen等[38]利用中國(guó)科學(xué)院的地面實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)1982-1993年中國(guó)東部溫帶植被物候期進(jìn)行了驗(yàn)證。本研究采用2003-2015年的牧試站物候觀測(cè)值對(duì)遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行均方根誤差與偏差評(píng)價(jià)。驗(yàn)證結(jié)果表明，地面觀測(cè)數(shù)據(jù)與遙感監(jiān)測(cè)結(jié)果之間的誤差在可接受范圍內(nèi)，本研究提取的青藏高原高寒草地植被物候期參數(shù)的精度較高，可以反映青藏高原的草地植被物候的時(shí)空變化。

本研究利用MOD13A1產(chǎn)品分析了青藏高原高寒草地2001-2015年植被物候時(shí)空變化特征并探究了海拔對(duì)物候期影響。結(jié)果表明：1)青藏高原高寒草地物候在空間上存在較大差異性。由于受地形抬升和水熱條件惡化的影響，呈現(xiàn)出由東南向西北返青期逐漸推遲，枯黃期逐漸提前，生長(zhǎng)季長(zhǎng)度逐漸縮短的趨勢(shì)。2)不同草地類型物候期存在明顯差異，山地草甸類植物返青期較早，高寒草原類植物返青期較晚。高寒草甸草原類的枯黃期最早，山地草甸類的枯黃期最遲。3)青藏高原高寒草地植被物候年際變化的趨勢(shì)表現(xiàn)為返青期和枯黃期提前，整體上，生長(zhǎng)季長(zhǎng)度增長(zhǎng)。具體分析結(jié)果表明，2001-2015年間，植被返青期提前了 14 d，枯黃期提前 5 d，生長(zhǎng)季長(zhǎng)度延長(zhǎng)了 9 d。4)青藏高原高寒草地物候空間異質(zhì)性與海拔關(guān)系密切。存在著 3 500 和 5 000 m 的分界線，3 500 m以下物候隨海拔變化規(guī)律不明顯，在3 500-5 000 m之間，二者關(guān)系顯著，隨著海拔的升高，返青期推遲，枯黃期提前，生長(zhǎng)季長(zhǎng)度縮短。