气候变化背景下秦岭山地物候时空变化及其响应

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1、分类号：学校代码：10697密级：公开学号：201510161博士学位论文DOCTORALDISSERTATION气候变化背景下秦岭山地物候时空变化及其响应学科名称：自然地理学作者:邓晨晖指导老师：白红英教授西北大学学位评定委员会二〇一八年SpatiotemporalvariationofphenologyanditsresponseinQinlingMountainsinthecontextofclimatechangeAthesissubmittedtoNorthwestUniversityinparti

2、alfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofDoctorofPhilosophyinphysicalgeographyByDengChenhuiSupervisor:BaiHongyingProfessorMay2018摘要植物物候研究对于深入探究气候变化与陆地生态系统的响应关系具有重要意义。山地被认为是全球变化的前哨，秦岭山地作为“中国的脊梁”，其具有独特的地理位置及地形特征，对气候变化的区域响应更具典型性和代表性，该气候敏感区的增温可视为中国气候变化甚至全球气候

3、变暖的一种预警信号。因此，秦岭山地的植被物候研究对于揭示山地植被生态系统对气候变化的响应机制意义深远。本研究以1964－2015年自然物候观测资料为基础，结合同期气象观测资料及2000年以来的植被遥感数据，旨在研究气候变化背景下秦岭山地物候的时空格局变化特征及其对气候变化的响应机制，探讨用遥感物候表示实测物候的可能性，以期为物候应用研究与实践提供理论依据，为深入理解全球变化的事实、生态系统的响应与适应等科学问题提供资料基础和科学依据。本研究主要获得以下结论与进展：(1)基于实测物候数据分析发现，秦岭地区52年

4、来植物物候始期提前，末期推迟，生长期延长，物候变化存在树种差异和南北差异，物候突变发生于1980s中期，且突变后物候始末期对气候变化的响应更为敏感。1964－2015年，秦岭地区植物物候始期提前速率为1.2d/10a，末期推迟速率为3.5d/10a，生长期显著延长；物候突变发生于1980s，始期在1985年，末期在1984年。突变前，物候始期呈不显著变化，末期呈显著提前趋势；而突变后，物候特征发生了显著变化，始期提前速率显著加快为4.3d/10a，末期转变为极显著的推迟趋势速率为8.4d/10a，始期与末期的

5、变化均表现出“趋同效应”，且物候年代际变化也显示，始期自2001－2005年起提前速率减缓，植物对气候变化的响应表现出适应性及滞后性。3大类树种物候始期提前速率表现出藤本、乔木、灌木依次增大，而末期推迟速率则是藤本、灌木、乔木依次减小。同一树种北坡始期的提前速率均高于南坡，而南坡末期的推迟速率均高于北坡。(2)基于气候生长期分析发现，秦岭山地气候生长期空间分布格局变化表现出显著的海拔敏感性，温度带位置发生了明显的沿海拔垂直上升迁移，且气温突变后迁移幅度更大，北亚热带、南坡与北坡的暖温带分别垂直上升了297.7

6、1m、326.06m、334.82m。1964－2015年，秦岭山地气候生长期参数GSS（初日）、GSE（末日）及GSL（生长期长度）的空间分布及变化趋势表明，与气温突变前相比，突变后三者的区域范围均向高海拔区扩大，海拔每升高100m，全区GSS推迟2.19d，GSE提前2.27d，GSL缩短I4.45d。随着气候暖化，GSL所表征的暖温带(170~220d)与北亚热带(220~240d)位置发生了变化且突变后尤为明显，突变后北亚热带北移，沿海拔上升约297.71m，范围扩大28.35m；南坡暖温带位置北移，

7、沿海拔上升约326.06m，范围扩大54.93m；而北坡暖温带表现出沿海拔上升趋势且范围缩小，约上升334.82m，缩小74.8m。(3)基于遥感物候数据分析发现，EVI2在秦岭山地物候始期与末期阈值分别为0.28、0.26，由低海拔到高海拔的植被垂直带上，始期在低海拔区与高山草甸区北坡较南坡早，而末期和生长期在高山草甸区则是北坡较南坡晚、长。2000－2015年，秦岭山地遥感植被指数EVI2物候始期阈值为0.28，对应一年中第100d；末期阈值为0.26，对应一年中第285d，与分析的秦岭实测物候及气候学上

8、的物候期具有一定的吻合度。由低海拔到高海拔的植被垂直带上，物候始期南坡的发生时间较北坡早，但在海拔≤600m地区北坡较南坡约早23.81d，及高山草甸区北坡较南坡约早1.96d；末期南坡的发生时间均较北坡晚，但在高山草甸区北坡较南坡约晚7.58d；生长期南坡较北坡长，但在海拔≤600m地区北坡较南坡约长6.58d，及高山草甸区北坡则较南坡约长9.54d。(4)秦岭地区物候始末期对气候因子的响应程度存