2003—2018年米倉山地區(qū)植被物候時(shí)空變化及對氣候的響應(yīng)

邵周玲,周文佐,李 鳳,周新堯,楊 帆

西南大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院, 遙感大數(shù)據(jù)應(yīng)用重慶市工程研究中心,重慶 400715

物候是生物長期適應(yīng)自然環(huán)境周期性變化,形成與此相適應(yīng)的生長發(fā)育節(jié)律的現(xiàn)象,對研究植物和氣候關(guān)系具有重要意義[1- 3]。第五次IPCC報(bào)告指出在過去的130年間全球溫度上升超過了0.85℃[4],全球氣候變暖會(huì)對陸地生態(tài)系統(tǒng)在季節(jié)和年際尺度上產(chǎn)生影響,如植物在不同時(shí)期出現(xiàn)發(fā)芽、展葉、開花、結(jié)果、枯葉等物候現(xiàn)象,這些現(xiàn)象對環(huán)境變化敏感且容易觀測,因此物候通常作為氣候變化的生物感應(yīng)器[5- 6]。植物生長季的變化對全球碳的固定、CO2濃度變化以及全球水氣循環(huán)都有重要影響,揭示植物物候變化成為物候?qū)W當(dāng)前的熱點(diǎn)研究問題[7]。

在過去數(shù)十年中,受氣候變暖影響全球普遍出現(xiàn)不同程度的春季物候提前、秋季物候推遲以及生長季延長的現(xiàn)象,不同區(qū)域物候變化受自然環(huán)境差異影響存在明顯的差異,氣候變化對植物物候沿緯向和垂直方向上的分布變化都有顯著影響[8-10]。我國學(xué)者對于植被物候的研究主要集中在中國的北溫帶以及高海拔地區(qū)[11- 12],其中東北地區(qū)[13- 15]、青藏高原[16- 19]以及內(nèi)蒙古[20]是主要的研究區(qū)域。秦巴山區(qū)作為我國大陸南北氣候過渡帶和重要生態(tài)廊道,同時(shí)也是氣候變化敏感區(qū)和生態(tài)脆弱區(qū),一直以來都是物候研究的重點(diǎn)區(qū)域。目前,已有學(xué)者在秦嶺做了相關(guān)研究并取得一定成果。王釗等[21]、Xia等[22]對秦嶺物候的研究發(fā)現(xiàn)生長季始期和末期整體上分別出現(xiàn)提前和推遲,并隨著海拔升高生長季始期、末期和長度分別出現(xiàn)推遲、提前和延長趨勢；鄧晨暉等[23]發(fā)現(xiàn)秦嶺北坡的生長季始期較南坡早,生長季末期南坡則較北坡晚,在海拔>2700m的高海拔區(qū),生長季始期、末期及生長季長度隨海拔上升的波動(dòng)幅度更強(qiáng)；張曉東等[24]研究結(jié)果顯示2000—2015年秦嶺東部伏牛山地區(qū)生長季始期和生長季末期總體呈推遲變化。氣溫和降水被認(rèn)為是影響物候變化最直接的因子[25]。已有研究結(jié)果表明氣溫是影響秦嶺物候變化最重要的因素,特別是同期氣溫升高對物候始期的提前以及末期的推遲具有主導(dǎo)控制作用[21,26- 27]。

雖然目前對秦巴山區(qū)的物候研究已有初步的結(jié)論,但是由于區(qū)域植被類型豐富,垂直地帶性差異顯著,氣候變化對于秦巴山地不同垂直帶的植被物候的影響還缺乏深入的研究。本文基于2003—2018年MODIS NDVI數(shù)據(jù)分析秦巴山區(qū)典型山地-米倉山地區(qū)的植被物候時(shí)空格局變化,并且對不同垂直帶、不同植被類型的物候時(shí)空特征進(jìn)行研究,最后結(jié)合氣象資料分析物候變化與主要?dú)夂蛞蜃拥年P(guān)系,為評價(jià)全球變化背景下米倉山地區(qū)植被對于氣候變化的響應(yīng)提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

米倉山地區(qū)(30°50′—33°16′N,105°50′—109°46′E)位于秦巴山區(qū)的南部,地處陜西省、四川省和重慶市交界處,屬于大巴山的西段,呈西北-東南走向,海拔在200—2500m(圖1)。地處中國的北亞熱帶,受東南季風(fēng)和西南季風(fēng)的共同影響,年均溫15℃左右,年降水量達(dá)1200mm以上,氣候溫和濕潤,四季分明。米倉山地區(qū)植被類型豐富,主要有常綠闊葉林、落葉闊葉林、常綠針葉林、落葉闊葉灌木林、常綠闊葉灌木林、針闊混交林以及草地。

圖1 研究區(qū)地形與主要植被類型分布Fig.1 The landform and main vegetation types of study area

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與預(yù)處理

本文中植被指數(shù)數(shù)據(jù)采用美國國家航空航天局(https://earthdata.nasa.gov)的16d合成250m MYD13Q1數(shù)據(jù)產(chǎn)品。采用官方提供的MRT(MODIS Reprojection Tool)對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理,最后裁切得到研究區(qū)2003—2018年的NDVI數(shù)據(jù)。氣候數(shù)據(jù)來源于中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://data.cma.cn),包括2003—2018年米倉山地區(qū)及其附近共28個(gè)氣象站點(diǎn)的平均氣溫和降水量日數(shù)據(jù)。先將氣溫和降水?dāng)?shù)據(jù)整理為月均溫、月累計(jì)降水量,再采用ANUSPLIN工具將氣象數(shù)據(jù)插值為250m的柵格數(shù)據(jù)。地形數(shù)據(jù)為30 m分辨率的ASTER GDEM 數(shù)據(jù)(http://www.gscloud.cn),將其重采樣為250m分辨率的DEM數(shù)據(jù)。植被數(shù)據(jù)為來源于歐空局的300m分辨率的陸地覆蓋數(shù)據(jù)(https://www.esa.int),通過重采樣將分辨率統(tǒng)一為250m。

2.2 研究方法

2.2.1物候參數(shù)提取

利用TIMESAT軟件中的S-G濾波(Savitzky-Golay filtering)方法[28]對數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波平滑,去除時(shí)間序列中的隨機(jī)噪聲點(diǎn),以便于物候參數(shù)提取。

(1)

式中,Yj為擬合后的NDVI,Y代表原始序列數(shù)據(jù),Ci為第i個(gè)NDVI值的濾波系數(shù),N為平滑窗口的大小。

采取動(dòng)態(tài)閾值法對米倉山地區(qū)植被物候期進(jìn)行提取,參考伏牛山、秦嶺等附近地區(qū)的物候研究[23- 24],將閾值設(shè)置為50%,得到三個(gè)關(guān)鍵物候參數(shù):生長季始期(Start of the growing season, SOS)、生長季末期(End of the growing season, EOS)、生長季長度(Length of growing season, LOS)。采用年序日(Day of year, DOY)表示物候參數(shù),即距當(dāng)年1月1日的實(shí)際天數(shù)。SOS受NDVI的影響很大,植被稀少生長季不可能開始,提取物候時(shí)應(yīng)首先去除數(shù)據(jù)集中NDVI<0.1的這部分無效數(shù)據(jù)[29]。

NDVI(SOS,EOS)=(NDVImax-NDVImin)×50%

(2)

式中,NDVImax為一年中植被指數(shù)的最大值；NDVImin為植被指數(shù)上升和下降階段的最小值；當(dāng)NDVI上升或者下降達(dá)到變化振幅的50%時(shí)分別提取SOS和EOS。

2.2.2趨勢分析

采用Theil Sen(T-Sen)斜率分析米倉山地區(qū)植被物候變化趨勢。T-Sen斜率是一種非參數(shù)趨勢度計(jì)算方法,通過計(jì)算長時(shí)間序列數(shù)據(jù)中任意兩個(gè)時(shí)段的斜率,并選取中位數(shù)來表征該時(shí)段的變化趨勢。T-Sen>0,則表明物候變化趨勢是推遲或延長；T-Sen<0,則表明物候變化趨勢是提前或縮短。T-Sen計(jì)算結(jié)果結(jié)合Mann-Kendall(M-K)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)(置信度為90%、95%、99%)將物候變化趨勢劃分為以下7類:極顯著提前或縮短(T-Sen<0,P<0.01)、顯著提前或縮短(T-Sen<0,0.010,P<0.01)、顯著推遲或延長(T-Sen>0,0.010,0.050.1)。

2.2.3偏相關(guān)分析

分析物候與氣溫、降水的關(guān)系時(shí)采用偏相關(guān)系數(shù)來描述。多元相關(guān)分析中,簡單相關(guān)分析可能不能夠真實(shí)反映兩個(gè)變量之間的關(guān)系,偏相關(guān)是在排除其他變量的影響后計(jì)算兩個(gè)變量之間的關(guān)系。其表達(dá)式如下:

(3)

式中,Rxy,z為控制變量z后x和y的相關(guān)系數(shù),rxy、ryz、rxz分別為變量x和y、y和z、x和z的相關(guān)系數(shù)。

3 結(jié)果分析

3.1 植被多年平均物候期

為了研究米倉山地區(qū)物候總體狀況的空間格局,通過ArcGIS10.2計(jì)算出16a的SOS、EOS、LOS均值(圖2)。生長季始期主要集中在第80—110d(3月下旬到4月中旬),占總面積的 86.75%；生長季始期在第70—90d的區(qū)域主要分布在米倉山東北部,即漢江流域以南低海拔地區(qū)；生長季始期為第110—125d的區(qū)域主要集中在米倉山南部和東部邊緣,并且南部受地形影響呈縱列分布；此外,在一些河谷地帶,由于地勢較低,少許植被生長季始期早于第70d,而在中部和南部高海拔地帶植被生長季始期較晚。生長季末期主要集中在第250—300d(9月中旬至10月下旬),占總面積的95.73%；其中北部和中部的東緣部分區(qū)域最早,主要集中在第270d之前；在東北部邊緣、中部以及南部邊緣低海拔地區(qū)生長季末期最晚,主要集中在第290—300d；其他區(qū)域集中在第270—290d。生長季長度主要集中在130—210d,占區(qū)域面積的96.13%；其中長于195d的區(qū)域主要分布在東北部,與生長季始期在第90d以前的分布區(qū)域大致相同,主要分布在低海拔河谷平地區(qū)域；生長季長度短于130d的區(qū)域呈點(diǎn)團(tuán)狀分布,除在南部呈點(diǎn)狀零星散布以外,在嘉陵江以東和漢江以南區(qū)域也呈團(tuán)狀聚集分布,并且與生長季末期在第250d以前的區(qū)域分布大致相同。從水平方向上,由于米倉山地區(qū)跨越的緯度范圍較小,主要受到地形和氣候的影響,其物候變化規(guī)律不明顯；垂直方向上,河谷、低山地區(qū)由于海拔較低、氣溫較高,植被生長季始期較早,生長季長度較長；高山區(qū)域由于海拔較高、氣溫較低,植被生長季末期較早,生長季長度較短。

圖2 米倉山地區(qū)2003—2018年物候均值空間分布Fig.2 Spatial pattern of multi-annual mean phenophase in Micang Mountains from 2003 to 2018

米倉山地區(qū)物候期與海拔關(guān)系密切,利用2013—2018年SOS、EOS、LOS多年均值,選取50m高程為間隔統(tǒng)計(jì)得到植被物候隨海拔變化趨勢(圖3)。由于600m以下區(qū)域主要為耕地,物候變化受人類活動(dòng)影響較大,SOS波動(dòng)幅度較大,無明顯規(guī)律；600m以上區(qū)域SOS隨著海拔升高而推遲。SOS隨海拔變化的一元線性斜率為0.006,即海拔每上升100m,SOS大約推遲0.6d。EOS與海拔的關(guān)系較為復(fù)雜, 1000m以下區(qū)域隨海拔變化物候規(guī)律不明顯；1000—2000m區(qū)域EOS隨海拔升高迅速提前；2000m以上呈現(xiàn)波動(dòng)延后現(xiàn)象。LOS隨海拔升高的變化規(guī)律與EOS大致相同,存在2000m分界線。

圖3 不同海拔上物候參數(shù)的變化情況Fig.3 Variations of phenological parameter in different elevations

3.2 物候年際變化趨勢分析

利用2003—2018年米倉山地區(qū)各年份物候均值,得到SOS、EOS、LOS年際變化趨勢(圖4)。由圖可知,年均物候期隨時(shí)間均呈波動(dòng)變化,整體上SOS有提前趨勢,提前幅度為0.47d/a,未通過顯著性檢驗(yàn)(P=0.20),EOS提前0.22d/a,LOS延長0.25d/a,均通過0.01顯著性檢驗(yàn)。

圖4 2003—2018年物候年際變化趨勢Fig.4 Inter-annual trends of phenophase from 2003 to 2018

基于T-Sen趨勢分析方法在像元尺度上分析米倉山地區(qū)2003—2018年植被物候變化趨勢,并結(jié)合Mann-Kendall統(tǒng)計(jì)法對結(jié)果進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)(圖5)。SOS擬合斜率值介于-12.56—12.68之間,斜率為負(fù)的區(qū)域面積占比為74.03%,表明整體上米倉山地區(qū)植被生長季始期呈提前趨勢。其中,極顯著提前、顯著提前、弱顯著提前像元分別占1.97%、6.27%、6.77%,主要在米倉山地區(qū)的重慶市境內(nèi)以及漢中市南部分散分布。達(dá)到顯著性(P<0.1)延后的區(qū)域較少,極顯著延后、顯著延后、弱顯著延后的像元共占0.85%。從達(dá)到顯著變化的區(qū)域分布來看,顯著性提前的區(qū)域約是顯著性延后區(qū)域像元的18倍。EOS擬合斜率值介于-23.18—22.33之間,斜率為負(fù)的像元占比為60.67%,表明大部分區(qū)域生長季末期呈提前趨勢。其中,顯著提前區(qū)域主要在漢中市、安康市、達(dá)州市的中部及北部、重慶市的東北部以及巴中市的中北部。生長季末期顯著延后的區(qū)域主要分布在達(dá)州市、巴中市、重慶市的南部以及廣元市。LOS擬合斜率值介于-16.93—15.25之間,斜率為正的像元占比為53.25%,表明米倉山植被生長季長度整體呈延長趨勢。其中,極顯著延長、顯著延長、弱顯著延長像元占比分別為2.21%、2.17%、0.59%,主要在重慶市、廣元市、巴中市和達(dá)州市等地區(qū)分布。達(dá)到顯著性(P<0.1)縮短的區(qū)域較少,主要分布在海拔較高的地區(qū),如漢中市和巴中市的交界處,以及重慶市東北部。極顯著縮短、顯著縮短、弱顯著縮短的像元共占2.33%。

圖5 2003—2018年米倉山地區(qū)植被物候期年際變化空間分布Fig.5 Spatial distribution of inter-annual variation of phenophase in Micang Mountains from 2003 to 2018

3.3 不同植被類型物候空間分布及變化趨勢

3.3.1不同植被類型的物候期垂直變化

為了更加深入地探究植被物候的規(guī)律,將米倉山地區(qū)海拔以500m為間隔,劃分為5個(gè)梯度帶(<500、500—1000、1000—1500、1500—2000、>2000m)。根據(jù)米倉山地區(qū)植被垂直分布,進(jìn)一步分析主要植被類型的SOS、EOS、LOS在各垂直帶上的物候特征(圖6)。米倉山地區(qū)植被主要分布在500—1500m,占總面積的56.59%,2000m以上占1.14%。主要的植被類型為常綠闊葉林和落葉闊葉林,占總面積的40.65%,其次是常綠針葉林和落葉闊葉灌木林,分別占總面積的9.38%和7.04%。

圖6 各垂直帶上不同植被類型面積占比Fig.6 Area percentage of different vegetation types in different vertical belts

不同植被類型在各級垂直帶的物候期統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1。隨著海拔上升,不同植被均出現(xiàn)了SOS推遲的現(xiàn)象,但是不同植被變化趨勢略有區(qū)別。落葉闊葉林SOS最早,早于同級垂直帶其他植被類型SOS均值,而且落葉闊葉林SOS隨海拔升高推遲幅度最大,從<500m(94.2d)到>2000m(106.9d)的垂直帶上推遲了17.9d。草地是SOS最遲的植被類型,遲于同級垂直帶其他植被類型SOS均值。常綠型森林植被(常綠闊葉灌木林、常綠闊葉林、常綠針葉林)SOS遲于落葉型森林植被(落葉闊葉灌木林、落葉闊葉林),常綠型森林植被SOS均值在500—1000、1000—1500、1500—2000、>2000m垂直帶上晚于落葉型森林分別為9.6、7.3、3.7、2.1d。500m以上區(qū)域,隨著海拔升高,不同植被間的SOS差距縮小。

表1 不同植被類型在各級垂直帶的物候期/d

隨著垂直帶的海拔升高各植被類型EOS均出現(xiàn)提前,草地提前幅度最小,為16.5d；常綠闊葉灌木林提前幅度最大,為36.6d。常綠型森林植被與落葉型森林植被間的EOS差異不明顯；在500m以上區(qū)域,不同植被類型間EOS差異增加,分別在500—1000、1000—1500、1500—2000、>2000m垂直帶上各植被類型間EOS極差為4.6、7.3、16.3、20.9d,即在2000m以上區(qū)域植被間的EOS差異最為明顯。

隨著垂直帶的海拔升高各植被類型LOS縮短,縮短幅度為27.9d—47.6d,即高、低海拔之間的LOS相差一個(gè)多月。隨著垂直帶升高,草地LOS縮短幅度最小(27.9d),常綠闊葉林縮短幅度最大(47.6d)。常綠型森林植被LOS普遍短于落葉型森林,在500—1000、1000—1500、1500—2000、>2000m垂直帶上它們之間的差值分別為11.2、7.9、6.2、5.0d,主要由于常綠型森林植被的SOS晚于落葉型森林植被。

3.3.2不同植被類型的物候期時(shí)間變化

將米倉山地區(qū)2003—2018年不同植被的物候期(SOS、EOS)進(jìn)行線性回歸分析并做顯著性檢驗(yàn),得到16a物候期的變化趨勢及顯著性(圖7)。草地、常綠闊葉灌木林的生長季始期提前趨勢最明顯,提前幅度分別為-0.80、-0.71d/a、其中常綠闊葉灌木林達(dá)到顯著提前(P<0.05)趨勢；除此之外,常綠針葉林和常綠闊葉林也呈提前趨勢,提前速度分別為0.49、0.43d/a。米倉山地區(qū)植被生長季末期均呈提前趨勢,且通過P<0.05顯著性檢驗(yàn),其中落葉闊葉林和針闊混交林生長季末期提前明顯,年際變率分別為-0.46、-0.57d/a。總體上,生長季始期相比生長季末期提前趨勢更明顯,生長季長度為生長季末期與始期之差,因此生長季長度延長主要由于生長季始期的提前。

圖7 不同植被生長季始期和末期的年際變化Fig.7 Inter-annual change trends of the starting and ending dates of different vegetation growth seasons in Micang Mountains

3.4 物候與氣候因子間的相互關(guān)系

3.4.1生長季始期對氣溫、降水的響應(yīng)

生長季始期與3—5月的平均氣溫和降水逐像元做偏相關(guān)分析(P<0.05),得到其偏相關(guān)系數(shù)空間分布圖(圖8)。與氣溫的偏相關(guān)分析結(jié)果顯示,2003—2018年生長季始期與3—5月平均氣溫的偏相關(guān)系數(shù)均多為負(fù)值,表明溫度升高生長季始期提前。生長季始期與3月平均氣溫呈負(fù)相關(guān)的區(qū)域占比為77.87%,多分布于漢江以南低海拔地區(qū)以及研究區(qū)中部；生長季始期與4月平均氣溫呈負(fù)相關(guān)的區(qū)域占67.59%,多分布于研究區(qū)的東部。與降水的偏相關(guān)分析結(jié)果顯示,生長季始期與3月和5月降水負(fù)相關(guān)系數(shù)像元占比分別為55.08%、53.28%,在空間上正相關(guān)和負(fù)相關(guān)分布較為均勻。生長季始期與4月降水呈負(fù)相關(guān)的區(qū)域占65.77%,表明4月降水增加生長季始期提前。在顯著性水平上(P<0.05),生長季始期與3月平均氣溫的相關(guān)性顯著的像元最多(11.08%),其次是4月降水(9.42%),表明在大部分地區(qū)生長季始期主要受3月的平均氣溫以及4月降水的影響。

圖8 生長季始期與3—5月氣溫/降水的偏相關(guān)系數(shù)空間分布Fig.8 Spatial distribution of partial correlation coefficients between SOS and temperature/precipitation in March, April and May

3.4.2生長季末期對氣溫、降水的響應(yīng)

生長季末期與8—10月的平均氣溫和降水逐像元做偏相關(guān)分析,得到偏相關(guān)系數(shù)空間分布圖(圖9)。與氣溫的偏相關(guān)分析結(jié)果顯示,2003—2018年生長季末期與8月和9月平均氣溫的正負(fù)相關(guān)性較為平衡,其中呈正相關(guān)的像元占比分別為49.84%、42.58%,生長季末期與8月平均氣溫呈正相關(guān)區(qū)域主要分布于米倉山地區(qū)南部,而與9月平均氣溫呈正相關(guān)區(qū)域主要在米倉山地區(qū)北部,到10月生長季末期與平均溫度的正相關(guān)區(qū)域占比有所增加,為59.73%。與降水的偏相關(guān)分析結(jié)果顯示,生長季末期與8月和9月降水的正負(fù)相關(guān)性相差較小,正相關(guān)像元占比分別為51.14%、57.59%。生長季末期與10月降水呈負(fù)相關(guān)的像元占88.41%,表明大部分區(qū)域隨著降水增加生長季末期提前。在顯著性水平上(P<0.05),生長季末期與8—10月平均氣溫的相關(guān)性顯著的像元占比較少,分別為1.29%、2.97%、3.24%。生長季末期與8、9月的降水相關(guān)性顯著的像元占2.42%和4.24%,而與10月降水相關(guān)性顯著的像元最多(20.64%),多分布于米倉山地區(qū)的北部漢江流域、中部的達(dá)州市和巴中市以及東部的安康市。表明在米倉山地區(qū)生長季末期主要受10月降水的負(fù)向影響。

圖9 生長季末期與8—10月氣溫/降水的偏相關(guān)系數(shù)空間分布Fig.9 Spatial distribution of partial correlation coefficients between EOS and temperature/precipitation in August, September and October

4 討論

米倉山地區(qū)植被物候特征差異主要取決于植被類型、高程、氣候等因素。不同植被類型生長習(xí)性不同,物候差異較大。然而,高程差異帶來最明顯的影響是水熱分配不均,從而導(dǎo)致不同海拔物候差異。加之全球變暖的大背景下,中緯度地區(qū)溫度上升,導(dǎo)致物候始期提前[11]。當(dāng)前已有研究利用不同的數(shù)據(jù)和方法對秦巴山區(qū)中秦嶺的植被物候進(jìn)行了分析,大多數(shù)研究結(jié)論表明區(qū)域植被物候存在SOS提前、EOS推遲和LOS延長現(xiàn)象,并且在垂直方向上物候期也呈現(xiàn)規(guī)律性變化[30-32]。秦嶺森林物候期結(jié)果表明海拔每升高100m,SOS推遲2d,2200m以下區(qū)域EOS提前明顯,2200m以上區(qū)域變化平緩,LOS也有同樣的現(xiàn)象[32]。就整體來看,SOS和LOS變化趨勢與秦嶺的物候研究保持一致,但是在米倉山地區(qū)EOS存在提前趨勢。本文發(fā)現(xiàn)在米倉山地區(qū)物候期對海拔的響應(yīng)存在2000m界限,在海拔2000m以上區(qū)域EOS和LOS變化趨勢相對較小,而其下區(qū)域隨海拔升高出現(xiàn)明顯的EOS推遲和LOS縮短現(xiàn)象。探究其原因可能由于溫度隨著海拔升高以0.65℃/100m下降,降水量在一定高度內(nèi)隨著海拔升高而增加,而到達(dá)最大降水高度后降水量減少,造成EOS和LOS變化趨勢發(fā)生轉(zhuǎn)折。2003—2018年米倉山地區(qū)不同植被SOS 提前趨勢不同,其中草地提前幅度最大,說明區(qū)域內(nèi)草地對氣候變化最敏感,這與叢楠等[33]在北半球中高緯度地區(qū)的研究結(jié)果相同。

物候始期對氣候變化的響應(yīng)程度比末期更顯著,在亞洲中低緯度區(qū)域較少受到水分脅迫的影響,春季氣溫升高成為SOS提前的主要原因[33]。相比于物候始期,溫度對末期影響較弱,主要由于EOS受多種因子協(xié)同影響。已有研究結(jié)果表明,植被的SOS主要受溫度控制,而EOS則主要受降水的影響[14,34]。例如,張曉東等[24]研究表明秦嶺東部伏牛山植被EOS主要受9月降水的影響,Xie等[35]發(fā)現(xiàn)降水增加導(dǎo)致秋季物候不顯著提前。本文發(fā)現(xiàn)影響米倉山地區(qū)SOS提前最主要的因素是3月氣溫,其次是4月降水；而EOS提前主要受10月降水的影響,其原因可能是當(dāng)?shù)厍锬r(shí)節(jié)溫度較低,降水增加加劇低溫效應(yīng),從而導(dǎo)致EOS提前。

北半球春季溫度升高,生長季始期提前以及生長季延長可能造成植被生產(chǎn)力增加。植被物候能反映氣候變化,不同區(qū)域的地理?xiàng)l件差異較大,不同的植被類型的物候?qū)^(qū)域氣候變化的響應(yīng)也不一樣。

5 結(jié)論

本文基于2003—2018年MODIS NDVI數(shù)據(jù),采用S-G濾波和動(dòng)態(tài)閾值法提取了米倉山地區(qū)物候參數(shù),分析了米倉山地區(qū)物候參數(shù)時(shí)空分布和變化趨勢,并討論了物候變化與水熱條件的相互關(guān)系。2003—2018年米倉山地區(qū)植被SOS出現(xiàn)在3月下旬到4月中旬,海拔每上升100m,SOS大約推遲0.6d；EOS主要發(fā)生于9月中旬至10月下旬；LOS主要集中在130—210d。除低海拔地區(qū)受人類活動(dòng)影響物候波動(dòng)較大外,EOS和LOS隨海拔變化存在2000m分界線,其下隨海拔升高物候EOS明顯推遲或LOS縮短,而其上物候變化趨于平緩。米倉山地區(qū)16a來SOS呈提前趨勢,提前速度為0.47d/a,提前區(qū)域占74.03%；EOS提前幅度為 0.22d/a,通過顯著性檢驗(yàn)(P<0.05)區(qū)域僅有4.9%；LOS略有延長,延長幅度為0.26d/a,呈延長趨勢區(qū)域占53.25%。

米倉山地區(qū)不同植被物候期差異明顯,常綠型森林植被物候始期晚于落葉型森林植被；草地、常綠闊葉灌木林SOS提前趨勢最明顯,提前幅度分別為-0.80d/a、-0.71d/a,相對于其他植被類型對氣候變化更加敏感；EOS提前趨勢最明顯的是針闊混交林和落葉闊葉林。米倉山地區(qū)SOS主要受3月平均氣溫和4月降水的影響,3月平均氣溫升高以及4月降水增加導(dǎo)致物候始期提前；EOS提前主要受10月降水的影響。