ENSO对中国北方地区植被活动的影响及其机理研究

ENSO, as a large-scale sea-air interaction phenomenon, is a significant determinant of global interannual climate variability and ecosystem. To explore the the impact of ENSO on vegetation activity completely, we will carry out relevant researches with the key point of normalized difference vegetation index (NDVI) in northern China. At first, based on monthly GIMMS NDVI remote data during 1982 to 2006, we analyze the spatio-temporal pattern of change in NDVI by using Empirical Orthogonal Function (EOF) analysis and Hurst index. On this basis, we will apply Pearson correlation analysis, moving window statistical correlation analysis and composite analysis and some other methods to explore the lag and asymmetric response of NDVI to ENSO at three spatial scale including nonspatial level, land cover types level and pixel level. In this process, we will estimate the threshold sea surface temperature anomaly upper which vegetation is sensitive to ENSO. Also, the distribution of significant ENSO-affected areas will be revealed. At last, we will explain the possible mechanism of how ENSO could affect vegetation activity. The key issues are, first, which climatic factors could influence vegetation; second, how ENSO could affect the atmospheric circulation and climate over northern China by teleconnection. Through this study we attempt to suggest some new ideas to the assessment of the impact of climate change on vegetation and predictability of vegetation activity.

ENSO能够对全球气候变化及生态系统产生深远影响。为深入理解ENSO对植被活动的影响，本项目将以中国北方为研究区域，以归一化植被指数（NDVI）为切入点，开展相关研究。首先，利用1982−2006年GIMMS NDVI月尺度遥感数据，应用EOF分解、Hurst指数等方法，分析植被覆盖的时空分布特征。在此基础上，应用简单相关、滑动相关和合成分析等方法，基于区域平均、土地覆盖类型（森林、草地、农田）和像元三种不同的空间尺度，探讨NDVI对El Niño和La Niña响应的滞后性和非对称性，揭示ENSO影响NDVI的海温距平临界值及其主要影响区域。最后，应用统计诊断方法，阐明ENSO影响植被活动的物理机制，即，影响NDVI的气候因子有哪些，ENSO是如何通过遥相关机制使得大气环流发生异常，从而影响区域气候。本项目的开展，可为评估气候变化对植被的影响提供新的方法，并为植被动态预测提供新的思路。

植被是陆地生态系统的主体，其在光照、温度和降水等气候因子的影响下，表现出不同的生长和分布模态，是气候变化的承受者，科学认识气候变化对植被的影响对于制定有效的应对措施具有重要的现实意义。本项目针对中国北方地区的植被变化特征及其驱动因素进行分析，主要结论如下：.中国北方地区的归一化植被指数（NDVI）呈现出东南多、西北少的空间分布特征，中国西北的广大地区基本上为无植被覆盖；区域平均的NDVI在1982-1990年呈现快速增加的趋势，90年代变化趋势不明显，2005年以后NDVI又呈现出一个快速增加的趋势；1982-2015年植被覆盖状况以改善和稳定不变的趋势为主且主要分布在华北地区，植被退化的区域约占总面积的19.50%，主要分布与东北和西北的部分地区；未来中国北方植被覆盖区域NDVI呈现正向持续现象。.月尺度上，中国北方地区区域平均的NDVI与海洋尼诺指数（ONI）的相关系数为0.0308，提前1-6个月的相关系数亦均未通过显著性检验。典型的厄尔尼诺年（爆发年的3月到次年3月作为一个年际循环）ONI和ENSO表现为显著的虚假负相关，其NDVI最大值与正常年并无显著差异。年尺度上，区域平均的NDVI与同期和提前1-6个月的ONI指数的相关系数介于-0.1034和-0.1739之间，均未通过显著性检验，格点尺度上亦未表现出明显的区域分布特征。ENSO对中国北方地区植被活动的指示意义欠佳。.黄河流域气象条件和人类活动都对生态系统质量改善和功能提升起到积极作用。2000-2019年降水量和年均温都与植被净初级生产力和覆盖度呈现显著的正相关，证明黄河流域暖湿化趋势对生态质量改善和生态功能提高起到积极促进作用。2000-2019年黄河流域生态质量变化的气象条件贡献率为55.8%，人为保护措施贡献率为44.2%。有利气候条件和人们保护措施共同促进了黄河流域生态质量改善和生态功能提高。