川渝地区NDVI动态特征及其对气候变化的响应

四川、重庆位于我国西南、长江上游地区,地形条件复杂,区内生态环境对气候变化较为敏感,作为我国现代农业发展区和长江中上游重要生态屏障,探究区域植被覆盖与气候变化之间的关系对该地区生态文明建设与农业可持续发展具有重要意义。基于归一化差值植被指数（NDVI）和气象数据（气温、降水）,采用Sen趋势分析、MK检验和偏相关分析法,以农业地貌分区视角分析1999-2018年川渝地区植被覆盖的时空变化特征,以及植被NDVI与气温和降水之间的时空响应。研究结果表明：（1）川渝地区及各农业地貌分区植被NDVI在近20年均呈显著上升趋势,增长速率为盆周山地区（0.0073/a）>四川盆地区（0.0063/a）>川西南山地区（0.0050/a）>川西高山高原区（0.0026/a）,整体年际变化率为0.0047/a。（2）川渝地区91.51%的NDVI像元值变化为正,空间上呈现出东高西低的总体分布格局,其中盆周山地区NDVI值最高为0.60,川西高山高原区NDVI值最低为0.44。（3）川渝地区整体上NDVI与气温和降水呈正相关,且气温（r=0.707,P<0.01）强于降水（r=0.535,P<0.05）,空间上植被NDVI与气温和降水呈显著正相关区域分别占39.31%、18.92%。（4）不同农业地貌区植被生长与气候变化的响应关系呈现出明显差异。在川西高山高原区NDVI与气温呈显著的正相关关系,但与降水的关系不明显,其中阿坝-若尔盖-红原等高平原地区及西北部石渠等丘状高原地区受气温的显著正效应驱动尤为明显;在四川盆地区和盆周山地区NDVI与气温和降水均呈正相关,特别是东北部平行岭谷及低山丘陵区受气温和降水的正效应影响显著。研究有助于进一步理解川渝地区植被与气候变化的响应机制,并为促进川渝地区生态建设及发展提供参考依据。     

1982-2020年安徽省净生态系统生产力时空格局变化及其成因

净生态系统生产力（NEP）是定量描述陆地生态系统与大气之间碳交换的重要指标。明确区域尺度NEP的时空格局及主导因子，有助于增强对区域碳循环变化机制的认知。基于BEPS （Boreal Ecosystem Productivity Simulator）模型模拟结果，评估了安徽省1982-2020年NEP时空格局，分析了安徽省NEP对主要环境植被因子的敏感性，并借助通径分析和贡献率分析探究了影响安徽省NEP时空变化的驱动因子。结果表明：（1）1982-2020年，安徽省多年年均NEP为651.14 gC/m²，线性趋势变化率为1.10 gC m^-2 a^-1，总体呈显著增加趋势（P<0.01）。在空间上，NEP表现为"南北部较高、中部较低"的分布，显著增加（P<0.05）的区域占52.77%，主要分布在北部和南部，显著减小（P<0.05）的区域占7.11%，主要分布在西部和东南部。NEP重心有显著的北移趋势（P<0.01）。（2） NEP对大气CO₂浓度变化最为敏感，对降水变化最不敏感。时间上，NEP对叶面积指数（LAI）（P<0.01）、CO₂（P<0.01）和饱和水汽压差（VPD）（P<0.05）的敏感性变化显著增强，对总辐射的敏感性变化显著减弱（P<0.01），对气温和降水的敏感性变化不显著（P>0.05）。空间上，NEP对各因子的敏感性有地区差异性。（3）所选环境植被因子综合解释了NEP 79%的时空变化。LAI与CO₂是安徽省NEP时空变化的主导因子，为正贡献，气候因子为次主导因子，为负贡献。空间上，LAI为主导因子的地区主要分布在安徽省北部、中西部的大部分地区，占49.65%，CO₂为主导因子的地区主要分布在安徽省西北部与东南部的大部分地区，占44.54%。     

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。     

玛曲县植被覆被变化及其对环境要素的响应

植被覆被变化是气象要素和人类活动综合作用的结果,能够反映区域内生态系统的演替趋势。玛曲高寒生态区作为黄河上游重要的水源涵养和补给区,具有维持区域生物多样性和生态安全,保障经济社会健康发展的重要作用,因此厘清该区域植被变化与气候及人类活动等环境要素的相互关系有助于为玛曲县生态治理与恢复提供科学参考。鉴于此,以2000-2015年MODIS/NDVI数据为基础,结合同期气象与人类活动数据,应用趋势分析法、相关分析以及通径分析等方法,分析了玛曲县植被NDVI的时空变化规律,并详细探讨了气象要素和人类活动对植被覆被变化的影响。结果表明：（1）2000-2015年玛曲县NDVI呈波动上升趋势,上升速率为0.01015/10a;各土地利用/覆被类型中,增加幅度由大到小依次为高山稀疏植被、湿地、沙化草甸、山地疏林地、高寒草甸、亚高山硬叶灌丛、亚高山阔叶灌丛和高寒草原;增加面积占相应地类总面积比例由大到小分别是高山稀疏植被（75.57%）、山地疏林地（71.45%）、沙化草甸（71.18%）、湿地（70.66%）、高寒草甸（68.15%）、亚高山硬叶灌丛（66.96%）、亚高山阔叶灌丛（66.24%）和高寒草原（66.05%）;（2）气象要素中,气温与NDVI间具有显著正相关（P < 0.05）,是影响植被覆被的决定性因子,利于植被的生长与发育;降水与NDVI间相关不显著（P > 0.05）,对植被覆被的影响较小;（3）人类活动要素中,与放牧强度密切相关的大牲畜存栏数和羊存栏数是植被生长的主控因子,其中大牲畜存栏数呈显著的抑制作用（P < 0.05）,羊存栏数具有较强的促进作用（P < 0.05）;（4）通径分析发现,气温、大牲畜存栏数和羊存栏数的决定系数依次为0.3005,-0.0563和0.0128,说明气温对NDVI的综合作用强度最高、大牲畜存栏数次之,羊存栏数最低;此外,剩余通径系数为0.53。该数值较大,表明仍有部分对NDVI增加存在影响的环境要素未考虑到,需在今后的研究中给予关注。     

退耕还林背景下黄土高原蒸散量时空演变特征及归因

受气候变化和人类活动影响,近几十年黄土高原地表环境和水碳通量发生显著变化,对区域水资源和生态系统格局产生深刻影响。基于植被界面过程(VIP)遥感蒸散发模型,对退耕还林(草)工程实施以来黄土高原蒸散量(ET)时空变化格局进行模拟研究,揭示了近20年黄土高原水碳通量时空演变特征及其原因。结果表明:(1) 2000-2019年黄土高原ET总体呈显著上升趋势(P < 0.05),倾向率为3.77 mm/a,其中黄河中游黄土丘陵沟壑区ET增长最为显著,而陕西关中平原东部、宁夏银川平原南部等农业区则呈显著下降趋势,倾向率为-5.68 mm/a;(2) 气候变量和归一化植被指数(NDVI)对ET显著上升区的区域平均贡献分别为14.7%和78.6%(其中人类活动贡献为70.5%),而对ET显著下降区的区域平均贡献分别为-58.4%和-31.5%(其中人类活动贡献为-31.6%),表明人类活动和气候变化分别主导了ET显著上升区和ET显著下降区的蒸散变化;(3) 在气候变化主导区域,气温和降水量分别为能量受限区和水分受限区ET增加的主导气象因子,而气溶胶浓度升高导致的日照时数和地表风速下降对作物碳同化和蒸腾具有显著的抑制作用,成为农业区ET下降的主导气象因子。     

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。     

黄土高原植被物候变化及其对季节性气候变化的响应

受气候变化影响,全球范围内植被物候发生了显著变化,而目前针对不同植被分区类型下（荒漠草原区、典型草原区、森林草原区、落叶栎林区、落叶栎林亚区）植被物候变化及其对季节性气候变化响应的研究尚少。因此基于MODIS遥感归一化差值植被指数（MODIS NDVI：MOD13Q1）数据、中国植被区划数据及135个气象站点插值数据,利用Sen''s斜率估计、Hurst指数和高阶偏相关分析等方法,研究黄土高原2001-2018年植被物侯变化及其对季节性气候变化的响应。结果表明：（1）黄土高原植被生长季始期（SOS,Start of Growing Season）主要集中在第96-144天,子植被分区由西北向东南方向,逐渐呈现提前趋势,71.0%的像元植被SOS整体提前0-2 d/10a （α=0.05）,且在未来一段时间66%的像元植被SOS继续呈现提前趋势;植被生长季末期（EOS,End of Growing Season）主要集中在第288-304天,各子植被分区植被EOS变化基本保持一致,87.6％的像元植被EOS整体延迟0-3 d/10a （α=0.05）,且在未来一段时间有80%的像元植被EOS继续呈现推迟趋势。（2）黄土高原植被SOS主要受各季节温度的影响;当年春季降水导致植被SOS提前,主要分布在黄土高原中部;上年夏季和上年秋季降水增加会导致植被SOS推迟;当年春季、上年秋季和年初冬季的温度升高均会导致植被SOS提前;各子植被分区植被SOS对不同季节降水的响应存在差异,而对不同季节温度的响应具有一致性。（3）黄土高原植被EOS主要受各季节降水和秋季温度的影响;不同季节降水增加均会导致大部分植被EOS推迟;当年秋季温度导致整体区域植被EOS推迟,且各子植被区植被EOS对当年秋季温度响应具有一致性。该研究可为大尺度植被物候影响因素提供新的认识,也为植被适应未来气候变化提供借鉴。     

天津地区归一化植被指数时间动态及其与气候因子的关系

利用1982—2003年8 km×8 km的NASA/GIMMS半月合成的归一化植被指数(NDVI)和气候数据,研究了天津年平均及逐月NDVI变化趋势以及降水和气温对其影响。结果表明：1982—2003年,年平均NDVI呈现波动性的微弱降低趋势;生长季中,不同月份的年际变化存在明显差异;春季和秋季NDVI呈增加趋势,其中10月达到显著性水平（P<0.05）,而夏季NDVI是降低的,6月下降达到极显著水平（P<0.01）;逐月NDVI与同期月平均气温及月降水量的回归分析表明,NDVI与温度和降水均有很好的非线性正相关关系（P<0.001）,证实温度和降水对NDVI的影响有很强的季节性;降水和气温对生长季不同月份的植被NDVI影响明显不同,同时呈现一定的滞后性。     

基于黄土高原关键带类型的土地利用与年径流产沙关系空间分异研究

区域植被恢复改变了土地利用类型,从而有效控制了水土流失,但土地利用与水土流失关系的空间分异尚未明晰。整合了黄土高原坡面径流小区试验观测研究文献59篇和1121条年径流产沙记录,以8大关键带类型作为空间分层依据,采用地理探测器分析了土地利用与年径流产沙关系的空间分异。结果显示：撂荒地的年均径流量和产沙量最高分别为35.99 mm和4208.82 g/m²,撂荒地、裸地和耕地的产流产沙能力显著高于人工草地、林地、自然草地和灌丛,灌丛和林地的年均产沙量显著低于人工和自然草地（P<0.05）;除了撂荒地的年均产沙量在山地森林关键带最高（16240.40 g/m²）外,在丘陵沟壑农林草交错关键带的撂荒地年均径流产沙显著高于丘陵农业-草地关键带,丘陵沟壑农林草交错关键带和丘陵农业-草地关键带裸地、耕地的产流产沙能力较高,人工草地和灌丛年均产沙量显著高于其他关键带类型（P<0.05）;在山地森林关键带的林地年均径流量、径流系数和产沙量最低,分别为1.56 mm、0.41%和307.36 g/m²,而自然草地在各关键带类型都有较高的年均产流量和较低的年均产沙量;坡面径流小区的局地特征（如土地利用、面积、坡度、坡长）是影响年径流产沙关键带分异的首要因素,且存在多因子互作、非线性增强的关系。这些结果表明植被恢复能有效地保持水土,但是区域植被恢复时需要选择合适的类型,黄土丘陵沟壑区应首选自然草地、灌丛和林地。研究可为黄土高原区域植被恢复的优化配置提供科学依据。     

高原河谷城镇化对植被覆盖度的影响

以典型的高原河谷城市——西宁市为例，定量分析了2000-2015年研究区景观格局及植被覆盖度的时空演变，揭示了高原河谷地区的城镇建设对植被覆盖度的干扰过程及生态环境质量的影响。结果表明：（1）2000-2015年间，西宁市城镇面积增幅为25.99%，总体城镇化率为4.76%，各区县城镇化水平差异较大；（2）西宁市平均植被覆盖度呈增加趋势但不显著（P < 0.57）。植被覆盖度以中高和高植被覆盖度为主，空间上呈现"东西低-南北高"的分布特征，退耕（牧）还林（草）区的植被覆盖度显著增加（P < 0.01），说明生态恢复工程效果显著；（3）区县尺度上，城镇化速率与中高覆盖植被面积变化呈显著负相关（P < 0.01），区县内生态质量有所下降，城镇发展程度和区位条件的差异是影响中高覆盖度植被变化的主要因素；（4）格网尺度上，建成区及其周边区域的低覆盖植被面积呈显著增加趋势（P < 0.01），表明城镇内部区域生态质量有所改善。研究结果对保护和提高西宁市生态环境质量及合理推进城镇建设等方面具有重要意义。     

黄土高原植被覆盖时空变化及其对气候因子的响应

为研究黄土高原地区退耕还林(草)后,植被覆盖变化及其对水热条件的响应,利用1999—2013年SPOT VGT NDVI 1km/10d分辨率数据,采用最大合成法、一元线性回归法和偏相关分析法,系统分析了黄土高原地区NDVI(归一化植被指数)的时空分布及变化趋势,及其与气候因子的关系。结果表明:黄土高原1999—2013年年最大NDVI的平均值为0.31,NDVI较高的区域位于黄土高原南部,而西北部植被覆盖度较低;自1999年开始,黄土高原地区NDVI呈极显著(P0.01)增加趋势,年最大NDVI的变化斜率为0.0099;不同季节(春、夏、秋、冬)和生长季的植被状况均呈现良性发展趋势;1998—2013年间,黄土高原地区气候呈现不显著的"冷湿化"特征;NDVI年际(及生长季和季节)变化与降雨和温度的相关性不显著,而在月时间尺度上,呈显著的相关性,并且月NDVI与当月降雨量的相关性要强于与当月温度的相关性;植被生长对温度的响应存在一个月的滞后期,而对降雨的响应无滞后效应。     

基于ICEEMDAN方法的黄土高原植被覆盖变化及其对气候变化的响应

地理数据和遥感数据的长期序列中包含噪声和周期性波动信息。本研究基于ICEEMDAN方法对黄土高原1982—2015年归一化植被指数(NDVI)、降雨和温度进行逐像元分解,分解后得到的残差项减少了原始数据中的噪声和周期性波动,并利用残差项研究NDVI的变化趋势以及NDVI与气候因子之间的关系。结果表明: 1982—2015年,黄土高原NDVI以上升为主,残差项NDVI变化趋势的显著性(95.9%)大于原始NDVI变化趋势的显著性(72.3%),并且存在一定的空间差异性。温度和降雨的变化可以在很大程度上解释植被覆盖的变化。其中,温度与黄土高原NDVI之间呈极显著正相关的区域占83.7%,极显著负相关区域占13.9%;降雨与黄土高原NDVI之间呈极显著正相关的区域占54.4%,极显著负相关区域占37.2%。黄土高原植被对气候变化的响应存在明显的空间差异性,不同气候因子对不同植被覆盖类型的影响程度不同。总体上,黄土高原生长季不同植被与温度之间的相关性强于降水,温度是影响黄土高原植被覆盖变化的主要因素。     

黄土高原生态分区及概况

黄土高原地域广阔,水土流失区域差异显著。为了有效治理水土流失,评估水土流失治理技术和模式及生态恢复建设工程的成效性,需要对黄土高原进行区域划分。依据自然条件、水土流失治理技术和模式的区域性特征及差异,基于国家基础地理信息系统数据的县级行政界,对其进行合并,进行生态分区的划分,并分别统计其气候、地形地貌、植被特征及水土流失现状,以期为黄土高原水土流失治理技术和模式的改良优化提供依据。主要结论如下:(1)黄土高原分为黄土高塬沟壑区,黄土丘陵沟壑区,沙地和农灌区,土石山区及河谷平原区。其中黄土高塬沟壑区和黄土丘陵沟壑区分别划分为两个副区。(2)黄土高原的气候、植被、水土流失具有明显的分区差异。降水和植被覆盖度自东南向西北递减,二者在空间分布上具有很好的一致性,降水量大的分区,植被覆盖度也高。在年际变化方面,丘陵沟壑区B2副区降水量呈增加趋势,其他分区呈减小趋势,变化均不显著。80年代以来,黄土高原和各生态分区的植被覆盖度均逐渐增加,黄土丘陵沟壑区的增加量最大。各分区的面平均气温均呈非显著增加趋势,90年代以来增温明显。(3)1970年以来,黄土高原侵蚀产沙强度减弱趋势显著,至2002—2015年,多年平均输沙模数在0.13—3924 t km~(-2) a~(-1)之间,侵蚀强度最大为中度侵蚀(2500—5000 t km~(-2) a~(-1)),但面积较小,主要分布于第二高塬沟壑区的泾河流域。     

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。     

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。     

青藏高原典型草地NDVI时空演变的季节差异及其气候驱动

基于全球库存建模和制图研究(GIMMS)第三代归一化植被指数(NDVI3g)产品和气象数据,利用一元线性回归模型、偏相关分析和显著性T检验,分析了1982—2015年青藏高原高寒草甸和高寒草原春、夏、秋季NDVI时空演变的差异特征及其与气候因子的关系。研究表明：(1)高寒草甸春、夏、秋季NDVI整体均无明显变化趋势,高寒草原春季和夏季NDVI均显著增加,变化速率均为0.0002/a(P<0.05),而秋季NDVI变化趋势不明显。(2)空间上,高寒草甸春季NDVI显著增加面积占比31.95%,集中分布在祁连山区和三江源区,夏季NDVI显著增加的面积占比32.12%,主要分布在祁连山区、三江源地区和一江两河流域;秋季NDVI显著增加的比例为24.59%,集中分布于祁连山区和一江两河流域。高寒草原春、夏、秋季NDVI显著增加的区域均集中分布于西藏自治区北部和柴达木盆地南缘地区,分别占比44.20%、43.09%和37.99%。(3)高寒草甸春季和秋季NDVI均与气温显著正相关,偏相关系数达0.41(P<0.05)和0.23(P<0.05),夏季NDVI与气温、降水量和太阳辐...