张强教授团队：城郊农田植被生长特征对城市化响应

转载自赛杰奥公号（2022年6月9日）

植被是陆地生态系统的重要组成部分， 对物质及能量循环具有重要调节作用，是地球天然的“降温器”“净化器”“保护器”。全球农田植被覆盖面积约占总植被覆盖面积的 11%，农田植被是保障全球粮食安全的基本单元。由于耕作制度的原因，农田植被与自然植被生长及物候特征具有显著差异。城市化被誉为气候变化的“自然实验室”，阐明农田植被生长特征对城市化不同发展模式的响应规律，量化城市化导致的环境变化与城郊农田植被生长特征的时空关联，辨识城郊景观格局变化对农田植被生长特征的影响及预测未来作物产量、优化田间管理与布局、制定城郊农业发展政策等方面均具有重要的理论及现实意义。

▲ 各种影响因素对农田 VHI 的相对解释能力
ISA：不透水面比率；NL：夜间灯光；DT：白天地表温度；NT：夜间地表温度；DMN：昼夜温差；SAT：地表气温；PAR：光合有效辐射；PREC：降水；SM：年平均土壤温度

本书基于多源遥感数据、地表观测数据和再分析数据等多源数据集，研发了地理智能机器学习气温反演算法；构建了千米网格尺度地表气象要素数据集（月平均气温、月平均最高气温、月平均最低气温）；探讨了城市化对城郊农田植被健康状况的多重影响特征；评估了引发城郊农田区域水热状况变化与农田植被健康状况变异的相关关系；研究了考虑不同耕作制度下不同关键物候期城郊农田植被生产力对气候变化“自然实验室”的总体和间接响应规律及其与气温及 CO₂ 局部变异的时空关联；量化了城市化驱动的农田景观格局变异对单位农田植被生产力的影响规律，分析了不同气候背景下对单位农田植被生产力影响最大的景观格局因子。

本书主要研究结果如下： 率先提出了耦合自适应时空自相关的地理智能模型，显著地提高了千米尺度地表气温降尺度重建结果的精度；研究发现了城市化对城郊农田植被健康状况影响足迹及间接影响具有显著的空间异质性，城市化对不同关键物候期农田植被生物累积量的间接影响大体呈显著促进作用，但在不同气候背景下，这种促进作用会有明显时空异质性；以三大农业区为研究案例，发现城市化对城郊农田植被的间接影响均可以抵消由城市化的直接影响造成的部分TINDVI（ TINDVIBeforeMax/TINDVIAfterMax）损失；不同气候背景下，城郊的“热岛效应”与“碳岛效应”与城市化对城郊农田植被生长季累积生物量的间接影响的相关关系具有显著的空间异质性；农田的景观配置及组分对于单位农田生产力具有重要影响，且两者的相对重要性呈纬度性分布。

全书共分为五章

第一章为绪论，介绍城市化对植被生长的影响、气候变化对农田植被的影响、影响农田植被的相关因素及影响机制、精细化地表气温反演进展和存在的问题。

第二章为千米网格尺度气象要素反演与验证。

第三章为城市化对城郊农田植被健康的多重影响方式及相关因素分析。

第四章为城郊农田植被生产力对城市化的多重响应规律及相关因素分析。

第五章为城郊农田景观格局变化对农田植被关键物候特征的影响。

在北京师范大学张强教授主持的科技部国家重点研发计划项目“不同温升情景下区域气象灾害风险预估”（项目编号 2019YFA0606900）资助下，近百名项目科研人员经过深入研究，系统评估了历史灾害发生规律及特点，面向未来评估了基于不同气候变化情景和共享社会经济路径下的气象灾害综合风险。研究成果揭示了气象灾害对社会经济和生态环境影响过程和机制，构建出了区域极端气候事件模拟与灾害风险预估理论框架和技术体系，研制了灾害风险预估数据集和产品共享平台，朝着全面提升不同温升情景下区域气象灾害风险预估与综合防范能力迈进了重要一步。这些区域极端气候事件的模拟及风险预估模型，不同温升情景下（ 2.0℃及以上）高精度区域气象灾害风险图集及共享平台，无疑为中国应对全球气候变化及提升综合风险防范能力提供了关键科技支撑。相关成果可望为各行业、部门和相关研究者，特别是气候变化研究、自然灾害风险评估、水文气象灾害模拟、未来气候变化预估等工作提供最新的、系统的理论与数据支撑。

  中国工程院院士

2022 年 3 月于北京

（节选自丛书序一）

北京师范大学张强教授带领研究团队长期从事水文气象灾害和未来气候变化研究， 于 2019 年联合多家单位成功申报获得科技部国家重点研发计划项目“不同温升情景下区域气象灾害风险预估”（项目编号 2019YFA0606900），几年来，经过深入系统研究，获得了一系列创新性成果，开展了气象灾害对社会经济影响过程与传导机制研究，模拟和预测陆地植被生态系统结构演变及其对气象灾害影响的反馈作用，量化了气象灾害对生态环境影响临界阈值和反馈风险，研制了多灾种-多承灾体-多区域综合风险评估模型，刻画区域气象灾害爆发、高峰、消亡动态演进过程，评估不同温升情景和不同共享社会经济路径下典型区域气象灾害的社会经济和生态环境综合风险，发展集成了多致灾因子-多承灾体综合风险动态评估技术体系， 为国家减灾防灾和相关政策制定提供了科技支撑，做出了重要贡献。

中国科学院院士

2022 年 3 月于北京

（节选自丛书序二）

项目成果明显体现出我国全球变化研究特别是全球变化的灾害效应理论研究水平的提升，亦为我国应对气候变化和社会经济、生态环境可持续发展提供重要科技支撑。

基于项目研究成果，编撰了“全球变化与区域气象灾害风险评估丛书”，成为我国适应气候变化和应对气象灾害的标志性成果。

中国科学院院士

2022 年 3 月18日

（节选自丛书序三）

本文摘编自《城郊农田植被生长特征对城市化响应》一书前言，有删减，标题为编者所加。本书是“全球变化与区域气象灾害风险评估丛书”中的一本。

《城郊农田植被生长特征对城市化响应》

ISBN 978-7-03-070343-9

张 强 朱秀迪 王 港 著

责任编辑：周 丹  沈 旭

本书是有关自然地理学和城市化领域方面的著作。本书利用多源数据和数学统计方法，在城郊农田植被生长特征对城市化响应等方面进行了探索，并讨论了气候变化和城市化背景下城郊农田景观格局、植被生产力的空间格局及其影响因素。
本书可供自然地理学或城市化研究方向的研究者或爱好者阅读。

（本文编辑：洪弘）

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