喀斯特关键带植被时空变化及其驱动因素

中国南方喀斯特地区广泛面临着生态问题,植被的保护与恢复倍受关注,对这一区域植被覆盖的进行监测和预测是非常必要的。以MODIS-NDVI为数据源,分析2000—2016年间,研究区不同地质背景,多种土地覆被类型的NDVI时空变化特征及驱动因素。结果表明:(1)从2000—2016年间,研究区植被覆盖整体呈增长趋势;其中喀斯特区域增长情况略优于非喀斯特区域。植被覆盖在空间上呈现东高西低;其中林地的NDVI值最高,耕地次之,依次草地,居民用地,水域,未利用地最低;在林地和耕地中,非喀斯特区域的NDVI值比喀斯特高,其余的土地覆被类型中都比喀斯特区域低。(2)研究区植被覆盖改善的地区占60.19%,退化地区占17.06%;草地,耕地区改善明显,退化主要在水域和建设用地; Hurst指数显示在研究区持续性改善的NDVI大于持续性退化;相比非喀斯特区域,喀斯特区域改善及持续性改善情况更佳。(3)整体而言,海拔对NDVI的空间分布影响力最大,温度次之,依次为降雨,夜间灯光指数;相比而言,非喀斯特区域NDVI空间分布更易受地形因子影响;喀斯特区域NDVI空间分布更易受气候差异及人类活动影响。(4)研究区分别有49%,45%,61%的NDVI与气温,降雨,日照的相关系数通过a=0.05的显著性检验;相比非喀斯特而言,喀斯特区域植被生长更易受气候变化的影响。     

基于MODIS-归一化植被指数的广东省植被覆盖与土地利用变化研究

基于MODIS-NDVI遥感植被指数,利用像元二分模型进行植被覆盖度提取,结合趋势分析和显著性检验等方法,对2000—2020年间广东省的植被覆盖时空变化特征进行分析,并结合土地利用变化图谱,探究土地利用类型对植被覆盖时空变化的驱动作用。结果表明：(1)2000—2020年,广东省植被覆盖度整体以0.23%/a的变化率呈波动增长趋势,但空间异质性显著,呈现出以珠三角地区为中心向外辐射递增的趋势;(2)广东省多年平均植被覆盖度介于0.7—0.76,以中高和高植被覆盖度为主,低植被覆盖区约占研究区总面积的4.37%。全省以植被改善为主(78.18%),显著和极显著退化区域占全区面积的5.84%,主要集中分布在珠三角、粤东沿海以及粤西沿海等地区;(3)研究区以耕地与林地的图谱单元互换为主要土地利用变化特征,而城乡、工矿、居民用地在耕地和林地的占用和补充过程中起了重要的作用,反映出城乡建设过程中对耕地和林地的大量占用;植被覆盖变化与土地利用变化存在响应联系,且各土地利用类型对植被覆盖度的贡献各异;向城乡、工矿、居民用地转化的图谱与植被显著和极显著退化区高度重合,说明耕地和林地向城乡、工矿、居民...     

新疆玛纳斯河流域2000—2010年土地利用/覆盖变化及影响因素

在2000年和2010年两期遥感影像解译的基础上,从土地利用类型的结构、变化速率、变化方向及土地利用程度等方面分析了玛纳斯河流域土地利用的变化特征,并分析了影响土地利用变化的主要因素及不同因素之间的交互作用。结果表明:(1)近10年来,流域土地利用程度增强,人工绿洲呈扩张趋势,耕地和城乡工矿居民用地大量增加,林地和未利用地减少;上游地区草地和冰川积雪覆盖地面积增加。(2)耕地向内部外部双向扩张,主要来源于林地、荒漠和盐碱地;新增草地以山地裸地和山前荒漠的转变为主;林地主要转变为中游的耕地和城乡工矿居民用地及上游的草地和裸地;城乡工矿居民用地的增加主要来自荒漠、耕地和林地;未利用地变化以向人工绿洲土地类型的转变为主。(3)上游土地利用变化主要受气候变化的影响,降水量增加可能是冰川积雪面积扩张的主要原因;中游人类活动密集,耕地和城乡工矿居民用地扩张,荒漠植被退化;下游受气候和人类活动共同作用,尾闾湖泊萎缩,河岸和湖周植被退化。     

基于RS和GIS的科尔沁沙地南缘章古台地区土地利用变化及其驱动力

利用遥感影像,借助于GIS技术以及数理统计方法,对章古台地区近20年间土地利用变化及驱动力进行了分析。结果表明:1988-2009年间,章古台地区土地利用构成以耕地和林地为主;土地利用类型变化以林地、耕地和建设用地面积的增加和草地、水域及未利用土地面积的减少为特征,其中,草地、建设用地和未利用土地的年变化率大于其他土地利用类型;土地利用程度综合指数由1988年的235.34增至2009年的251.65;土地类型间的转化以草地、未利用土地向林地、耕地转化和耕地与林地间转化为主,占总转化面积的95.58%。章古台地区土地利用变化受人口、政策和自然因素的综合影响,虽然自然因素是决定土地利用变化的重要因素,但在20年的时间尺度上,人口增长和政策引导则是加剧这种变化的主导因素。     

基于决策树的科尔沁沙地土地利用/覆盖变化监测

以科尔沁沙地西缘内蒙古翁牛特旗为对象,利用3个时相(1989、1999和2007年,分别表示三北防护林体系工程建设近10年、20年和30年)Landsat ETM/TM数据,采用决策树分类方法对该区土地利用/覆盖动态变化进行监测.结果表明:基于决策树分类方法进行遥感影像分类的总体精度能达到89.4%以上,Kappa系数达到0.84以上;近20年,草地和耕地是主要土地利用类型(两项合计占64%以上),林业用地比重为4.8%～5.3%,面积较少;各土地类型面积变化大小依次为耕地>未利用土地>林地>居民及建设用地>水域>草地.     

2000—2015年西南地区土地利用与植被覆盖的时空变化

西南地区是我国重要的生态资源区和生态脆弱区,在国家“绿水青山”战略发展中具有重要地位。本研究基于1 km空间分辨率的土地利用数据集,结合土地利用转移矩阵,定量分析2000—2015年间西南地区土地利用变化特征及其驱动力。并基于MODIS遥感植被指数,利用像元二分模型计算西南地区植被覆盖度,分析归一化植被指数(NDVI)和植被覆盖度的变化规律。结果表明: 研究期间,西南地区的主要地类是林地、农田和草地。建设用地面积增加5874 km²,增长率为55.8%;农田面积减少最多,下降6211 km²,其次是草地,减少2099 km²。2000—2015年间,西南地区建设用地的转入面积最多,主要由农田(贡献率68.2%)、林地(贡献率19.2%)和草地(贡献率13.1%)转化而来,转化的区域多靠近城区。农田的转出面积和转出率分别为7079 km²和2.2%,占所有转出类型面积的46.0%。林地多由草地(贡献率61.8%)转化而来,转化区域多分布在贵州中南部和云南西部等地。全区NDVI和植被覆盖度均呈显著增加趋势,说明研究区整体呈变绿趋势。其中,自然植被和农田的NDVI均显著增长,建设用地扩张地区的NDVI下降,说明自然植被和农田主导了该地区植被变化。通过残差分析发现,气候变化和人类活动对研究区变绿趋势的贡献显著。     

基于1980—2018年土地利用变化的福建省生境质量时空演变

分析土地利用变化引起生境质量的时空演变特征可以为区域生态文明建设提供科学依据。本研究以生态文明先行示范区福建省为例,以1980—2018年土地利用变化数据为基础,利用InVEST模型对福建省生境质量进行评估,通过地理探测器分析影响因素,结合土地利用变化规律分析福建省生境质量时空演化特征。结果表明: 研究期间,福建省主要土地利用变化类型是耕地转为林地和建设用地,林地转为耕地、草地和建设用地,草地转为林地,分别占总土地利用变化面积的8.4%、14.5%、7.6%、17.1%、6.4%和31.7%。1980—2018年,福建省总体生境质量处于较高级别(0.6～0.8),局部区域呈现生境退化和生境质量降低的趋势。影响福建省生境质量空间分异的第一主导因素是土地利用类型的变化,社会经济因素对沿海县市生境质量的影响显著高于对全域及内陆县市生境质量的影响。沿海地区建设用地快速侵占周边的林草地,使得生境加速退化,且这个过程具有不可逆性;内陆地区中心城区的生境退化会经历相似的过程,只是在速度和规模上可能低于沿海地区。从长远来看,可通过控制城市规模、发展城市生态绿化及构建生态安全格局,以减缓生境退化的速度。     

内蒙古大青山国家级自然保护区植被归一化指数时空变化及其与环境因子的关系

选取2000—2020年MODIS影像的归一化指数(NDVI)数据及同期的气象数据,采用趋势分析、变异系数、相关分析等方法,从海拔、坡度和坡向的角度分析了内蒙古大青山国家级自然保护区生长季NDVI的时空变化特征,并进一步探讨了NDVI时空变化与气候因子的相关性。结果表明：(1)2000—2020年,内蒙古大青山国家级自然保护区植被总体覆盖状况良好且呈增长趋势,增长速率为0.058/10a;(2)保护区NDVI空间分布呈现出西部低、东部高的从西到东逐渐增加的特征。保护区生长季NDVI均值随着海拔的升高而明显增加,随着坡度的增加呈缓慢增加趋势,在不同坡向上,生长季NDVI均值大小依次为阴坡>半阴坡>半阳坡>阳坡;(3)从NDVI变化趋势分析来看,2000—2020年大青山自然保护区植被覆盖改善的面积占总面积的61.75%,其中,显著改善、极显著改善面积分别占总面积的41.13%、20.62%,基本保持不变的面积占总面积的38.17%,退化面积占总面积的0.07%。在空间分布上,NDVI显著、极显著增加的区域主要分布在保护区西部和东部,中部以变化不显著为主。保护区各功能区N...     

基于MODIS序列的北京市土地利用变化对净初级生产力的影响

了解土地利用变化对区域净初级生产力(NPP)的影响,对于综合理解区域植被的固碳能力及其与土地利用变化的关系,以及维持区域生态安全均具有重要意义。以北京市为例,基于2000—2012年MODIS NPP遥感影像和土地利用类型数据,利用同期Landsat TM影像(分辨率30 m)对MODIS NPP数据进行降尺度计算的基础上,分析北京市区域NPP的时空分布特征,探讨土地利用变化对植被固碳能力的影响。结果表明:研究期内Landsat NDVI与NPP数据的线性关系显著(R~2为0.22—0.68,P0.01),基于该线性关系可实现对MODIS NPP的降尺度重计算。土地利用面积分配和景观格局的变化均显著影响NPP。13年间,北京市林地和草地面积增加而耕地面积迅速减少,NPP总量由123万t C增长至190万t C,其中66%的NPP由林地贡献,其次为耕地(26%),草地最低(8%)。2000—2006年,面积变化促进了NPP的增加,贡献率为34%;而2006—2012年,面积变化则抑制区域NPP的增加,贡献率降低至27%。同时,研究区域内斑块聚集度的降低,斑块密度及丰富度的增加均有利于其NPP的增加。提高研究区植被固碳能力,需要在维持区域当前植被数量和质量的基础上,增加区域景观的异质性和多样性。     

重庆市悦来新城土地利用/覆被变化对地表温度的影响

为探求山地新开发区城市化进程中的土地利用/覆被变化对地表温度的影响,利用遥感手段对重庆市悦来新城的历史影像进行解译,获取了研究区城市化前、中、后3期的土地利用类型、归一化植被指数(NDVI)及陆地表面温度(LST)的空间分布,并分析了土地利用类型变化和各土地利用类型的NDVI变化对LST的影响。结果表明：城市化进程中的居民组合用地大量扩张,占用的主要是农田,其次是林地;总体上,城市化后比城市化前的植被长势好,其中农田、林地的植被覆盖呈增加趋势,居民组合用地的植被覆盖呈大幅降低趋势;LST在各土地利用类型和区域空间上具有明显的异质性,同时对城市化过程具有一定的敏感性,在夏冬两季表现更明显;LST与各土地利用面积呈显著线性相关;LST与NDVI呈不显著线性关系,二者的空间关系形状在3个时期均呈“三角形”,植被覆盖具有缓解热岛效应的作用。该研究结果可为山地新开发区城市化进程中的生态规划及热岛效应缓解提供理论依据。     

三江平原土地利用/覆被变化对区域植被碳储量的影响

通过历史时期地图数字化和遥感图像解译得到三江平原1954～2005年的6期土地利用/覆被数据。根据IPCC《2006指南》提供的方法,评估土地利用/覆被变化对三江平原植被碳储量的影响。结果表明:三江平原1954～2005年土地利用/覆被变化显著,农田大面积增加,沼泽湿地、林地、草地面积锐减;土地利用/覆被变化主要发生在农田、沼泽湿地、林地和草地之间;农田是沼泽湿地、林地、草地的主要转出对象,林地的主要转入来源为农田和草地,沼泽湿地的主要转入来源为农田和林地。1954～2005年共有1.07×10³km²林地、5.73×10³km²草地和2.59×10⁴km²沼泽湿地转出为农田。土地利用/覆被变化导致三江平原植被碳储量不断减少,1954～2005年三江平原植被碳储量共减少57.48Tg。林地、沼泽湿地、草地向农田的转化及林地向草地、沼泽湿地的转化导致植被碳储量减少97.06Tg,农田向林地、沼泽湿地、草地的转化及草地、沼泽湿地向林地转化导致植被碳储量增加39.58Tg。     

长江中上游地区退耕还林成效监测与评价

将长江中上游地区84个地市级区域作为一个整体,利用GIS综合解译分析归一化植被指数(NDVI)、土地利用类型和数字高程模型(DEM),揭示该区域退耕还林工程所取得的成效.结果表明: 2000-2015年,研究区域NDVI持续增长;与2000年相比,2015年长江中上游地区有2.1%的耕地不再耕种,坡度>35°坡耕地的25%实现了退耕,25°~35°坡耕地的2.7%实现了退耕,中坡度耕地绝大部分实现退耕;耕地主要转变为林地和草地.研究期间,林草覆盖度增加显著,增幅达21.9%;低植被覆盖度的土地面积大幅减少,植被覆盖度小于10%的面积减少95.3%,高植被覆盖度的土地面积显著增加;土壤侵蚀强度总体降低,轻度、强度、极强度等级土壤侵蚀的土地面积均减少10%以上,但剧烈土壤侵蚀状况未得到缓解.研究区森林覆盖率达到60%,但不同时段覆盖度的变化比例存在差异,空间分布不均匀,呈现东部高、西部低的特征,需要继续加强治理.     

基于MODIS NDVI、SPOT NDVI数据的GIMMS NDVI性能评价

以MODIS NDVI和SPOT NDVI数据为基准对2000—2015年重叠时段的GIMMS NDVI数据进行评价.在全国尺度以及水田、旱地、林地、草地4种土地类型上对比分析3种数据的数值差异、动态一致性、变化趋势差异和两两间相关性.结果表明: GIMMS NDVI在数值上整体高于MODIS NDVI和SPOT NDVI,3种数据在反映植被月动态方面能力相当;研究期内3种NDVI数据在全国大部分区域均呈增加趋势,GIMMS的增加幅度最小,且在我国西北、东北、中南、青藏高原及云贵高原的部分地区与另两套数据差异较大,表明在研究该区域时应对GIMMS NDVI数据的使用有所保留;各数据间两两相关性较强,在全国尺度上MODIS NDVI与SPOT NDVI的相关性更好,旱地GIMMS NDVI与MODIS NDVI的相关性更好,水田、林地、草地MODIS NDVI与SPOT NDVI的相关性更好.     

人类活动对西南山地植被覆盖变化的影响——以重庆市为例

植被覆盖变化是生态环境变化的重要指标,定量解析其中的人类活动作用一直是生态领域研究的热点。以重庆市为例,基于遥感、气象以及统计数据,利用GIS技术和残差法,从归一化植被指数(NDVI)和土地利用/覆盖(LUCC)整合分析视角,探究西南山地2000-2020年植被覆盖变化的时空特征,深入解析人类活动影响。 研究表明：(1)近20年间研究区植被覆盖呈整体上升趋势且空间异质性强,渝东南和渝东北地区植被覆盖以及恢复趋势明显优于渝中地区。(2)残差分析表明人类活动对植被覆盖变化同时存在正向和负向两个方面的影响,以正向影响为主导。(3)林地未变区和耕地未变区对植被覆盖变化的贡献程度最大(两者共达到84.18%),退耕还林贡献率仅为1.24%。(4)封禁育林面积与林地未变区植被覆盖变化存在极显著正相关关系(R²=0.82),同时封禁育林生态工程能够较好地解释林地未变区残差变化。研究建立了LUCC对植被覆盖变化影响的贡献率清单,定量揭示封禁育林生态工程对植被覆盖恢复的重要作用,对丰富区域植被覆盖变化驱动研究具有一定参考价值。     

延安北部丘陵沟壑区退耕还林(草)成效的遥感监测

将延安北部丘陵沟壑区的吴起、志丹、安塞、子长、延川、延长和宝塔等7县区做为一个整体,利用GIS综合解译分析SPOTVGT、NOAA/AVHRR、EOS/MODIS、TM和DEM数据,揭示该区域退耕还林(草)生态建设工程所取得的实效。1998-2009年NOAA/AVHRR和EOS/MODIS遥感监测表明,该区域在遥感影像图上凸现,在其北部和西部形成一条明显的与行政区边界相吻合的分界线,表明退耕还林后植被覆盖状况正在逐年改善,而且植被恢复情况明显好于其北部和西部。1999-2007年SPOTVGTNDVI演变表明,该区域NDVI正处于快速上升阶段,线性趋势值为0.0078,与其南部次生林区的NDVI差值在明显减小,与北部粮食种植区的NDVI差值在逐渐加大。退耕前后的TM影像解译结果对比分析说明,延安北部近年来退耕还林(草)的成绩是显著的,生态环境有了明显的改善。与1997年相比,到2007年延安北部有68.37%耕地不再耕种,而大于35°的坡耕地91.45%实现了退耕,25-35°的坡耕地有74.70%退耕,绝大部分高坡度耕地实现了退耕,而较低坡度的坡耕地退耕幅度也很大,达到了50%-70%。退出的耕地主要变为草地、林地和果园。TM影像解译结果表明,林草覆盖度增加非常显著,达到65.3%,增加24.3%,以草的面积增加最为明显。低植被覆盖度的土地面积在大幅度减少,植被覆盖度小于10%的面积减少了83.42%;中植被覆盖度面积在显著增加,到2007年,植被覆盖度在30%-50%的面积最大,占总面积的47.2%,将近一半;高植被覆盖度面积也明显增加,由1997年的6%增加到2007年22%。TM影像与DEM数据叠加分析表明,土壤侵蚀强度总体上降低,强度、极强度和剧烈等级土壤侵蚀的土地面积减少50%以上,但极强度和剧烈的高等级土壤侵蚀面积仍占2007年国土总面积的13.3%,土壤侵蚀状况仍然严重。植被以灌木和草为主,乔木面积较低,森林覆盖率只有22.4%,因此需要继续加强治理。     

基于MODIS的泾河流域植被动态年际变化

以中分辨率成像光谱仪数据(Moderate resolution imaging spectroradiometer, MODIS)为基础计算泾河流域归一化差异植被指数(Normalized difference vegetation index, NDVI)在2001~2004年的时间序列值,分别采用相关系数r值和成对t检验的t值定量描述年内NDVI曲线在年际间的协同性和差异性。以农田、森林、灌丛和草地4种土地利用类型NDVI曲线在年际间变化显著的面积百分比为参数,在2001~2004年间分为1、2和3年间隔共6个时间组,比较分析4种土地利用类型的NDVI曲线在6个时间组内的协同性和差异性,进而探讨泾河流域植被年际变化及其与土地利用之间的关系。结果表明:4种土地利用类型NDVI波动对外界环境的响应在不同的时间间隔里表现一致,在2001~2003年和2001~2004年间变化比较明显;在各个时间组内比较发现有较大面积的农田和草地NDVI协同性较差,尤其在2001~2002年间,这可能与退耕还林还草政策的实施有关;4年来泾河流域内4种土地利用类型的NDVI值有增加趋势,植被状况趋于良好;NDVI年际间差异最明显的是草地,其次是农田和灌丛,森林的NDVI比较稳定。     

晋西北生态脆弱区土地利用动态变化及驱动力

基于遥感和GIS技术,结合相关统计资料,以典型生态脆弱区晋西北为研究对象,利用获取的1980、1990、2000及2010年4期土地利用信息,对该区1980—2010年的土地利用动态变化特征及驱动因素进行分析.结果表明： 1980—2010年,研究区土地利用结构发生了明显变化,耕地面积持续减少,草地和林地面积分别经历了增-减-增和减-增-减的过程,工矿居民地面积持续增加,水域和未利用地面积持续减少.耕地主要流向草地和林地;工矿居民地的增加主要以耕地面积的减少为代价;减少的水域面积转为草地和耕地;未利用地的持续减少则是由于生态工程实施和城市扩张占用所致.2000年之前,研究区总体土地利用变化程度高于后期;单一土地利用动态度的变化,以工矿居民地、未利用地及林地和草地的变化程度较剧烈.驱动力分析表明,人口增加和经济发展共同驱动了区域耕地和工矿居民地的演变;多个林业生态工程的实施是驱动林草面积变化的主要对策因素;干旱化加剧的气候特征是水域面积持续减少及林地恢复较慢的主要驱动因素.     

北京地区不同地形条件下的土地覆盖动态

利用MSS/TM影像和1∶250 000 高程数据分析了1978~2001年北京地区土地覆盖的变化。为研究人类活动对土地覆盖类型及植被变化的影响,根据植被的分布规律和人类活动影响,利用数字高程模型(DEM)将研究区遥感影像分为不同海拔段,分别建立标志进行解译。通过转移概率矩阵计算、不同地形因子影响下的土地覆盖类型分布的GIS分析,得到如下结果:1) 1978~2001年间北京市土地覆盖变化主要发生在平原和低海拔、小坡度的平缓地区,表现为农业用地向城镇用地的转变;高海拔地区主要为天然植被所覆盖,土地覆盖变化相对较小,主要是灌丛向林地的转变。2) 地形因子显著影响土地覆盖类型的分布及变化。随着海拔的升高和坡度的增大,农业用地和城镇用地减少,林地和灌丛逐渐增加。坡向对植被的分布也有较大影响。