黑河中游荒漠生态系统归一化植被指数对降水的响应

降水是荒漠生态系统主要的水分来源, 是植被结构和功能变化的根本驱动力。该研究以黑河中游砾质荒漠(砾漠)和沙质荒漠(沙漠)为研究对象, 基于2000-2012年中分辨率成像光谱仪(MODIS)获取的归一化植被指数(NDVI)数据以及日降水数据, 运用多元线性回归法, 分析了砾漠和沙漠植被生长季(5-9月)、生长季早期(5-6月)和晚期(7-9月)累积NDVI (NDVI_INT, INT表示某时间段的累积值)对冷季降水(P_c, 前一年9月至当年2月累积降水)、暖季降水(P_w, 当年3月至8月累积降水)、前一年生长季NDVI_INT (NDVI_INT-pys)以及干湿气候期(干旱期: 2001-2003; 湿润期: 2004-2007年)的响应。研究结果表明: (1)砾漠植被生长季NDVI_INT年际变化的影响因素排序为NDVI_INT-pys > P_c > P_w, 沙漠植被NDVI_INT则为P_w > NDVI_INT-pys; 砾漠生长季NDVI_INT早期NDVI_INT年际变化的影响因素排序为NDVI_INT-pys > P_c, 晚期则为NDVI_INT-pys > P_c = P_w; 而沙漠生长季早期NDVI_INT年际变化的影响因素为NDVI_INT-pys, 晚期是P_w。(2)在干湿气候期内, 降水量并非是影响荒漠NDVI_INT变化的关键因子。干湿气候期交替时, 砾漠NDVI_INT较沙漠增加明显; 湿润期内, 湿润期持续的长短是影响两种生境植被NDVI_INT的关键因子, 以沙漠较为明显。黑河中游砾漠和沙漠植被生产力对冷暖季降水及干湿气候期响应具有明显的差异, 但总体显示出荒漠植被生产力对降水响应具有滞后性特征。以上结论可为揭示荒漠植被生产力对降水的响应机理提供参考。     

Characteristics of normalized difference vegetation index of biological soil crust during the succession process of artificial sand-fixing vegetation in the Tengger Desert,Northern China

Aims Biological soil crust (hereafter crust) affects normalized difference vegetation index (NDVI) values in arid desert ecosystems. This study aimed to demonstrate the feasibility of combining crust NDVI values with meteorological data to distinguish the crust successional stage at the regional scale. Meanwhile, the characteristics of crust NDVI could provide the basis for the error analysis of NDVI-based surface ecological parameters estimation in desert ecosystems. We also suggested the optimum periods for crust observation based on the multi-temporal remote sensing images.Methods NDVI values of five types of dominant crusts, three typical sand-fixing shrubs and bare sand were collected by spectrometer in the field. Crusts and shrubs were randomly selected in revegetated areas established in 1956, 1964, and 1973 at Shapotou, which is on the southeastern edge of the Tengger Desert. We used the space-for-time method to study the characteristics of crust NDVI values and their responses to precipitation and temperature during the succession process of artificial sand-fixing vegetation. Additionally, we evaluated the contribution of crust NDVI values to the whole ecosystem NDVI values by comparing the NDVI values of crusts, shrubs and bare sand.Important findings 1) With succession process of the artificial sand-fixing vegetation, the crust NDVI values significantly increased. Among different crust types, we found the following order of NDVI values: Didymodon vinealis crust > Bryum argenteum crust > mixed crust > lichen crust > algae crust. 2) Crust NDVI values were significantly affected by precipitation, temperature and their interaction, and the influences showed significant seasonal differences. Furthermore, we found significantly linear correlations between crust NDVI value and precipitation, and between crust NDVI value and the shallow soil moisture content covered by crust. A significantly negative linear correlation between daily mean temperature and crust NDVI value, and a significantly exponential correlation between the surface temperature of crust and its NDVI value. With the succession process of artificial sand-fixing vegetation, the response of crust NDVI value to precipitation and temperature became more sensitive. In addition, the response of crust NDVI value to temperature was more sensitive in spring than in summer, while that to precipitation was less sensitive in spring than in summer. 3) Moss crust NDVI value was significantly higher than that of shrubs and bare sand after the rainfall event in spring, while shrubs NDVI value was significantly higher than that of crust after the rainfall event in summer. Considering the coverage weights of different ground features in sand-fixing areas, crust NDVI values contributed 90.01% and 82.53% in spring and summer, respectively, to the regional NDVI values, which were higher than those of shrubs (9.99% and 17.47% in spring and in summer, respectively). Additionally, with the succession process of artificial sand-fixing vegetation, crust NDVI values contributed more, while shrubs contributed less to regional NDVI values.     

西南地区灌丛归一化植被指数动态及其与气候因子的相关性

基于西南地区1982-2006年的归一化植被指数(NDVI)和气象数据,使用ANUS-PLIN、ArcGIS和SPSS软件分析了该区6种灌丛类型NDVI的季节和年际变化,及其与气候因子的相关性.结果表明:25年来,3种高海拔亚高山灌丛(亚高山常绿针叶灌丛、亚高山落叶阔叶灌丛、亚高山革质常绿阔叶灌丛)年均NDVI显著增大,其他3种中低海拔灌丛(温带落叶灌丛、亚热带热带旱生肉质多刺灌丛和亚热带热带常绿落叶阔叶灌丛)增加不显著;除亚热带热带旱生肉质灌丛外,其他5种灌丛年均温均呈显著增加趋势;亚高山常绿针叶灌丛年降水量呈增加趋势,但不显著;其他5种灌丛年降水量呈减少趋势,其中温带落叶灌丛减少显著.3种亚高山灌丛月NDVI与温度和降水均达到极显著正相关,且与前一个月的温度、降水相关性最大,存在明显的滞后效应;位于中低海拔的其他3种灌丛NDVI与温度和降水的相关性明显降低.在高海拔亚高山区,气候变暖导致了年均NDVI增加,温度是3种亚高山灌丛NDVI年际变化的驱动因子;在中低海拔,温度的显著上升没有引起NDVI的显著增加.     

西南地区不同植被类型归一化植被指数与气候因子的相关分析

基于中国西南地区1982—2006年的归一化植被指数(NDVI)遥感数据集和气象数据,运用GIS技术对年均气温、年降水量和干旱指数进行插值,分析了西南地区不同植被类型(沼泽、灌丛、草丛、草原、草甸、针叶林、阔叶林、高山植被、栽培植被)NDVI的年际变化及其与气候因子的相关性.结果表明:研究期间,西南地区NDVI、年均气温、年降水量总体呈上升趋势,其中,年均气温的上升趋势达极显著水平,干旱指数则呈下降趋势;在9种植被类型中,沼泽和草丛NDVI呈下降趋势,且草丛的下降趋势达显著水平,其他7种植被类型的NDVI均呈上升趋势,且针叶林、草甸和高山植被的NDVI上升趋势达显著水平,灌丛NDVI呈极显著上升趋势.9种植被类型所在地区的年均气温均显著上升;年降水量的变化均不显著;沼泽、草丛和栽培植被所在地区的干旱指数呈上升趋势,草甸和高山植被所在地区的干旱指数显著下降,其他4种植被类型所在地区的干旱指数呈不明显的下降趋势.研究区灌丛和针叶林NDVI与年均气温呈显著正相关,灌丛和草甸NDVI与干旱指数呈显著负相关.在保持其他2个气候因子不变的情况下,针叶林、阔叶林、高山植被NDVI与年均气温的相关性最大,草丛NDVI与年降水...     

1982-2012年中亚植被变化及其对气候变化的响应

归一化植被指数(NDVI)能够反映植被生长状况, 被广泛应用于区域乃至全球的植被变化研究中。该文利用1982-2012年GIMMS-NDVI数据, 通过基于像元的线性趋势分析、偏相关分析, 基于场域的经验正交分解(EOF)、奇异值分解(SVD), 综合时间和空间两个维度上的信息, 研究了近31年来中亚植被的变化及其变化中的区域差异, 分析了植被对气候变化的响应关系。线性趋势分析发现, 34%的中亚植被NDVI显著增长(p < 0.05), 山区植被NDVI的增长速率可达到每年0.004。偏相关分析表明, 63%的中亚植被受到降水的显著影响(p < 0.05, 仅4%为负相关), 而32%的植被受到气温的显著影响(p < 0.05, 仅9%为正相关)。EOF分析发现, 中亚植被NDVI的变化表现出较大的空间差异: 山区及东北部的植被NDVI变化主要分为3个阶段, 即先增长(1982-1994年)、后波动(1994-2002年)、然后继续增长(2002-2012年); 而西北部平原区的植被NDVI变化主要表现为两个阶段, 即先增长(1982-1994年)而后减少(1994-2012年)。SVD分析表明: 1982-2012年间中亚植被受到降水和气温的共同影响, 植被NDVI的空间变化特征与降水的空间变化特征较为一致, 但西北部和山区的植被NDVI对气温的响应存在差异。     

2001—2020年川西北高原归一化植被指数演变特征及其对极端气候的响应

川西北高原是典型的生态气候敏感区,其植被状况与气候变化密切相关。本研究基于2001—2020年MODIS-NDVI数据集和气象数据,采用最大值合成、地理探测器模型、线性趋势分析、相关分析等方法,研究川西北高原生长季归一化植被指数(NDVI)的变化趋势及其对气候因子的响应机制。结果表明: 研究期间,川西北高原植被覆盖度整体状况良好,86.8%的区域植被稳定,12.6%的区域NDVI呈弱持续性上升趋势,0.6%的区域NDVI呈下降趋势,全区生态环境呈稳中向好的发展趋势。研究区植被覆盖度空间差异大,总体呈由西南向东北上升的趋势,并有显著的立体变化。海拔1350 m以下,NDVI随海拔升高而上升;海拔1350～3650 m,NDVI无显著变化;海拔3650～5900 m,NDVI随海拔升高而下降,在4750～5900 m快速下降;海拔5900 m以上,几乎无植被。川西北高原的NDVI受多种自然因子交互作用影响,热量因子(月最高气温极大值、月最低气温极小值、植物生长期、年均温、生长期均温)是主导气候因子,除月最高气温极大值外,其余温度因子对NDVI均以正贡献为主。NDVI对气温指数的响应高于降水指数。在气候变暖背景下,极端气温暖指数对川西北高原植被生长尤其是高海拔地区植被生长及改善以促进作用为主。     

中国东部南北样带主要植被类型归一化植被指数对气候变化的响应及不同时间尺度的差异性

植被的动态变化及其与环境的关系已成为全球变化研究的热点问题。陆地样带是进行全球变化驱动因素梯度分析的有效途径。该研究依托中国东部南北样带(NSTEC), 对南北样带不同时间尺度的气候因子和植被活动变化特征进行了分析, 并重点阐述了具有代表性的12种植被类型对气候因子的响应方式。研究结果表明: 南北样带植被的归一化植被指数(NDVI)的变化同时受控于气温和降水, 但是在不同的空间和时间尺度上植被NDVI的响应方式各异。在年时间尺度上, 只有温带落叶灌丛(TDS)的NDVI受气温控制; 而温带禾草草原(TGS)和亚热带和热带针叶林(STCF)的NDVI同时受气温和降水调控。其他植被类型的年NDVI与年平均气温和年总降水量没有直接显著的联系, 而受年内气温变化和降水分配状况的影响更大。在月时间尺度上, NDVI与气温的关系在不同类型植被之间存在很大差异。一般而言, 植被NDVI与前4个月内的气温关系最为密切, 并且从1月份到4月份气温的滞后时长在缩短。其中, 温带针叶林(TCF)、温带落叶阔叶林(TDBF)、TDS、STCF和亚热带热带草丛(STG)等植被类型, 5-8月的NDVI与气温普遍呈负相关关系。草原和灌丛植被类型当月NDVI与当月降水量主要以正相关为主, 而森林类型当月NDVI与当月降水量主要以负相关为主。     

黄土高原泾河流域长时间序列的归一化植被指数动态变化及其驱动因素分析

泾河流域土地开发历史悠久, 是黄土高原水土流失的典型区域。研究气候变化和人类活动影响下泾河流域的植被覆盖变化及其原因, 对黄土高原的植被恢复、水土保持和景观管理等都具有重要意义。该研究应用GIMMS归一化植被指数NDVI、土地覆盖分类数据和气候数据, 采用趋势分析和相关分析方法, 研究了泾河流域1982-2005年植被覆盖变化趋势及其驱动因素。研究表明: 泾河流域24年间79.64%的区域NDVI无显著变化趋势, NDVI趋势显著增加的区域占16.33%, 主要集中在流域中部和南部, NDVI趋势显著减小的区域占4.03%, 主要集中在流域北部。流域所有气象站点的降水量均无显著变化趋势, 气温均呈显著升高趋势。分析发现气候变化不能很好地解释NDVI趋势的空间分异, 人为因素更为重要。从土地利用分析结果来看, NDVI不同趋势下各土地利用类型比例无明显变化, 但NDVI显著增加区以耕地为主, 显著减小区以草地为主, 由此推断NDVI的显著增加趋势主要由耕地NDVI增加引起, 显著减小趋势可能与林地减少和草地退化有关。通过分析不同分区的土地利用数据和社会经济资料, 着重探讨了造成植被覆盖显著变化趋势的人为因素。     

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...     

Spatiotemporal variation and scale effect of canopy leaf area index of larch plantation on a slope of the semi-humid Liupan Mountains,Ningxia, China

Aims Leaf area index (LAI) is an important canopy structure parameter characterizing ecological and hydrological processes, such as forest growth, canopy interception and transpiration. Forest LAI is limited by both light and soil water availability, thus may vary with slope position and seasonality. This study is aimed at the spatiotemporal variation of LAI and its relationship with environmental variables. Methods A 34-years-old Larix gmelinii var. principis-rupprechtii planted forest situated on a typical slope located in a small watershed of Xiangshuihe within Liupan Mountains was selected for LAI observations. Sixteen plots along a 30 m wide transect along the slope was surveyed from May to October of 2015 to measure the monthly canopy LAI. Important findings It showed there was a remarkable difference of LAI among slope positions. The LAI in May decreased toward downslope direction with a scale effect of -0.02/100 m. Whereas for the period from June to August, LAI showed a nonlinear variation along slope positions: increasing from to top slope downward, reaching its maximum at the middle slope, and then decreasing to the slope foot. The scale effect of LAI was +0.15/100, +0.16/100, and +0.18/100 m in the slope range (downward positive) of 0-244.2 m, but -0.09/100, -0.08/100, and -0.07/100 m in the slope range of 244.2-425.1 m for June, July and August, respectively. The LAI increased toward downslope in September and October, with a slope scale effect of +0.03/100 m and +0.09/100 m, respectively. The seasonal variation of LAI-slope relationship showed a shift from the light and temperature control in the early growing season, to the soil water resources control in the mid growing season, and then to an integrated control of many factors in the late growing season. In the early growing season when soil moisture and nutrients were abundant, terrain shading limited the leaf growth in middle and downslope. From early to the mid growing season, the soil moisture on the slope was quickly depleted due to fast evapotranspiration and poor moisture retention of the coarse soil. On the other hand, average solar height increased, and allowed direct light radiation to penetrate to the middle then downslope. The result is that the leaf growth in the middle slope was the strongest in the mid growing season. During the late growing season, the temperature decreased fast in the mountain top to incur earlier leaf fall than the mountain foot. Thus the LAI exhibited the increasing trend toward the downslope.     

黄河上游不同干湿气候区植被对气候变化的响应

 研究气候变化背景下植被变化趋势及其与水热因子的关系, 对于黄河源区的生态恢复和生态建设具有重要意义。采用基于FAO Penman-Monteith的降水蒸散比来描述区域的干湿状况, 划分了黄河上游地区的干湿气候区。在此基础上, 利用AVHRR归一化植被指数(NDVI)和GLOPEM净初级生产力(NPP)数据集和同期的气候资料, 分析了黄河上游植被覆盖、植被生产力和气候变化的趋势, 探讨了不同干湿气候区影响植被变化的主要气候因子。结果表明, 研究区域东南部为半湿润气候区, 其余为半干旱气候区, 干湿气候分界线与450 mm降水等值线较接近; 1981–2006年区域气候趋于干暖化, 尤其是气温的升高趋势明显; 半湿润地区NDVI和NPP显著增加, 半干旱地区略有增加; 半湿润地区的NDVI多与气温显著正相关, 与降水量的相关性较弱, 气温是植被生长的主要气候制约因素; 半干旱地区的NDVI则与降水量的正相关性更强, 对降水量的变化较为敏感。NPP对气候变化的响应模式与NDVI相似。植被对气候变化的响应部分依赖于研究区域所具备的水热条件, 干湿气候划分有助于更好地解释植被对气候变化响应的空间差异。     

西南山地流域NDVI变化特征及降水敏感性——以贵州沅江流域为例

归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)是反映植被生长的重要指标,探究其时空变化特征,对生态保护、退耕还林和灾害防治具有重要意义。选取2000—2015年贵州沅江流域典型年份NDVI,采用重心分析、标准差椭圆、地理加权回归等方法,从干旱视角探究流域NDVI变化和降水敏感性。得出以下结论:(1)2000—2015年贵州沅江流域NDVI总体处于上升趋势,植被正在改善,期间西部植被改善最为明显,退耕还林还草取得较好成果。(2)2000—2015年贵州沅江流域干旱年与正常年NDVI空间变化趋势不一致,干旱程度对植被影响具有区域差异。(3)贵州沅江流域NDVI与降水呈负相关,空间敏感性自西向东递增,降水对流域西部喀斯特山区NDVI影响更明显。(4)2000—2015年贵州沅江流域NDVI时段变化与降水主要为负相关,降水越多NDVI时段变化敏感性越弱,退耕还林还草工程应重点放在负敏感区。研究结果可为退耕还林还草和干旱灾害防治提供科学参考。     

延安北部丘陵沟壑区植被指数变化及其与气候的关系

利用GIMMS和SPOT两种归一化植被指数(NDVI)数据和气候资料,分析延安北部丘陵沟壑区1982—2007年植被覆盖的历史演变及其与气候因子的关系。结果表明:(1)延安北部丘陵沟壑区植被覆盖状况26a来尽管有波动起伏,但是整体在持续转好,年平均NDVI增加了14.2%。夏季的NDVI值最高、波动起伏最大,其次是秋季,春、秋季的NDVI年际变化具有明显的上升趋势。各季NDVI与年NDVI均有相关关系,春、秋季NDVI与年NDVI相关显著。NDVI年内变化曲线为单峰型,春季NDVI缓慢增加,秋季NDVI降低速度比较快。(2)年平均NDVI与年温度相关不明显,夏、秋、冬三季NDVI与同期温度相关也不明显,只有春季平均NDVI与该季温度相关显著。3—4月份温度对植被的影响呈正相关,温度越高,返青生长越快;初夏6—7月份,温度对植被生长有滞后影响,前期温度与后期NDVI为负相关。降水量是引起NDVI年际波动的影响因子之一,年降水量与当年7月和9月份NDVI相关,决定了一年植被最为旺盛时的好坏。月降水量对NDVI影响具有滞后性,上年9月份降水影响翌年4—6月份的NDVI,6月和7月份NDVI受当月和前期降水影响。(3)1999年以来,延安北部丘陵沟壑区植被覆盖快速上升,除与降水增多有关外,非气候因素中生态保护和环境建设等人为措施,如植树造林、封山禁牧等封育措施是导致植被显著增加的重要原因。     

降水量和温度对植被覆盖指数影响的空间非平稳性特征——以新疆伊犁河谷地区为例

多变量空间相关分析多基于时间序列数据,对数据时长与统计要求严格,空间非平稳性特征分析可以利用单期数据分析多变量之间的相关性。通过空间变系数回归模型分析了2006年和2011年的新疆伊犁地区降水量和温度对植被覆盖度指数影响的空间变化特征,利用局部线性地理加权回归(GWR)方法估计得到了回归系数曲面,揭示出变量间相互影响的空间异质性,同时利用线性回归最小二乘估计进行了对比。结果表明:(1)空间变系数回归模型可以用于变量间的空间相关分析;(2)局部线性GWR估计方法明显优于线性回归最小二乘估计;(3)拟合结果表明,伊犁地区降水量和温度对植被覆盖指数的影响具有显著的空间非平稳性特征;(4)模型估计误差是降水、气温之外的地形、地貌及人类活动等多种因素造成的,需进一步研究。方法可为具有空间非平稳性特征变量间空间相关性分析以及植被覆盖指数的空间模拟分布提供思路和方法。