1998—2017年祁连山南坡不同海拔、坡度和坡向生长季NDVI变化及其与气象因子的关系

祁连山是我国西北地区重要的水源涵养保护区,是我国地形第一、二阶梯分界线,对气候变化极其敏感。基于气温、降水量和归一化植被指数(NDVI)数据,使用趋势分析、小波分析和相关分析方法,结合数字高程模型(DEM)数据,从海拔、坡度和坡向的角度探讨祁连山南坡NDVI变化及其与气温和降水的关系。结果表明: 1998—2017年,祁连山南坡生长季NDVI整体呈增长趋势,增长趋势为0.023·10 a^-1。NDVI值在不同海拔、坡度和坡向上的变化存在差异性,NDVI值随海拔的升高呈先增后降趋势,海拔2700～3700 m区域的植被覆盖状况较好,＞4700 m区域的植被出现退化现象;NDVI值随坡度增加呈降低态势;NDVI值在坡向上的差异较小,但阳坡的植被覆盖状况好于阴坡。生长季NDVI与气温、降水的关系密切,生长季NDVI、气温、降水均具有14年的变化周期,而不同海拔、坡度、坡向的植被受到气温和降水的影响不同,海拔＜3700 m、＞4700 m区域、坡度＜25°区域和各坡向区域的植被均易受降水影响。     

基于TM NDVI的武功山山地草甸植被覆盖度时空变化研究

以江西省武功山山地草甸为研究区,基于4期TM(Thematic Mapper,专题测图仪)卫星遥感影像,提取NDVI(Normalized Difference Vegetation Index,归一化植被指数),采用像元二分模型,运用ENVI 5.1和Arc GIS 10.0软件计算得到武功山山地草甸的植被覆盖度分布格局及动态变化。研究结果表明:(1)研究期间山地草甸面积减少了9.72%,呈递减趋势。20年来随着武功山风景区成立—旅游业发展—山地草甸生态修复,山地草甸植被覆盖度增加和减少交替,总体呈上升趋势;(2)山地草甸植被覆盖度呈现东南高西北低的空间分布特征。低覆盖度草甸区集中在武功山山脉的西北侧坡面的崖壁和部分山脊线上,而高覆盖度草甸区多分布在武功山山脉的东南坡面;(3)研究区山地草甸退化与改善并存,山地草甸最北端和白鹤峰-九龙山区域的东南坡、南坡低海拔处植被总体呈退化特征;发云界南部的东坡植被总体呈现改善特征。研究期间山地草甸退化面积比改善面积多出1.78%。(4)山地草甸植被覆盖度的分布格局和地形因子存在较高的相关性(P0.05):植被覆盖度随着坡向的变化而呈规律性的变化,总体上山地草甸植被覆盖度的分布为阳坡平坡阴坡;植被覆盖度先是随着坡度的上升而升高,在坡度15°—25°时达到峰值,然后随坡度的上升而下降,在45°—90°最低;植被覆盖度随海拔升高呈波浪式下降,1000—1200m最高,在主峰山顶海拔1800—1918.3m最低。遥感解译检验结果证明采用此方法对大面积山地草甸覆盖度分布及变化进行反演可行而准确;在后续研究中将采用不同季相的多期影像数据提取NDVI对研究区植被覆盖度进行长期监测,以便更准确可靠地分析山地草甸演化过程和趋势。     

南充市辖区近15年植被覆盖度变化特征

植被覆盖度是自然条件和社会经济活动的综合反映, 研究一个区域植被覆盖度的时空变化对于认识该地区的社会发展状况、制定更加合理的生态环境政策、实现经济可持续发展具有重要意义。基于2002年Landsat 7 ETM、2014年Landsat 8影像和DEM数据, 利用ENVI和ArcGIS软件进行处理, 运用归一化植被指数(NDVI)方法对南充市辖区植被覆盖度进行估算, 并划分为5个不同盖度等级。根据DEM数据提取海拔、坡度和坡向因子, 然后将植被覆盖度图与海拔、坡度、坡向图进行叠加, 定量分析了南充市辖区植被的空间分布特征及其变化情况。结果表明, 南充市辖区植被覆盖度在2002—2014年总体变化不大, 其中以Ⅴ级(fc ≥ 0.8)植被覆盖度为主, 其覆盖面积达42.49%。2002—2014年, Ⅳ级和Ⅴ级增加了60 km2和191 km2, 增幅率分别为7.61%和21.39%, 而Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ级分别减少了84 km2、124 km2和42 km2, 降幅为31.7%、56.62%和10.91%。其中植被集中分布在海拔300 m—400 m和坡度2°—6°的地带, 植被覆盖度坡向差异呈现半阳坡>半阴坡>阳坡>阴坡的特征。     

2000—2018年西北砒砂岩区植被覆盖度与地形效应

利用2000—2018年的MODIS-EVI数据,基于像元二分模型计算植被覆盖度,利用数字高程模型(DEM)数据从高程、坡度和坡向等方面分析西北砒砂岩区植被覆盖度的地形效应。结果表明: 2000—2018年西北砒砂岩区植被覆盖度(FVC)相对较低,平均按2.43·a^-1的速率递增,FVC正距平年主要有12年,其中以2018年和2013年相对最高,负距平年主要有7年,其中以2001年和2000年相对最低。砒砂岩区FVC空间分布由东南向西北逐渐降低,但不同类型砒砂岩区FVC存在较大差异,其中裸露砒砂岩区FVC相对最低,覆沙砒砂岩区次之,覆土砒砂岩区相对最高;2000—2018年砒砂岩区FVC的平均变化率为0.0031,植被生长状况趋于改善。高程-坡向效应表明,裸露砒砂岩和覆沙砒砂岩区坡向分别在高程≤1000 m和>1500 m处对FVC的影响较大,覆土砒砂岩区坡向对FVC的影响较小,但在高程1200～1300 m处影响较大。坡度-坡向效应表明,砒砂岩在坡度≤15°时,FVC的坡度坡向效应不明显,坡度＞25°时裸露砒砂岩和覆沙砒砂岩的阴坡和半阴坡FVC大于阳坡和半阳坡;覆土砒砂岩坡度＞15°时,半阴坡和半阳坡的FVC大于阴坡和阳坡。     

基于多时相Landsat5/8影像的岷江汶川-都江堰段植被覆盖动态监测

植被覆盖度是衡量地表植被状况和指示生态环境变化的一个重要指标。基于像元二分模型,利用Landsat5/8遥感影像和DEM数据,对岷江汶川-都江堰段植被覆盖动态变化进行了监测,并结合高程、坡度和坡向数据,分析了汶川地震前后植被受损与恢复的空间动态格局变化。研究表明:植被覆盖总体良好,大部分区域的植被覆盖度均在中、高度以上,空间格局上呈现由汶川县东部、都江堰市西北部的龙门山区向两侧减少的总体趋势;地震造成植被受损面积达63808.7 hm~2,且集中分布于海拔567—4331 m、坡度26—51°的范围以及东坡、北坡、南坡和西坡;震后5a,植被恢复面积17786.47 hm~2,主要分布在海拔576—2180 m与3256—3793 m、坡度小于9°和26—51°以及东坡、东南坡和和南坡;高程和坡度对植被损毁与恢复的影响明显高于坡向。     

长白山国家级自然保护区植被时空变化及其驱动因子

基于MODIS NDVI数据,采用一元线性回归趋势分析和相关系数检验法对长白山国家级保护区2000—2010年间植被时空变化及其驱动因子进行研究。结果表明:10年来,长白山国家级自然保护区中88.95%的植被保持稳定,9.71%的植被显著改善,1.34%的植被显著退化,植被的总体保护效果较好。从植被变化的驱动因子来看,气温对植被的影响略强于降雨,气温和降雨与植被变化的关系总体上都呈负相关,但显著相关的面积均不足8%,10年间气温和降雨对自然保护区内植被的影响总体有限。自然保护区内不同地形上的植被变化存在一定空间差异,海拔1 800 m以上,坡度26°—35°范围内的岳桦林和苔原植被出现较明显退化。自然保护区内规模日益扩大的旅游活动以及不合理的开发建设与部分植被的退化有一定关系。尽管自然保护区内植被显著退化的面积仅占1.34%,但必须引起管理部门的高度重视。据此,提出三点建议以更有效地保护现有植被和恢复已退化植被,为长白山国家级自然保护区的科学管理提供参考。     

泰山世界遗产地刺槐林地学信息图谱分析

基于2014年10月WorldViewⅡ遥感影像和DEM数据,结合泰山林场同期二类资源调查数据,对泰山世界遗产地的刺槐林(Robinia pseudoacacia L.)进行目视解译。然后通过建立地学信息图谱分析泰山刺槐林在主要地形因子(海拔、坡度和坡向)影响下的分布规律,结论如下:(1)刺槐纯林及其混交林,类型共计30种,投影面积约807.58 hm^2,其中刺槐纯林投影面积约454.76 hm^2,占刺槐林总面积的56.31%;(2)刺槐林分布在250—1200 m的海拔范围,集中分布在500—900 m的斜坡、陡坡和急坡,其中刺槐纯林在海拔250—300 m全部分布在平坡和缓坡;(3)刺槐林主要分布在半阴坡、半阳坡和阳坡,半阳坡分布最多,其中刺槐纯林在海拔1100—1200 m几乎全部分布在半阳坡和阳坡。     

南昌市植被覆盖度时空演变及其对非气候因素的响应

植被是陆地生态系统的重要组成部分,植被覆盖在空间上的差异是气候和人类活动交互作用的结果。随着城市扩张,人类活动的加剧及不合理的土地利用方式导致了很多生态问题,对植被覆盖有重大影响。基于地形调节植被指数的像元二分模型,利用3期landsat-5 TM影像图分析南昌市植被覆盖度时空演变特征,并结合DEM数据分析植被覆盖度及变化的地形梯度分异规律,利用3期土地利用图量化植被覆盖度变化对土地利用方式转变的响应。结果显示:1)研究区2001—2010年植被覆盖度从0.54下降为0.42,总体上呈退化趋势,2005年之后植被退化有所减缓;2)植被覆盖度的地形梯度变化显著。植被覆盖度与高程呈高度的正相关性,在坡度0—22°梯度带呈现较高的正相关,在坡度22—40°梯度带呈现较高的负相关。80%以上植被覆盖变化集中在海拔30 m以下、坡度4°以下的区域;3)植被覆盖度变化是地形与土地利用综合作用的结果。在平原低丘区,土地利用行为是植被覆盖变化的主导因素。城市的建设和扩张导致占用耕地、林地和草地,以及大面积的撂荒、伐林等土地活动对植被覆盖退化的贡献率为50%以上,是植被覆盖退化的主要原因,而退耕还林还草、废弃地复垦、后备资源开发为植被覆盖增加的主要原因。可为平原低丘区生态环境监测和构建环境友好型土地利用模式提供科学依据。     

地形对新疆昌吉州草地净初级生产力分布格局的影响

新疆草地资源丰富且地形多变,地形作为影响植被生产力最主要的环境因素之一却未被充分考虑。以Landsat和DEM为数据源,以新疆昌吉州草地为研究对象,应用CASA模型计算得到连年的净初级生产力,采用Arc GIS的空间分析方法对新疆昌吉州草地2000—2016年的净初级生产力分布进行了分析。研究结果表明,地形对生产力的分布有着显著影响,在海拔、坡度和坡向3个地形因子对整体趋势变化的影响分析中发现,坡度引起的NPP变化最大,坡向次之,海拔较小。在整体特征上,海拔每升高30 m,生产力增加4.11 g/m~2;坡度每增加1°生产力增加-0.225 g/m~2;N坡向生产力水平最高(23.23 g/m~2),SW坡向最低(3.54 g/m~2)。不同生产力年份生产力在地形因子作用下变化趋势相同但变化幅度不同,较高生产力年份中3个地形因子的变化幅度都是最大的。     

2000-2016年秦岭山地植被覆盖变化地形分异效应

利用2000-2016年MODIS NDVI数据,采用趋势分析及地形差异修正法,探讨秦岭山地植被覆盖变化在南北坡、不同海拔以及不同坡度坡向下的空间分异性。结果表明：近17年来,秦岭山地植被覆盖度良好,整体呈上升趋势,南北坡、不同海拔、不同坡度、不同坡向下植被覆盖度有所差异,植被变化趋势也不同。（1）就南北坡而言,近17年来秦岭南坡植被覆盖度上升趋势大于北坡,南坡植被覆盖以上升趋势为主,而北坡以稳定为主。（2）不同的海拔高度上秦岭山地植被覆盖变化在存在分异性：低海拔区域呈减少趋势,中海拔区呈明显的上升趋势,2000 m以上的高海拔区域北坡的植被覆盖度较为稳定,而南坡的2500到3100 m区域内有较明显的减小趋势。（3）从坡度来看,随着坡度的增加秦岭山地植被覆盖度由减少转为增加再转为稳定,南北坡植被变化分异性不明显。（4）不同坡向上,秦岭南北坡植被覆盖度变化差异明显,由阴坡转为阳坡时,北坡植被覆盖有明显的增长趋势,而南坡则不明显,植被覆盖度减小区在南北坡的分布呈相反趋势,分别分布在南坡的阳坡以及北坡的阴坡。     

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...     

贺兰山植物群落类型多样性及其空间分异

 贺兰山是一座位于阿拉善高原与银川平原之间的高大山体,是我国西部温带草原与荒漠的分界线和连接青藏高原、蒙古高原及华北植物区系的枢纽。本文就贺兰山植物群落的类型多样性特征及其空间分布规律进行了分析,结果表明：贺兰山植物群落有11个植被型55个群系。垂直分异明显,可划分成山前荒漠与荒漠草原带（海拔1 600 m以下）、山麓与低山草原带（1 600～1 900 m）、中山和亚高山针叶林带（1 900～3 100 m）和高山与亚高山灌丛、草甸带（3 100 m以上）4个植被垂直带。阴阳坡差异很大,在低山带,草原群落多占据阳坡,而阴坡则被中生灌丛所取代;在中山带,阴坡以青海云杉(Picea crassifolia)林为主,阳坡以灰榆(Ulmus glaucescens)、杜松(Juniperus rigida)疏林和其它中生灌丛为主;3 000 m以上阴阳坡分异不明显。东、西坡及南、北、中段植物群落分异也很突出,各自均有一些特殊的群落类型。中段以森林和中生灌丛为主,南段和北段荒漠化程度较高,森林面积很小。北段有四合木(Tetraena mongolica)、沙冬青(Ammopiptanthus mongolicus)、松叶猪毛菜(Salsola laricifolia)等特征群系,南段以贺兰山丁香(Syringa pinnatifolia var. holanshanensis)、斑子麻黄(Ephedra rhytidosperma)等群系最具特色。贺兰山东坡比西坡温暖和干燥,森林面积远小于西坡,并分布一些酸枣(Zizyphus jujuba var. spinosa)、虎榛子(Ostryopsis davidiana)等喜暖中生灌丛。此外,贺兰山还具有贺兰山丁香、斑子麻黄、内蒙薄皮木(Leptodermis ordosica)、贺兰山女蒿(Hippolytia alashanensis)4个特有植物群落。     

湖北省地区植被覆盖变化及其对气候因子的响应

归一化植被指数(NDVI)作为一个重要的遥感参数,能够准确地反映植被覆盖程度和植被生长状况、生物物理化学性质及生态系统参数的变化,其时序数据也已成为基于生物气候特征开展大区域植被和土地覆盖分类的基本手段。基于2001—2012年MODIS-NDVI数据,利用趋势分析法以及线性相关分析等方法对湖北省植被年际变化趋势、月变化趋势进行详细分析;并且研究该区植被覆盖时空变化及其与气温和降水的关系。结果表明近12年来,研究区大部分区域植被覆盖度良好,其中鄂西北及鄂南地区NDVI值较高为0.82,鄂中东部城市NDVI值较低为0.13;2001—2012年间年均NDVI整体呈增加趋势,增速1%/10a;植被覆盖度基本不变区域占研究区总面积的92.8%,大致符合我国中部地区植被覆盖变化趋势;分析NDVI与气候因子的相关关系可知,降水量对湖北植被NDVI年变化起有重要影响;逐月NDVI与月平均气温及月降水量的回归分析表明,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。     

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。     

Correlation analysis of Normalized Different Vegetation Index (NDVI) difference series and climate variables in the Xilingole steppe, China from 1983 to 1999

There is a crucial need in the study of global change to understand how terrestrial ecosystems respond to the climate system. It has been demonstrated by many researches that Normalized Different Vegetation Index (NDVI) time series from remotely sensed data, which provide effective information of vegetation conditions on a large scale with highly temporal resolution, have a good relation with meteorological factors. However, few of these studies have taken the cumulative property of NDVI time series into account. In this study, NDVI difference series were proposed to replace the original NDVI time series with NDVI difference series to reappraise the relationship between NDVI and meteorological factors. As a proxy of the vegetation growing process, NDVI difference represents net primary productivity of vegetation at a certain time interval under an environment controlled by certain climatic conditions and other factors. This data replacement is helpful to eliminate the cumulative effect that exist in original NDVI time series, and thus is more appropriate to understand how climate system affects vegetation growth in a short time scale. By using the correlation analysis method, we studied the relationship between NOAA/AVHRR ten-day NDVI difference series and corresponding meteorological data from 1983 to 1999 from 11 meteorological stations located in the Xilingole steppe in Inner Mongolia. The results show that: (1) meteorological factors are found to be more significantly correlation with NDVI difference at the biomass-rising phase than that at the falling phase; (2) the relationship between NDVI difference and climate variables varies with vegetation types and vegetation communities. In a typical steppe dominated by Leymus chinensis, temperature has higher correlation with NDVI difference than precipitation does, and in a typical steppe dominated by Stipa krylovii, the correlation between temperature and NDVI difference is lower than that between precipitation and NDVI difference. In a typical steppe dominated by Stipa grandis, there is no significant difference between the two correlations. Precipitation is the key factor influencing vegetation growth in a desert steppe, and temperature has poor correlation with NDVI difference; (3) the response of NDVI difference to precipitation is fast and almost simultaneous both in a typical steppe and desert steppe, however, mean temperature exhibits a time-lag effect especially in the desert steppe and some typical steppe dominated by Stipa krylovii; (4) the relationship between NDVI difference and temperature is becoming stronger with global warming. __________ Translated from Acta Phytoecologica Sinica, 2005, 29(5): 753–765 [译自: 植物生态学报]     

Investigating phenological changes using MODIS vegetation indices in deciduous broadleaf forest over continental U.S. during 2000–2008

Vegetation phenology describing the seasonal cycle of plants is currently one of the main concerns in the study of climate change and carbon balance estimation in ecosystems. Remote sensing techniques which can capture canopy reflectance allow vegetation photosynthetic capacity to be assessed. In this study, the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI), Enhanced Vegetation Index (EVI) and Leaf Area Index (LAI) derived from the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) measurements were used to identify onset date of greenness in deciduous broadleaf forest (DBF) over the continental United States from year 2000 to 2008. Onset dates determined by these three indices were compared with North American First Leaf Lilac Phenology Data over the same time period. NDVI has a best agreement with the field data among the three vegetation indices. Spatial analysis was performed on the onset dates predicted with NDVI. Four major conclusions were drawn from this study are: 1) onset dates are not only dependent on latitude but also associated with ecoregions and altitudes; 2) onset of greenness moves northward gradually and the average change of onset dates along latitude is about 3 days per degree. Interannual variability of onset dates is greater at higher latitudes (> 43 °N) than at lower latitudes (≤ 43 °N); 3) at the same latitude, DBF in mountain area tends to green up latter and coastal forest tends to green up earlier than other ecoregions; and 4) the impact of altitude is more obvious when the range of elevation achieves more than 1000 m. These conclusions provide insight for assessing vegetation indices in determining onset date of greenness at regional scale, and can be exploited to analyze the impacts of climate change on terrestrial ecosystem.     

青藏高原沼泽湿地植被NDVI时空变化及其对气候变化的响应

基于2000—2017年逐旬MODIS NDVI数据和逐月气温、降水数据,分析了青藏高原不同类型沼泽湿地植被生长季NDVI时空变化特征及其对气候变化的响应。研究结果表明：青藏高原沼泽植被生长季多年平均NDVI自西北向东南逐渐增加;沼泽植被生长季平均NDVI在2000—2017年总体呈现显著上升趋势 (0.010/10a) ,生长季NDVI呈上升趋势的面积占整个研究区面积的78.25%。青藏高原沼泽植被生长季NDVI与降水量总体上呈现弱的相关性,表明降水并不是影响该地区沼泽植被生长的主要因素。青藏高原沼泽植被生长主要受气温影响,气温升高能明显促进沼泽植被的生长。此外,首次发现白天和夜晚温度升高对青藏高原沼泽植被生长具有不对称性影响,其中夜晚增温对沼泽植被生长的促进效果更加显著。在全球白天和夜晚不对称增温的背景下,白天和夜晚温度对青藏高原沼泽植被的不对称影响应当引起重视,尤其是在利用模型模拟未来气候变化对该地区沼泽植被影响时。