1982—2012年新疆植被NDVI的动态变化及其对气候变化和人类活动的响应

植被在调节陆地碳平衡、气候系统中发挥了重要作用,并在生态系统服务功能提供方面占据主导地位,因此,监测植被生长变化意义重大.基于AVHRR GIMMS NDVI和MODIS NDVI数据集,在区域、像元两个空间尺度,研究了中国典型干旱区新疆1982—2012年间植被生长的动态变化,探讨了气候变化和人类活动对植被生长的影响.结果表明: 区域尺度,1982—2012年生长季植被NDVI呈极显著增加趋势(4.09×10^-4·a^-1);NDVI变化趋势存在明显阶段性,1998年前后分别呈极显著增加(10×10^-4·a^-1)和显著减少(-3×10^-4·a^-1);生长季NDVI变化趋势的逆转主要发生在夏季,其次是秋季,而春季不存在逆转.像元尺度上,农业区NDVI增加趋势显著;NDVI变化呈两极分化现象,剧烈变化区域多随时段长度延长而增加,尤其是显著减少区域范围快速扩张,导致区域尺度NDVI增加的停滞或放缓.研究区域植被生长受水热条件、人类活动共同控制.春、秋季的气温发挥主导作用,而夏季主要受到降水量的影响.大量施肥、灌溉面积增加等生产活动提高了农田植被覆盖,种植结构、灌溉方式等的改变降低了春季农田NDVI值,载畜量的增加则降低了部分草地的NDVI.     

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。     

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。     

1982-2015年黄土高原NDVI时空演变及其对气候变化的季节响应

基于GIMMS NDVI、温度和降水数据,利用集合经验模态分解(EEMD)、线性回归分析、偏相关分析等方法分析了1982-2015年黄土高原植被覆盖时空变化及其对气候变化的季节响应。结果表明:年际变化趋势上,1982-2015年黄土高原生长季、春、夏、秋季NDVI均呈显著增长趋势,且各个季节NDVI增加速率逐年升高,尤其以夏季增加速率的变化最为明显;空间上,生长季、春、夏、秋季NDVI均呈由西北向东南递增的趋势,且在大部分地区呈显著上升趋势;线性回归表明,生长季、春、夏、秋季温度均呈显著上升趋势;生长季、秋季降水呈增加趋势,春、夏季降水呈减少趋势。EEMD分析进一步表明,生长季、春、夏、秋季温度均先升高后降低,降水均呈先减少后增加的趋势;空间变化趋势上,温度在生长季、春、夏、秋季大部分地区呈显著上升趋势,降水仅秋季有部分区域呈显著上升趋势;NDVI与温度在黄土高原东北部及西南部地区呈显著正相关,与降水在黄土高原北部及西北部地区呈显著正相关。     

基于生态地理分区的大兴安岭植被物候时空变化

植被与气候的关系十分密切,植被物候可作为全球气候变化的指示器.大兴安岭位于我国最北部,对气候变化较为敏感,研究该区植被物候的时空变化对评估全球变化对陆地生态系统的影响具有重要意义.依据中国生态地理区划图,将大兴安岭划分为4个生态研究区域,本文利用GIMMS NDVI 3g遥感数据集分析1982—2012年大兴安岭整体及各生态地理分区植被物候变化.结果表明: 研究期间,所有分区植被生长季开始日期均表现为提前趋势,生长季结束日期均表现为推迟趋势.植被物候对气候因子变化敏感,尤其是对气温的敏感程度高于降水,其中,北段山地落叶针叶林区植被生长季开始日期与春季温度呈显著负相关;除南段草原区外,其他3个分区植被生长季结束日期均与秋季降水呈显著负相关.从整体来看,植被物候随海拔、纬度的变化趋势明显.     

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。     

基于MODIS NDVI、SPOT NDVI数据的GIMMS NDVI性能评价

以MODIS NDVI和SPOT NDVI数据为基准对2000—2015年重叠时段的GIMMS NDVI数据进行评价.在全国尺度以及水田、旱地、林地、草地4种土地类型上对比分析3种数据的数值差异、动态一致性、变化趋势差异和两两间相关性.结果表明: GIMMS NDVI在数值上整体高于MODIS NDVI和SPOT NDVI,3种数据在反映植被月动态方面能力相当;研究期内3种NDVI数据在全国大部分区域均呈增加趋势,GIMMS的增加幅度最小,且在我国西北、东北、中南、青藏高原及云贵高原的部分地区与另两套数据差异较大,表明在研究该区域时应对GIMMS NDVI数据的使用有所保留;各数据间两两相关性较强,在全国尺度上MODIS NDVI与SPOT NDVI的相关性更好,旱地GIMMS NDVI与MODIS NDVI的相关性更好,水田、林地、草地MODIS NDVI与SPOT NDVI的相关性更好.     

延安北部丘陵沟壑区植被指数变化及其与气候的关系

利用GIMMS和SPOT两种归一化植被指数(NDVI)数据和气候资料,分析延安北部丘陵沟壑区1982—2007年植被覆盖的历史演变及其与气候因子的关系。结果表明:(1)延安北部丘陵沟壑区植被覆盖状况26a来尽管有波动起伏,但是整体在持续转好,年平均NDVI增加了14.2%。夏季的NDVI值最高、波动起伏最大,其次是秋季,春、秋季的NDVI年际变化具有明显的上升趋势。各季NDVI与年NDVI均有相关关系,春、秋季NDVI与年NDVI相关显著。NDVI年内变化曲线为单峰型,春季NDVI缓慢增加,秋季NDVI降低速度比较快。(2)年平均NDVI与年温度相关不明显,夏、秋、冬三季NDVI与同期温度相关也不明显,只有春季平均NDVI与该季温度相关显著。3—4月份温度对植被的影响呈正相关,温度越高,返青生长越快;初夏6—7月份,温度对植被生长有滞后影响,前期温度与后期NDVI为负相关。降水量是引起NDVI年际波动的影响因子之一,年降水量与当年7月和9月份NDVI相关,决定了一年植被最为旺盛时的好坏。月降水量对NDVI影响具有滞后性,上年9月份降水影响翌年4—6月份的NDVI,6月和7月份NDVI受当月和前期降水影响。(3)1999年以来,延安北部丘陵沟壑区植被覆盖快速上升,除与降水增多有关外,非气候因素中生态保护和环境建设等人为措施,如植树造林、封山禁牧等封育措施是导致植被显著增加的重要原因。     

2000—2016年宁夏植被覆盖度的时空变化及其驱动力

基于MODIS NDVI遥感数据及同期的气象数据,采用趋势分析、变异系数及Hurst指数等方法反演了2000-2016年宁夏地区植被的动态变化特征.结果表明:宁夏地表植被覆盖总体为增加趋势,呈现显著的地域性特征,南北差异很大.植被年际变化受自然和人为的影响具有明显的阶段特征,2000-2016年整体为增长趋势,2000-2005和2006-2011年间增长显著,2012-2016年植被退化,降水量和湿润指数对植被生长的响应最为显著.生长季植被显著增加的面积占79.88%,春、夏、秋季NDVI分别以0.026·10 a^-1、0.07·10 a^-1和0.049·10 a^-1的速率增加.宁夏大部分地区植被变化将保持现有的生长趋势,但局部将有反持续性的变化,62.13%的植被NDVI呈现持续改善的趋势,且南部林区持续改善的面积大于北部引黄灌区.     

天山北坡前山带降水分布型对荒漠植被的影响——基于逐日降水数据和NDVI分析

降水分布型对荒漠植被的影响规律的揭示是理解全球气候变化下干旱区地表植被覆盖变化过程的基础。基于新疆天山北坡前山带1999-2014年生长季MODIS 1B逐日遥感资料和7个气象站点降水观测数据,运用GIS软件提取出气象站点周围荒漠植被的归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index,NDVI）值,利用相关分析、决策树判识分析等方法,系统分析天山北坡前山带生长季荒漠植被NDVI在不同量级降水和降水型下的时空变化及其持续性等特征,并探究两者的相关程度。研究表明：生长季NDVI在不同时间、空间尺度上对降水存在一定规律的响应特征。从时间尺度来看,NDVI对降水的响应延迟现象随时间越来越不明显,两者相关性先增后减,在生长季中期相关性最强;空间尺度上,各区域差异较大,NDVI对降水的响应快慢与研究区各地的降水量大小明显相关。不同地区的年内NDVI变化趋势也不相同,18天以上的干期长度影响显著。无论研究区域中任一地区年均降水量大小,都一致表现出在生长季期间降水较多的时期,植被覆盖普遍出现为基本不变或轻微改善的趋势,相反在降水较少的时期,植被覆盖普遍出现轻微退化或基本不变（趋势斜率为负的极小值）的趋势。未来可以通过计算体现某地区植被覆盖变化趋势的值,来判断这一时期该地区大气的干湿程度。另外不同量级降水和降水分布型对NDVI变化影响明显,在生长季早、中期,降水量在6.1-12.0 mm时对荒漠植被的生长最为有利,NDVI增长幅度在0.15以上,并且对生长季早、中期植被生长最佳的降水分布型分别为B型降水（指连续两天出现降水且第一天的降水量大于第二天的降水量）和A型降水（指连续两天出现降水,第一天的降水量小于第二天的降水量）。揭示NDVI对降水的响应规律,可为干旱区、半干旱区合理生产灌溉、节约用水、生态恢复与重建等提供理论依据。     

陕西吴起植被动态及其与气候变化的关系

使用归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)资料,分析了陕西省吴起县1982-2003年NDVI的演变情况及其与气候变化的关系。结果表明,22年来植被覆盖状况尽管有波动起伏,但整体在持续转好,表现在低覆盖率植被面积在减少,高覆盖率植被面积在增加;年平均NDVI与降水量呈正相关,植被覆盖的改善有利于减小风速;从季节平均值来看,春季降水量与夏季NDVI、夏季降水量与秋季NDVI的相关性均极显著(P<0.01),并且夏秋两季的降水量与年NDVI相关性也显著,说明降水量是影响吴起县植被分布状况的关键性因子;春夏季蒸发量与夏季的NDVI均呈极显著的负相关(P<0.01);春夏季相对湿度与夏季的NDVI呈极显著的正相关(P<0.01),冬季相对湿度与冬季的NDVI呈极显著的负相关(P<0.01)。     

陕北长城沿线风沙区植被指数变化及其与气候的关系

陕北长城沿线风沙区位于毛乌素沙漠东南部边沿,属毛乌素沙地向东南移动的最活跃地段,生态环境十分脆弱。使用1981～2003年23a长时间序列的NOAA/AHRR NDVI数据、气候资料,分析了陕北长城沿线风沙区植被覆盖的历史演变及其与气候因子的关系。结果表明:(1)陕北长城沿线风沙区植被覆盖状况23a来尽管有波动起伏,但是整体在持续转好,年平均NDVI增加了10.62%。低覆盖率植被面积在减少,高覆盖率植被面积在增加。夏季的NDVI值最高、波动起伏最大,其次是秋季;春、夏、秋三季的NDVI具有明显的上升趋势,季平均NDVI年增长率夏季最大,秋季次之;夏、秋季NDVI与年NDVI具有很高的相关性,这两个季节的植被状况基本决定了全年的植被分布状况。NDVI年变化曲线为单峰型,春季NDVI缓慢增加,秋季NDVI降低速度比较快。(2)年平均NDVI与温度的年际变化相关不明显,各季节NDVI与温度相关也不明显。近年来长城沿线风沙区的年降水量没有明显增加,而年平均NDVI线性增加趋势显著,降水量是引起NDVI年际波动的主要因子,非气候因素是年平均NDVI线性增加的主要原因。降水量与NDVI存在着明显的年相关和隔季相关。年降水量与年NDVI的相关,冬季降水量与春季NDVI的相关,春季降水量与夏季NDVI的相关,夏季降水量与秋季NDVI的相关性都非常高。(3)非气候因素中生态保护和环境建设等人为措施,如植树造林、草原围栏封育等是导致植被显著增加的重要原因。     

青藏高原草地植被覆盖变化及其与气候因子的关系

为揭示气候变化对青藏高原草地生态系统的影响及其生态适应机制,利用1982~1999年间的NOAA/AVHRR NDVI数据和对应的气候资料,研究了近20年来青藏高原草地植被覆盖变化及其与气候因子的关系。结果表明,18年来研究区生长季NDVI显著增加(p=0.015),其增加率和增加量分别为0.41% a^-1和0.001 0 a^-1。生长季提前和生长季生长加速是青藏高原草地植被生长季NDVI增加的主要原因。春季为NDVI增加率和增加量最大的季节,其增加率和增加量分别为0.92% a^-1和0.001 4 a^-1;夏季NDVI的增加对生长季NDVI增加的贡献相对较小,其增加率和增加量分别为0.37% a^-1和0.001 0 a^-1。3种草地(高寒草甸、高寒草原、温性草原)春季NDVI均显著增加(p<0.01;p=0.001; p=0.002); 高寒草甸夏季NDVI显著增加(p=0.027),而高寒草原和温性草原夏季NDVI呈增加趋势,但都不显著(p=0.106; p=0.087);3种草地秋季NDVI则没有明显的变化趋势(p=0.585; p=0.461; p=0.143)。3种草地春季NDVI的增加是由春季温度上升所致。高寒草地(高寒草甸和高寒草原)夏季NDVI的增加是夏季温度和春季降水共同作用的结果。温性草原夏季NDVI变化与气候因子并没有表现出显著的相关关系。高寒草地植被生长对气候变化的响应存在滞后效应。     

2000—2016年云南地区植被覆盖时空变化及其对水热因子的响应

基于2000-2016年MODIS-NDVI数据,利用趋势分析法以及线性相关分析等方法对云南地区植被月变化趋势、年际变化趋势进行详细分析;探讨植被覆盖变化与主要气候水热因子的关系。结果表明：研究区大部分地区植被覆盖良好,年NDVI的平均值为0.55,其中NDVI较高值（> 0.8）区域主要分布于南部,而西北部和中部城市地区NDVI值较低;自2000年开始,研究区NDVI总体呈显著（P < 0.05）增加趋势,年NDVI的变化斜率为0.0036,植被覆盖呈增加趋势的区域占研究区总面积79.80%;不同季节（春、夏、秋、冬）和生长季的植被状况均呈良性发展趋势;湿润指数和水热综合因子在滇西北与NDVI多呈负相关,在滇中地区以正相关为主;春、夏、秋3个季节NDVI受降水影响较大,而冬季NDVI则受气温影响较大;受降水影响较大的区域主要分布在中部和南部,受气温影响较大区域主要分布在滇西北、滇东北地区;NDVI在不同月份对气候因子的滞后时间存在差异,NDVI与当月气温的相关性强于与当月降水的相关性,植被生长对气温的响应无明显滞后效应,对降水存在3个月的滞后期。     

2000—2019年武夷山亚高山草甸对气候因子的响应及其时滞效应

亚高山草甸对气候变化十分敏感,但目前缺少气候因子对亚热带地区亚高山草甸影响的相关研究,且光学遥感数据对该地区草地信息的提取仍存在一定的挑战。本研究基于MOD13Q1植被指数产品中的归一化植被指数(NDVI)数据集,并结合气象数据,分析2000—2019年间武夷山国家公园黄岗山顶的亚高山草甸的生长变化及其对气候因子的响应和时滞效应。结果表明: 2000—2019年,夏季NDVI呈不显著增加趋势,整个生长季、春季和秋季NDVI均呈极显著增加趋势。NDVI的增加主要受温度增加(0.026 ℃·a^-1)的影响,其中春、秋季温度的增加对草地生长的影响显著高于夏季和整个生长季。生长季NDVI对降水的变化十分敏感,说明即使在降水充沛的亚热带地区,亚高山草甸的生长仍然受到降水的较大影响。不同生长时段温度和降水对草甸NDVI的滞后影响程度不同,温度对亚高山草甸生长的滞后影响为0～1个月,降水对草甸生长的滞后性影响为2～3个月。     

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.