全球气候变暖胁迫下的雅鲁藏布江流域植被覆盖度变化驱动机制探讨

为了解雅鲁藏布江流域内植被变化对气候变化响应的时空差异性,引入重心模型,分析和探讨了2002-2014年雅鲁藏布江流域植被的变化特点与气候因子的相关性。结果表明,植被的NDVI(归一化植被指数,Normalized difference vegetation index)重心与降水重心年际迁移方向具有正相关性。雅鲁藏布江流域的月植被NDVI受前0-1月降水影响最大,而不同季节植被的NDVI对降水影响表现出一定的滞后性,其中春季和冬季的植被NDVI均与前一季的降水呈现正相关性。该流域中乔木、灌木对降水反应的滞后性比草本植物要大;生长季的温度变化与植被的生长具有相关性。植被NDVI与月均温的正相关性达到最大的时间段差异较大。因此,植被NDVI和气候因子间的时空异质性研究对于雅鲁藏布江流域的生态环境保护具有重要意义。     

气候变化下黄土高原植被生长期NDVI动态变化特征

理解植被对气候变化的响应对于预测未来生态系统过程和制定应对策略至关重要。本研究采用地理探测器和地理加权回归等方法，探讨了2002—2019年黄土高原不同植被类型主要生长期(4—10月)归一化植被指数(NDVI)变化的空间格局及其与气象因子的关系。结果表明：受退耕还林还草生态工程影响，黄土高原植被得到显著改善，其中草原和荒漠植被由于生境容易受到外界环境影响，NDVI呈不稳定状态，且在夏季最不稳定；日照时数的增加间接导致降水减少，产生较强的光抑制效应，造成日照时数变异系数对黄土高原生长期植被NDVI空间变化的解释力最大(0.124),黄土高原西北干旱区的荒漠受海拔影响，气压低，水汽蒸发量大，抑制植物叶片进行光合作用，与生长期植被变化呈正相关；荒漠区夏季降水量突增，植被对气温变化的响应减缓，出现NDVI变化对气温变化响应的滞后性；在8—10月，阔叶林高的植被覆盖度对水分胁迫的敏感性降低，产生对降水因子的滞后响应。     

还林还草工程后榆林市NDVI时空变化趋势

还林还草工程实施以来,黄土高原植被得到了有效恢复。为了研究黄土高原地区的植被变化特征和未来发展趋势,利用趋势分析、标准差分析、Hurst指数等方法对榆林市2000—2017年MODIS NDVI(Normalized Difference Vegetation Index)进行了分析。结果表明:18年来榆林市NDVI累计增长88.56%,年均增长率为4.92%;耕地、林地、草地和沙化土地上的NDVI均明显增加;随着时间的推移,不同高程和坡度下的NDVI增长迅速; NDVI和降水表现出显著正向相关;农产品在产量、牛羊存栏数、还林还草总面积与NDVI呈显著正相关,表明农业生产转型升级后,生态环境治理和农村经济达到了协调发展。Hurst指数预测结果表明,该地区目前还林还草工程已接近其承载潜力,但NDVI还有约10%的增长潜力,在未来极度干旱的年份,植被有干旱致死的威胁,NDVI存在减少的风险,主要集中在目前NDVI恢复较好的丘陵沟壑地区。在后退耕还林时代,水土资源的合理配置与植被建设相协调是实现该地区生态建设的重要任务。     

黑河流域植被水分利用效率时空分异及其对降水和气温的响应

植被水分利用效率(WUE)是衡量植被生态系统碳水耦合关系的重要指标,研究其时空分异特征对区域水资源合理利用及配置有重要意义。基于改进的光能利用率模型CASA,模拟估算了黑河流域2000—2013年植被净初级生产力(NPP),结合ETWatch模型估算的黑河流域2000—2013年蒸散数据ET,进一步估算了黑河流域植被水分利用效率WUE。分析了黑河流域NPP、ET和WUE空间格局和时间变化特征,探讨了WUE变化对降水和气温的相关性。结果表明:1)黑河流域空间上植被NPP在2000—2013年多年平均值为81.05 gC m~(-2) a~(-1),ET平均值为133.38 mm,植被WUE平均值为0.448 gC mm~(-1) m~(-2)。植被NPP、ET与WUE的空间格局基本上类似,均呈现出自上游至下游逐渐减少的分布格局。2)黑河流域2000—2013年间植被平均NPP与平均WUE均呈现显著上升趋势(P0.05),而ET平均值变化不显著。WUE年际变化斜率与其平均值在空间分布上存在一定的对应关系,空间上植被WUE的高值区同时是其呈增长趋势的主要区域,植被WUE平均值较低的区域其年际变化也趋于稳定。3)不同植被类型的WUE差异较为显著,植被自身受环境影响形成的生理生态参数是其WUE差异的主要原因,不同植被类型WUE平均值关系为:灌丛草地森林农田沼泽荒漠。中游绿洲区栽培植被平均WUE仅为0.90 gC mm~(-1) m~(-2),因此应当重视提高其对水资源的利用效率。4)整体上黑河流域植被WUE年际变化主要受降水的影响,植被WUE与降水呈负相关的区域主要分布在中游绿洲灌溉区,表明人为活动干扰会削弱气候因素对植被WUE的影响。     

基于 NDVI 的新疆和静县草地植被覆盖动态变化及其与气温降水的关系

以新疆和静县为研究区, 以 2000、2005、2010 和 2015 年 Landsat 影像及 2000～2015 年 MODIS-NDVI 16d 合成产品为主要数据源, 运用 ArcGIS 叠加分析功能, 分级估算 4 个不同时期草地植被覆盖度动态变化特征, 结合气温和降水数据, 利用 NDVI 偏差, 采用趋势线分析方法, 研究区草地植被覆盖变化对温度和降水的响应。研究结果表明:(1)2000—2015 年, 研究区植被覆盖表现为退化, 退化面积为 13763.48 km2, 占研究区面积 49.42%, 较植被覆盖度增加面积多出 12611.65 km2, 是植被覆盖度增加面积的 11.95 倍。(2)2000—2015 年, 研究区植被 NDVI 呈现下降趋势, 年平均气温和 NDVI 的相关系数为–0.32, 呈现负相关, 年平均降水量和 NDVI 的相关系数为 0.76, 呈现正相关。(3)研究区 NDVI 值年内变化呈现单峰型, 夏季 NDVI 值平均每 10a 增长约–3.6%, 秋季 NDVI 值平均每 10a 增长约–1.6%, 春季 NDVI 值平均每 10a 增长约 0.1%;植被 NDVI 值和月平均气温的相关系数为 0.801(n=144); 植被 NDVI 值与月平均降水量相关系数为 0.832(n=144), 均超过 p<0.01 的检验。     

汉江流域景观格局变化对土壤侵蚀的影响

在流域尺度上,景观格局变化是决定土壤侵蚀程度的重要因素。以汉江流域为研究区域,基于2000—2015年四期土地利用类型数据及环境气象数据,运用中国土壤流失方程和逐步回归法,探究景观格局变化对土壤侵蚀的影响。结果表明:(1)在2000—2015年间,汉江流域土壤侵蚀量下降,高值区分布在流域中部草地区,低值区分布在流域东西两侧的林地和耕地区。不同坡度下各等级土壤侵蚀量不同,侵蚀量最大值出现在10—30°的坡度范围内。(2)研究期间,汉江流域的景观破碎化程度加强,斑块形状趋于简单,各斑块自身连通性增强,景观类型空间分布均匀。(3)汉江流域土壤侵蚀量与斑块密度和平均邻接度指数呈正相关,与蔓延度指数和香农均匀度指数呈负相关,即景观破碎度越高、连通性越差,土壤越容易遭受侵蚀,反之则不易受到侵蚀;研究表明景观格局变化对土壤侵蚀有显著影响,结果可为流域尺度景观管理与水土保持研究提供参考。     

水热条件分别控制了中国温带草地NDVI的年际变化和增长趋势

温带草地区是我国植被对气候变化响应的敏感区和陆地生态系统的生态脆弱区,是组成草地资源的重要部分。由于全球变暖,气候变化带来的极端气候影响越来越大,探究我国温带草地植被覆盖时空变化规律和水热条件变化对其生长的影响,对区域生态的环境保护,实现畜牧业的可持续发展和更加合理有效地利用草地资源具有重要的现实意义。基于1982—2015年长时间序列的气象(降水、温度、太阳辐射)数据和GIMMS NDVI 3g数据,采用去趋势分析法和相关性分析法,探究近34年中国温带地区生长季草地归一化植被指数(Normalized difference vegetation index, NDVI)和气候因子变化格局,以及水热条件对NDVI的同步影响和滞后影响。研究结果表明:(1)1982—2015年中国温带草地生长季平均温度和月平均太阳辐射呈增长趋势,降水量为下降趋势,温带草地气候逐渐呈现"暖干化";(2)1982—2015年中国温带草地生长季NDVI的年际变化由降水因子主导,特别是在1999年之后,降水的对于中国温带草地生长季NDVI年际变化的影响更为显著;(3)1982—2015年中国温带草地生长季NDVI...     

基于MODIS NDVI的辽河保护区成立前后植被覆盖时空动态研究

以2010年成立以自然生态恢复为主的辽河保护区为研究对象,基于中分辨率成像光谱仪(MODIS)获取的500米分辨率的归一化植被指数(NDVI)数据,研究了辽河保护区成立前(2000—2009年)和成立后(2010—2015年)植被覆盖时空动态。结果表明:(1)2000—2015年NDVI呈现持续增加趋势;2000—2009年NDVI的年际增加主要发生在夏季,2010—2015年NDVI的年际增加主要发生在春季和冬季。辽河保护区成立后春季NDVI的逐年增加有利于该区域防风固沙功能的提升。(2)季节尺度上,2000—2009年春季降水量与春季和夏季NDVI显著正相关,夏季气温与夏季NDVI显著负相关;2010—2015年仅夏季NDVI动态受春季气温和夏季日照时数变化的影响。(3)月尺度上,气温是影响辽河保护区NDVI变化的主要气候因素,2000—2015年NDVI动态对气温变化的响应存在1个月的滞后期;2000—2009年NDVI动态对降水变化的响应存在1个月的滞后期,2010—2015年则无滞后效应。(4)2000—2009年影响NDVI动态的人类活动主要为农田耕作;辽河保护区成立后,河岸带封育区内的自然恢复和小型人工湿地建设促进了NDVI增加,大型人工湿地建设和人工经营牧草地对NDVI动态无显著影响。     

念青唐古拉山南坡高寒草甸生产力对温度和降水变化的敏感性及其海拔分异

目前人们仍不清楚不同海拔高寒草地植被生长对气候变化的敏感性差异及其与最适宜海拔分布中心的关系。利用西藏当雄县念青唐古拉山南坡7个海拔梯度固定样地的高山嵩草草甸地上净初级生产力(ANPP)观测数据(2009—2013),建立了ANPP与同期遥感植被指数(MODIS NDVI)的线性回归方程。基于长时间序列的NDVI数据,利用建立的回归方程估算了研究区2000—2013年的ANPP。结合沿海拔梯度的HOBO气象站数据(2006—2013)及当雄县气象站数据(2000—2013),分析了2000—2013年该地区高寒草甸ANPP对降水和温度变化的敏感性及其随海拔的变化规律。结果表明:(1)多年平均ANPP随海拔的变化均表现为先增加后降低的单峰分布格局,最大值出现在海拔4893—4942 m,说明在海拔梯度上存在一个最适宜高寒草甸植被生长的分布中心;(2)ANPP与生长季降水量(GSP)呈正相关关系,与生长季平均气温(GST)呈负相关关系,其相关斜率的绝对值(指示ANPP的降水敏感性和温度敏感性大小)与ANPP的海拔格局具有相反的变化趋势,即在最适宜高寒草甸植被生长的海拔分布中心附近,ANPP对降水和温度变化的敏感性最低,而在远离该分布中心的较高和较低海拔,ANPP对降水和温度变化的敏感性则相对较大。研究明确了高寒草甸ANPP对降水和温度变化的敏感性随海拔的分异性及其与高寒草甸最适宜海拔分布中心的关系,这有助于理解沿海拔梯度不同水热组合环境下高寒生态系统对未来气候变化的响应模式。     

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。     

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...     

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...     

基于土地利用及植被覆盖变化的黄河源区生境质量时空变化特征

位于青藏高原腹地的黄河源地区生态环境脆弱,面临生物多样性锐减、生态系统退化等问题,黄河源区生态系统保护及其高质量发展已成为国家的重点战略之一。土地利用与植被覆盖是影响生境质量的重要因素,定量化土地利用方式、强度及格局和植被覆盖格局对生态质量影响的研究越来越受到关注,但其对黄河源区生态质量的耦合效应尚不明确。基于2000年和2015年黄河源区土地利用类型及生长季归一化植被指数（NDVI）,采用InVEST模型探究了不同时期黄河源区生境质量时空变化,并采用地理加权回归（GWR）模型揭示了生境质量对土地利用和植被覆盖变化的空间响应特征。结果表明,2000年与2015年土地利用类型变化主要为未利用土地向草地的转移。植被覆盖变化方面,源区生长季NDVI整体上升。从生境质量的空间分布来看,黄河源区生境质量总体呈现南高北低的空间格局,高值分布在南部及中部地区,低值分布在北部布青山、东北部高海拔区及黄河乡的黄河沿岸。相较于2000年,2015年黄河源区生境质量平均提高11.47%。草地面积和NDVI与生境质量均呈显著正相关关系,其中NDVI是提高黄河源区生境质量的重要驱动因子。研究结果突出了NDVI对提高黄河源区生境质量的主导作用,可为未来源区生态保护提供借鉴。     

2000-2010年黄河流域植被覆盖的时空变化

黄河流域位于干旱、半干旱和半湿润地区,生态环境脆弱,近年来,在气候变化和人类活动影响下,植被覆盖状况发生了变化。因此需要对黄河流域植被覆盖的变化进行监测,进而掌握流域植被的动态变化特征。在此背景下,利用2000-2010年的250 m分辨率的MOD13Q1数据来研究黄河流域植被覆盖区域的NDVI时空变化特征。采用Theil-Sen Median趋势分析和Mann-Kendall检验来研究NDVI的变化趋势特征,通过对Theil-Sen Median趋势分析和Mann-Kendall检验的结果和Hurst指数的结果的叠加,来研究NDVI的可持续特征。研究表明：1）从空间分布上看,黄河流域NDVI呈现出西部和东南部高,北部低的特征;2）从时间变化特征上看,2000-2010年植被覆盖区域年均NDVI均值在0.3-0.4之间波动,其中2000-2004年NDVI波动较大,但自2005年以来NDVI呈现快速增长的趋势;3）从变化趋势上看,2000-2010年黄河流域植被改善的区域远远大于退化的区域,改善的区域占植被覆盖区域总面积的62.9%,退化的区域占27.7%,9.4%的区域NDVI稳定不变;4）从可持续性来看,86.0%的植被覆盖区域NDVI呈现正向可持续性,即NDVI的可持续性较强;由变化趋势与Hurst指数的耦合信息得出,持续改善的面积占植被覆盖区域总面积的53.7%,持续稳定不变的区域占7.8%,持续退化的区域占24.5%,另外14.0%的区域未来变化趋势无法确定,持续退化和未来变化趋势无法确定区域的植被变化状况需要研究人员继续关注。     

2000—2019年长江流域植被覆盖时空演化及其驱动因素

长江流域作为中国重要的生态屏障，科学认识长江流域植被覆盖时空变化及其驱动因素，对有效开展长江流域生态工程建设具有重要的指导意义与应用价值。基于2000—2019年间MODIS-NDVI与相关气象等数据，采用Theil-Sen median趋势分析、Mann-Kendall检验、变异系数、偏相关分析、残差分析等方法，研究了近20年来长江流域植被覆盖的时空分布与变化特征，并探究了研究区植被覆盖的驱动因素。结果表明：(1)时间变化上，长江流域生长季NDVI呈现波动增长趋势，显著改善面积大于退化面积；(2)空间分布上，流域植被覆盖空间分布格局大致呈现为“中部高，东西低”,生长季NDVI多年均值为0.6164,呈较高植被覆盖状态；(3)变化趋势上，植被增长区域大于减少区域，具体表现为“中部强于东部、东部强于西部”;(4)变化稳定性上，流域植被变异系数介于0.0104—1.3199之间，呈现出“中间低，东西高，东西部局部区域高低波动并存，地域性差异明显”的空间变化稳定性特征；(5)影响因素上，流域植被覆盖变化受气温和降水的共同影响，大部分区域生长季NDVI变化以气候驱动为主，局部区域表现自然因素叠...     

基于土地覆盖和NDVI变化的拉萨河流域生境质量评估

气候变化和人类活动导致的土地覆盖和植被变化都会对生境质量产生影响。青藏高原是众多珍稀高原动植物的栖息地,具有重要的生物多样性维持价值。拉萨河流域是青藏高原经济最发达、人口最密集的核心地区,人类活动对生境质量带来的胁迫和压力持续增加。为揭示近些年来土地覆盖和植被变化对拉萨河流域生境质量的影响,选择生长季NDVI作为植被变化的指示因子,通过对不同植被类型各年份的生境适宜度进行修正,利用In VEST模型评估了拉萨河流域1990—2015年的生境质量时空变化。研究结果表明,1990—2015年拉萨河流域土地覆盖变化整体相对较小,其中人工表面和湿地面积增幅相对较大,分别为82.65%和32.40%;土地覆盖变化的转移方向主要为稀疏草地转化为草原和草甸、耕地转化为人工表面以及冰川/积雪转化为荒地。植被变化方面,1990—2000年,除流域中上游的裸岩、裸土地区和念青唐古拉山地区外,流域NDVI整体有较显著上升;而2000年以后略有下降。从生境质量的空间分布来看,高质量生境主要分布在流域下游、念青唐古拉山南侧河谷地区以及拉萨河源头等地区,低质量生境主要分布在拉萨市市辖区及周边、林周县县城及周边,以及流域中上游的荒地等地区。从时间变化上来看,1990—2000年,拉萨河流域整体生境质量指数从0.51上升到0.57; 2010年和2015年整体生境质量指数分别为0.56和0.55,较2000年略有下降。相比于土地覆盖变化,NDVI对生境质量变化的影响更为显著。     

西辽河流域植被NPP时空分布特征及其影响因素研究

为研究西辽河流域植被生长特征及受气候变化的影响,该文以2000年—2015年MOD17A3的年均植被净初级生产力(NPP)数据、植被类型数据、土壤类型数据以及气温、降水资料为基础,利用GIS和RS技术,分析了西辽河流域植被净初级生产力时空格局、演变特征及驱动因子。结果表明:(1)西辽河流域近16年来植被NPP总量呈波动增加的趋势,变化范围为156.89～260.90 g C·m^-2·a^-1,平均值为219.76 g C·m^-2·a^-1,空间分布呈“边缘高、中间低”的特征; 植被NPP变化斜率为-16.53～16.65,95.74%的区域NPP呈增加趋势。(2)不同植被类型的NPP总量大小排序为草原>栽培植被>阔叶林>灌丛>草甸>针叶林; 西辽河流域固碳的植被类型主要是草原、栽培植被以及阔叶林,固碳能力较强的为针叶林。(3)生长在棕壤、褐土和潮土的植被年均NPP较高,生长在栗钙土和风沙土的植被年均NPP较低。(4)16年间植被NPP增长主要受降雨影响。气候暖-湿化及生态建设工程的实施,促进了西辽河流域植被的生长。以上研究结果为后期流域生态环境治理提供了科学依据及数据支持。     

基于多源数据的三江源区生态工程建设前后草地动态变化及驱动因素研究

基于2000-2015年的NDVI、NPP和GPP多源数据,并结合人类干扰强度等级的构建,采用线性回归分析和地理加权回归分析方法,对比分析了在不同干扰等级下三江源区生态工程实施前5年和后10年草地的动态变化及其驱动因素。结果表明：（1）人类干扰强度和NDVI、NPP、GPP在空间上具有显著的区域差异,均表现为从西北向东南增加的趋势,且2006-2010年和2011-2015年草地NDVI、NPP和GPP值明显高于2000-2004年;（2）与2000-2004年相比,2006-2010年草地NDVI、NPP和GPP值的草地退化面积均减少,而2011-2015年退化面积又均增加,表明生态工程建设后的5年较前5年草地退化状况得到改善,然而在下一个5年草地又出现退化趋势;（3）在各人类干扰等级下生态工程实施后的5年内70%以上的草地处于改善状态,均出现退化面积比例显著减少,改善面积比例显著增加的趋势,而在2011-2015后5年草地退化面积比例增加,表明生态工程的实施促进了草地生态系统的改善,尤其在重度人类干扰区,草地由2000-2004年的52.71%退化区域到2006-2010年84.95%的改善区域。（4）影响草地动态变化的主要因素为距离道路的距离、距离居民点的距离、人口密度、干旱、温度和坡度等,各影响因素分布具有明显的空间异质性。研究结果将有助于为三江源区草地生态系统恢复、管理和战略制定提供科学指导和决策依据。