基于NDVI的三江源地区植被生长对气候变化和人类活动的响应研究

采用Spot VEGETATION 逐旬NDVI数据、1 ∶ 100万植被类型图和气象站资料,在掌握近10a三江源地区植被变化趋势基础上,分不同植被类型探讨植被生长对气候变化的响应机制,并通过分离气候要素与人类活动对NDVI的贡献,定量评估生态保护与建设工程的实施效果。结果表明,区域尺度上,三江源地区2001-2010年植被生长呈好转趋势,植被增长从东南向西北递减;在10a时间尺度上,气候变化是影响植被生长的决定性因素,但人类活动可在短期内加快植被变化速率,气候要素和人类活动对植被生长的贡献分别为79.32%和20.68%;降水和气温对植被生长的影响程度相当,其中受春季和秋季的降水和气温影响最大,尤其是植被生长季前后一个月(4月份和10月份)的气候条件;与林地和灌丛相比,高寒草地受气候条件的抑制作用更为明显,其中高寒草甸受气候变化的影响最大,NDVI与降水和气温均具有较高相关性,高寒草原受气温的影响比较大,而高山植被受降水的抑制作用更为明显;在气候条件利于植被生长的趋势下,2001-2010年三江源地区的人类活动对生态环境表现出正影响,实测NDVI_max与模拟NDVI_max之间的残差为0.0863,表明生态保护与建设行动取得初步成效,其中黄河源区东部和长江源区通天河两侧的生态恢复效益最为明显,而在唐古拉山、昆仑山、布青山、阿尼玛卿山等山脉的周边地区,人类活动对生态环境仍表现为负影响;时间尺度上人类活动对植被的正影响呈现出下降趋势,2001-2010年NDVI_max残差的回归斜率为-0.0039,表明生态项目实施的短期行为严重,生态建设的效果缺乏长效性。     

中国不同植被类型归一化植被指数对气候变化和人类活动的响应

不同植被类型对外界干扰和环境变化的敏感性不同。为厘清中国不同类型植被的动态变化特征及其对外界环境变化的响应,综合利用趋势分析、残差分析和情景模拟方法,在明确2000-2015年间我国不同植被类型归一化植被指数(NDVI)时空变化基础上,对气候变化和人类活动两大驱动要素在不同植被类型NDVI变化中的相对贡献进行了定量评估和归因。研究结果表明:(1)2000-2015年,我国植被NDVI整体呈增加趋势,且其空间占比高达84.1%。其中,森林植被的改善状况最佳,显著增加的面积占到了森林总面积的82.4%;而荒漠植被的改善状况相对较差,仅有22.3%的区域呈显著增加趋势。(2)人类活动在我国植被变化中占主导地位。植被改善区和植被退化区人类活动的相对贡献分别为76.4%和60.0%,且人类活动对植被的影响更多与管理方式而非土地利用类型转变有关。(3)不同类型植被对气候变化和人类活动的响应差异显著。对于植被改善区,除沼泽外,人类活动对各类型植被NDVI变化的贡献率均在70%以上,尤其是对农作物的贡献率最高,达到80.7%;对于植被退化区,人类活动影响较大的植被类型为沼泽和农作物,表明2000-2015年间我国沼泽受到了更强烈人类活动的负面影响。研究有助于增强对不同植被类型对全球变化响应机制的理解,并为促进生态建设和植被恢复工作的有效实施提供科学参考。     

黄土高原不同植被覆被类型NDVI对气候变化的响应

植被与气候是目前研究生态与环境的重要内容。为探究黄土高原地区植被与气候因子之间的响应机制,利用线性趋势分析、Pearson相关分析、多元线性回归模型以及通径分析的方法,对黄土高原2000—2015年全区和不同植被覆被类型区内NDVI与气候因子的变化趋势以及相互作用关系进行分析。植被覆被分类数据和植被指数数据分别来源于ESA CCI-LC(The European Space Agency Climate Change Initiative Land Cover)以及MODND1T/NDVI(Normalized Difference Vegetation Index)。结果表明:(1) 2000—2015年黄土高原全区植被年NDVI_(max)显著增加的区域占总面积的74.25%,不同植被覆被类型年NDVI_(max)分别为常绿阔叶林常绿针叶林落叶阔叶林落叶针叶林镶嵌草地农田镶嵌林地草地灌木,并且都呈显著增加趋势,其中常绿阔叶林和农田增加幅度最大,为0.012/a。(2)黄土高原全区NDVI与气温、日照、降水和相对湿度等气候因子之间没有显著相关性,但在不同植被覆被类型区,气候因子对NDVI存在显著作用,且不同植被覆被类型差异明显。(3)在全区和不同植被覆被类型区NDVI仅对降水的响应比较一致,气温无论在整个区域尺度还是不同植被覆被类型区对植被的影响均不显著。(4)常绿阔叶林、落叶阔叶林、常绿针叶林及镶嵌林地等以乔木为主的植被覆被类型受年均相对湿度和年总日照时数的显著负效应驱动,草地、镶嵌草地等以草本为主的植被覆被类型则受到年总降水量的显著正效应影响。这说明对植被类型进行区分,更有利于揭示气候对植被的作用机制。     

中国温带草原植被NDVI时空变化及其对气候变化的响应

为探究中国温带草原植被变化及其对气候变化的响应规律,本文利用1982—2015年逐月气象数据和逐旬GIMMS NDVI数据,分析了中国温带草原区不同类型草原植被NDVI变化特征及其对气候变化的响应。结果表明：中国温带草原植被生长季NDVI在1982—2015年总体呈增加趋势,增加速率为0.008 (10 a^-1);在生长季内的不同季节,温带草原植被NDVI均呈增加趋势,但存在一定的空间差异;生长季内,降水是中国温带草原植被生长最重要的影响因子,春季和夏季降水的增多明显促进温带草原3种类型植被的生长;在气温影响方面,春季夜晚最低温的升高对于所有类型温带草原植被生长均有促进作用,而春季和秋季白天最高温的升高能够明显促进温带草甸草原和典型草原植被的生长。本研究发现,夏季夜晚最低温和白天最高温对中国温带草原植被有不对称的影响,夜晚最低温的增加会促进植被的生长,而白天最高温的增加对植被生长起到抑制作用。     

浙江省植被NDVI动态及其对气候的响应

利用GIMMS和MODIS两种归一化植被指数(NDVI)资料反演了1982—2010年浙江植被覆盖状况,结合同期研究区63个气象站点的气温、降水和湿润指数等气候指标,分析了该地区植被年际变化、月际变化及其对气候要素的响应特征。结果表明:(1)研究期间,浙江气候总体呈暖干化趋势,植被覆盖缓慢下降,主要是由于森林植被遭破坏,农业生产活动受抑制影响所致,其中NDVI显著减少的地区约占全省陆域面积的29.1%,主要发生在6—11月;(2)降水量及干湿程度对浙江植被NDVI年变化起着决定性作用。植被与气候要素年变化相关分析发现,NDVI与湿润指数关系较降水、气温更为密切,两者相关及偏相关系数均通过0.05水平的置信度检验,这表明在年际尺度上,湿度的增加增大了植被的生长势,有利于植被生长;(3)植被与气候要素月变化分析表明冬季的热量供给是影响浙江植被生长的重要因子,而植被变化对夏季降水和干湿程度的最大响应为滞后两个月;(4)农业生产水平的提高使得农作物种植区NDVI有所增加,人类活动对浙江植被覆盖的影响不可忽视。     

1982-2016年东北黑土区植被NDVI动态及其对气候变化的响应

植被是陆地生态系统的重要组成部分,在调节气候、水土保持等方面具有重要作用,因此,监测植被生长变化并探讨其与气候变化之间的关系,在全球变化研究中具有重要意义。基于MODIS NDVI和GIMMS NDVI数据集,并通过一致性检验,在区域和像元两个空间尺度上,利用一元线性回归模型,研究东北黑土区1982-2016年植被生长动态,分析植被生长对气温和降水量的响应程度。结果表明：区域尺度上,1982-2016年东北黑土区植被生长季NDVI变化分为3个阶段（先增加继而减少最后再增加）,区域植被的生长在气温、降水量的共同作用下,呈现出明显季节差异;像元尺度上,1982-2016年东北黑土区NDVI总体趋势为改善状态,主要改善植被类型为草原、森林和农业植被,鹤岗市、绥化市和长春市改善面积较大;多年平均NDVI值与同期气温和降水量具有一定的相关关系,平原地区植被NDVI与气温主要呈显著正相关关系,植被类型主要为耕地;平原地区边缘和山地地区的植被NDVI与降水量以显著正相关关系为主,主要植被类型为森林和草地。     

山东省极端气候和人类活动对不同植被类型NDVI的影响

山东省作为我国华东典型的沿海地区,气候多变,人口密集,开展极端气候和人类活动对植被的影响对沿海地区生态环境稳定具有重要意义。基于BRT模型、多元线性回归方程和残差分析等方法研究了不同植被在极端气候和人类活动干扰下的生长状况。结果显示：（1）2000-2020年山东省全区NDVI （归一化植被指数）呈增长趋势且具有正持续性（H>0.5）。空间上,鲁西北和鲁西南植被生长状况较好且得到了显著改善,而北部黄河三角洲和莱州湾地区植被覆盖低且得到了显著退化。不同植被类型中草丛植被得到了显著改善（P<0.05）,而草甸植被退化较为严重;（2）近年来夜间温度（TMINmean、TN90p）的上升,连续干旱日数CDD和瞬时强降雨RX1d的增加有利于研究区植被的增长,而高温极值TXx的上升以及霜冻日数FDO的减少抑制了植被的增长;（3）对于不同植被类型,整体上受到极端气温的影响较大,且对栽培植物和针叶林的解释度更高,同一指标对不同植被类型的影响程度和正负效应存在较大的差异;（4）人类活动在全区植被变化中占主导地位且起到了显著改善作用（P<0.05）。不同植被类型中草甸受到人类活动的干扰最为明显,而针叶林则更多受到气候变化的影响。研究结果能对山东省植被未来的管理和规划提供科学支撑,同时对沿海地区生态环境调控和可持续发展起到了促进作用。     

1982-2012年中亚植被变化及其对气候变化的响应

归一化植被指数(NDVI)能够反映植被生长状况, 被广泛应用于区域乃至全球的植被变化研究中。该文利用1982-2012年GIMMS-NDVI数据, 通过基于像元的线性趋势分析、偏相关分析, 基于场域的经验正交分解(EOF)、奇异值分解(SVD), 综合时间和空间两个维度上的信息, 研究了近31年来中亚植被的变化及其变化中的区域差异, 分析了植被对气候变化的响应关系。线性趋势分析发现, 34%的中亚植被NDVI显著增长(p < 0.05), 山区植被NDVI的增长速率可达到每年0.004。偏相关分析表明, 63%的中亚植被受到降水的显著影响(p < 0.05, 仅4%为负相关), 而32%的植被受到气温的显著影响(p < 0.05, 仅9%为正相关)。EOF分析发现, 中亚植被NDVI的变化表现出较大的空间差异: 山区及东北部的植被NDVI变化主要分为3个阶段, 即先增长(1982-1994年)、后波动(1994-2002年)、然后继续增长(2002-2012年); 而西北部平原区的植被NDVI变化主要表现为两个阶段, 即先增长(1982-1994年)而后减少(1994-2012年)。SVD分析表明: 1982-2012年间中亚植被受到降水和气温的共同影响, 植被NDVI的空间变化特征与降水的空间变化特征较为一致, 但西北部和山区的植被NDVI对气温的响应存在差异。     

1982-2003年贵州省植被覆盖变化及其对气候变化的响应

为了揭示贵州植被变化的基本特征及其对气候变化的响应,利用1982-2003年美国国家航天航空局(NASA)的全球植被指数变化研究数据(GIMMS NDVI)和相应的气候资料,通过对逐像元信息的提取和分析,运用回归和相关性分析的方法,研究了近22年来贵州植被覆盖变化及其与主要气候因子的关系.结果表明:1)研究区NDVI、温度和降水量均呈增加趋势,线性倾向率分别为0.001(10a)-1、0.302℃·10a-1、12.776 mm·10a-1;2)月平均植被NDVI随温度呈线性上升趋势;与月平均降水量呈显著的抛物线关系,降水量对植被NDVI的作用存在一个阚值;3)温度与NDVI的年际变化趋势较为相似,具有同步性,年降水量与NDVI的年际变化存在一定的滞后性;4)贵州省不同植被类型对气候变化有不同的响应特征,同时,气温变化较降水量变化对植被变化有更为显著的影响.     

气候变化和人类活动对中国北方旱区植被变绿的定量贡献

气候变化和大规模的生态恢复使中国北方旱区植被发生了显著变化,量化气候变化和人类活动对植被动态的相对贡献,对于旱区生态系统管理和应对未来气候变化具有重要意义。目前,中国北方旱区植被变化影响因素的时间动态（2000年大规模生态恢复工程实施前后）和空间异质性（沿干旱梯度）仍需进一步的定量研究。基于多源数据,采用趋势分析、偏相关分析和随机森林模型等方法,分析了1981-2018年中国北方旱区气候和植被的时空变化规律,量化了2000年前后气候变化和人类活动对植被动态的相对贡献并分析其在干旱梯度上的空间差异性。结果表明：（1）1981-2018年期间,中国北方旱区的叶面积指数（LAI）平均增加速率为（0.0037±0.0443） a^-1,且增加速率沿干旱梯度增大。2000年前仅10.46%（P<0.05）的地区显著变绿,而2000年后达到36.84%,且植被变绿主要归因于非树木植被。（2）2000年后降水对植被变绿的正效应在不同干旱梯度均增加,而在半干旱区和亚湿润干旱区,温度对植被变绿由正向促进转为负向抑制,而辐射在干旱区由负效应转向正效应。（3）2000年前后,气候变化均主导着植被的动态,贡献率分别为96.07%和73.72%,人类活动的贡献在2000年后进一步增强（从3.93%增加到26.28%）,且沿着干旱梯度而增加,其中人类活动对植被变绿的贡献在半干旱地区增加最显著（+0.0289 m² m^-2 a^-1,P<0.05）。研究结果可为未来气候变化下中国北方旱区的植被恢复和可持续发展提供科学依据。     

两代AVHRR GIMMS NDVI数据集的对比分析——以新疆地区为例

最新发布的1981—2012年的AVHRR GIMMS NDVI3g数据为了解区域植被的近期变化状况提供了数据基础。深入理解该版本与老版本GIMMS NDVIg(1981—2006年)之间的关系,对于使用新数据时充分利用已有老版本的研究结果具有重要意义。以我国西北干旱区的典型区域——新疆为例,研究了两个数据集在反映生长季、春季、夏季和秋季植被现状,植被变化趋势及其对气候变化响应方面的异同。研究结果表明:两个数据集在描述植被活动空间分布、变化趋势及其与气候的相关性方面大体相似,但在数值、动态变化率及其对气候变化响应强度等方面存在的差异也不容忽略。NDVI3g数据生长季和各季节NDVI数值多大于NDVIg,尤其是在夏季和在植被覆盖较好的区域。区域尺度,NDVI3g所反映的植被变化趋势更为平稳,尤其是在夏季和较长的时段,这可能与像元尺度NDVI3g显著增加范围小于NDVIg,而显著减少范围多于NDVIg有关。两个数据集对气温、降水量、潜在蒸散发和湿润指数的响应具有大体一致的空间格局,但对气候因子变化的敏感性存在差异,哪一个数据集更为灵敏依赖于不同的气候因子和时段。一般规律是NDVI3g与热量因子显著正相关的区域小于NDVIg,而与水分因子显著正相关的区域则大于NDVIg。利用长期的生态数据集,尽快理清两个数据集在表征植被变化之间的异同并建立两者的转换关系,对于合理开展植被变化、碳平衡、生态系统服务功能评估等广泛利用NDVI数据的相关研究十分重要。     

1981-2018年新疆草地归一化植被指数时空特征及其对气候变化的响应

在新疆开展长时间序列的草地监测,分析草地生长的时空变化特征,有利于草地环境压力分析和草地生态健康预测。以NOAA-AVHRR NDVI为数据源,采用最大值合成、一元回归分析与相关性分析,分别在年际尺度和多个空间尺度(全疆、南北疆与各地区及其11种草地类型)上探讨了1981—2018年新疆草地归一化植被指数(NDVI)时空特征及其对气温、降水的响应。结果表明：(1)1981—2018年,新疆草地NDVI多年均值0.326,变化范围0.259—0.386,具有轻微年际波动特征;(2)北疆、南疆草地NDVI均表现为轻微增加趋势;全疆占草地总面积41%的区域NDVI呈显著增加趋势,9%为显著减少区域,北疆草地NDVI显著增加的面积是南疆的1.7倍;(3)由于垂直地带性及区域差异,新疆草地NDVI由山区向盆地的荒漠降低;北疆草地NDVI是南疆1.4倍,总体上北疆各地区草地NDVI高于南疆各地区;(4)草地类型植被NDVI对降水的显著响应高于气温,其中温性荒漠类、温性荒漠草原类与温性草原类草地NDVI对降水变化的响应明显高于其余草地类型,降水对草地NDVI的影响更为显著,表明降水引起的地表水分变化...     

1982—2015年新疆地区植被生长对气温的响应

基于1982-2015年归一化植被指数(NDVI)数据集、植被类型和气象数据,采用滑动偏相关分析、线性趋势分析和GIS空间分析方法,揭示了新疆地区生长季植被对气温响应的变化特征.结果表明:研究期间,在整个生长季,新疆地区植被活动对气温变化的响应强度呈现明显的降低趋势;季节尺度上,这种响应关系的变化趋势在夏、秋两季较为明显,春季植被活动对气温变化响应的变化趋势与之相反.在整个生长季,不同类型植被对气温变化的响应呈现减弱态势;在春季,草地和森林对气温变化的响应呈现显著增强趋势,而灌丛和荒漠对气温变化的响应趋势正好相反;在夏季,4种植被(草地、灌丛、荒漠、森林)对气温变化的响应均呈现显著降低趋势;在秋季,4种植被对气温变化的响应均没有显著的统计学特征.新疆地区生长季气温对植被的影响力减弱具有区域的普遍性特征,这可能与研究区降雨和太阳辐射活动变化的有关.