黄土高原泾河流域长时间序列的归一化植被指数动态变化及其驱动因素分析

泾河流域土地开发历史悠久, 是黄土高原水土流失的典型区域。研究气候变化和人类活动影响下泾河流域的植被覆盖变化及其原因, 对黄土高原的植被恢复、水土保持和景观管理等都具有重要意义。该研究应用GIMMS归一化植被指数NDVI、土地覆盖分类数据和气候数据, 采用趋势分析和相关分析方法, 研究了泾河流域1982-2005年植被覆盖变化趋势及其驱动因素。研究表明: 泾河流域24年间79.64%的区域NDVI无显著变化趋势, NDVI趋势显著增加的区域占16.33%, 主要集中在流域中部和南部, NDVI趋势显著减小的区域占4.03%, 主要集中在流域北部。流域所有气象站点的降水量均无显著变化趋势, 气温均呈显著升高趋势。分析发现气候变化不能很好地解释NDVI趋势的空间分异, 人为因素更为重要。从土地利用分析结果来看, NDVI不同趋势下各土地利用类型比例无明显变化, 但NDVI显著增加区以耕地为主, 显著减小区以草地为主, 由此推断NDVI的显著增加趋势主要由耕地NDVI增加引起, 显著减小趋势可能与林地减少和草地退化有关。通过分析不同分区的土地利用数据和社会经济资料, 着重探讨了造成植被覆盖显著变化趋势的人为因素。     

水淹频率变化对鄱阳湖增强型植被指数的影响

水淹状况是湿地植被动态的重要影响因素。该研究基于谷歌地球引擎(GEE)平台, 利用2000-03-01至2020-02-29所有覆盖研究区域的MODIS遥感影像数据, 分析20年间水淹频率(IF)、增强型植被指数(EVI)的时空变化以及湿地植被对IF变化的响应, 得出以下结论: (1) 20年来鄱阳湖水文节律发生了明显改变, 高IF (IF > 75%)水域面积呈现下降趋势, 从2000年1 435.3 km²下降至2019年的510.25 km², 降幅为64.45%; (2)区域平均EVI呈显著上升趋势, 植被扩张主要集中在中部IF下降区域; (3)分析不同总水淹频率区域中平均EVI年际变化, 发现EVI与水淹状况的变化趋势相似, 2009年之后鄱阳湖水域面积萎缩趋势缓解, EVI增长速度出现下降; (4)鄱阳湖湿地植被主要沿水域面积萎缩方向扩张, 基于像元统计20年间IF与EVI的变化趋势, 发现它们在空间分布上高度吻合, 这种空间异质性进一步证实水淹状况起到调节植被动态变化的作用。     

气候和地形对植被覆盖动态演化的影响研究

基于MODIS NDVI 遥感数据, 结合气象和DEM 等资料, 采用线性回归分析、稳定性分析、R/S 分析和相关性统计等数理方法, 反演了2001-2010 年贵州省植被覆盖时空演变趋势, 研究不同因素对植被时空格局变化的驱动作用。研究表明:(1)2001-2010 年贵州省植被覆盖呈增加趋势, 增长率为6.25%, 植被改善区域占比例为77.7%; (2)贵州省植被覆盖变异指数介于0.01-0.16 之间, 总体较稳定; 从持续性来看, 植被持续恢复是主旋律, 反持续性主要集中在西部和东北地区。(3)贵州地区降雨量和温度空间分布格局较为明显, 温度是影响该地区植被覆盖的主导因素, 不同区域对气候因素的响应存在差异性。(4)各等级海拔植被覆盖均有上升, 其中高海拔地区上升最为显著; 中海拔地区是植被的主要分布区域, 所占比例为72.2%且该海拔范围内NDVI 均值差异不大。     

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。     

中国植被地理学:从传统植被地理学到功能植被地理学

本文回顾总结了我国植被地理学发展的历史,展望了其从传统植被地理学到功能地理学的未来研究趋势。作为研究植被地理分布规律的一门科学,植被地理学在我国经历了与社会经济发展密切相关的四个阶段：早期起步阶段,主要是新中国成立前(1920年代—1949)的植物地理学和植被地理学的零星工作;初期成长阶段,主要是新中国成立后至改革开放前(1949—1980)的传统植被地理学研究;中期迅速发展阶段,主要包括改革开放后至经济迅速发展时期(1980—2000),在全球气候变化国际研究背景下的植被地理学研究;近期转型与拓展阶段,主要是国民经济平稳发展及信息时代(2000—至今),面向全球环境变化的植被地理学研究的纵深发展。经过近百年的发展,在植被综合区划与生态功能区划、中国植被分类系统订正、中国植被图与植被志编纂、古植被地理学、植被地理模拟预测与情景分析、植物功能性状和生态化学计量学的功能植被地理学等6个方面取得了可喜成果。今后,需要在以下4个方面开展更广泛的精细与纵深研究：加强更多精细化的植被地理学研究,编纂新一代中国植被图与中国植被志;深入开展人类干扰的植被地理学研究;以植物性状研究为契机,拓展宏观功能植...     

基于植物功能性状的生态学研究进展:从个体水平到全球尺度

植物功能性状是指能够反映植物碳获取、水分传递、养分循环等的重要生命活动的属性,包括植物生理、形态和物候等方面的特征。通过植物功能性状探讨物种分布格局、生长策略和存活机制及其对全球变化的响应与适应,是近年来生态学研究的热点之一。然而,不同尺度下植物功能性状与环境因子的关系存在差异,并且性状之间的关系也不尽相同。从物种、种群、群落、植被区系到全球尺度,围绕植物功能性状之间的相互关系及其对气候环境变化响应的热点问题进行了综述,梳理了近年来植物功能性状研究领域的进展,并讨论了目前植物功能性状研究的局限性和该领域未来的发展趋势。     

脆弱性研究进展:从理论研究到综合实践

从20世纪60年代脆弱性概念提出到21世纪脆弱性逐渐成为一门独立的新科学,脆弱性已成为评价地区发展状况的依据以及衡量未来发展规划的判据。基于国内外脆弱性研究文献的回顾和总结,回顾了脆弱性概念起源与发展,梳理了脆弱性评价的定性和定量方法,科学评述了21世纪以来脆弱性研究的新进展:评价方法创新、多尺度精细评价、多源数据挖掘、关键要素阈值界定、人为活动影响和脆弱性演化机理综合研究。研究发现21世纪以来脆弱性进展迅速,主要特点为多元化、多角度、精细化和综合化,表现为评价数据和方法的多元化;横向空间对比和纵向时间序列的多角度分析;多尺度精细评价;关键要素阈值与演化机理综合研究。未来,脆弱性研究应完善脆弱性概念框架和理论体系,关注耦合系统脆弱性过程与机制,探究脆弱性驱动因素和演化机理,科学界定脆弱性关键要素阈值,挖掘和提取多源遥感数据信息,开展系统脆弱性动态评价和时空分析,实现脆弱性定量评价与综合实践,最终满足国家和地区可持续发展战略的需要。     

从起点到起点:哺乳动物早期胚胎发育研究进展

以哺乳动物早期胚胎发育几个核心科学问题为引导,简述历史上哺乳动物早期胚胎发育研究中一些理论认知的突破如何在医学领域对人类生殖和健康作出的重大贡献,总结目前哺乳动物早期胚胎发育研究面临的巨大挑战,展望未来哺乳动物早期胚胎发育研究将在哪些方面对于人类生殖和健康作出新的贡献。     

基于增强型植被指数序列和景观格局分析的松嫩平原盐碱地动态——以大安市为例

吉林省西部是我国盐碱化严重的地区之一,盐碱地动态变化与监测受到关注.基于盐碱化典型区大安市2000、2005和2010年TM影像解译获取的土地利用数据与2000—2012年增强型植被指数（EVI）的序列数据,结合传统景观格局方法分析盐碱地的动态变化,并通过灰色关联方法分析盐碱地动态变化的主要驱动因子.结果表明： 2000—2010年,大安市主要景观类型为耕地、草地和盐碱地,其中,盐碱地和耕地面积呈增加趋势,草地呈减少趋势,盐碱地面积的增加主要来源于草地、沼泽和水域,盐碱地呈现出连通性和聚集度增加的特征.大安市年际EVI呈增长趋势,年均EVI空间分布差异明显,盐碱地EVI值低于其他景观类型,2000—2012年植被覆盖改善的面积稍高于植被覆盖退化的面积,景观类型转化影响了EVI的变化趋势.盐碱地景观演变是自然因素与人为因素共同作用的结果,人类活动干扰对土地盐碱化的影响大于气候因子.
     

中国东北城乡植被物候时空变化及其对地表温度的响应

以中国东北地区的沈阳、长春、哈尔滨3个大城市及其周边的乡村为研究单元,在像元尺度上采用小波变换法对长时间序列中分辨率成像光谱仪(Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer, MODIS)增强植被指数(Enhanced Vegetation Index, EVI)数据滤除噪声数据后重建平滑的EVI曲线,基于EVI曲线,采用动态阈值法提取出研究区2009—2016年植被关键物候期参数指标,即植被生长季开始时间(Start of Growing Season, SOS)和结束时间(End of Growing Season, EOS),分析各研究单元植被物候时空变化特征及其对地表温度的响应特征。结果表明:各研究单元SOS和EOS值的空间分布图存在明显的城乡差异。每一个像元所属的实际位置距离城区中心越近,其SOS值越小,EOS值越大,表明植被生长季开始日期早结束日期晚,整个植被生长期时间变长。各研究单元植被物候参数指标的年际变化趋势具有一定的相似性,即SOS随时间均呈现出提前趋势,且城区和乡村的SOS年际变化趋势保持一致,变化速率各不相同。研究区...     

大熊猫国家公园四川片区植被时空变化及其地形分异

大熊猫国家公园四川片区地处青藏高原东缘和国家重要生态功能区,区域地形复杂多变、植被类型多样,探究植被时空动态特征及其与地形因子的关系,对科学指导大熊猫栖息地保护与修复具有重要意义。基于MODIS增强型植被指数(EVI)数据,运用Theil Sen斜率、Mann-Kendall趋势分析以及地形差异修正方法,研究了2000-2020年间大熊猫国家公园四川片区植被时空变化特征及其与海拔、坡度、坡向等地形因子的关系。结果表明:(1)2000-2020年,大熊猫国家公园四川片区植被EVI整体呈波动增加趋势(0.0019/a),空间上呈东高西低、北高南低的分布特点。(2)植被整体呈改善趋势,植被EVI改善区面积占比(73.99%)远大于植被退化区(12.72%),其中,阔叶林改善区面积占比最大(83.35%),草甸退化区面积占比最大(17.83%)。(3)植被EVI与海拔、坡度呈显著负相关(P < 0.01),与坡向的负相关性不显著。其中,草甸与海拔(P < 0.01)、坡度(P < 0.05)呈显著负相关,与坡向呈显著正相关(P < 0.05);针叶林与海拔、坡度呈显著负相关(P < 0.01);阔叶林、灌丛仅与海拔呈显著负相关(P < 0.01)。(4)植被明显改善区主要分布在2500m以下、坡度为15°-25°的阴坡山区,植被严重退化区主要分布在3000-3500m之间、坡度小于15°的东南坡山区。研究揭示了大熊猫国家公园四川片区植被变化的地形分异特征,为复杂地形下大熊猫栖息地植被保护提供了科学依据。     

2000—2018年黄河流域生长季植被指数变化及其对气候因子的响应

黄河流域位于我国干旱、半干旱地区,生态环境脆弱,探究其植被指数变化和对气候因子的响应对该地区生态建设具有重要意义。基于黄河流域2000—2018年MODIS归一化植被指数、增加型植被指数和气象数据,利用最大值合成法、趋势分析和相关分析等方法,分析了两种植被指数的时空变化特征及受气候因子的影响机制,探讨了NDVI与EVI在反映植被变化和对气候因子响应的差异。结果表明：2000—2018年,黄河流域地区植被NDVI、EVI分别以0.059/10a、0.038/10a的变化率增加,空间上以显著改善为主,面积占比分别为77.13%和75.27%,大多分布在1000—1500 m海拔处,中游地区改善较为良好,林地改善率最高。显著退化区域较小,主要分布在巴颜喀拉山西北部、西宁市、银川市、包头市、呼和浩特市、太原市、西安市及关中盆地和洛阳市周边,建设用地退化率最高。在生长季期间,植被指数变化与气温和降水以正相关为主,气温滞后时间为1个月,降水滞后时间为3个月,都为草地最为相关;与辐射之间为负相关,滞后时间为3个月,其中林地最为相关。在0.05显著性检验水平下,驱动黄河流域生长季植被变化的主要气候因子...     

城市化背景下京津冀地区遥感植被物候的变化特征

城市环境面临不透水面增加、城市热岛效应加剧以及空气污染严峻等多重挑战,对城市的植被物候造成一定影响。本研究对2002—2021年京津冀地区的MOD13Q1增强植被指数数据进行时间序列重构,基于动态阈值法提取出关键植被物候参数,探究动态城市化梯度下植被物候的变化特征。结果表明: 研究期间,京津冀东南部地区的生长季开始期(SOS)较早、中部和西南部地区的生长季结束期(EOS)较晚,中部和东南部地区的生长季长度(GSL)较长;京津冀大部分地区的SOS提前、EOS推迟,导致GSL显著延长。不同植被类型的物候趋势总体一致,但具体表现各异:农田的SOS提前幅度最大,森林的EOS推迟幅度最大,农田的GSL延长幅度最大。2002—2021年,不透水面占比(ISP)每增加10%,SOS平均提前1.28 d,EOS平均推迟1.33 d,GSL平均延长2.2 d。此外,随着ISP增强,地表温度先升高,ISP到达40%后趋于稳定;随着地表温度升高,SOS呈现先提前后推迟趋势(拐点地表温度为23 ℃),EOS呈现先推迟后提前趋势(拐点地表温度为20 ℃),推测这一结果与光温周期耦合调控物候有关。植被物候在动态城市化梯度下的响应程度展现出显著差异,地表温度作为重要环境因素,对城乡物候差异的形成具有重要影响。     

2002-2016年华北平原植被生长状况及水文要素时空特征分析

基于MODIS增强型植被指数（EVI）资料,结合降水、GRACE重力卫星水储量（TWS）、地下水、土壤水等资料,分析华北平原植被2002-2016年间的生长状况及各水文要素时空分布特征。研究结果表明：（1）2002-2016年间华北平原植被呈好转趋势,降水、水储量、土壤水、地下水等水文要素值呈减少趋势。（2）黄淮平原区植被以农作物为主,植被覆盖度呈增加趋势,而降水、水储量、地下水、土壤水均呈减少趋势,超采地下水灌溉农作物是短期内保障粮食安全的重要措施。（3）燕山-太行山山麓平原区、冀鲁豫低洼平原区的城乡居民用地区域植被覆盖显著减少,而降水增多,水储量、土壤水、地下水减少,人类活动对植被和水文要素贡献量大。（4）山东丘陵农林区分布着林地和草地,这些区域生长季的植被指数呈减少趋势,与降水量减少呈正相关关系。在气候变化和人类活动影响的大背景下,探讨不同生态环境的植被生长特征,清楚植被对水文变化的响应机理,可以消除影响植被生长的不利因素,为制定合理用水制度提供理论依据。     

A new model of net ecosystem carbon exchange for the deciduous-dominated forest by integrating MODIS and flux data

The eddy covariance technique provides continuous measurements of plot-level net ecosystem carbon exchange (NEE) across a wide range of vegetation types. However, these NEE estimates only represent fluxes at the tower footprint scale. To quantify the NEE over regions or continents, flux tower measurements need to be up-scaled to large areas. In the present study, we propose a new NEE model solely based on Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer data, including enhanced vegetation index (EVI), land surface water index (LWSI), land surface temperature (LST), and Terra nighttime LST′. Site-specific data from the deciduous-dominated Harvard Forest flux site were used. Analysis covered six years (2001-2006) of CO₂ flux data. The data of the first four years were used for model building and the rest as validation set. Compared with the model based solely on EVI, we also introduced LST and LSWI into the new model. The results showed that this method could further improve the precision (R² and RMSE reached 0.857 and 1.273, respectively) and generally capture the expected seasonal patterns of NEE.     

温度植被干旱指数在蒙古高原干旱监测中的应用

以蒙古高原为研究区,选择2000-2019年植物生长季的MODIS归一化植被指数(NDVI)和陆地表面温度(LST)构建NDVI-LST特征空间,由该特征空间计算蒙古高原温度植被干旱指数(TVDI);利用Theil-Sen Median趋势分析、Mann-Kendall检验及Hurst指数方法分析蒙古高原TVDI的时空...     

利用不同分辨率卫星影像的NDVI数据估算叶面积指数(LAI) ——以岷江上游为例

短周期的低分辨率遥感数据为大面积估算LAI及季节动态和物候趋势提供了有利工具,但基于高分辨率LAI的遥感估算模型在低分辨率遥感数据上应用有很大的不确定性。研究利用LAI-2000冠层分析仪与跟踪辐射和冠层结构测量仪(TRAC),测定了岷江上游流域范围内490块野外调查样地（50m×50m样方）的LAI数据,结合同期较高精度卫星数据（TM）建立了不同植被类型的LAI-NDVI算法,在经过传感器的相对校正后,将这种算法应用到同期分辨率较低的MODIS数据和SPOT VEGETATION数据上。结果表明,30m 分辨率的TM LAI的均值为4.53,250m MODIS LAI的均值为3.55,1000m VGT LAI的均值为4.20,随着栅格分辨率的降低,总体标准差有增加的趋势,并且LAI值也有不同程度的低估,其中MODIS LAI值被低估约22%。但利用TM LAI数据验证MODIS 和VGT LAI数据后发现,250m的MODIS数据预测误差在30%左右,1000m的SPOT数据预测误差则高达50%,空间重采样分析表明,栅格分辨率的降低是导致预测误差扩大的主要原因,而这也是岷江流域植被分布破碎化的体现。