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2011~2013年全球植被生长变化及其显著区分析

  3.3.1 全球植被生长变化
  (1)2013年与2012年对比
  与2012年夏季相比(图3-16),2013年夏季全球植被生长变化范围广且呈交错分布。亚洲植被生长明显下降区主要分布于西伯利亚针叶林区、蒙古和内蒙古草原区,明显上升区主要分布于俄罗斯中南部和东南部针叶林区,此外印度、东南亚也存在一定上升;欧洲植被生长明显上升区主要分布于北欧挪威、西南欧葡萄牙和西班牙南部、乌克兰西南角等区域,明显下升区主要分布在欧洲东北角和西欧英国南部;北美洲植被生长明显上升区主要分布于美国中部温带阔叶林区,并隐约向西延伸到美国阿拉斯加寒温带针叶林区,相对明显下降区主要分布在加拿大东部地区,但下降幅度不如上升幅度;南美洲植被生长显著下降区位于阿根廷北部干燥热带森林与热带疏林区以及巴西东部热带荒漠疏林区,显著上升区位于巴西南部的亚热带湿润森林(南美杉林)区以及巴西东海岸、大西洋西岸的热带雨林区;非洲刚果盆地雨林地区为植被生长弱上升区,而环绕雨林地区的干燥热带森林地区以及18~22°S、15~22°E区域的热带稀树草原则为下降区,此外马达加斯加岛植被生长处于弱变化区;大洋洲植被生长变化区域主要集中在澳大利亚,其明显下降区主要分布在澳大利亚东部、东北部乃至北部一线,明显上升区则分布于东南部和西南部。其中26.5°S沿线的南美中南部亚热带草原、非洲西南部热带灌丛和澳洲东北部亚热带草原均呈明显下降态势。
  与植被的夏季生长相比,2013年全球植被生长变化范围的空间格局总体保持不变,但波动幅度明显减小。说明夏季是全球植被生长变化最主要的季节。不过也有个别例外,如英国南部地区全年植被生长状况同样下降明显。

  (2)2012年与2011年对比
  2012年夏季全球植被生长变化范围同样分布广泛(图3-17)。其中亚洲植被生长明显下降区主要分布于西亚土耳其的常绿硬叶林、中亚哈萨克斯坦北部草原以及印巴间的草原和旱生灌丛区,明显上升区主要分布于中国中东部森林草原过渡带以及蒙古、内蒙古北部的草原区;欧洲植被生长显著下降区主要分布于东南欧草原区、北欧针叶林区和西南欧草原以及旱生林与灌丛区,其中以南欧草原区下降幅度最大,上升区主要分布于西欧的法国、德国、瑞士、捷克等落叶阔叶林区并隐约呈带状向东延伸至乌克兰和欧洲中东部俄罗斯境内的落叶阔叶林;北美洲植被生长明显下降区主要位于北美中部,其它区域上升和下降分布区交织分布;非洲除了自西向东、15°N度附近沿线热带落叶季雨林植被生长处于上升态势外,其它区域总体上处于不同程度的下降,尤其是在20°~30°S、22°~30°E旱季落叶疏林带地区植被生长下降相对最明显;澳大利亚植被生长以变差为主,明显下降区主要分布在东北部、北部、西南部和南部的半干旱森林区,上升区则仅分布于东南部亚热带湿润森林区。与前一年对比,26.5°S沿线的南美中南部亚热带草原、非洲西南部热带灌丛和澳洲东北部亚热带草原仍为植被生长下降区。

  综上所述,2011~2013年全球植被生长变化主要存在两个共同点:(1)全球夏季植被生长变化范围广泛并呈交错分布,全年植被生长变化波动格局相同但变幅明显减小;(2)植被生长明显下降区均分布在26.5°S沿线的南美中南部亚热带草原、非洲西南部热带灌丛和澳洲东北部亚热带草原。主要不同点是:亚洲、欧洲、北美洲和非洲近三年植被生长存在不同方向的波动变化且波动变化区域也明显不同。而南美洲和澳大利亚植被生长波动方向总体一致,但2013年波动幅度和范围均有所缩小,2012年则波动范围有所缩小但波动幅度有所增大。说明2012年夏季上述四大洲植被生长状况变化波动的成因总体类似。具体空间格局上,欧亚60°N附近中高纬度地区和美国中部森林区为植被生长明显上升区,在范围与强度上2013年明显大于2012年;其次,2013年夏季美国中西部植被生长明显差于2012年;此外,巴西东北部干燥热带森林与疏林区2013年全年植被生长总体下降不明显,2012年下降较明显。
  可见全球植被生长状况对全球气候变化的生态响应是明显和敏感的,可同时反映全球和局部区域变化。
  3.3.2 植被生长变化显著区案例分析
  (1)美国中部地区
  与两条均值背景值曲线对比可以看出,美国中部地区2011~2013年LAI曲线的峰值出现时间较13年(2000~2012年)背景值提前了大约半个月,较31年背景值提前了大约1个月,说明近3年来该地区由于春季气温上升使得植被生长物候现象明显提前。13年背景值曲线峰值也比31年背景值提前半个月的事实,是对2000年以来全球气候变暖生态响应的一个极好例证。
  2011年LAI峰值明显低于背景值峰值,说明该地区2011年春季同时还可能出现了严重的干旱,与背景值波动曲线对比,其干旱一直持续到大约9月份。而2012年春季情形相反,由于降水较常年充沛许多,使得其LAI峰值明显高于常年。不过,2012年和2013年波动曲线也反映出4月中旬后出现了不同程度的干旱,其中2012年更为严重并一直持续到9月。2012年干旱事件的推断与相关新闻报道完全一致。此外,从近3年LAI曲线峰值向后漂移现象还可推断出该地区春季气温虽然总体上升但呈逐年缓慢下降趋势。

  美国中北部为森林区,正常年份该区域夏季LAI介于1.5~1.8之间。从LAI曲线看,2011年和2013年LAI曲线波动周期与31年和13年背景值曲线基本一致,而2012年的波动周期明显不同于两条背景值曲线,显示该年度植被生长的明显异常和2011年与2013年的相对正常。其中2012年该区域LAI从5月份开始不升反降并一直持续到9月底,说明该区域在2012年5~9月间发生了严重干旱事件并因此明显影响森林植被的生长。这与报道的美国中北部2012年5~9月出现严重干旱情形相吻合。而2011年和2013年夏季LAI明显高于两个背景值的情形,应该与该区域夏季降水明显增加有关。

  (2)澳大利亚东北部地区
  澳大利亚东北部植被景观主要为干燥热带森林和热带疏林,近三年LAI年内最大值可达2.0~2.4,低值则在0.5左右。该区域近三年LAI曲线与两条背景值曲线波动韵律基本一致,最大差别在于前者LAI峰值明显高于后者(图3-20),说明导致近三年植被生长状况良好的主要原因是当地夏季降水增加。其中2011年1~3月LAI曲线值明显高出背景值0.75~1.0,升幅十分明显,LAI明显1月份升幅推断可能是2010年底降水量就出现了明显上升。气象台站资料也验证了这种推测。此外,2011年LAI峰值出现时间大约提前半个月,说明当年该时段气温高于常年。正是由于2011年夏季水热条件明显优于常年,植被生长也明显高于常年。

  (3)巴西东北部地区
  巴西东北部主要处于5°~10°S附近地区,植被景观主要为热带疏林和热带稀疏草原。从波动曲线看,近三年LAI波动曲线与31年和13年背景值曲线波动特征基本一致。季相变化明显且波动幅度大的特点与该植被类型干湿季十分明显的气候特征相一致。此外,与澳大利亚东北部LAI波动曲线基本一致说明植被类型也基本类似。与31年和13年背景值曲线相比,2012年和2013年的1~5月LAI波动值明显低于前者,而2011年正好相反,可见近三年LAI所反映的植被生长状况均属于“异常”现象,造成2012年和2013年1~5月LAI急剧下降的原因是降水明显减少,而2011年LAI的上升则是由于降水增加。此外,2011年峰值时间点的后移,说明当年1~4月气温有所下降。

  (4)加拿大60°N附近地区
  加拿大60°N附近地区植被主要为寒温带针叶林。2011年LAI曲线与31年和13年背景值曲线基本一致,2012年和2013年LAI曲线的峰值高于两背景值(图3-22),说明该区域近两年植被生长状况明显好于常规年份。波动曲线则表现出大约在2012与2013年的5~8月LAI有较大幅度上升,由此推测主要是由于5~8月降水增加所致。

  (5)非洲南部亚热带草原
  非洲26.5°S附近地区主要为亚热带草原。与巴西东北部情形类似,近三年LAI曲线与31年和13年背景值曲线的波动规律一致,但2012年和2013年LAI曲线的峰值明显低于背景值,2011年则相反(图3-23),说明近两年植被生长状况相对较差。其中2013年夏季(1~3月)LAI降幅最大,推测是由于该时段降水明显少于同时段降水量造成。而2011年则是由于降水增加导致。

  (6)澳大利亚东南部火灾
  据报道2013年10月17日前后澳大利亚东部新南威尔斯省(New South Wales)森林大火肆虐,共有100余处发生大火,火势凶猛迅速,席卷了近12万公顷的土地,此次山火为新南威尔士州10年来最为严重的山林大火。据悉该事件的发生与当地入春之后一直持续30度以上的高温,加上干燥的天气与强风有关。该区域2013年LAI的变化曲线也佐证了这种说法。与31年和13年LAI背景值波动曲线比较,2013年LAI波动曲线确实存在明显的异常(图3-24),主要表现在当年3月上旬开始其LAI曲线就在波动中下降,5月中旬下降到谷底,随后有所上升但又在第二轮、第三轮波动中继续下降,在10月初LAI继续下降到全年最低谷区,仅1.7不到,说明当地森林火灾的发生确实与2013年干燥天气有很大关系,并且其干燥天气确实始于3月上旬入春以来,火灾也确实发生于LAI最低值的10月中旬,同时优越的气候条件使得当地火灾发生区LAI曲线仅半月时间就又开始上升。2011和2012年LAI值普遍高于常年的事实说明此两年降水相对高于常年。