青藏高原草地叶片凋落速率的时空变化

气候变化在过去几十年中引发了秋季物候的显著变化。然而,迄今为止,大多数有关秋季植被生长的研究仅仅关注特定事件节点,如生长季结束日期的变化,而忽略了植被衰落过程的动态发展。因此,本研究以叶片凋落速度(LSV)作为植被衰落过程的代理,分析了青藏高原草地在2001-2018期间,LSV的时空动态及其与气候变化之间的关系。结果表明,青藏高原草地的秋季衰落过程存在明显的区域差异,具体表现为东部主要呈现减速趋势,且主要受温度限制;西部呈现加速趋势,主要受降水限制。此外,本研究还发现LSV与当年NPP和下一年度年返青期存在密切关联,凸显了秋季衰落过程对整个植被生长周期中的重要影响。

研究背景

秋季物候对于植被的生长季长度以及碳积累等有重要影响。鉴于近几十年来全球气候的剧烈变化,厘清秋季物候与气候变化间的交互作用有利于我们准确预测未来情景下的碳-气候反馈。

目前关于秋季物候的研究大多关注特定日期,如生长季结束日期的变化,对于植被生长在秋季的动态变化了解较少。因此,本文以叶片凋落速度(LSV)为代用指标,探究了过去20年间青藏高原草地秋季衰落过程的时空变化及其与气候变化间的关系,旨在通过突出植被衰落的动态过程来加深我们对在气候变化下植被动态生长的理解。

研究方法

LSV提取

首先对原始NDGI时间序列进行滤波处理,以消除噪声对植被生长曲线的影响,随后提取了NDGI日变化率(NDGIrate)以进行后续分析。其中,NDGIrate的表达式如下:

式中,t为年积日,NDGImaxNDGImin分别代表NDGI的最大值,最小值。LSV则定义为NDGI的最大日下降率,即NDGIrate的最小值。

图1 叶片凋落速率(LSV)计算的示意图

归因分析

首先使用Sen-MK方法分析了LSV多年变化趋势。随后使用偏相关分析量化了各气象要素(包括温度、降水和辐射)与LSV的关系,并根据偏相关系数的绝对值的大小确定了LSV的主控因子。

主要结果:

在空间分布上,LSV的多年平均值呈现出从西向东递减的空间格局,且这种空间格局主要受到季前辐射的调控。

图2 LSV多年平均值
图3 各气象要素对于LSV多年平均值空间分布的贡献。a)温度;(b)降水;(c)辐射。其中,各气象要素的贡献计算为各气象要素的多元线性拟合系数乘以其多年平均值

对于年际变化而言,LSV呈现出西部加速、东部减速的空间格局。通过偏相关分析和主要控因子分析,我们发现东部地区LSV的降低主要是由于秋季增温增强了植被在秋天的光合作用,从而减缓了植被的衰落速率;而西部地区LSV的增加主要是由于西部地区比较干旱,秋季增温会加深植被受到的水分胁迫,进而使得植被衰落速率加快。

图4 (a)LSV年际变化趋势及其(b)显著性(p < 0.05
图5 LSV与各气象要素的偏相关要素的偏相关系数(左列)及其显著性(右列,p < 0.05)。从上至下分别为温度,降水和辐射
图6 LSV年际变化的主控因子的空间分布。主控因子定义为偏相关系数的绝对值最大的气象要素

文章引用格式

Yusong Tang, Rui Chen, Jiangliu Xie, Dujuan Ma, Changjing Wang, Cong Wang, Qiaoyun Xie, Gaofei Yin (2023). Spatiotemporal variations of leaf senescence velocity on the Tibetan Plateau grasslands. Ecological Indicators, 156.

文章链接

https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2023.111094

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