胡杨作为我国西北干旱区重要的树种资源,对气候环境变化较为敏感,然而西北干旱区近期出现"暖湿化"现象,将对胡杨生长及发展态势带来何种影响尚未明确.本研究以塔里木盆地南缘策勒绿洲外围沙漠绿洲过渡带胡杨林为对象,利用树木年轮技术手段,采集年轮材料,分析了该地区胡杨在1984-2021年间的径向生长对主要气候要素及其变化的响应.结果表明:胡杨年轮宽度指数与当年2月、5月和上一年9月温度呈显著负相关,而与当年3月、5月和上一年9月降水量呈显著正相关,与当年2月、5月标准化降水蒸散指数(SPEI)具有显著正相关关系.年轮宽度指数与组合月份气候要素的关系更为明显.滑动相关分析表明,年轮宽度指数与生长季温度的相关性整体趋于增强,而与降水量、SPEI之间的相关性整体趋于下降或保持平稳.与单月气候要素相比,组合月份气候要素与年轮宽度指数之间相关性的动态变化趋势更为明显.当前区域暖湿化特征有利于策勒绿洲外围沙漠绿洲过渡带胡杨林的生长发展及其生态防护功能的提升.

随着全球气候变化加剧,干旱对草原生态系统碳循环的影响更加复杂.作为全球陆地生态系统碳通量的最大组成部分,总初级生产力(GPP)对整个陆地碳循环具有深远影响,因此,探讨干旱对草地GPP的影响,对于理解区域碳循环机制,维护草地生态系统稳定发展具有重要意义.以中亚为研究区,基于NIRv-GPP和SPEI base v.2.7数据集,利用Theil-Sen Median斜率估计结合Mann-Kendall显著性检验、M-K突变检验和相关分析方法,探究1982-2018年干旱对草地GPP的时滞和累积效应.结果表明:(1)中亚地区草地GPP年平均值随时间变化整体上呈下降趋势,标准化降水蒸散指数(SPEI)年平均值呈降低趋势;(2)干旱对中亚绝大多数草地(95.6％)产生了时滞效应,滞后时间尺度集中在2-3个月;随着干旱状况的加重,滞后时间变长,滞后效应对草地GPP影响减弱;(3)中亚绝大多数草地(95.8％)对干旱存在累积响应,累积时间尺度以4、5、10月为主;随着干旱状况的加重,累积时间变短,累积效应对草地GPP影响增强;(4)通过对比研究时滞效应和累积效应发现:中亚超过四分之三(76.84％)的草地区域,干旱对草地GPP的时滞效应大于累积效应.研究结果可为理解气候变化背景下中亚生态环境动态变化特征及区域碳循环机制提供参考.

内蒙古干旱区是我国高原生态屏障的重要组成部分,其生态环境直接关系我国北方生态安全.为了解研究区生态系统蒸散发分割对于干旱的响应,本研究利用涡度相关数据构建SiB2模型,对植被蒸腾(T)、地表蒸散发(ET)等变量进行模拟,同时分别基于通量站涡度相关数据和SiB2模型模拟计算蒸腾与蒸散发比值(蒸腾比,T/ET).结合标准化降水蒸散发指数(SPEI),分析研究区不同干湿条件下蒸散发及蒸腾比的变化.结果表明:研究区蒸散发受干旱影响显著,蒸散发量与干旱程度呈负相关,在严重干旱或极端干旱时,干旱对蒸散发的影响滞后时间增长;根据SiB2模型计算的研究区2003-2012年蒸腾比与干旱程度相关性较强,在较为湿润的年份(2003),T/ET达到最高值0.64,表明此时植被蒸腾在陆地蒸散发中占据主导地位;在较为干旱的年份(2005),T/ET值为0.39,表明在干旱胁迫下植被蒸腾减少,土壤蒸发占蒸散发量的主导地位;在持续干旱情况下,T/ET和ET的波动范围均较小,表明植被在干旱情况下能根据外界环境进行自我调节,对维持生态系统稳定有一定的作用.研究结果对于推动区域水资源合理配置、提高干旱区水分利用效率具有一定意义.

为探究升温突变对树木径向生长的影响,本研究以塞罕坝地区、庞泉沟地区、丰宁地区的华北落叶松天然林为对象,基于树木年轮学方法,利用Mann-Kendall检验升温突变发生时间,分析升温突变前后三地华北落叶松径向生长规律及其与月气候数据的相关关系.结果表明:塞罕坝地区、庞泉沟地区、丰宁地区发生升温突变的时间分别是1987年、1994年和1989年.升温突变前三地华北落叶松径向生长均无显著变化趋势;升温突变后塞罕坝地区华北落叶松径向生长显著下降(下降速率为0.08·10 a-1),庞泉沟地区华北落叶松径向生长显著上升(上升速率为0.10·10a-1),丰宁地区无显著变化.升温突变前,塞罕坝地区华北落叶松径向生长与5、6月的月均最高温呈显著正相关;升温突变后,与7月降水量呈显著正相关,与上一年9月—当年7月标准化降水蒸散指数(SPEI)呈显著正相关.升温突变前,庞泉沟地区华北落叶松径向生长与各月气候因子无显著关系;升温突变后,其与前一年9月月均最低温呈显著正相关.升温突变前,丰宁地区华北落叶松径向生长与7月月均最低温呈显著负相关;升温突变后,其与6月月均温、月均最高温呈显著负相关.升温突变后塞罕坝地区华北落叶松径向生长受到干旱胁迫,未来若温度持续升高丰宁地区华北落叶松也将受到干旱胁迫,而升温有利于庞泉沟地区华北落叶松的径向生长.

全球变暖影响下,中国干旱事件发生愈加频繁.过去半个世纪里,中国半干旱和半湿润地区的分界线总体南移,干旱面积呈增加趋势,因此了解中国干旱变化趋势对区域生态环境保护具有重要意义.基于GLASS数据产品、ERA5-Land数据,采用游程理论和多元线性回归等方法,探究 1982-2018 年间多尺度干旱事件基本特征(干旱持续时间、干旱严重度、干旱强度等),并分析植被生产力变化趋势,揭示干旱对植被变化的累积影响.结果表明:(1)新疆、青藏高原以及东南地区干旱较为严峻,而华中、华东大部分区域处于轻旱或无旱状态;(2)1982-2018 年间,中国植被生产力整体呈改善态势,显著改善区集中在中国中部,而退化区集中在东南部、内蒙古和西藏南部;(3)中国大部分区域干旱与植被呈正相关,且干旱对植被多为累积影响,在干旱区和半干旱区尤为明显;(4)随着植被覆盖度的增加,植被与近短期尺度干旱的相关性也逐渐增加,由干旱区到湿润区,近短尺度干旱对植被变化的影响逐步增大.其中,SPEI-6(标准化降水蒸散发指数—中期尺度)对植被轻微变化累积影响最显著,而SPEI-12(标准化降水蒸散发指数—长期尺度)对植被显著变化累积影响更明显.本研究将有助于深入认知干旱对植被累积影响,提高植被退化防治措施的有效性,为区域土地退化零增长目标实现提供科学依据.

近年降水量的减少以及全球气候变暖的影响导致我国华北区域干旱程度加剧,影响植被生长状况,使得区域生态环境恶化.基于华北地区2001-2014年的TRMM及MODIS数据,以归一化植被指数NDVI、净初级生产力NPP、植被状态指数VCI作为植被状况表征指数,以标准化降水蒸散指数SPEI作为气象干旱表征指数,对华北地区近年的气象干旱及植被状况时空变化进行评价,并分析植被对干旱的多尺度响应.结果表明:(1)华北地区干旱在西南部地区呈明显加重趋势,东北部地区干旱状况有所好转;针对不同时间尺度的SPEI表示干旱的变化趋势,得出月份尺度干旱呈现干湿交替特征,选取SPEI时间尺度越长,干旱化趋势越明显;(2)NDVI与NPP所反馈的植被长势空间分布略有差异,总体而言华北地区植被状况大部分地区呈好转趋势,但研究区中部部分地区及部分沿海地区植被状况转差;(3)植被状况指数与SPEI指数在大部分地区呈正相关,NPP与SPEI的相关性强于NDVI与SPEI的相关性,且相关程度在草原地区及中高海拔地区最高,林地对干旱的敏感度最弱;各植被类型在植被生长季的多数月份对SPEI-3响应最明显,且在夏季相关程度最高,夏季及其前期的季尺度干旱更易影响植被生长状况,SPEI-12对植被的影响主要表现为影响植被生长季初期的植被状态.

根据辽宁省50个气象站1961-2015年温度和降水资料,采用标准化降水蒸散指数(standardized precipitation-evapotranspiration index,SPEI)、线性趋势分析、突变检验、经验正交函数分解等方法,研究了辽宁省生长季干旱的时空分布特征.结果表明:近55年来,辽宁省生长季干旱指数以0.13 10 a-1的速率显著下降,干旱整体呈现加剧趋势;20世纪60年代和70年代、80年代初到90年代中后期,干旱强度呈减弱趋势;80年代初、90年后期代初到2015年,干旱强度呈加剧趋势;1996年全省SPEI指数发生了突变性下降,干旱程度发生了突变性增强,其中,2000年全省有47个站点发生了干旱,干旱率高达94％,是近55年来干旱发生范围最大的年份,其次是1999和2014年,干旱率分别为92％和88％;全省SPEI指数的空间分布主要呈现全区一致型、东南与西北反向型、中部与其他地区反向型等3个模态,其中,全区一致型高值区包括葫芦岛沿海地区、锦州地区、沈阳地区、鞍山地区等,表明这些地区对干旱的反应最为敏感.时间系数序列显示出明显的下降趋势;东南与西北反向型中,空间系数0值线位于辽宁中部,呈东北西南向,0值线以西的辽西和辽北地区其空间系数为负值,而0值线以东地区的空间系数为正.时间系数序列的变化趋势不明显;中部及渤海沿岸与其他区反向型中,东南及西部地区空间系数均为正值,而其他区为负值.时间系数序列无明显变化趋势.

基于长江中下游流域1961-2015年129个气象站点的逐日气温和降水数据,利用标准化降水蒸散指数(SPEI),对长江中下游流域近55年年尺度及各季节干旱变化趋势、站次比、强度和频率进行了分析,并探讨了干旱和区域气温、降水变化及ENSO的关系.结果表明:(1)在区域尺度,近55年长江中下游流域年尺度、春季和秋季呈干旱化趋势,春季干旱化趋势显著;夏季和冬季呈湿润化趋势.空间变化上,对于年尺度,汉江流域、中游干流区及洞庭湖流域以干旱化趋势为主,鄱阳湖流域、下游干流区和太湖流域以湿润化趋势为主;春季和秋季分别有96.90％和92.25％的站点呈干旱化趋势;夏季和冬季分别有82.95％和72.87％的站点呈湿润化趋势.(2)年尺度、春季和秋季干旱站次比及强度均呈增加趋势,春旱站次比与强度增加趋势显著;夏季和冬季干旱站次比和强度均呈下降趋势.(3)年尺度和春季干旱频率在21世纪初均达到最高,年尺度、春季和夏季干旱频率从20世纪90年代到21世纪初均呈增加趋势.(4)春、秋季干旱化趋势与降水量的减少及气温的上升相关,夏、冬季降水量的增加使得夏、冬季呈湿润化趋势.冬季SOl和次年春季干旱相关性极显著,冬季发生拉尼娜事件时,次年春季更易发生干旱.

利用宝鸡地区11个气象站点1974-2013年逐月气温和降水量数据,基于标准化降水蒸散指数(SPEI),结合土地利用/覆盖数据,从干旱发生频率、发生强度及与植被NDVI相关性等角度,探讨了近40年来干旱时空变化格局及其对植被覆盖的响应.结果显示:宝鸡地区年均SPEI指数以-2.50％/a的速度下降,干旱趋势明显增强.自20世纪末以来,全区年均干旱指数呈明显的上升趋势,以2007-2010年增大趋势最为显著(超过0.05临界线);近40年来,春季干旱发生频率达60％及以上的有21 a,达90％以上的有9a.1981-1986年起伏变化最为剧烈.秋季平均干旱发生频率为46.29％,为春、夏、秋、冬4个季节中最低.从干旱发生强度来看,全区年际、四季及月6个时间尺度上干旱强度高、低值区域分布均比较集中;秋季强度最弱的区域面积表现最高,占总面积的75.47％.干旱发生最严重的是春季,占总面积的11.90％.全区干旱与植被覆盖相关性均表现较好(均通过0.05显著性水平检验),林地、草地负相关性最为显著(除夏季),夏季、秋季、月尺度上,耕地、水域、城乡地区干旱与植被覆盖的相关性与土地利用类型无关.

大量研究表明,21世纪全球气温将持续升高,干旱将不断加剧,具有超强抗旱能力的灌木在未来的区域乃至全球生态系统过程中将会发挥越来越重要的作用.灌木在我国有着广泛的分布,其总面积超过了我国陆地面积的20％.本研究旨在通过计算中国灌木生态系统的标准化降水蒸散指数(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index,SPEI)来分析其干旱变化趋势及其对灌木生态系统植被生长的影响.结果显示,中国灌木生态系统的SPEI在1961-2013年间总体上呈显著地下降趋势,但其趋势在1992年发生了显著变化,这表明中国灌木生态系统正在持续地干旱化,并且在最近二十几年干旱化加剧.我们还分析了不同灌木生态系统EVI(Enhanced Vegetation Index,EVI)对SPEI变化的响应,结果显示不同的灌木生态系统类型对SPEI变化的响应不同.夏季,高寒荒漠灌木半灌木、温带荒漠灌木半灌木和温带落叶灌木EVI与SPEI变化显著正相关,而亚高山常绿灌木和亚热带常绿灌木EVI则与SPEI的变化显著负相关.温带落叶灌木EVI与春季SPEI变化显著正相关,但却与秋季和冬季的SPEI显著负相关.此外,亚热带常绿灌木EVI还与春季SPEI变化显著正相关.从空间上来看,北方的灌木生态系统比南方的灌木生态系统对干旱的变化更加敏感,同时,南方湿润地区的灌木在生态系统尺度也体现了较强的抗旱能力.在全球持续干旱化的大背景下,研究灌木生态系统EVI对干旱变化的响应将有助于对区域生态系统过程变化的理解.