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。     

基于NDVI绿洲-荒漠过渡带宽度识别——以河西走廊中部荒漠绿洲为例

绿洲-荒漠过渡带是荒漠与绿洲之间的生态缓冲区,在维持绿洲能量流动、物质循环和景观稳定方面具有重要作用。过渡带宽度和属性直接影响到了其在整个绿洲系统中的功能发挥。以河西走廊中部张掖绿洲的Landsat(OLI)NDVI(归一化植被指数,Normalized Difference Vegetation Index)数据为基础,结合野外调查将过渡带类型划分为绿洲与石质裸山、砾质荒漠、沙质荒漠和人工固沙区4类。采用缓冲分析、分段线性趋势分析和尺度分别为30 m、90 m、210 m、330 m焦点分析等方法研究了不同类型过渡带宽度和尺度依赖特征。结果表明,在不同尺度上绿洲外缘NDVI变化存在二种线性回归趋势,趋势线交点至绿洲边界距离可确定为过渡带宽度。不同尺度分析表明,绿洲-石质裸山过渡带宽度为165—220 m,在其内NDVI线性变化趋势显著(P0.05)。绿洲-砾质荒漠过渡带宽度保持在330 m,在其内NDVI变化趋势极显著(P0.001)。绿洲-沙质荒漠过渡带宽度变化在230—290 m,NDVI变化趋势也为极显著(P0.001)。绿洲-人工固沙区过渡带宽度变化在570—580 m,与其它类型不同地是在过渡带内存在二种变化趋势,在210—240 m范围内变化趋势极显著(P0.001),超出此范围线性回归趋势不显著(P0.05)。     

黑河下游额济纳绿洲近二十年生态输水的生态水文恢复效应

为了解黑河流域输水工程的生态水文效应,以额济纳绿洲为例,利用长期监测数据和遥感数据,采用空间分析、趋势分析、回归分析和结构方程模型等方法,识别了生态输水工程实施以来(2000—2020年)额济纳绿洲地下水埋深、地表水体及NDVI时空变化,分析了绿洲水文-生态指标对生态输水量的响应,明晰了绿洲植被恢复驱动因素的结构与强度。结果表明：2000—2020年,狼心山径流量呈显著增加趋势,年均增加2.7×10⁷ m³,额济纳绿洲平均地下水埋深上升了0.41 m,地表水体面积增加了130.62 km²;NDVI显著增加,增加区域占42.34%,主要集中在西河中游和东河下游;西河地区NDVI对径流量的响应较东河地区更敏感;当狼心山年径流量>6×10⁸ m³、平均地下水埋深<2.8 m时,绿洲植被面积及NDVI维持在较高水平;径流量、地下水埋深及耕地面积等因素对绿洲植被有着不同程度的直接和间接影响;黑河下游径流量保证与地下水稳定是额济纳绿洲恢复与可持续发展的关键。     

科尔沁草甸草地归一化植被指数与气象因子的关系

利用内蒙古科左后旗草甸草地2000—2006年MODIS的8 d合成归一化植被指数(NDVI)资料和逐日气象资料,分析了研究区NDVI的季节变化和年际变化特点以及NDVI与气象因子的关系.结果表明：季节变化过程中,研究区水汽压与NDVI的相关程度明显大于降水量;积温和累积降水量共同控制着各年草地的返青速度,草地增长期（6、7月）的降水量对NDVI年最大值的影响比年总降水量更显著;时滞分析表明,水汽压对之后约12 d的NDVI有持续的显著影响,平均气温的时滞为11～15 d,降水量对NDVI影响的累积时滞双重效应可达36～52 d.     

科尔沁草甸草地归一化植被指数与气象因子的关系

利用内蒙古科左后旗草甸草地2000—2006年MODIS的8 d合成归一化植被指数(NDVI)资料和逐日气象资料,分析了研究区NDVI的季节变化和年际变化特点以及NDVI与气象因子的关系.结果表明：季节变化过程中,研究区水汽压与NDVI的相关程度明显大于降水量;积温和累积降水量共同控制着各年草地的返青速度,草地增长期（6、7月）的降水量对NDVI年最大值的影响比年总降水量更显著;时滞分析表明,水汽压对之后约12 d的NDVI有持续的显著影响,平均气温的时滞为11～15 d,降水量对NDVI影响的累积时滞双重效应可达36～52 d.     

22年来西北不同类型植被NDVI变化与气候因子的关系

 为了研究气候变化对西北地区不同类型植被的影响,利用NASA GIMMS 1982～2003年逐月归一化植被指数（Normalized difference vegetation index, NDVI）数据集和西北地区138个气象站点同期的气温和降水资料,计算了各站22年月平均气温和降水与NDVI的相关系数。同时, 选西北 地区森林、草原、绿洲和雨养农业4类有代表性的植被类型为研究区,对各类植被NDVI与气温和降水的相关关系进行分析。研究结果表明：除无 植被的戈壁沙漠地区外,西北地区NDVI与气温和降水均有较好的相关性。除祁连山中部地区外,西北地区NDVI与气温的相关系数大于降水。天 山、阿尔泰山和秦岭的NDVI与气温相关系数最高,而青海东北部NDVI与降水相关系数最高。西北地区各种类型植被对气候变化反映敏感。其敏 感度因植被类型不同和同类植被所处的地理位置不同而有差异;纬度较高的新疆林区与温度相关性最高,高寒草甸次之。在植被生长最旺盛的 夏季（6～8月）,22年来西北地区各林区的NDVI均呈下降趋势。其中西北东部林区下降趋势显著,与这些地区的降水减少和气温增加有关。草 原区植被以上升趋势为主,高寒草甸和盐生草甸上升趋势最为显著,气温升高是这些地区植被生长加速的原因 之一。西北绿洲是NDVI增加极为 显著的地区,以新疆绿洲NDVI上升趋势最大。气候变暖是近年绿洲NDVI增加的主要驱动力之一,绿洲面积扩大、种植结构调整和种植品种变化 等人为因素对绿洲NDVI增加的作用不可忽视,这种作用在新疆表现的尤为突出。雨养农业区NDVI年际 间波动较大,各区域间变化不太一致。 NDVI的波动与降水变化有很好的正相关,与气温变化有很好的负相关,近年来西北东部气温升高和降水的减少是雨养农业区NDVI下降的原因, 农业措施的实施也改变了植被生长对气候条件的依赖性。     

影响阜康荒漠-绿洲过渡带荒漠植物数量特征的土壤驱动力分析

荒漠-绿洲过渡带是绿洲向沙漠系统的过渡地带,荒漠植物是绿洲扩展或荒漠化加速的缓冲器,土壤环境是影响植物演变的重要影响因素,土壤环境因素是整个过渡带演化的重要驱动力。通过对阜康荒漠-绿洲过渡带荒漠植物群落实地调查,利用通用植物数量分析软件CANOCO 5.0中冗余度分析(RDA),探讨过渡带影响荒漠植物群落数量特征指标的土壤驱动因子。结果表明:(1)土壤含水量、全N、全P和有机质是影响荒漠植物群落数量特征的主要驱动力因子,环境解释量累计达到69%,而总盐、p H和全K对荒漠植物群落数量特征影响较弱;(2)4个土壤主要驱动力对荒漠植物群落数量特征重要性大小顺序:土壤含水量有机质全N全P;(3)荒漠植物群落数量特征与土壤含水量、有机质和全P呈正相关,但与全N为负相关关系,揭示了土壤含水量、有机质和全P是利于荒漠植物群落稳定的正驱动力,而全N为抑制荒漠植物生长的负驱动力。综上所述,土壤各因子的驱动力作用不尽相同,存在正、负差异,协同维护荒漠植物群落数量特征的稳定和发展。     

塔里木盆地荒漠-绿洲过渡带动态变化及其影响因素

荒漠-绿洲过渡带是维系干旱区绿洲生态安全的天然屏障,同时也是受气候变化影响最为敏感的脆弱地带。本文基于1990—2015年Landsat遥感影像、土地利用数据和气象资料,分析了过去25年塔里木盆地荒漠-绿洲过渡带年代际动态变化特征及其驱动机制。结果表明:在过去25年间,塔里木盆地的荒漠-绿洲过渡带面积呈持续萎缩态势,年变化率为1.24%;过渡带内的天然植被指数(NDVI)随着时间推移和过渡带范围的减小而下降,由1990年的0.142下降至2015年的0.127;塔里木盆地耕地面积由1990年的2.45×104km2,增加到2015年的4.01×104km2,不断扩大的耕地面积强烈挤占了荒漠-绿洲过渡带的生态空间;伴随耕地扩张,地下水位下降,加之本区干旱增强,一些浅根系植被死亡而导致植被覆盖度降低,生态屏障功能下降。荒漠-绿洲过渡带对维系绿洲农业生产稳定、保护绿洲生态安全具有天然屏障功能,深入研究这一特殊地带的时空变化及其驱动力,旨在针对性地提出生态保护对策与措施,为国家重大战略实施与西部生态文明建设提供科技支撑。     

陕北长城沿线风沙区植被指数变化及其与气候的关系

陕北长城沿线风沙区位于毛乌素沙漠东南部边沿,属毛乌素沙地向东南移动的最活跃地段,生态环境十分脆弱。使用1981～2003年23a长时间序列的NOAA/AHRR NDVI数据、气候资料,分析了陕北长城沿线风沙区植被覆盖的历史演变及其与气候因子的关系。结果表明:(1)陕北长城沿线风沙区植被覆盖状况23a来尽管有波动起伏,但是整体在持续转好,年平均NDVI增加了10.62%。低覆盖率植被面积在减少,高覆盖率植被面积在增加。夏季的NDVI值最高、波动起伏最大,其次是秋季;春、夏、秋三季的NDVI具有明显的上升趋势,季平均NDVI年增长率夏季最大,秋季次之;夏、秋季NDVI与年NDVI具有很高的相关性,这两个季节的植被状况基本决定了全年的植被分布状况。NDVI年变化曲线为单峰型,春季NDVI缓慢增加,秋季NDVI降低速度比较快。(2)年平均NDVI与温度的年际变化相关不明显,各季节NDVI与温度相关也不明显。近年来长城沿线风沙区的年降水量没有明显增加,而年平均NDVI线性增加趋势显著,降水量是引起NDVI年际波动的主要因子,非气候因素是年平均NDVI线性增加的主要原因。降水量与NDVI存在着明显的年相关和隔季相关。年降水量与年NDVI的相关,冬季降水量与春季NDVI的相关,春季降水量与夏季NDVI的相关,夏季降水量与秋季NDVI的相关性都非常高。(3)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、草原围栏封育等是导致植被显著增加的重要原因。     

基于NDVI的塔里木盆地北缘绿洲-荒漠过渡带时空演变分析

基于2001、2007、2013和2017年的ETM/OLI遥感影像,使用复合植被指数构建的植被覆盖度模型与目视解译相结合提取塔里木盆地北缘绿洲-荒漠过渡带,并对其时空演变过程进行分析,为推动干旱区绿洲经济的可持续发展,土地荒漠化防治以及区域生态环境改善提供依据。结果表明:(1)2001—2017年间研究区绿洲面积呈扩增趋势,荒漠面积呈下降趋势;过渡带面积先减少后趋于稳定,年均扩增速率为-0.264%。(2)近16年来绿洲面积沿其边缘向外有不同程度的扩增,过渡带扩张面积主要由荒漠变化而来,缩小面积主要变化为绿洲,未变化面积趋于稳定,年均变化面积为-0.058×10^4 hm^2;(3)研究时段内受人为因素影响,绿洲面积迅速扩张,过渡带内侧的荒漠植被被开垦为耕地;位于区域东部和南部的地带,由于受地形和水文等自然因素的影响,过渡带面积扩增,荒漠面积缩减。近16年来塔里木盆地北缘加快了绿洲化进程,较为有效的控制了荒漠化;但过渡带空间变动较大,绿洲扩张过快且普遍存在环境恶化现象,该区域的生态环境还需进一步改善。     

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。     

北京地区气候变化和植被的关系——基于遥感数据和物候资料的分析

 气候变化对陆地生态系统的影响及其反馈是全球变化研究的焦点之一。本文利用1951～2000年的气温、降水等气候资料、1982～2000年的NOAA/AVHRR遥感数据和1951～2000年北京春季物候的代表性指标——山桃（Prunus davidiana）始花的物候数据,分析了在年际和年内时间尺度上北京地区各气候参量与植被变化之间的关系。结果显示：植物生长与温度之间的关系远比其与降水之间的关系密切;各气候参量和植被生长状况之间的关系因时间尺度而不同。1)月际水平上,具有显著生态学意义的气候指标对植被生长状况的影响更明显。2)温度与NDVI指标的相互作用最大为零时滞：年际水平上,影响时效约为1年;月际水平上,约为1个月。3)植物物候期与温度之间的关系远比其与降水之间的关系密切。年际尺度上,气候参量和植物物候期的相互作用是同时的,其中气温的影响时效为2年;月际尺度上,实际温度和植物物候期的相互作用时效约为1个月。     

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.     

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。     

1983～1992年中国陆地NDVI变化的气候因子驱动分析

利用1983－1992年NOAA／AVHRR逐月的归一化植被指数（NDVI）资料和中国国家气象局全国160个基本标准气象站的月均温和降雨数据,探讨气温,降水对中国植NDVI动态变化驱动作用。首先计算了NDVI与气温,降水偏相关和复相关系数,研究了中国植被NDVI变化的气候因子驱动的区域分异规律,并据此,对中国植被NDVI变化的气候因子驱动进行了分区,共分出4个一级区,6个二级区和14个三级区,进一步表明了中国植被NDVI变化气候因子驱动的区域差异。     

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。