黄河流域植被NDVI与温度、降水关系的时空变化

归一化差值植被指数(NDVI)是植被生长状态和空间分布的指示因子,区域气候对植被生长起着重要作用,两者具有密切的相互关系。通过对黄河流域NDVI与降水、温度的年际变化趋势及相互关系的时空变化规律分析,发现该流域NDVI与降水、温度相关显著的植被类型以草地、灌木为主,但相关区域的空间位置随时间变化。流域尺度上,NDVI年较差、年均温度、月均温度在1982~1999年呈升高趋势,年降水量呈减少趋势;NDVI年较差与年降水、年均温度相关不明显(P>0.05);7月ND-VI与同期降水、温度相关显著,相关系数分别达0.855、0.943。栅格尺度上,流域内大部分地区NDVI年较差与年均温度相关不显著;与年降水相关显著的区域以正相关为主,分布于上游的草地、灌木区;与夏季降水相关显著的区域面积最大,占13.74×104km2,分布于上游的灌木和部分草地,其中7月NDVI与同期降水相关性较好,相关区域的面积有9.91×104km2,分布于中上游干流河道附近的草地、灌木;NDVI年较差与春、夏、秋季的平均温度以正相关为主;4月NDVI与同期温度以正相关为主,分布于兰州上游的草原和灌木,而10月以负相关为主,分布于兰州与宁夏北部石嘴山之间的草地、灌木区。     

泾河流域植被覆盖时空演变及其与降水的关系

在当前全球变化和人类活动剧烈影响下, 研究黄土高原植被覆盖的发展趋势及其与主要限制因子的关系, 对黄土高原退化生态系统的恢复和区域生态环境评价有着重要意义。我们利用GIMMS-NDVI数据和长期降雨数据, 对黄土高原中部泾河流域22 a的植被覆盖时空演变及其与降水的关系进行了研究。结果表明, 1)1982~2003年, 泾河流域植被覆盖整体呈微弱的增加趋势, 并在空间上表现出一定差异。植被覆盖增加的地区约69.62%, 其中显著增加的地区16.61%, 主要分布在泾河流域的中西部和下游小流域, 显著下降的地区约1.65%, 主要分布在泾河流域上游及周边地区; 2) NDVI与降水极显著相关。年NDVI随年降水服从对数分布, 生长季(4~11月)NDVI比降水滞后1个月; 3) 泾河流域降水利用效率不稳定变化, 土地退化状况未见有效改善, 并且泾河流域降水利用效率随降水量的增加而降低, 值得探索。     

鄱阳湖水体淹没频率变化及其湿地植被的响应

湖水淹没频率是影响湿地植被生态系统的最重要的水文因素。基于地物波谱特征的MODIS混合像元分解模型,分析了2000—2015年退水期鄱阳湖水体淹没频率的时间变化和空间规律,并在此基础上探讨了湿地植被的空间响应。研究结果表明:(1)鄱阳湖退水期水体的淹没频率总体呈"南低北高",同时具有大小不一的"斑块式"空间分布特征;(2) 15年内湖水的淹没频率经历了先急剧缩减然后恢复到相对稳定的状态,并且不同空间段的变化差异明显:北部河道的淹没频率先急剧降低后回升,中部洲滩不如北部河道段剧烈但大面积的淹没频率下降,南部子湖泊的淹没频率则基本没变;(3)植被丰度对淹没频率具有密切的响应关系,两者呈中间高两边低的"n"形分布,当淹没频率为40%时高植被丰度的像元数最多。(4)淹没频率与植被丰度的关系指示着鄱阳湖湿生植被在空间上的积极演变。     

基于卫星遥感数据的黄淮海地区植被覆盖时空变化特征

利用1982—2003年GIMMS NDVI遥感数据,在进行合成、重采样和时间序列滤波处理的基础上,采用线性趋势分析、经验正交函数分解等方法,对中国黄淮海地区植被覆盖的时空特征进行了研究。结果表明:22年来黄淮海地区植被覆盖总体上呈略微增加的趋势,且该区域生长季有提前和延长的趋势;黄淮海大部分地区植被活动在增强的同时,局部地区出现了植被退化现象;从季节变化上看,春季上升和夏季下降趋势明显;林地为主的自然植被、草甸类自然植被和所有农业植被未变化类别占主导地位,而草原植被则以增加趋势为主。主要生长季的NDVI距平EOF分析表明,第1模态的主要特征是区域中间、北部和南端为正,四周为负变化;第2模态的主要特征是从东南向西北由正到负变化且正值区明显偏多;第3模态从东南向西北呈现"正-负-正"的空间分布,其中负值区大部分为以林地为主的自然植被区和一年一熟农业植被,正值区大部分为农耕区和草原牧区,该模态大致反映了农牧区和林区的NDVI分布型。     

鄱阳湖湿地水位变化的景观响应

根据《湿地公约》和《全国湿地资源调查技术规程(试行)》关于湿地内涵和界定条件,利用现代遥感技术和地理信息技术,提取鄱阳湖湿地面积为3886km²。在此基础上,利用多时段遥感影像,分析了湿地在相似水位条件和不同水位条件下的景观变化。结果表明,在相似水位条件下,鄱阳湖湿地景观变化主要表现为居民地和裸地面积增加,水域面积变化不明显;在不同水位条件下,鄱阳湖湿地景观变化比较显著。景观变化驱动力分析表明,湿地水位变化是湿地景观变化的主要因素。     

2000-2020年青海湖流域植被降水利用效率时空变化

植被降水利用效率(PUE)是评价植被生产力对降水量时空动态响应特征的重要指标。以年净初级生产力(NPP)数据、年降水量数据为基础,利用地理信息系统(GIS)和遥感(RS)技术,计算并研究了2000-2020年青海湖流域植被降水利用效率时空分布格局及其地形效应,结合年均气温、年均地表温湿度、年生长季光合有效辐射吸收系数和年植被覆盖度等数据,探讨了PUE与各因子间的相关关系。结果表明:(1)青海湖流域单位像元(1 km²)PUE平均值在0.4-0.7 gC m^-2 mm^-1间变化,平均为0.54 gC m^-2 mm^-1,且在年际间无显著变化趋势(R²=0.05, P≥0.05)。在空间上,青海湖流域多年PUE平均值环湖呈现不均匀分布,除青海湖东岸外,PUE值随湖面距离增大呈减小趋势;其高值区主要集中分布在青海湖西岸和南岸的半环区;年PUE变化趋势的斜率值为-0.05-0.04 gC m^-2 mm^-1 a^-1,其中显著变化的区域占流域面积的29.63%。(2)青海湖流域多年PUE平均值在海拔效应和坡度坡向两种不同微地形效应下表现出明显的差异。海拔每升高50 m,PUE值将减少0.02 gC m^-2 mm^-1;随坡度增加,PUE值呈降低趋势,平坡至险坡(>45°)的变化范围为0.3-0.61 gC m^-2 mm^-1;不同坡向PUE值表现为由东北坡向西南坡递减,范围为0.52-0.56 gC m^-2 mm^-1。(3)在空间上,青海湖流域PUE值与地表温度、光合有效辐射吸收系数、植被覆盖度和叶面积指数相关性较为明显。沿海拔梯度,空气温度和地表温度与PUE呈极显著正相关(R²=0.94, P<0.01; R²=0.98, P<0.01),光合有效辐射吸收系数、植被覆盖度和叶面积指数与PUE显著正相关(R²=0.89, P<0.05; R²=0.90, P<0.05; R²=0.86, P<0.05),地表土壤湿度与PUE无显著相关性(R²=0.16, P≥0.05)。评估了青海湖流域植被降水利用效率的特征及其与各因子间的相关关系,明确了植被对降水的利用能力及其耗水特性,可为青海湖流域植被保护和国家公园建设提供理论参考。     

鄱阳湖流域极端降水时空分布和非平稳性特征

全球变暖背景下的极端天气气候事件显著增加.本研究基于PreWhitening Mann-Kendall(PWMK)、极点对称模态分解法和广义可加模型,利用鄱阳湖流域1959-2019年16个国家级气象站点的逐日降水数据,从极端降水的强度、频率和持续性3个维度系统检测和分析流域极端降水的时空分布和非平稳性特征.结果 表明...     

基于SPOT NDVI的甘肃河东植被覆盖变化及其对气候因子的响应

基于1998—2011年SPOT NDVI和年均气温、降水数据,采用植被覆盖度法、趋势分析法及相关分析法对甘肃河东地区植被覆盖时空变化及其对气温和降水的关系进行研究。结果表明:河东地区植被覆盖度南高北低,依次为陇南山区甘南高原陇东高原陇中高原;近14年来植被覆盖度呈波动上升趋势,增速分别为陇南山区0.050 10 a-1、甘南高原0.009 10 a-1、陇东高原0.039 10 a-1、陇中高原0.023 10 a-1;植被覆盖轻度改善面积占37.20%,基本不变占59.75%,表明研究区植被覆盖稳中有所上升;河东地区植被NDVI与气温和降水的相关性各异,其中54.59%的地区植被NDVI与气温呈负相关,45.41%区域呈正相关;87.86%的地区植被NDVI与降水呈正相关,12.14%区域呈负相关;植被NDVI与降水正相关面积明显大于气温,说明降水是研究区植被生长的主导气候因子。     

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。     

1980-2010年鄱阳湖地区土地覆盖与景观格局变化

以1980、2005和2010年鄱阳湖地区的土地覆盖数据为基础,采用GIS、RS及景观生态学的方法,分析1980-2010年该区土地覆盖及景观格局变化情况,并定量分析了土地覆盖类型变化度、斑块面积指数、斑块形状指数、边缘密度指数以及多样性指数等指标,结果表明:1980-2010年,研究区水田、内陆水体、常绿阔叶林和城镇建设用地不仅是该区域的主要土地覆盖类型,而且变化最强烈.总体上,内陆水体、城镇建设用地面积显著增加,水田和旱地面积有所减少.从景观格局变化来看,虽然鄱阳湖地区受到人口增长和经济发展的影响,其景观破碎度变化和景观多样性指数略呈下降趋势,但变化并不大,这反映出前期环境管理对于区域环境保护已经发挥重要作用,但仍然面临长期挑战.     

鄱阳湖生态经济区成立前后NDVI时空动态变化及其驱动因素

鄱阳湖生态经济区是中部地区正在加速形成的增长极之一,研究其植被变化特征可以为鄱阳湖生态经济区更合理的调控经济发展与生态保护提供支持。本研究基于2000—2017年MODIS NDVI,采用最小二乘法斜率探讨生态经济区成立前后NDVI时空变化特征,并借助相关性分析定量化研究气候因素和人为因素对NDVI变化的驱动作用。结果表明:生态经济区成立前(2000—2008年)和成立后(2009—2017年),区域植被覆盖整体均呈现增长趋势。生态经济区成立前NDVI变化趋势为0.052 10 a^-1(P<0.05),成立后NDVI变化趋势为0.025 10 a^-1(P<0.05),成立后NDVI增长出现放缓现象;空间上,成立前植被发生退化的区域主要分布在地级市和省会周围;成立后,省会和中心城市周围植被退化现象进一步加剧,同时湖区周围、区域北部以及南部农耕区植被也出现退化现象;在影响因素方面,在全区域尺度上,气候因素是NDVI变化的主导因素,气温对NDVI影响大于降水;在NDVI显著变化的区域,人类活动则是影响NDVI变化的主要因素;生态经济区成...     

基于MODIS EVI时间序列的鄱阳湖湿地植被覆盖和生产力的动态变化

鄱阳湖是我国最大的淡水湖, 是与长江保持自由连通的两个湖泊之一, 也是最为重要的候鸟越冬地之一, 其生境质量对全球的生物多样性保护至关重要。枯水期的鄱阳湖由众多子湖构成, 不同子湖具有不同的水文控制与管理模式, 尤其是位于长江上游的三峡大坝2006年正式运行之后, 不同水文控制模式下的子湖展现出不同的退水机制, 对退水期洲滩出露的时间与湿生植被覆盖和生产力产生了不同的影响。近年来, 遥感和生态模型在研究植被变化中应用广泛。本文以MODIS增强植被指数(enhanced vegetation index, EVI)时间序列表示地表属性, 并利用EVI时间序列模型, 建立了2000-2014年植被覆盖和生产力的时空变化趋势。在研究区内建立的网格中, 随机提取了107个斑块, 采集其每16天间隔的MODIS EVI时间序列(2000年2月至2015年4月), 将自适应Savitzky-Golay平滑算法应用于EVI时间序列分析, 提取了4个关键的植被生长指标, 即生长季开始的日期、生长季长度、生长季EVI峰值和生产力。研究结果表明: (1)具有不同水文控制模式下的湿地植被生长特征表现出显著的差异, 尤其位于自由连通子湖的植被与其他模式的子湖相比: 生长季开始的时间更晚, 生长季较短, EVI峰值较低, 并且生长季节的初级生产力较低; (2)由于水文情势的改变, 自由连通子湖2006年前后的双生长周期湿地植被的生长特征差异明显, 秋季生长季提前, 导致了生物量的过度积累, 降低了越冬雁类食源的适口性; 但位于局部水文控制子湖的湿地植被不存在这种差异。(3)自由连通与局部水文控制的子湖对鄱阳湖越冬候鸟的保护均具有十分重要的意义, 需要保证这两种类型子湖的面积, 为越冬候鸟提供更广阔的食源; 当水文情势发生改变时, 局部的水文人为控制可在一定程度上减缓鄱阳湖水情变化对湿地植被生长带来的影响。     

黄土高原不同植被覆被类型NDVI对气候变化的响应

植被与气候是目前研究生态与环境的重要内容。为探究黄土高原地区植被与气候因子之间的响应机制,利用线性趋势分析、Pearson相关分析、多元线性回归模型以及通径分析的方法,对黄土高原2000—2015年全区和不同植被覆被类型区内NDVI与气候因子的变化趋势以及相互作用关系进行分析。植被覆被分类数据和植被指数数据分别来源于ESA CCI-LC(The European Space Agency Climate Change Initiative Land Cover)以及MODND1T/NDVI(Normalized Difference Vegetation Index)。结果表明:(1) 2000—2015年黄土高原全区植被年NDVI_(max)显著增加的区域占总面积的74.25%,不同植被覆被类型年NDVI_(max)分别为常绿阔叶林常绿针叶林落叶阔叶林落叶针叶林镶嵌草地农田镶嵌林地草地灌木,并且都呈显著增加趋势,其中常绿阔叶林和农田增加幅度最大,为0.012/a。(2)黄土高原全区NDVI与气温、日照、降水和相对湿度等气候因子之间没有显著相关性,但在不同植被覆被类型区,气候因子对NDVI存在显著作用,且不同植被覆被类型差异明显。(3)在全区和不同植被覆被类型区NDVI仅对降水的响应比较一致,气温无论在整个区域尺度还是不同植被覆被类型区对植被的影响均不显著。(4)常绿阔叶林、落叶阔叶林、常绿针叶林及镶嵌林地等以乔木为主的植被覆被类型受年均相对湿度和年总日照时数的显著负效应驱动,草地、镶嵌草地等以草本为主的植被覆被类型则受到年总降水量的显著正效应影响。这说明对植被类型进行区分,更有利于揭示气候对植被的作用机制。     

水淹频率变化对鄱阳湖增强型植被指数的影响

水淹状况是湿地植被动态的重要影响因素。该研究基于谷歌地球引擎(GEE)平台, 利用2000-03-01至2020-02-29所有覆盖研究区域的MODIS遥感影像数据, 分析20年间水淹频率(IF)、增强型植被指数(EVI)的时空变化以及湿地植被对IF变化的响应, 得出以下结论: (1) 20年来鄱阳湖水文节律发生了明显改变, 高IF (IF > 75%)水域面积呈现下降趋势, 从2000年1 435.3 km²下降至2019年的510.25 km², 降幅为64.45%; (2)区域平均EVI呈显著上升趋势, 植被扩张主要集中在中部IF下降区域; (3)分析不同总水淹频率区域中平均EVI年际变化, 发现EVI与水淹状况的变化趋势相似, 2009年之后鄱阳湖水域面积萎缩趋势缓解, EVI增长速度出现下降; (4)鄱阳湖湿地植被主要沿水域面积萎缩方向扩张, 基于像元统计20年间IF与EVI的变化趋势, 发现它们在空间分布上高度吻合, 这种空间异质性进一步证实水淹状况起到调节植被动态变化的作用。     

中国东北地区植被NDVI对气候变化的响应

结合1982—2003年GIMMS-NDVI数据集和GIS技术,应用基于像元的相关分析方法,分析了东北地区植被NDVI对气候变化的响应。结果表明：1）1982—2003年,东北地区年平均气温呈上升趋势,而年降水量呈下降趋势;东北地区植被NDVI与年平均气温呈显著正相关的像元占12.84%,主要分布在松嫩平原南部、三江平原中部和西辽河平原,植被类型为农田、阔叶林、草原。植被NDVI与年平均气温几乎不存在显著负相关性;植被NDVI与年降水呈显著和极显著正相关的像元比例为4.55%,主要植被类型为草原和农田;植被NDVI与年降水量呈显著负相关的像元比例为7.52%,主要植被类型为针叶林和阔叶林。2）东北地区植被与生长季气温显著正相关和显著负相关的比例分别为3.96%和4.35%;植被与生长季降水显著正相关和显著负相关的比例分别为8.81%和8.54%。3）东北地区58.21%的植被像元与春季气温显著或极显著正相关,主要分布在大兴安岭中部、小兴安岭、长白山及完达山-张广才岭等地区,主要植被类型为阔叶林、农田、针叶林和草甸;植被NDVI与春季气温几乎不存在显著负相关性。植被NDVI与春季降水呈显著正相关和显著负相关的比例分别为4.81%和1.67%。4）东北地区植被NDVI与夏季气温和降水呈显著相关的比例明显少于春季,与夏季气温正相关的比例为7.61%,与夏季降水显著负相关的比例为6.29%。秋季气温和降水对东北地区植被NDVI影响较小,其中植被NDVI与秋季气温显著正相关的像元占植被像元总数的6.05%,几乎不存在与秋季气温显著负相关的植被像元;植被NDVI与秋季降水显著负相关的比例为5.43%,几乎不存在与秋季降水显著正相关的植被像元。     

鄱阳湖湿地洲滩植物梯度变化

湿地洲滩植物物种多样性及生物量是反映湿地生态系统状态的重要指标,也是揭示水位变化下湿地生态系统响应机理的重要途径。基于鄱阳湖湿地野外调查和实验分析数据,利用α和β物种多样性指数,初步探讨了鄱阳湖湿地洲滩植物物种多样性及地上部分生物量的空间分布特征及其差异性。结果表明,鄱阳湖湿地洲滩植物物种多样性随高程变化的差异性显著(P0.001),蚌湖和泗洲头在高程14—15 m的指数较大,表明这一高程范围内与其他高程范围内的物种更替比较显著,而战备湖和北深湖在高程15—16 m的指数较大,表明这一高程范围内与其他高程范围内的物种更替比较显著,而常湖池的指数变化不明显,表明常湖池各高程范围内的物种更替较小。鄱阳湖湿地洲滩植物年地上生物量的空间差异性较为复杂,与湿地高程呈现单峰曲线关系,即随湿地高程增加而增加,到达一个峰值后开始减少。同一高程范围内下,洲滩前缘与碟形湖泊的物种多样性与地上生物量差异显著(P0.05),前者最高值在高程13—15 m,后者最高值在高程14—17 m。     

鄱阳湖湖岸带景观变化

湖岸带是水陆生态系统过渡带,是人类活动最集中的区域之一,也是生态系统较为脆弱的区域。湖岸带具有重要的生态功能,湖岸带研究对于湖泊湿地生态系统保护具有重要意义。利用1995年,2000年,2005年和2010年4个时期的同水位条件下鄱阳湖湿地湖岸带遥感影像,对鄱阳湖湖岸带的景观进行了研究,结果表明,鄱阳湖湖岸带各种景观类型的面积变化显著,2010时期的水体面积较1995年、2000年和2005年时期减少近100km~2,绿地面积2010年较1995年减少近500km~2,建设用地和裸地面积2010年较1995年增加700km~2以上。景观指数变化明显,景观斑块数量逐年上升,最大斑块面积逐年减小,周长面积分形指数逐年加大,辛普森和香浓景观多样性指数逐年增大,表明湖岸带景观破碎化程度逐年加强。通过遥感影像解译结果综合分析,鄱阳湖湖岸带建设用地和裸地增加主要表现在沙化土地面积、交通建设用地面积和居民建筑建设用地的增加有关。     

阴山北麓农牧交错带植被变化对降水的响应

选取中国北方农牧交错带的阴山北麓地区,以NOAA-AVHRR遥感数据和气象站点观测的降水数据作为主要数据源,利用植被指数(NDVI)指示研究区植被覆盖状况,用标准化降水指数(standard precipitation index,SPI)表征区域水分状况,研究降水对区域植被覆盖变化的影响.对研究区1983-2003年间生长季(5-10月)的逐月NDVI序列和同期1个月尺度的SPI(即1-SPI)序列进行相关分析.结果表明:5-10月,NDVI与1-SPI的相关关系随月份的变化而各不相同,总体上5月份相关系数较高;植被覆盖变化率(velocity of NDVI change,VNDVI)反映植被生长速率,其大小影响植被对降水变化的响应程度.     

基于MODIS数据的三北防护林工程区植被覆盖度提取与分析

以像元二分模型为基础,构建了基于归一化植被指数(NDVI)的植被覆盖度定量估算模型,并利用MODIS-NDVI时间序列数据,估算了三北防护林工程区2001年8月和2007年8月的植被覆盖度,分析了三北防护林工程区植被覆盖度的时空变化特征.结果表明:2001-2007年三北防护林工程区植被覆盖度变化较为明显,平均覆盖度增加了2.07%,其中吉林、山西、陕西和宁夏四省变化幅度最为显著,增加幅度分别达到27.37%、14.12%、9.29%和9.22%.研究区植被覆盖度增加的主要自然原因是降雨量的增加,主要人为原因是人们环境意识的提高以及国家实施的封山育林、退耕还林还草等一系列生态保护政策,特别是三北防护林体系建设工程.