Desert grassland dynamics in the last 20 years and its response to climate change in Xinjiang

doi:10.11686/cyxb2020143

Abstract

Abstract:

Desert grassland is a key type of land ecosystem in arid and semi-arid areas. Desert grassland has an important ecological role and is sensitive to human activities and global change. In this paper， we studied the dynamic changes in desert grassland in Xinjiang and the responses to different driving factors on different time scales and spatial scales for the period 1999-2018. We first extracted the coverage of desert grassland in Xinjiang and determined the desert grassland threshold values for normalized difference vegetation index （NDVI）. Then， we used a unitary linear regression model， correlation analysis and other methods to combine NDVI， net primary productivity （NPP）， meteorological factors and other data to study the changes in area of desert grassland and their driving mechanisms. The results showed that： 1） There were differences in the distribution of desert grasslands in the North and South of Xinjiang during the study period. Over all the area of desert grassland decreased significantly， while the average NDVI was relatively stable， and the NPP showed an upward trend. 2） Meteorological factors over the study period showed different trends at different times of the year. In July and August there were significant differences between North and South Xinjiang. Temperature and precipitation in most regions of Xinjiang increased between 1999 and 2018. 3） In terms of interannual changes， precipitation， high evaporation events， and average wind speed are the important factors affecting NDVI of desert grasslands in Xinjiang. The effect of water conditions on NDVI in the growing season is more obvious. There is a significant negative correlation between annual evaporation and desert grassland NPP， and average wind speed and precipitation have a correlation with desert grassland NPP. 4） In terms of spatial correlation， the area where temperature and precipitation are positively correlated with the NDVI and NPP of desert grassland is larger than that dominated by other factors， and the area where the precipitation effect dominates is larger than that driven by temperature. It was concluded that the dynamic changes of desert grassland in Xinjiang were the result of the combined effects of multiple meteorological factors. Temperature and precipitation were the main factors of influence， and of these the impact of precipitation was more obvious. Water status is the decisive factor driving dynamic vegetation change in desert grassland.

Key words: desert grassland, vegetation NDVI, meteorological factors, dynamic change, response

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Figures/Tables 13

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气象因子 Meteorological factor	全年 Annual		7月 July		8月 August
气象因子 Meteorological factor	r	P	r	P	r	P
平均气压Average pressure	-0.271	0.262	-0.344	0.149	-0.307	0.200
平均相对湿度Average relative humidity	0.464^*	0.045	0.436	0.062	0.445	0.056
平均气温Average temperature	-0.018	0.941	-0.164	0.501	-0.161	0.511
日最高气温Daily maximum temperature	-0.129	0.599	-0.195	0.423	-0.352	0.140
日最低气温Daily minimum temperature	0.106	0.665	0.024	0.921	0.204	0.401
平均风速Average wind speed	-0.427	0.068	-0.071	0.772	-0.172	0.481
大型蒸发量Evaporation	-0.335	0.161	-0.526^*	0.021	-0.449	0.054
20：00-8：00降水量Precipitation of 20:00-8:00	0.690^**	0.001	0.402	0.088	0.356	0.135
8：00-20：00降水量Precipitation of 8:00-20:00	0.615^**	0.005	0.440	0.059	0.439	0.060
全天累计降水量Daily precipitation	0.708^**	0.001	0.486^*	0.035	0.415	0.077
日照时数Sunshine hours	-0.196	0.422	-0.278	0.249	-0.497^*	0.030

气象因子 Meteorological factor	全年 Annual		7月 July		8月 August
气象因子 Meteorological factor	r	P	r	P	r	P
平均气压Average pressure	-0.271	0.262	-0.344	0.149	-0.307	0.200
平均相对湿度Average relative humidity	0.464^*	0.045	0.436	0.062	0.445	0.056
平均气温Average temperature	-0.018	0.941	-0.164	0.501	-0.161	0.511
日最高气温Daily maximum temperature	-0.129	0.599	-0.195	0.423	-0.352	0.140
日最低气温Daily minimum temperature	0.106	0.665	0.024	0.921	0.204	0.401
平均风速Average wind speed	-0.427	0.068	-0.071	0.772	-0.172	0.481
大型蒸发量Evaporation	-0.335	0.161	-0.526^*	0.021	-0.449	0.054
20：00-8：00降水量Precipitation of 20:00-8:00	0.690^**	0.001	0.402	0.088	0.356	0.135
8：00-20：00降水量Precipitation of 8:00-20:00	0.615^**	0.005	0.440	0.059	0.439	0.060
全天累计降水量Daily precipitation	0.708^**	0.001	0.486^*	0.035	0.415	0.077
日照时数Sunshine hours	-0.196	0.422	-0.278	0.249	-0.497^*	0.030

气象因子 Meteorological factor	全年 Annual		7月 July		8月 August
气象因子 Meteorological factor	r	P	r	P	r	P
平均气压Average pressure	-0.509^*	0.026	-0.427	0.068	-0.517^*	0.023
平均相对湿度Average relative humidity	0.021	0.932	0.118	0.630	-0.122	0.618
平均气温Average temperature	-0.369	0.120	-0.383	0.106	0.018	0.941
日最高气温Daily maximum temperature	-0.296	0.218	-0.413	0.079	0.096	0.696
日最低气温Daily minimum temperature	-0.377	0.112	-0.354	0.136	-0.097	0.692
平均风速Average wind speed	-0.686^**	0.001	-0.123	0.617	-0.273	0.258
大型蒸发量Evaporation	0.392	0.097	-0.005	0.983	0.287	0.234
20：00-8：00降水量Precipitation of 20:00-8:00	-0.097	0.693	0.037	0.880	-0.217	0.371
8：00-20：00降水量Precipitation of 8:00-20:00	-0.150	0.541	-0.054	0.827	0.100	0.684
全天累计降水量Daily precipitation	-0.126	0.607	0.005	0.983	-0.079	0.749
日照时数Sunshine hours	0.463^*	0.046	0.063	0.797	0.340	0.155

气象因子 Meteorological factor	全年 Annual		7月 July		8月 August
气象因子 Meteorological factor	r	P	r	P	r	P
平均气压Average pressure	-0.509^*	0.026	-0.427	0.068	-0.517^*	0.023
平均相对湿度Average relative humidity	0.021	0.932	0.118	0.630	-0.122	0.618
平均气温Average temperature	-0.369	0.120	-0.383	0.106	0.018	0.941
日最高气温Daily maximum temperature	-0.296	0.218	-0.413	0.079	0.096	0.696
日最低气温Daily minimum temperature	-0.377	0.112	-0.354	0.136	-0.097	0.692
平均风速Average wind speed	-0.686^**	0.001	-0.123	0.617	-0.273	0.258
大型蒸发量Evaporation	0.392	0.097	-0.005	0.983	0.287	0.234
20：00-8：00降水量Precipitation of 20:00-8:00	-0.097	0.693	0.037	0.880	-0.217	0.371
8：00-20：00降水量Precipitation of 8:00-20:00	-0.150	0.541	-0.054	0.827	0.100	0.684
全天累计降水量Daily precipitation	-0.126	0.607	0.005	0.983	-0.079	0.749
日照时数Sunshine hours	0.463^*	0.046	0.063	0.797	0.340	0.155

气象因子 Meteorological factor	全年 Annual		7月 July		8月 August
气象因子 Meteorological factor	r	P	r	P	r	P
平均气压Average pressure	-0.157	0.645	0.090	0.793	0.076	0.824
平均相对湿度Average relative humidity	0.018	0.957	0.108	0.753	0.000	1.000
平均气温Average temperature	0.098	0.775	-0.123	0.719	-0.131	0.702
日最高气温Daily maximum temperature	0.044	0.898	-0.112	0.744	-0.228	0.499
日最低气温Daily minimum temperature	0.266	0.429	-0.020	0.954	-0.007	0.983
平均风速Average wind speed	-0.366	0.269	0.303	0.365	0.093	0.786
大型蒸发量Evaporation	-0.667^*	0.025	-0.264	0.432	-0.177	0.603
20：00-8：00降水量Precipitation of 20:00-8:00	0.587	0.058	0.306	0.360	0.049	0.885
8：00-20：00降水量Precipitation of 8:00-20:00	0.481	0.134	0.303	0.365	0.190	0.576
全天累计降水量Daily precipitation	0.549	0.080	0.327	0.326	0.143	0.676
日照时数Sunshine hours	-0.060	0.860	0.234	0.489	-0.209	0.537