基于GIMMS数据的青藏高原植被返青期变化趋势研究
——文献综述
摘要：青藏高原的特殊地理位置及其特有的生态环境,决定了它对全球气候的变化有着重要的作用和影响。研究青藏高原地区植被物候有利于掌握植物生长季节动态变化规律以及其对气候变化的响应。正是青藏高原在全球气候变化中拥有特殊地位，近年来，越来越多的科学家开始聚焦于该地区的物候时空变化趋势研究。
关键词：青藏高原；物候；时空变化趋势
一、文献综述
引言
青藏高原（Qinghai-Tibet Plateau）北始于昆仑山、阿尔金山和祁连山北缘，南抵喜马拉雅山脉南缘，东及东北接秦岭山脉西段和黄土高原，西与帕米尔高原和喀喇昆仑山脉相连。该区南北纵跃14个纬度带(26°00′~39°47′N)，东西横跨32个经度带(73°19′~104°47′E)，平均海拔在4500m以上，是中国最大、世界海拔最高的高原，被称为“世界屋脊”、“第三极”[1-3]。2013年政府间气候变化专门委员会（IPCC，Intergovernmental Panel on Climate Change）第五次会议报告指出，1880~2012年全球平均温度已升高0.85℃（0.65-1.06℃），同时指出人类活动极可能（95%以上可能性）导致了20世纪50年代以来的大部分全球地表平均气温升高[4]。植被作为生态系统的重要组成部分，在全球物质和能量循环中扮演着重要的角色[5]。物候是指植物受气候的影响而出现的以年为周期的萌芽、开花、结果及落叶等规律性变化的自然现象。青藏高原是全球变化的敏感区域，被认为是“全球气候变化的驱动机与放大器”，并且是“全球变化与地球系统科学统一研究的最佳天然实验室”。研究青藏高原地区植被物候有利于掌握植物生长季节动态变化规律以及其对气候变化的响应。返青期是指植物的幼苗移栽或越冬后由黄色变为绿色并恢复生长的时期，是对气候变化的响应，是能量循环、物质循环的节点，是植物春季生长的指示器。本文基于长时间序列的GIMMS数据，对青藏高原的植被返青的变化趋势进行时空格局分析，对青藏高原地区植被生长情况进行模拟与预测，有利于与气候因素相结合反映青藏高原及周边地区气候变化趋势。研究结果对青藏高原反映全球气候变化、维护青藏高原生态屏障功能具有重要意义。
综述
植被物候对气候变化具有很好的指示作用，与气候关系紧密。传统的物候观测方法是基于野外观测的定点观测方法，即直接观测并记录植被年内生长情况和年际变化[6]。公元年812年日本就展开了对樱花的物候期研究，这是世界上最早的物候观测记录。我国近代物候研究开始于十九世纪初的南京，竺可桢[7]等人对作物进行了传统的物候观测。Zhou等[8]利用5个定位观测站点和11个优势物种，从青藏高原中东部地区1990-2006年的观测数据分析了青藏高原中东部的物候数据，发现大部分物种展叶期在物种尺度上呈现不显著提前趋势，但在群落尺度上均呈现显著提前趋势，此外高寒草甸也呈现显著提前趋势。李红梅等[9]研究青海地区4个站点观测数据结果表明，湟源、门源、曲麻莱（除德令哈外）的植被返青期均呈提前趋势，而其黄枯期均呈推迟趋势。根据垂穗披碱草的直接定点观测资料以及降水量、气温和日照时数等气象资料，王建兵等[10]分析了近20年来青藏高原东北坡垂灌披碱草的物候变化。传统的物候观测虽然客观准确，方法简单，但仅代表点尺度的物候变化，而青藏高原总面积约250万平方千米，东西长约2800千米，南北宽约300~1500千米，仅依靠单点尺度的难以反映青藏高原的物候的空间变化规律。
随着遥感技术的快速发展，国内外很多学者利用多时相遥感数据对植被物候及其变化进行了研究。利用遥感数据观测具有观测范围广、时间长等优点，对植被物候的大尺度趋势研究具有重要价值。常守志等[11]基于MODIS NDVI遥感数据，结合地面定点观测资料，利用傅里叶级数对NDVI数据集进行平滑处理并采用动态阈值法提取物候信息以研究农田物候现象。基于2000~2009年河北省SPOT/VEGETATION NDVI旬合成遥感产品数据，司文才、刘峻明[12]采用S-G(Savitzky-Golay)滤波法对NDVI数据集进行滤波并重构时间序列集，以动态阈值法提取并分析河北省冬小麦的开始返青时间和开始抽穗时间。Zhang X.等[13]取MODIS EVI时间序列曲线斜率变化的最大、最小值所对应的时期，利用斜率法监测植被物候。坂本本弘等[14]基于 MODIS EVI数据，通过傅里叶变换和小波变换去除噪声进行平滑，然后根据平滑后的时间序列曲线斜率变化情况确定作物移栽期、收获期和抽穗期。张峰等[15]利用土地利用数据提取全国旱地和水田作物生长过程，结合野外观察数据，采用最大斜率法对作物物候进行了监测。Karlsen等[16]基于1982~2002年的GIMMS-NDVI数据分析了北欧地区植被物候变化与地表温度之间的联系。
基于遥感产品的青藏高原植被物候研究主要集中于物候的时空变化。丁明军等[17]基于1999~2009年SPOT VGT归一化植被指数（NDVI）数据，利用最小二乘法分析青藏高原高寒草地物候的时空变化趋势。陈江等[18]利用GIMMS-NDVI遥感数据，采用遥感反演的方法定量分析了青藏高原1982~2002年的植被覆盖的时空变化趋势。基于2001~2010年的MODIS EVI时间序列影像，游松财等[19]利用动态阈值法提取植被返青期、枯黄期、生长季节长度等物候参数，分析了2001~2010年藏北高原植被物候的空间格局。李兰晖[20]基于青藏高原地区的GIMMS-NDVI和SPOT-VGT遥感数据，采用Mann-Kendall（M-K）趋势分析法研究植被物候的时空格局，探讨研究区植被物候的变化趋势，并结合地表温度、降水量等数据探讨了气候变化对植被物候的影响。田柳茜[21]基于GIMMS NDVI、SPOT NDVI以及MODIS NDVI遥感数据，采用最小二乘法对青藏高原返青期进行分析计算。曾彪[22]利用线性拟合法和经验模式分解法（EDM）分析了1982-2003年间青藏高原植被的时空格局。Yu等[23]基于GIMMS-NDVI数据分析了1982-2006年青藏高原高寒草地物候变化特征，得出植被返青期在90年代中期之前呈提前之后呈推迟趋势的结论。Wang等[24]利用2000-2010年的MODIS（NDVI）和Mann-Kendall趋势分析法得出，青藏高原物候变化趋势存在东西反向的现象。Shen等[25]基于2000-2011年GIMSS（NDVI）、SPOT（NDVI）、MODIS（NDVI）数据和MODIS(EVI)四种数据，利用五种物候提取方法对比分析得出，2000-2011年青藏高原春季物候并未呈现显著变化趋势。
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