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。     

黄土高原植被日光诱导叶绿素荧光对气象干旱的响应

随着气候变化的加剧,干旱的频率、持续时间以及发生范围都越来越严重,探索植被光合对干旱的响应以及气象因子对植被光合的影响对于人们如何应对干旱具有重要意义。基于遥感的日光诱导叶绿素荧光(SIF)具有对干旱条件下区域植被光合作用进行早期监测和准确评估的潜力。本研究基于星载SIF和标准化降水蒸散发指数(SPEI)研究了黄土高原地区2001—2017年生长季内(4—10月)植被光合作用对干旱的响应关系及其受气象因子的影响程度。结果表明: 黄土高原地区植被生长季内SIF与SPEI呈显著正相关关系的区域占比为87.8%,其中,半干旱地区植被光合对干旱的响应较敏感,半湿润地区敏感性较低。不同类型植被光合对干旱的响应存在差异,草地对干旱响应的敏感性最高,响应最强的SPEI时间尺度为3～4个月;林地的敏感性最低,SPEI时间尺度为3～10个月。气象因子与SIF存在显著的相关关系,其中,温度和降雨是影响黄土高原植被光合的重要影响因子,光合有效辐射的影响模式与温度相似。黄土高原地区生长季内不同的气候和植被类型条件下,植被光合所受干旱及各气象因素的影响存在较大差异。     

华北地区2001-2014年植被变化对SPEI气象干旱指数多尺度的响应

近年降水量的减少以及全球气候变暖的影响导致我国华北区域干旱程度加剧,影响植被生长状况,使得区域生态环境恶化。基于华北地区2001-2014年的TRMM及MODIS数据,以归一化植被指数NDVI、净初级生产力NPP、植被状态指数VCI作为植被状况表征指数,以标准化降水蒸散指数SPEI作为气象干旱表征指数,对华北地区近年的气象干旱及植被状况时空变化进行评价,并分析植被对干旱的多尺度响应。结果表明：（1）华北地区干旱在西南部地区呈明显加重趋势,东北部地区干旱状况有所好转;针对不同时间尺度的SPEI表示干旱的变化趋势,得出月份尺度干旱呈现干湿交替特征,选取SPEI时间尺度越长,干旱化趋势越明显;（2）NDVI与NPP所反馈的植被长势空间分布略有差异,总体而言华北地区植被状况大部分地区呈好转趋势,但研究区中部部分地区及部分沿海地区植被状况转差;（3）植被状况指数与SPEI指数在大部分地区呈正相关,NPP与SPEI的相关性强于NDVI与SPEI的相关性,且相关程度在草原地区及中高海拔地区最高,林地对干旱的敏感度最弱;各植被类型在植被生长季的多数月份对SPEI-3响应最明显,且在夏季相关程度最高,夏季及其前期的季尺度干旱更易影响植被生长状况,SPEI-12对植被的影响主要表现为影响植被生长季初期的植被状态。     

近17年新疆干旱时空分布特征及影响因素

新疆是我国西北区重要的粮食和商品棉生产基地,受地理环境的影响,干旱频发,给社会经济及农业生产造成了巨大的损失。基于MODIS遥感数据和气象数据,估算温度植被干旱指数(Temperature Vegetation Dryness Index, TVDI),分析新疆2000—2016年干旱的年际、年内时空变化特征及其与气象因子的关系,结果表明:1)TVDI可以有效地描述新疆的干旱状况,适用于对该地区进行干旱监测;2)2000—2016年间新疆TVDI空间分布具有较强的地域分异性,呈现为天山山脉以北及昆仑山脉地区较湿润,塔里木盆地地区较干旱,新疆TVDI多年均值为0.751,整体上处于中旱状态。年内TVDI季节空间分布差异显著,不同季节的干旱程度大小为:夏季春季秋季冬季;3)新疆各地州TVDI年内月变化整体上呈现为先增加后降低的趋势,最小值在1月(0.267),最大值在6月(0.930),在14个地州中,伊犁哈萨克、阿勒泰和博尔塔拉多年间基本处于无旱状态;4)17年间不同土地利用类型干旱程度表现为林地草地建筑用地耕地,干旱类型转移的主要特点为无旱类型转入和轻旱类型、中旱类型、重旱类型、特旱类型转出;5)新疆干旱动态变化与地形、气温、降雨量以及太阳辐射等因子密切相关,其中非气象因子影响所占比例最大,降雨量与气温综合影响占面积较小,气象因子中降雨量影响所占面积较大,因此,在气象因子中新疆干旱主要受降雨的影响。     

近20年辽宁省植被动态特征及其对气候变化的响应

区域归一化植被指数(NDVI)变化特征对环境容量和生态发展方向有重要指示作用。基于SPOT/VEGETATION NDVI数据和ESA CCI-LC植被分类数据，利用Theil-Sen+Mann-Kendall、变异系数、Hurst指数和相关性分析方法，对辽宁省2000—2019年不同植被类型归一化植被指数时空变化特征和气候因子之间的响应关系进行分析。结果表明：(1)NDVI均值呈现从乔木到草原逐渐降低的趋势，不同植被类型在生长季具有不同的生长习性；(2)各植被类型都呈增加趋势，结合Hurst指数和Sen趋势，辽宁省36.26%的植被将趋于改善，约有61.51%的植被将趋于退化；(3)变异系数结果表明：所有植被类型中以乔木植被最为稳定，草原型植被最不稳定。(4)辽宁省各植被类型NDVI与降水显著正相关，与气温相关性相对较低。结果可为辽宁省生态评价和碳循环研究提供植被覆盖动态参考。     

1982-2013年内蒙古地区植被物候对干旱变化的响应

气候变化引起的植被物候变化正在大幅度改变生态系统,研究植被物候对干旱的响应对保护内蒙古的生态系统具有重要意义。根据1：100万植被区划,把内蒙古划分为8个植被分区,利用多时间尺度气象标准化降水蒸散指数（SPEI）和NDVI3g时序数据所反演的物候指标,分析内蒙古植被物候的时空变化及其对干旱的响应规律。结果显示：1）在1982年至2013年间,内蒙古植被受到不同时间尺度下干旱的高度控制,尤其是时间尺度干旱的影响（SPEI-3）;2）对于整个研究区,生长季开始（SOS）呈提前趋势,生长季结束（EOS）呈延后趋势,生长季长度（LOS）呈延长趋势,像元比例分别为63.79%、59.77%和62.83%;3）内蒙古除荒漠植被类型地区外,同年春季和夏季初期干旱对SOS均具有延迟作用,同年秋季干旱对EOS均具有延迟作用 ;4） 不同植被类型对干旱强度指数的响应程度存在差异,响应程度集中在-10d/0.1-10d/0.1（例如,1d/0.1表示干旱强度指数每增大0.1,会导致物候指数延迟1 d,而-1d/0.1表示干旱强度指数每增大0.1,会导致物候指数提前1 d）。     

中国北方草原对气候干旱的响应

草原生长动态受气候条件的影响和制约,在很大程度上取决于水分条件.为了较好阐明草原生长与干旱气候关系,利用表征草原生长变化的NDVI(Normalized Difference Vegetation Index)指数和表征干旱的SPI(Standardized Precipitation Index)指数研究了荒漠草原、典型草原、草甸草原与干旱气候的线性关系,表明荒漠草原的生长动态受季节性干旱影响很大,短期、中长期和长期干旱对荒漠草原影响较小.典型草原对季节性干旱响应较强,而对短期、中长期和长期的干旱响应较弱.草甸草原对季节性和长期干旱响应较强.并且草原对降雨量的响应具有时滞效应,水分盈亏对草原的影响是累积效应.利用基于虚拟变量的回归模型和简单回归模型模拟了草原NDVI对SPI指数的响应关系,基于虚拟变量的回归模型显示出对草原NDVI与SPI关系的较优拟合度.表明了草原生长动态对干旱气候响应具有季节性效应.     

东北地区植被NDVI对不同时间尺度SPEI的响应

植被在陆地生态系统中起至关重要的作用。近年来干旱频率逐渐增加,对植被的生长发育产生严重的影响。本研究基于1982—2015年的归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)和不同时间尺度的标准化降水蒸散指数(standardized precipitation evapotranspiration index,SPEI)的相关性来评估东北地区植被生长状况对干旱的响应。结果表明:年尺度和季尺度内NDVI和SPEI的最大相关系数值在研究区内西部内蒙古草原地区最大,东部长白山脉地区次之,中东部东北平原地区最小,且NDVI与SPEI的相关系数在12个月以上的时间尺度较大;生长季(4—10月)和夏季(6—8月)的NDVI对SPEI响应最为敏感,春季(4—5月)、秋季(9—10月)响应依次减弱;其中,5—7月的NDVI与SPEI-24的显著相关像元比例较高,而8—10月的NDVI则与SPEI-06的显著相关像元比例较高;不同的植被类型对干旱响应不同,森林NDVI在不同月份与不同尺度的SPEI大体上呈负相关,草原和农作物则主要以正相关为主。     

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...     

天山北坡前山带降水分布型对荒漠植被的影响——基于逐日降水数据和NDVI分析

降水分布型对荒漠植被的影响规律的揭示是理解全球气候变化下干旱区地表植被覆盖变化过程的基础。基于新疆天山北坡前山带1999-2014年生长季MODIS 1B逐日遥感资料和7个气象站点降水观测数据,运用GIS软件提取出气象站点周围荒漠植被的归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index,NDVI）值,利用相关分析、决策树判识分析等方法,系统分析天山北坡前山带生长季荒漠植被NDVI在不同量级降水和降水型下的时空变化及其持续性等特征,并探究两者的相关程度。研究表明：生长季NDVI在不同时间、空间尺度上对降水存在一定规律的响应特征。从时间尺度来看,NDVI对降水的响应延迟现象随时间越来越不明显,两者相关性先增后减,在生长季中期相关性最强;空间尺度上,各区域差异较大,NDVI对降水的响应快慢与研究区各地的降水量大小明显相关。不同地区的年内NDVI变化趋势也不相同,18天以上的干期长度影响显著。无论研究区域中任一地区年均降水量大小,都一致表现出在生长季期间降水较多的时期,植被覆盖普遍出现为基本不变或轻微改善的趋势,相反在降水较少的时期,植被覆盖普遍出现轻微退化或基本不变（趋势斜率为负的极小值）的趋势。未来可以通过计算体现某地区植被覆盖变化趋势的值,来判断这一时期该地区大气的干湿程度。另外不同量级降水和降水分布型对NDVI变化影响明显,在生长季早、中期,降水量在6.1-12.0 mm时对荒漠植被的生长最为有利,NDVI增长幅度在0.15以上,并且对生长季早、中期植被生长最佳的降水分布型分别为B型降水（指连续两天出现降水且第一天的降水量大于第二天的降水量）和A型降水（指连续两天出现降水,第一天的降水量小于第二天的降水量）。揭示NDVI对降水的响应规律,可为干旱区、半干旱区合理生产灌溉、节约用水、生态恢复与重建等提供理论依据。     

近30年新疆植被生长异常值时空变化及驱动因子

作为陆地生态系统的主体,植被的时空变化深刻地影响着景观格局和生态功能,深入理解植被动态及其对气候变化的响应,对于提高对生态过程的认识、加强生态管理具有重要意义。在一致性检验的基础上,利用中分辨率成像光谱仪(moderateresolution imaging Spectroradiometer,MODIS)的归一化植被指数(normalized Difference Vegetation Index,NDVI)数据集将新疆地区全球检测与模型研究组(Global Inventory Modeling and Mapping Studies,GIMMS)开发的NDVI数据集的时间序列拓展到2012年,探讨了生长季和各季节植被绿度、气候异常值的动态变化,分析了植被对气候变化的响应。研究结果显示,区域尺度和像元尺度GIMMS与MODIS NDVI之间的一致性较强。1982—2012年,研究区域生长季和各季节植被绿度呈显著增加趋势,但生长季存在明显阶段性:1998年前后分别呈显著增加和显著减少,夏季与秋季与生长季类似,而春季则不存在变化趋势的逆转。NDVI呈正异常值的面积比例与区域尺度NDVI的变化趋势一致;极端异常值、较大异常值多呈明显减少趋势,而一般异常值多呈增加趋势,NDVI的变化倾向于逐渐平稳。区域变暖趋势显著,降水量略有增加,潜在蒸散发显著提高,而湿润指数变化不明显。气温、潜在蒸散发主要在春季、秋季促进植被生长,而夏季降水量、湿润指数对植被生长的调节作用更为突出。     

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...     

1982—2015年新疆地区植被生长对气温的响应

基于1982-2015年归一化植被指数(NDVI)数据集、植被类型和气象数据,采用滑动偏相关分析、线性趋势分析和GIS空间分析方法,揭示了新疆地区生长季植被对气温响应的变化特征.结果表明:研究期间,在整个生长季,新疆地区植被活动对气温变化的响应强度呈现明显的降低趋势;季节尺度上,这种响应关系的变化趋势在夏、秋两季较为明显,春季植被活动对气温变化响应的变化趋势与之相反.在整个生长季,不同类型植被对气温变化的响应呈现减弱态势;在春季,草地和森林对气温变化的响应呈现显著增强趋势,而灌丛和荒漠对气温变化的响应趋势正好相反;在夏季,4种植被(草地、灌丛、荒漠、森林)对气温变化的响应均呈现显著降低趋势;在秋季,4种植被对气温变化的响应均没有显著的统计学特征.新疆地区生长季气温对植被的影响力减弱具有区域的普遍性特征,这可能与研究区降雨和太阳辐射活动变化的有关.     

青藏高原植被生长季NDVI时空变化与影响因素

青藏高原是中国乃至亚洲的生态屏障,研究其植被对气候变化的响应对区域生态保护具有重要的现实意义。基于MOD09A1数据反演的生长季归一化植被指数(NDVI),分析2001—2018年青藏高原植被生长季NDVI时空特征和变化趋势,结合气象站点数据阐释NDVI与气候因子的关系。结果表明: 研究期间,青藏高原植被生长季NDVI呈缓慢上升趋势,不同气候区生长季NDVI年际变化差异明显,NDVI值波动幅度表现为高原湿润气候区>半湿润气候区>半干旱气候区>干旱气候区。青藏高原湿润气候区、半湿润气候区、干旱气候区、半干旱气候区NDVI显著升高和降低面积占比分别为1.4%和1.9%、4.9%和1.5%、16.4%和0.8%、7.0%和2.0%,干旱和半干旱气候区NDVI升高面积占比明显大于湿润和半湿润气候区。气温是影响湿润气候区和半湿润气候区NDVI变化的主导因子,而在干旱气候区,降水对NDVI的影响明显强于其他气候因子。气温对整个青藏高原植被生长季NDVI的驱动作用强于降水和相对湿度。     

中国北方草地与农牧交错带植被的NDVI-Ts空间的年内变化特征

利用多时相或时序植被指数(normalize difference vegetation index,NDVI)数据进行地表覆盖研究已取得了大量成果.随着陆地表面温度(1and surface temperature,Ts)遥感反演精度的不断提高,将Ts与NDVI结合起来进行地表植被动态变化的监测已成为可能.本文主要包括以下三部分内容:1)介绍了基于卫星遥感数据的NDVI、Ts和Ts/NDVI计算方法.2)讨论NDVI、Ts和Ts/NDVI数据对植被覆盖信息表达的差异,并分析了中国北方草地与农牧交错带植被在NDVI-Ts空间的年内变化特征.3)利用信息熵和平均梯度,定量分析了NDVI、Ts和 Ts/NDVI数据在信息表达丰富度方面的差异,并对在不同地表植被覆盖下,Ts/NDVI数据对信息提高程度的敏感性进行了讨论.     

城市地表温度与关键景观要素的关系

利用Landsat ETM+遥感影像,提取上海市外环线范围内的地表温度、不透水面率、归一化差值植被指数、改进的归一化差异水体指数,定量研究地表温度与城市关键景观类型之间的关系.结果表明:地表温度与不透水面率呈显著的线性正相关( R2=0.837);地表温度与归一化差值植被指数和改进的归一化差异水体指数呈非线性关系,但地表温度与正的归一化差值植被指数和正的改进的归一化差值水体指数呈显著线性关系.鉴于归一化差值植被指数和改进的归一化差异水体指数大于0时才能真正代表植被和水体,因此,建议今后研究地表温度时使用正的归一化差值植被指数和改进的归一化差异水体指数;地表温度与不透水面率、归一化差值植被指数和改进的归一化差值水体指数的多元线性回归分析表明,不透水面起着增温作用,植被、水体起降温作用,植被较水体的降温作用大.