锡林郭勒草原1983～1999年NDVI逐旬变化量与气象因子的相关分析

 陆地生态系统对气候变化的响应关系一直是全球变化研究的热点。大量研究表明表征植被生长状况的遥感植被指数——NDVI与温度、降水的相关性非常高。但这些研究都忽略了NDVI 数据本身的累积性,而这一点对研究较短时间尺度上植被生长与气候因子间的关系尤为重要。因此,本文提出应以NDVI的变化量序列取代一般研究中使用的NDVI时间序列数据。基于该论点,该文采用1983～1999年NOAA/AVHRR的NDVI逐旬变化量数据序列对锡林郭勒盟草原的草原植被生长与气象因子的相互关系进行了研究。研究结果表明：1）NDVI变化量与气象因子之间的相关性最高的时间段为植被生长过程中NDVI增长阶段部分,这一时期草原植被的生长对气候反映最为敏感,在衰败阶段,其相关性比较弱;2）在典型草原,温度和降水与NDVI变化量的相关性随其主要植被类型的不同而不同,在以羊草（Leymus chinensis ）为主的典型草原,温度比降水的影响作用高;而在以克氏针茅（Stipa krylovii）为主的典型草原,降水的影响高于温度;在大针茅（Stipa grandis）为主的草原,两者与NDVI变化量的相关性相差不大。而在荒漠草原,降水是最主要的影响因子,同期的温度作用并不显著; 3）无论是典型草原还是荒漠草原,该地区草原植被的生长对同期的降水反应最为敏感,而非前期。而在荒漠草原以及以旱生性较强的克氏针茅为主的典型草原,温度对NDVI变化量会有较明显的时滞效应;4）在温度升高、降水基本不变的情况下,典型草原和荒漠草原 N DVI变化量对温度的响应能力都有所提高,降水的响应能力则变化不大。     

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]     

内蒙古中东部草原区克氏针茅种群遗传分化的RAPD研究

采用 RAPD-PCR技术对内蒙古中东部草原分布的 7个克氏针茅 (Stip a krylovii Roshev.)种群进行了分析。从 10 0个 10碱基随机引物中筛选出 2 1个有效引物 ,共扩增出 2 2 9条稳定的 DNA带 ,其中 171条带具有多态性 ,多态性百分比 (PPB)为74.67%。将每个扩增产物看作一个独立的性状 ,按其有无列出二元数据矩阵 ,计算 Jaccard、简单匹配系数 (SM)和 Dice遗传相似性系数 ,通过 UPGMA法构建分子标记聚类图 ;并通过主成分分析 (PCA)和主轴法分析 (PAF) ,将 7个种群分类 ;统计各个种群特异性 DNA带 ,计算占总扩增条带的百分数。结果表明 :(1)不同地理种群之间扩增结果差异明显 ,具有丰富的遗传多样性 ;(2 )不同地理种群间存在一定程度的分化 ,这种分化是与种群之间的实际距离相联系的 ,相距越远 ,种群相似程度越低 ,进一步分析表明种群的分化是与所处生境逐渐旱化相一致的 ;(3 )聚类图上将 7个种群分为 3类 ,PCA和 PAF分析通过 3个成分或因子也将 7个种群分为 3类 ,支持了聚类图的分类结果 ;(4)特异性位点所占百分比与种群所处生境也有一定的联系 ,它与环境干燥度的相关系数为 0 .76(P<0 .0 5)。     

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...     

内蒙古克氏针茅草原植物物候及其与气候因子关系

 植物物候作为气候变化敏感的生物圈指示计, 已经成为全球变化研究的热点。利用1985~2002年地面物候观测数据, 构建了内蒙古克氏针茅(Stipa krylovii)草原植物物候的时间序列谱, 并分析了植物物候的时间变异与气候因子之间的相关关系。结果表明: 1) 从1985~2002年内蒙古克氏针茅草原的气候朝着暖干趋势发展, 主要表现在春、夏气温的显著性增加与秋季(9月)降水的显著性减少; 2) 主要植物物候的变化整体呈返青期推后其它物候期提前趋势; 3) 植物生长盛期(7、8月)对气候变化最敏感; 4) 光照和温度是影响内蒙古克氏针茅草原植物物候格局的主要因素, 年内最寒冷的1月月均温和2、3月的光照对春季返青期具有负效应, 而其它物候期与7、8月的光照则呈显著的负相关关系, 6、7月的降水对发育盛期的花序形成、抽穗与开花具有显著的负效应, 8、9月的降水量能显著推后枯黄期的结束, 从而有利于生长季的延长。     

藏北高原典型植被样区物候变化及其对气候变化的响应

植被物候作为陆地生态系统对气候变化的响应和反馈的重要指示,已成为区域或全球生态环境领域研究的热点。基于非对称高斯拟合方法重建了2001—2010年MODIS EVI时间序列影像,利用动态阈值法提取藏北高原植被覆盖2001—2010年每年关键物候参数。选取研究区内东部高寒灌丛草甸、中部高寒草甸及西部高寒草原和高寒荒漠4种典型植被类型,并结合附近的4个气象台站气候资料,分析典型植被物候在近10a对关键气候因子的响应特征。研究结果表明:(1)4种不同典型植被的物候特征(EVImax降低、返青期延后和生长季长度缩短)均表现出高寒灌丛草甸→高寒草甸→高寒草原→高寒荒漠草原的过渡;(2)藏北高原近10a的年平均气温及春、夏、冬三个季度的平均气温均呈显著升高的趋势,升温幅度在0.8—3.9℃/10a,降水减少趋势不显著,在这种水热条件下典型植被均表现出返青提前(7.2—15.5d/10a)、生长季延长(8.4—19.2d/10a)的趋势,而枯黄出现时间为年际间自然波动;(3)高寒灌丛草甸EVImax主要受春季降水量和气温影响,且降水的影响程度大于气温;对高寒草甸植被而言,春、夏季的气温和降水均有较大的影响;而高寒草原和高寒荒漠草原主要受夏季平均气温和降水量影响;(4)高寒灌丛草甸的返青时间主要受前一年秋季降水量的影响,相关系数达-0.579;而高寒草甸、高寒草原和高寒荒漠草原主要受春季平均气温影响,高寒荒漠草原的特征最为明显(r=-0.559)。     

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的时空变化特征和未来的变化趋势,利用偏相关分析法探究气象因子与蒙古高原TVDI之间的关系。结果表明: 2000—2019年,蒙古高原TVDI以0.0001·a^-1呈增大趋势,期间,蒙古高原的干旱情况小幅加重,其中,草甸草原和典型草原干旱情况逐渐减轻,而荒漠草原和高山草地干旱情况加重。蒙古高原TVDI的Hurst指数均值为0.45,小于0.5的地区面积占比为71.5%,说明大部分地区2000—2019年的TVDI变化趋势与过去相反。中部的荒漠草原地区和东部的草甸草原地区未来干旱情况可能加重;典型草原的大部分地区以及内蒙古境内的荒漠草原未来干旱可能减轻;高山草地地区的干旱变化无法确定。蒙古高原有33.6%的地区TVDI与气温呈显著正相关,34.8%的地区TVDI与降水量呈显著负相关,其中,典型草原受气象因子的影响最显著。     

内蒙古温带草原区植被盖度变化及其与气象因子的关系

利用1982-1999年内蒙古地区NOAA/AVHRR的NDVI数字遥感影像,对内蒙古温带草原区植被盖度进行了反演,探讨了近20a来温带草原植被盖度的变化情况,并对植被盖度与不同组合方式的降水及气温数据进行了相关分析,探讨了植被盖度与气象因子的关系。结果表明:①近20a来温带草原植被盖度呈上升趋势,占总面积72%的草原植被盖度发生了增长,3种不同草原类型中典型草原盖度上升趋势最为明显;②温带草原生长季平均盖度、逐月盖度与降水成正相关关系,与气温呈负相关关系,其中降水对盖度的影响存在着时滞及累积效应;③3种草原类型植被盖度对气象因子的敏感性不同,荒漠草原植被盖度与气温和降水相关性最强,其次为典型草原与草甸草原。     

RAPD analysis of genetic diversity and population genetic structure of Stipa krylovii Reshov. in Inner Mongolia steppe

Random amplified polymorphic DNA (RAPD) analysis was used to characterize the genetic diversity and population genetic structure of Stipa krylovii populations in Inner Mongolia steppe of North China. Thirteen 10 bp oligonucleotide primers, which generated 237 RAPD bands, were used to analyze 90 plants of five populations from three regions, meadow steppe, typical steppe and desert steppe, from the east to the west. The genetic diversity of Stipa krylovii that was revealed by observed number of alleles (na), expected number of alleles (ne), Nei's diversity index (h), Shannon's diversity index (H), amplificated loci, polymorphic loci and the percentage of polymorphic loci (PPB) increased from the east to the west. The Pearson's correlation analysis between genetic diversity parameters and ecological parameters indicated that the genetic diversity of Stipa krylovii was associated with precipitation and cumulative temperature variations along the longitude (humidity were calculated by precipitation and cumulative temperature). Dendrogram based on Jaccard's genetic distance showed that the individuals from the same population formed a single sub-group. Although most variation (56.85%) was within populations, there was high genetic differentiation among populations of Stipa krylovii, high differentiation within and between regions by AMOVA analysis. Either Nei's unbiased genetic distance (G(ST)) or gene flow (Nm) among pairwise populations was not correlated with geographical distance by Mantel's test (P > 0.05), suggesting that there was no consistency with the isolation by distance model in these populations. Natural selection may have played a role in affecting the genetic diversity and population structure, but habitat destruction and degradation in northern grassland in China may be the main factor responsible for high genetic differentiation among populations, within and among regions.     

祁连山不同植被类型的物候变化及其对气候的响应

基于1982—2006年GIMMS NDVI和2000—2014年MODIS NDVI遥感数据,利用double logistic拟合方法提取了1982—2014年祁连山区不同植被的生长季始期、生长季末期和生长季长度3个重要的物候参数,分析了不同植被物候期的时间变化趋势、空间分异特征及对气候因子的响应。结果表明:(1)祁连山区不同植被的生长季始期和生长季末期随年际变化表现出波动提前或推迟,其中沼泽植被的变化波动最大;草甸植被、灌丛植被、阔叶林植被和栽培植被生长季长度出现延长趋势;(2)祁连山区植被生长季始期集中在5月初,其中阔叶林植被生长季开始最早,荒漠植被生长季开始最晚,植被生长季末期集中在9月,栽培植被生长季结束较早,荒漠植被、沼泽植被生长季结束较晚,植被生长季长度集中在110—140 d,其中阔叶林植被、针叶林植被生长季长度较长,而荒漠植被、高山植被生长季长度较短;(3)祁连山植被物候期变化趋势的空间分布表明植被生长季始期、生长季末期主要表现为提前不明显和推迟不明显,生长季长度主要表现为缩短不明显和延长不明显;(4)物候要素与气候要素相关性表明前期温度的积累有利于植被的开始生长,但当年3月的降水量对植被生长季始期同样有重要作用,不同植被生长季末期与8月、9月温度相关性较大,而与10月、11月降水的相关性较大。     

内蒙古中东部草原区克氏针茅形态特征和RAPD遗传分化的相关性研究

以分布在内蒙古锡林郭勒盟东部草甸草原、中部典型草原和中西部荒漠化草原的4个克氏针茅种群为研究对象,采用形态学标记和RAPD分子标记相结合的方法进行遗传分化研究。结果表明：（1）无论是用形态学数据所得欧氏遗传距离矩阵还是用RAPD所得无偏差的Nei’s遗传距离矩阵,与种群分布的地理距离之间均不存在显著的相关关系,说明克氏针茅种群遗传分化受自然选择的影响。（2）种群之间存在显著的形态分化和遗传分化（p<0.05）。（3）对形态学数据所得欧氏遗传距离矩阵和RAPD所得Nei’s无偏差遗传距离矩阵进行Mantel检验所得结果不显著,表明对克氏针茅形态分化和遗传分化起主要作用的选择力是不完全相同的。     

气候和放牧对锡林郭勒地区植被覆盖变化的影响

基于锡林郭勒盟15个气象站点1981-2007年的逐月气温、降水量数据及各旗县的牲畜头数,在ArcGIS软件的支持下,分析气候干燥度和牲畜密度的空间分布,结合1981-2007年的逐旬归一化植被指数（NDVI）数据,对研究区植被覆盖变化的驱动因素进行分析.结果表明： 研究期间,锡林郭勒盟气候干燥度与植被覆盖状况之间存在良好的线性回归关系;NDVI与牲畜密度之间存在良好的二项式回归关系,随着NDVI值的升高,牲畜密度先增加后降低;植被覆盖状况与干燥度和牲畜密度呈复线性相关关系,其中,NDVI与干燥度呈正相关,与牲畜密度呈负相关,且干燥度对NDVI的影响远大于牲畜密度对NDVI的影响.     

中国典型植被类型NDVI动态变化与气温、降水变化的敏感性分析

利用 198 3～ 1992年覆盖全国范围的、多时相的、NOAA/AVHRR的 NDVI数字影像 ,结合我国 16 0个基本标准气象站逐月的气温、降水资料 ,对 10年来中国主要植被类型的遥感特征参数 NDVI的动态变化与同期气温、降水变化的关系进行了分析。结果显示 :就全国而言 ,从北到南 ,NDVI的变化与气候条件变化的相关系数逐渐降低 ;从东南到西北 ,NDVI的变化与气候条件变化的相关系数逐渐增加。     

中国典型植被类型NDVI动态变化与气温、降水变化的敏感性分析

 利用1983～1992年覆盖全国范围的、多时相的、NOAA／AVHRR的NDVI数字影像,结合我国160个基本标准气象站逐月的气温、降水资料,对10年来中国主要植被类型的遥感特征参数NDVI的动态变化与同期气温、降水变化的关系进行了分析。结果显示：就全国而言,从北到南,NDVI的变化与气候条件变化的相关系数逐渐降低;从东南到西北,NDVI的变化与气候条件变化的相关系数逐渐增加。     

1981—2018年新疆草地归一化植被指数时空特征及其对气候变化的响应

在新疆开展长时间序列的草地监测,分析草地生长的时空变化特征,有利于草地环境压力分析和草地生态健康预测。以NOAA-AVHRR NDVI为数据源,采用最大值合成、一元回归分析与相关性分析,分别在年际尺度和多个空间尺度(全疆、南北疆与各地区及其11种草地类型)上探讨了1981—2018年新疆草地归一化植被指数(NDVI)时空特征及其对气温、降水的响应。结果表明：(1)1981—2018年,新疆草地NDVI多年均值0.326,变化范围0.259—0.386,具有轻微年际波动特征;(2)北疆、南疆草地NDVI均表现为轻微增加趋势;全疆占草地总面积41%的区域NDVI呈显著增加趋势,9%为显著减少区域,北疆草地NDVI显著增加的面积是南疆的1.7倍;(3)由于垂直地带性及区域差异,新疆草地NDVI由山区向盆地的荒漠降低;北疆草地NDVI是南疆1.4倍,总体上北疆各地区草地NDVI高于南疆各地区;(4)草地类型植被NDVI对降水的显著响应高于气温,其中温性荒漠类、温性荒漠草原类与温性草原类草地NDVI对降水变化的响应明显高于其余草地类型,降水对草地NDVI的影响更为显著,表明降水引起的地表水分变化...     

荒漠绿洲NDVI与气候、水文因子的相关分析

 通过利用1992～1996年NOAA/AVHRR逐旬的归一化植被指数（NDVI）数据和阜康气候、水文资料,分别对绿洲和荒漠进行了NDVI与气候、水文因子间的相关分析,得出了一些初步结论：绿洲与荒漠NDVI具有不同的季节变化规律;与绿洲NDVI相关显著的因子依次为气温、地下水位和降水,     

东北地区植被物候时序变化

植被与气候的关系非常密切,植被物候可作为气候变化的指示器。东北地区位于我国最北部,是气候变化的敏感区域,研究该区植被物候对气候变化的响应对阐明陆地生态体统碳循环具有重要意义。利用GIMMS AVHRR遥感数据集得到了东北地区阔叶林、针叶林、草原和草甸4种植被25a(1982—2006年)的物候时序变化,得出4种植被春季物候都表现出先提前后推迟的现象,秋季物候的变化则比较复杂,阔叶林和针叶林整体上呈现出秋季物候推迟的趋势,草原和草甸则表现为提前-推迟-提前的趋势。应用偏最小二乘(Partial Least Squares)回归分析了该区域植被物候与气候因子之间的关系,结果表明:春季温度与阔叶林、针叶林和草甸春季物候负相关,前一年冬季温度与草原春季物候正相关,降水与植被春季物候的关系有点复杂;4种植被秋季物候与夏季温度均呈正相关,除草原外,其余3种植被秋季物候均与夏季降水负相关。植被春季物候可能主要受温度影响,而秋季物候很可能主要受降水控制。     

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。     

基于无人机低空遥感的荒漠植被覆盖度与归一化植被指数验证及其对水热梯度的响应

为了验证在荒漠地区MODIS-NDVI产品的精度以及为在气候变化背景下荒漠草地的科学管理提供依据,本文利用无人机低空遥感研究了干旱荒漠地区植被覆盖度(FVC)和归一化植被指数(NDVI)对水、热梯度的响应规律。在内蒙古阿拉善荒漠地区的100个样点采用GreenSeeker手持光谱仪获得NDVI值(NDVI_R),通过MODIS-NDVI数据产品提取每个样点的NDVI(NDVI_M),借助NDVI_R验证NDVI_M的精确度;通过无人机遥感手段获得每个采样点的FVC(FVC_U),利用像元二分模型反演每个样点的FVC(FVC_M),借助FVC_U验证FVC_M的精确度;并结合气象数据探讨基于无人机低空遥感的荒漠地区FVC和NDVI对水热梯度的响应。结果表明: MODIS-NDVI数据产品能够反映阿拉善地区的NDVI,精确度为84.2%,但比真实值高15.7%;FVC_M能够反映阿拉善地区的FVC状况,精确度为83.1%,但比真实值低14.8%;不同采集方式获得的NDVI受气象因子的影响程度不同,NDVI不仅受气温和降雨的影响,也受地温、蒸发量以及两者相互作用的影响,由于受大气影响程度不同, NDVI_M受地温、蒸发量、降水量的影响比NDVI_R大,NDVI_R受气温的影响比NDVI_M大。在阿拉善地区研究FVC随水热梯度的变化不仅要考虑降水量和气温,还应考虑蒸发量、地温以及气象因子之间相互作用的影响,其中,气温与降雨、蒸发量与地温以及气温与蒸发量之间相互作用对FVC_U的影响较大。     

Pollen assemblages of tauber traps and surface soil samples in steppe areas of China and their relationships with vegetation and climate

We use 86 pollen trap and surface soil pollen samples in steppe areas of China to explore the relationships between modern pollen, vegetation, and climate. The modern pollen spectra from both sources have comparable compositions with regard to the major pollen taxa. However, the number of taxa in the traps was higher than in the surface soil samples. Both pollen accumulation rates and pollen concentrations are higher in the typical steppe areas than in the desert steppe areas. Discriminant analysis indicates that pollen spectra from trap and surface soil samples roughly reflect the vegetation zones of desert steppe and typical steppe, especially in the case of the trap samples. Detrended canonical correspondence analysis suggests that pollen assemblages have a significant relationship with the temperature of the coldest month and the mean annual precipitation.