盐池县2000-2012年植被变化及其驱动力

荒漠草原区的植被对防治荒漠化、维护生态屏障具有决定性作用,宁夏盐池县作为其典型代表,近13年的植被变化深受气候变化和人类活动的综合影响。基于MODIS NDVI等数据,运用趋势分析、经验模态分解和空间叠置分析等方法,对盐池县2000—2012年的植被动态变化进行研究,结果表明:(1)2000—2012年盐池县NDVI在0.2—0.4之间呈波动上升趋势,上升幅度为0.078/10 a,上升趋势显著;总体来说,植被稳定性低,年际间波动或转换频繁、幅度大;(2)NDVI的波动分量与残余分量方差贡献率各占50%,且NDVI波动呈减弱趋势。促使NDVI波动的主控因子是年降水量,但其影响在减弱;(3)推动NDVI趋势性上升的主要因素是土地利用方式改善和类型变化,但土地利用方式改善对NDVI的贡献远远大于土地利用类型变化对NDVI的贡献。因此,荒漠草原区的生态改善应以保护为主,辅之以必要的生态重建,走以适度开发带动整体保护的道路。     

1985—2015年中国不同生态系统NDVI时空变化及其对气候因子的响应

植被是陆地生态系统不可或缺的部分,气候是影响其动态变化的重要驱动因素。因此,探究植被的时空变化及其与气候因子的响应关系,有助于理解陆地生态系统的内在演化机制。目前,不同生态系统尺度下的植被动态变化与气候因子的时间响应关系仍未被完整剖析。因此,为了厘清过去30年不同生态系统植被生长对气候因子的响应关系,利用GIMMS NDVI3g数据和气候资料数据,通过Theil-Sen Median趋势分析和Mann-Kendall检验分析了1985—2015年中国陆地NDVI的时空变化特征,结合时间序列相关分析探究了NDVI变化与降水、温度和饱和水汽压差的内部关联,探讨了中国不同生态系统植被与气候因子间的时间响应机制。结果表明：(1) 1985—2015年中国陆地植被呈现改善趋势,年均NDVI先减小后增加,拐点时间在1995年左右,整体变化率为0.5×10^-3/a。农田、森林和草地生态系统的植被显著改善的程度最高,湿地生态系统的植被退化趋势最显著。(2)中国陆地植被NDVI与气候因子的相关性存在明显的空间异质性,且受不同生态系统分区影响。内蒙古高原中部草地生态系统NDVI与降水...     

水热条件分别控制了中国温带草地NDVI的年际变化和增长趋势

温带草地区是我国植被对气候变化响应的敏感区和陆地生态系统的生态脆弱区,是组成草地资源的重要部分。由于全球变暖,气候变化带来的极端气候影响越来越大,探究我国温带草地植被覆盖时空变化规律和水热条件变化对其生长的影响,对区域生态的环境保护,实现畜牧业的可持续发展和更加合理有效地利用草地资源具有重要的现实意义。基于1982—2015年长时间序列的气象(降水、温度、太阳辐射)数据和GIMMS NDVI 3g数据,采用去趋势分析法和相关性分析法,探究近34年中国温带地区生长季草地归一化植被指数(Normalized difference vegetation index, NDVI)和气候因子变化格局,以及水热条件对NDVI的同步影响和滞后影响。研究结果表明:(1)1982—2015年中国温带草地生长季平均温度和月平均太阳辐射呈增长趋势,降水量为下降趋势,温带草地气候逐渐呈现"暖干化";(2)1982—2015年中国温带草地生长季NDVI的年际变化由降水因子主导,特别是在1999年之后,降水的对于中国温带草地生长季NDVI年际变化的影响更为显著;(3)1982—2015年中国温带草地生长季NDVI...     

基于MODIS黄河三角洲湿地NPP与NDVI相关性的时空变化特征

应用EOS/MODIS卫星遥感资料,分析2001-2006年黄河三角洲地区植被净初级生产NPP及NDVI时空变化特征,在到海岸线不同距离的区域内,讨论了年植被净初级生产力( aNPP)与年均归一化植被指数(ANDVI)的相关性,并建立一元回归分析模型.可以看出,黄河三角洲湿地生态系统分布自海向陆具有明显的空间异质性,滩涂湿地分布于沿海地区,生产力高,该地区aNPP值高且与ANDVI呈显著正相关;其他区域由于是盐碱荒地或农业生态系统,因土壤盐分含量高而系统生产力低,或农耕地受人类干扰严重,一年总的生产力下降,而导致这些区域ANDVI与aNPP呈负相关.利用NDVI进行黄河三角洲生产力监测的可行区域,在距离海岸线小于6_km的范围内,所研究的6a回归模型均通过α=0.01的显著水平的F检验,模型的R2值为0.86-0.97.同时在生产力无法估测的区域,可以使用NDVI有效管理黄河三角洲生态系统,提高其生产力水平.     

近10年来蒙古高原植被覆盖变化对气候的响应

基于东亚干旱半干旱地区内蒙古和蒙古国67个气象站的观测资料和SPOTVEGETATION归一化植被指数(NDVI)数据,借助线性趋势、MK趋势性检验、最大化合成法和相关分析等常用数理统计方法,研究了内蒙古和蒙古国地区的植被覆盖变化和气候变化及其响应关系。结果表明:①近49年内蒙古和蒙古国地区年均气温显著上升,降水变化不明显。年均气温在空间上呈现出南高北低的空间分布格局,降水量表现出由西向东递增趋势。②空间分布上,内蒙的植被覆盖状况好于蒙古国。时间变化上,该地区植被覆盖变化分为2个阶段,1998—2001年NDVI呈整体退化趋势,2002—2012年波动上升,其中2009—2012年连续3a上升。空间变化上,内蒙古境内植被退化的区域主要集中在锡林郭勒盟周边地区,蒙古国境内退化的区域分布在中西部地区。③蒙古国境内荒漠和草原植被NDVI与降水呈正相关关系,与气温呈负相关。而对于内蒙古而言荒漠和草原植被的NDVI也与降水呈正相关关系,森林植被与气温呈正相关。就政策层面:内蒙古区域近年来受国家重大生态政策退耕还林、退牧还草的影响,大部分东部和西部植被恢复较快。在今后如果增强两国的文化和政策交流学习,将会对未来的游牧民族文化的保留和发展提供契机。     

气候变化与放牧对西藏典型高寒荒漠草地植被指数变化的相对影响

高寒荒漠草地是青藏高原天然牧场的重要组成部分,对气候变化的响应敏感,且受放牧活动干扰较大,然而,目前仍缺乏数据解释气候变化与放牧对高寒荒漠草地生长的相对影响。西藏阿里地区的日土县,处于季风带和西风带的过渡区,形成以高寒荒漠草原为主的植被类型。基于西藏日土县2000—2016年间的MODIS遥感植被指数(NDVI),以牲畜存栏数(LN)作为放牧的关键指标,以气温、降水和标准化降水蒸散指数(SPEI)数据作为气候变化的指标,分析了研究区草地NDVI的时空变化格局以及气候变化与放牧对NDVI变化的相对影响,据此评估已实施的退牧还草生态建设工程效应。主要研究结果如下:1)2000—2016年间NDVI先减后增,总体呈现增加趋势,这与温度、降水、SPEI以及LN的变化密切相关,其中,LN对NDVI变化的影响相对更大;2)偏相关分析结果表明,退牧还草工程实施前(2000—2007),LN对NDVI变化的影响更大,而工程实施后(2008—2016),表现为SPEI对NDVI变化的影响更大。研究结果表明,高寒荒漠草地生态系统十分脆弱,在不同空间以及时间尺度受到气候变化和放牧活动的影响也有所不同。退牧还草工程通过控制牲畜数量,减轻放牧压力,在很大程度上遏制了该地区植被尤其是草原和湿地NDVI的降低趋势。     

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。     

植被指数的地形效应研究进展

植被指数是定性、定量评估绿色植被的关键指标,已经广泛应用于地表植被的监测.森林多分布在地形复杂山区,利用植被指数进行森林植被信息反演时地形对其影响较大.本文从几何光学模型原理分析了冠层反射率的地形效应,分析比较完全比值型植被指数(简单比值植被指数SR、归一化植被指数NDVI和湿度调整植被指数MAVI)、非完全比值型植被指数(增强型植被指数EVI和土壤调整植被指数SAVI)、非比值型植被指数(减化比值植被指数RSR、修正归一化植被指数MNDVI和绿度植被指数GVI),以及地形调节植被指数TAVI对地形的响应,试图为复杂地形山区选取植被指数提供参考.最后分析了植被指数地形效应研究的不足并对未来发展进行展望.     

基于地理探测的黄土高原植被生长对气候的响应

为探讨黄土高原不同植被类型对气候变化的响应机制,以2002-2019年黄土高原归一化植被指数(NDVI)数据为基础,利用趋势分析、Hurst指数、地理探测器等方法分析不同植被类型NDVI变化趋势及其与气象因子的关系.结果 表明:2002-2019年,黄土高原不同植被类型NDVI以增长趋势和同向中持续性为主,仅栽培植被在...     

基于地理探测器的河南省植被NDVI时空变化及驱动力分析

植被作为陆地生态系统的主体,能够有效反映全球或区域尺度下的生态环境变化状况。分析植被覆盖时空动态变化特征及驱动力因素,对区域生态系统可持续发展具有重要意义。本文利用归一化植被指数(NDVI)作为指标,研究2000—2019年河南省植被时空动态变化特征,基于地理探测器模型分析河南省植被的空间异质性及其驱动力,并通过Hurst指数分析植被的未来趋势。结果表明：2000—2019年河南省NDVI整体呈现波动上升趋势,增长速度为0.016 10 a^-1,其中2009—2019年增长速度减缓并出现减小趋势;土壤类型、土地利用类型、GDP和人口密度4类因子对NDVI空间分布的影响程度最大;单一因子影响力均低于任两个因子的交互解释力,其中,自然和人为因子的交互作用对NDVI空间分布有明显的影响;由Hurst指数分析发现,河南省未来NDVI变化呈现反可持续性特征,Hurst指数<0.5区域占整个研究区域的植被覆盖度百分比为58.3%,整个研究区未来主要呈现下降趋势。     

Time lag and negative responses of forest greenness and tree growth to warming over circumboreal forests

The terrestrial forest ecosystems in the northern high latitude region have been experiencing significant warming rates over several decades. These forests are considered crucial to the climate system and global carbon cycle and are particularly vulnerable to climate change. To obtain an improved estimate of the response of vegetation activity, e.g., forest greenness and tree growth, to climate change, we investigated spatiotemporal variations in two independent data sets containing the dendroecological information for this region over the past 30 years. These indices are the normalized difference vegetation index (NDVI3g) and the tree‐ring width index (RWI), both of which showed significant spatial variability in past trends and responses to climate changes. These trends and responses to climate change differed significantly in the ecosystems of the circumarctic (latitude higher than 67°N) and the circumboreal forests (latitude higher and lower than 50°N and 67°N, respectively), but the way in which they differed was relatively similar in the NDVI3g and the RWI. In the circumarctic ecosystem, the climate variables of the current summer were the main climatic drivers for the positive response to the increase in temperatures showed by both the NDVI3g and the RWI indices. On the other hand, in the circumboreal forest ecosystem, the climate variables of the previous year (from summer to winter) were also important climatic drivers for both the NDVI3g and the RWI. Importantly, both indices showed that the temperatures in the previous year negatively affected the ecosystem. Although such negative responses to warming did not necessarily lead to a past negative linear trend in the NDVI3g and the RWI over the past 30 years, future climate warming could potentially cause severe reduction in forest greenness and tree growth in the circumboreal forest ecosystem.     

基于NDVI的云南省2009-2010年干旱遗产效应研究

气候变化正导致干旱事件发生的强度、频度显著改变,极端气候事件发生的不确定性直接影响陆地生态系统关键生态过程。我国西南地区在2009-2010年发生百年一遇的极端干旱,目前关于植被生长在长时间尺度对此次干旱事件的响应尚不明确。以云南省为研究区,基于多年Normalized difference vegetation index(NDVI)影像数据以及长时间序列气象资料对此次极端事件的干旱遗产效应开展研究,分析了干旱遗产效应的持续时间以及不同植被类型的响应差异。结果表明:1)云南省植被生长在极端干旱事件发生后受到的抑制时间大约持续1-2年,受影响区域主要集中在遭遇降水严重减少的地区;2)海拔2000 m附近为植被对干旱响应最为敏感的区域,海拔高于4000 m的植被生长几乎未受到干旱影响;3)较之草地和农田,森林植被受到的抑制作用更为强烈。研究揭示了极端干旱对云南省植被生长造成的影响,为该地区未来应对极端干旱并有效开展植被恢复提供理论依据。     

中国东部南北样带主要植被类型归一化植被指数对气候变化的响应及不同时间尺度的差异性

植被的动态变化及其与环境的关系已成为全球变化研究的热点问题。陆地样带是进行全球变化驱动因素梯度分析的有效途径。该研究依托中国东部南北样带(NSTEC), 对南北样带不同时间尺度的气候因子和植被活动变化特征进行了分析, 并重点阐述了具有代表性的12种植被类型对气候因子的响应方式。研究结果表明: 南北样带植被的归一化植被指数(NDVI)的变化同时受控于气温和降水, 但是在不同的空间和时间尺度上植被NDVI的响应方式各异。在年时间尺度上, 只有温带落叶灌丛(TDS)的NDVI受气温控制; 而温带禾草草原(TGS)和亚热带和热带针叶林(STCF)的NDVI同时受气温和降水调控。其他植被类型的年NDVI与年平均气温和年总降水量没有直接显著的联系, 而受年内气温变化和降水分配状况的影响更大。在月时间尺度上, NDVI与气温的关系在不同类型植被之间存在很大差异。一般而言, 植被NDVI与前4个月内的气温关系最为密切, 并且从1月份到4月份气温的滞后时长在缩短。其中, 温带针叶林(TCF)、温带落叶阔叶林(TDBF)、TDS、STCF和亚热带热带草丛(STG)等植被类型, 5-8月的NDVI与气温普遍呈负相关关系。草原和灌丛植被类型当月NDVI与当月降水量主要以正相关为主, 而森林类型当月NDVI与当月降水量主要以负相关为主。     

基于CASA模型的内蒙古典型草原植被净初级生产力动态模拟

 植被净初级生产力及其对气候变化的响应研究是全球变化的核心内容之一。在利用内蒙古典型草原连续13年的地上生物量资料对基于遥感信息的生态系统碳循环过程CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型验证的基础上, 分析了内蒙古典型草原1982~2002年植被净初级生产力(Net primary productivity, NPP)的时间变异及其影响因子。结果表明: 1) 1982~2002年21年间内蒙古典型草原的平均年NPP为290.23 g C·m^–2·a^–1, 变化范围为 145.80~502.84 g C·m^–2·a^–1; 2)内蒙古典型草原NPP呈增加趋势, 但没有达到显著性水平, 其中1982~1999年的18年间NPP呈现非常显著的增加趋势(p<0.01), NPP增加的直接原因是由于生长旺季生长本身增强所致; 3)内蒙古典型草原NPP与年降水量呈极显著的相关关系, 年降水量显著影响NPP的变异, 而NPP与年均温无显著相关关系。     

基于潜在植被的中国陆地生态系统对气候变化的脆弱性定量评价

 陆地生态系统对气候变化的响应及其脆弱性评价研究是当前全球变化领域的重要内容之一。该研究在生态系统过程模型的基础上,耦合了潜在 植被对气候变化的动态响应,模拟气候变化对潜在植被分布格局和生态系统主要功能的影响,以潜在植被的变化次数和变化方 向定义植被分布 对气候变化的敏感性和适应性,以生态系统功能特征量的年际变率及其变化趋势定义生态系统功能对气候变化的敏感性和适应性,进而对生态 系统的脆弱性进行定量评价,分析不同气候条件下我国陆地生态系统的脆弱性分布格局及其区域特点。结果表明,我国自然生态系统气候脆弱 性的总体特点为南低北高、东低西高,气候变化将会增加系统的脆弱性。采用政府间气候变化委员会排放情景特别报告国内和区域资源情景, 即IPCC-SRES-A2气候情景进行的预测模拟表明,到21世纪末我国不脆弱的生态系统比例将减少22%左右,高度脆弱和极度脆弱的生态系统所占的 比例较当前气候条件下分别减少1.3%和0.4%。气候变化对我国陆地生态系统的脆弱性分布格局影响不大。不同气候条件下,高度脆弱和极度脆 弱的自然生态系统主要分布在我国内蒙古、东北和西北等地区的生态过渡带上及荒漠-草地生态系统中。总体而言,华南及西南大部分地区的生 态系统脆弱性将随气候变化而有所增加,而华北及东北地区则有所减小。     

1982-2012年中亚地区植被时空变化特征及其与气候变化的相关分析

干旱区植被生态系统对气候变化极为敏感,并且干旱区的植被变化研究对全球碳循环具有重要意义。然而近几十年来,中亚干旱区植被对气候变化的响应机制尚不甚明朗。利用归一化植被指数NDVI数据集和MERRA（Modern-Era Retrospective Analysis for Research and Applications）气象数据,采用经验正交函数（EOF,Empirical Orthogonal Function）和最小二乘法等方法系统分析了31a（1982-2012年）来中亚地区NDVI在不同时间尺度的时空变化特征。进一步分析和研究NDVI与气温和降水的相关性,结果表明：1982-2012年,中亚地区年NDVI总体呈现缓慢增长趋势,而1994年以后年NDVI呈现明显下降趋势,尤其在哈萨克斯坦北部草原地区下降趋势尤为突出。这可能是由于过去30年间,中亚地区降水累计量的持续减少造成的。NDVI的季节变化表明春季NDVI增长最为明显,冬季则显著下降。与平原区相比,中亚山区的NDVI值增长幅度最大,并且山区年NDVI与季节NDVI呈现显著增加趋势（P < 0.05）。中亚地区年NDVI与年降水量正相关,而年NDVI与气温变化存在弱负相关。年NDVI和气温的正相关中心在中亚南部地区,负相关中心则出现在哈萨克斯坦的西部和北部地区;NDVI和降水的相关性中心刚好与气温相反。此外,在近30年间的每年6月至9月,中亚地区NDVI与气温存在近一个月的时间延迟现象。本研究为中亚干旱区生态系统变化和中亚地区碳循环的估算提供科学依据。     

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。     

1982-2012年中国植被覆盖时空变化特征

利用GIMMS NDVI、MODIS NDVI和气象数据,辅以趋势分析、分段回归以及相关分析等方法,分析了1982—2012年我国植被NDVI时空变化特征及其驱动因素。结果表明:(1)近30年我国植被NDVI呈缓慢增加趋势,增速为0.2%/10a;植被覆盖变化阶段性特征明显:即1982—1997年和1997—2012年植被覆盖均呈显著增加趋势,增速分别为1.2%/10a和0.6%/10a,均通过显著水平0.05的检验。(2)空间上,我国陕北黄土高原、西藏中西部以及新疆准格尔盆地等地区植被NDVI呈显著增加趋势;而东北地区的大、小兴安岭和长白山、新疆北部的天山和阿尔泰山以及黄河源和秦巴山区等地区植被NDVI呈显著下降趋势,其中东北地区和新疆北部山区下降尤为显著,说明近年来我国中高纬度山区植被活动呈下降趋势。(3)不同区域植被对气温和降水的响应存在差异,我国北方地区植被对气温具有较长的响应持续时间;而除云南外,南方地区植被对降水的响应时间存在1—3个月的响应时间,且随着滞后时间的延长,相关性逐渐增大。(4)我国植被覆盖增加是气候变化和人类活动共同驱动的结果,尤其是1999年之后人类活动影响逐渐加强。而我国东北地区和新疆北部山区植被覆盖的下降可能是由于该区降水减少所致,东南沿海地区植被退化则受城市化影响显著。     

中国陆地生态系统碳源/汇整合分析

国家尺度陆地生态系统碳收支及其循环过程的研究对于提升地球系统科学与全球变化科学的科技创新能力、提高我国参与应对全球气候变化国际行动和维护国家利益的话语权、保障国家生态安全和改进生态系统管理都具有重要意义。近年来,我国已经在气候变化与陆地生态系统碳循环领域开展了大量的研究工作,主要包括国家清查、生态系统模型模拟、大气反演等手段。然而,由于大尺度陆地生态系统碳源/汇的估算存在很大的不确定性,目前尚未形成国家尺度的陆地生态系统碳源/汇的整合分析。通过搜集已发表的关于中国陆地生态系统及其组分碳源/汇的59篇文献,整合国家清查、生态系统模型模拟、大气反演3种研究手段,分析中国陆地生态系统碳源/汇大小以及时间尺度上的动态变化。结果表明,在1960s-2010s期间中国陆地生态系统碳汇整体呈上升趋势,平均为（0.213±0.030）Pg C/a,其中森林、草地、农田和灌木生态系统碳汇分别为（0.101±0.023）Pg C/a、（0.032±0.007）Pg C/a、（0.043±0.010）Pg C/a和（0.028±0.010）Pg C/a。森林生态系统中的植被碳汇远大于土壤碳汇,然而这种格局在草地和农田生态系统却相反,而且1960s-2010s期间中国主要植被类型的生态系统碳汇总体上随时间呈增加趋势。融合多源数据（地面观测、激光雷达、卫星遥感等）、多尺度数据（样地尺度、站点尺度、区域尺度）以及多手段数据（联网观测、森林清查、模型模拟）,有助于全面准确地评估中国陆地生态系统碳源/汇及其对气候变化的响应。