日光诱导叶绿素荧光对亚热带常绿针叶林物候的追踪

植被物候期(春季返青和秋季衰老)是表征生物响应和陆地碳循环的基础信息。由于常绿针叶林冠层绿度的季节变动较弱,遥感提取常绿针叶林的物候信息存在着较大的不确定性,是目前区域物候监测中的难点。利用MODIS植被指数(归一化植被指数NDVI和增强型植被指数EVI)、GOME-2日光诱导叶绿素荧光(SIF)和通量数据(总初级生产力GPP)估算2007—2011年亚热带常绿针叶林物候期,用来比较三类遥感指数估算常绿针叶林物候的差异。结果表明:基于表征光合作用物候的通量GPP数据估算得到5年内亚热带常绿针叶林生长季开始时间(SOS_(GPP))为第63天,生长季结束时间(EOS_(GPP))为第324天,生长季长度为272天;基于反映植被光合作用特征的SIF曲线获得物候信息要滞后GPP物候期,其中生长季开始时间滞后19天,生长季结束时间滞后2天;基于传统植被指数NDVI和EVI的物候期滞后GPP物候期的时间要大于SIF滞后期,其中植被指数SOS滞后SOS_(GPP)31天,植被指数EOS滞后EOS_(GPP)10—17天。虽然基于3种遥感指数估算的春季和秋季物候都滞后于通量GPP的物候期,但是卫星SIF的物候信息能够更好地捕捉常绿针叶林的生长阶段。同时,春季温度是影响森林生长季开始时间的最重要因素;秋季水分和辐射是影响生长季结束时间的关键因素。由此可见,SIF估算的亚热带常绿针叶林的春季和秋季物候的滞后时间要短于传统植被指数,能更好地追踪常绿林光合作用的季节性,为深入研究陆地生态系统碳循环及其对气候变化的响应提供重要的基础。     

基于MODIS-EVI数据和Symlet11小波识别东北地区水稻主要物候期

作物物候信号能够反映温度和降水等变化对植被生长的影响,是进行农作物动态分析和田间管理的重要依据。基于2008年EOS-MODIS多时相卫星遥感数据,研究了我国东北地区水稻的主要物候期的识别方法。首先提取研究区24个农业气象观测站所在位置的MODIS-EVI(Enhanced Vegetation Index,增强型植被指数)指数的时间序列;同时利用小波滤波消除时间序列上的噪音,小波滤波选用函数包含Daubechies(7-20),Coiflet(3-5)和Symlet(7-15)共26种类型。然后根据水稻移栽期、抽穗期和成熟期在EVI时间序列上的表现特征来识别水稻主要物候期。最后与东北地区24个站点水稻物候观测资料对比并分析误差。结果表明,Symlet11小波滤波的效果最好,其移栽期识别结果的误差绝大部分在±16 d,抽穗期和成熟期识别结果的误差在±8 d。表明通过此方法可以较好地识别东北水稻主要物候期,并可进一步应用到整个东北地区水稻的物候空间分布和时间变化特征研究上。     

阴山北麓农牧交错带植被变化及其对气候变化的响应

利用1982—2003年8kmNASA/GIMMS半月合成的植被指数(NDVI)数据和同期气候数据,分析了阴山北麓地区农牧交错带的NDVI年平均值、年累积值距平的动态变化以及NDVI年平均值与年平均温度和年降水的时间序列相关关系。结果表明:1982—2003年NDVI年平均值呈现逐渐增高趋势,1990年以后的NDVI年平均值明显高于以前;NDVI在空间变化上表现为牧业区<农牧区<农业区,说明农业区NDVI受气候的影响程度较牧业区和农牧区弱;研究区温度对植被指数的影响没有明显的规律性,但降水与植被指数呈正相关,降水的多寡决定了植被的生长状况。     

城市化对长三角地区主要城市植被物候的影响

基于长三角地区1998—2005年NDVI时间序列影像,利用移动平均法计算了上海、杭州、南京、常州、无锡和苏州6个城市的城区与各缓冲带的平均植被物候,并分析了城区与各缓冲带平均物候的差异及其与距城区距离间的关系.结果表明,1998—2005年间,研究区的城市化导致城区内植被始绿期提前、终绿期推后、生长期变长、NDVI的年内极差减小,离城区越近的缓冲带这些变化越明显.总体看来,城市化导致城区周围4 km范围内的植被始绿期明显提前,而终绿期推后、生长期变长、NDVI年内极差减小的趋势在离城区约10 km范围内的变化显著;城区与缓冲带植被的生长期差值和NDVI年内极差差值均与离城区距离存在显著的对数关系.     

柽柳灌丛关键物候参数多种植被指数遥感提取的适用性——基于CO2通量观测和Sentinel-2数据

本研究以额济纳绿洲四道桥超级站为研究区,结合2018—2019年涡度通量、气象数据和2017—2020年Sentinel-2遥感影像,分析通量塔总初级生产力(GPP)与环境因子的关系,评估12种遥感植被指数对柽柳灌丛长势模拟和关键物候参数提取的适用性。采用7参数双逻辑斯蒂函数(DL-7)+全局模型函数(GMF)拟合GPP和各植被指数生长曲线,并逐年提取生长季始期(SOS)、生长季峰期(POS)和生长季末期(EOS)3种关键物候参数。结果表明: 有效积温(GDD)和土壤含水量是影响柽柳灌丛物候动态的主要环境因子。与2018年相比,2019年由于气温较低,SOS前的积温累积速率较慢,柽柳灌丛需要更长时间的热量积累来进入生长季,从而导致2019年SOS比2018年晚。在SOS与POS之间,2018和2019年水热条件相似,但2019年POS比2018年晚8 d,可能是2019年SOS较晚所致。POS以后,2019年较高的GDD和较低的土壤含水量使柽柳灌丛遭受水分胁迫,导致其生长季后期时间缩短。标准化的Sentinel-2植被指数与10:00—14:00 GPP均值的线性回归结果表明,宽波段植被指数中的增强型植被指数和窄波段植被指数中的叶绿素红边指数、倒红边叶绿素指数、红边归一化植被指数(NDVI705)能够较好地反映与柽柳灌丛GPP具有较高的一致性。柽柳灌丛SOS和EOS的遥感提取结果表明,Sentinel-2窄波段植被指数比宽波段植被指数的准确性更高,尤其是修正叶绿素吸收反射率指数提取SOS最准确,MERIS陆地叶绿素指数提取EOS最准确;Sentinel-2宽波段植被指数提取POS的准确性更高,尤其是两波段增强型植被指数和植被近红外反射率指数最准确。综合所有物候参数来看,NDVI705综合表现最佳。     

浙江省作物多熟种植制度遥感反演及其时空格局

结合作物物候特征,利用2001-2010年的MODIS/NDVI时间序列数据,在基于改进的Savitzky -Golay滤波算法重构高质量序列的基础上,对浙江省作物熟制进行遥感反演,并分析了浙江省作物熟制的时空格局变化特征.结果表明:空间分辨率为250 m的16 d合成MODIS/NDVI时间序列数据能够准确定量地反演出作物熟制的时空格局;NDVI峰值集中出现于每年的2-3月、5-6月和8-9月;浙江省作物种植以一年二熟制为主,从2001-2010年的种植情况来看,一年二熟作物种植面积最大,年际变化幅度较小,一年一熟和一年三熟作物种植面积相当,年际变幅相对较大;2001年以来浙江耕地复种指数整体呈缓慢增加趋势,2010年复种最大为205.5,但距其潜力理论值288仍有一定距离,表明浙江复种潜力仍较大,耕地利用程度有待提高.     

中国东北天然次生林主要树种的物候研究

本文以中国东北天然次生林的主要乔木树种：红松、落叶松、樟子松、青杨、山杨、白桦、柞树、水曲柳、黄菠萝、胡桃楸、紫椴、五角槭和春榆为材料,研究了树种物候的主要特征。编制了树种的物候谱,考察了树种的物候期与光照和温度等环境因子的关系,并通过多元统计的主成分分析方法,揭示出与树木萌动期、生长期和开花期等主要物候期关系最为密切的气象因子是总累积日照数和各期的平均温度,阐明温度、光照及其综合作用是物候现象的重要外在条件。用系统聚类的方法对13个树种分别依萌动期、生长期、开花期的环境因子和物候日期进行了分类,确定了萌动类型五个,生长的物候类型四个,开花的物候类型四个,物候日期的物候类型四个。并把树木的物候类型与树木的生态对策作了对应分析,提出了树木生态物候对策的概念。     

Leaf and root phenology and biomass of Eriophorum vaginatum in response to warming in the Arctic

北极地区气候变暖对莎草地上和地下部分物候和生物量的影响 北极地区的土壤和植被中存储了大量的碳,在气候变化的大背景下,北极升温速度几乎是地球其他地区的2倍。由于缺乏同步测量,尚不清楚北极地区植被地上部分和地下部分的物候和生物 量对气候变化的反应。在2016和2017年的生长季节,我们在北极的Toolik Lake站点上建立了一个移植花园,并沿纬度变化从高到低依次从 Sagwon、Toolik Lake和Coolfoot这3个站点移植了3种不同生态类型的莎草(Eriophorum vaginatum)。一半莎草用作增温处理,另一半为控制处理。我们用物候相机、手持式光谱仪和微根窗分别观测3种生态型莎草的绿色度、归一化植被指数(NDVI)和根长动态,根据NDVI和根长计算了叶片和细根的生物量。研究发现,莎草的叶和根生长是异步的,叶片开始生长的时间比根系生长的时间早约28天。气温升高1°C会延迟叶片衰老的时间,从而延长生长期,但温度升高对根系物候没有显着影响,变暖在统计学上没有增加叶片和根的生物量。此外,叶片生长的季节动态受气温的影响,但根的生长与土壤融化深度有关。因此,我们建议在使用碳和养分循环模型时,应将叶和根成分分开考虑,因为地上和地下的以及功能属性可能对气候变暖有不同的反应。     

山东省典型地表覆被NDVI时间序列谐波分析

NDVI时间序列的谐波分析可描述不同地表覆被的季节变化.本文运用谐波分析法对山东省一年的MDOIS NDVI时间序列数据进行分析处理,提取了该地区几种典型地表覆被的谐波特征.结果表明:利用谐波分析生成的前几个谐波分量就可重建原始时间序列,且重建的时间序列剖面为平滑曲线,因此谐波分析不仅可减少数据量,并可去除噪声的影响;...     

秦岭太白红杉林遥感物候提取及对气候变化的响应

高山林线树种对气候变化响应敏感,是研究气候变化和物候变化的理想树种。本文基于双Logistic曲线拟合法重建了2000—2015年MODIS EVI2时间序列影像并提取太白红杉林关键物候参数,结合太白山地区气象站的气候资料,研究太白红杉林遥感物候及其对气候因子的响应。结果表明:2000—2015年太白红杉林生长期开始时间在第120天左右,生长期结束时间在第288天左右,平均生长期长度为168 d; 16 a来太白红杉林生长期始期整体呈提前趋势,变化率为-0.65 d·10 a~(-1);生长期末期整体呈推迟趋势,变化率为0.35 d·10 a~(-1);整个生长期呈延长趋势,平均延长幅度为0.99 d·10 a~(-1);太白红杉林物候始期与同期气温、降水呈负相关的区域分别占研究区的73.11%和61.25%,而与潜在蒸散呈正相关的区域占65.17%;物候末期与同期气温、降水、潜在蒸散、日照和风速均呈正相关,面积比分别为74.91%、72.87%、78.14%、68.60%和64.74%,其中气温是太白红杉林物候始期提前的主要影响因素,气温、降水、潜在蒸散是物候末期推迟的主要影响因素。     

山西典型生态区植被指数(NDVI)对气候变化的响应

利用1982—2006年8 km的NSASA/GIMMS半月合成的月植被指数（NDVI）和同期气候数据,根据山西地形地貌结合土地利用及植被调查资料,将山西划分为9个区域,分析了这9个典型生态区的NDVI年际、年代际以及月季的变化规律,同时分析了NDVI对降水、气温以及干旱指数PDSI等气候要素的响应特征。结果表明：近25年来山西植被指数呈起伏上升趋势,并存在明显的年际变化;NDVI在空间变化上表现为南部好于北部、东部好于西部,不同生态区中林区>农业区>农牧区;林区春季植被指数显著上升,除晋南农业区月变化为双峰型外,其他生态区均表现为单峰型;林区NDVI与气温存在一致相关,PDSI与NDVI的相关好于降水、气温单一因子;植被指数对气候年际变化响应有明显的滞后性,降水的年际变化对植被指数影响最大,尤其是降水的累积效应。     

基于集合卡尔曼滤波的南雄烟草LAI数据同化研究

叶面积指数(LAI)是表征烟草生长健康状态的重要指标之一,获取准确的LAI数据是监测烟草生长走势的重要步骤。以广东省南雄地区为试验区开展了集合卡尔曼滤波同化方法在烟草LAI的应用研究。通过野外实测得到南雄烟草生长期内的高光谱数据,并计算每个生长期的归一化植被指数(NDVI),依据NDVI值获得LAI测量数据;通过积温数据和实测LAI数据构建了符合南雄地区烟草LAI变化规律的LOGISTIC模型;并以LAI为研究变量,利用集合卡尔曼滤波数据同化技术融合NDVI数据计算得到的LAI和简化LOGSITIC模型拟合得到的LAI这两种不同的数据信息,获取实验区烟草生长期时间序列上的连续LAI数据。最后,进一步对比了数据同化方法、NDVI计算LAI方法和LOGISTIC模型拟合这3种方法获取烟草LAI的效果。结果显示:数据同化方法、NDVI计算LAI方法和LOGISTIC模型拟合3种方法均可一定程度上表征烟草LAI的变化状态,其中数据同化方法拟合效果最优。实验发现NDVI计算LAI方法在烟草生长前后期LAI值出现偏大或偏小的异常情况;LOGISTIC模型拟合则不能有效的描述烟草LAI的突发性变化;同化方法综合作物生长模型和遥感监测的优势,能够动态调节参数得到LAI优化结果,同化后LAI结果和真实值吻合,变化曲线更符合烟草的实际生长状况。     

基于遥感和地统计学方法的小麦生长管理分区

以江苏省如皋市和海安县冬小麦种植区域为研究对象,将基于小麦不同生育时期30m分辨率的HJ-1A/B CCD影像提取的归一化植被指数(NDVI)与土壤养分指标(全氮、有机质、有效磷、速效钾)分布状况有机结合,在空间变异性分析和主成分提取的基础上进行聚类分区.结果表明,基于抽穗期NDVI与土壤养分指标耦合的分区方法效果最佳,分区后各子区域内部NDVI值和土壤养分指标的变异系数分别在4.5%～6.1%和3.3%～87.9%,低于单纯基于土壤养分指标或NDVI进行分区的子区域内部的变异系数,大大缩小了区域管理单元内部的变异性.分区结果能提高按区管理作业的精度,可为区域性小麦生长管理和过程模拟奠定基础.     

京津冀地区植被物候时空变化及其对城市化的响应

温度在调节植被物候的变化中起着重要作用,气候变暖和城市化均会对温度产生影响进而影响植被物候。基于京津冀地区2001—2020年的归一化植被指数(NDVI)时间序列影像,参照物候观测站点监测数据,采用动态阈值法提取出研究区关键物候参数,即生长季始期(SOG)、生长季结束期(EOG)和生长季的长度(LOG),分析近20年京津冀地区耕地、林地、草地不同植被的物候时空变化特征及其城乡差异,从而探讨植被物候对城市化的响应。结果表明：(1)耕地SOG分布呈现双波峰现象,林地和草地的SOG相对集中,3种植被的EOG的分布均较为集中;2001—2020年京津冀大部分地区的SOG提前,EOG推迟,LOG呈现延长的态势。(2)从城乡梯度物候差异的空间分布特征来看,整体而言耕地、林地、草地3种植被类型的城区物候与农村相比都存在SOG提前,EOG推迟的情况,并且城区与农村的物候差异幅度要明显大于城乡过渡带与农村的物候差异。(3)从城乡梯度物候差异的时间分布特征来看,2001—2020年间,研究区中新老城区、城乡过渡带和农村的SOG提前,EOG推迟,LOG延长,但耕地、林地、草地3种植被物候参数的城乡差异在逐年...     

东北地区芦苇植硅体的变化特征

深入研究芦苇(Phragmites australis)不同生长期植硅体的形态变化规律, 对提高古植被重建精度、探讨植硅体形成机理具有重要意义。该文对东北地区12个样点的芦苇叶片进行研究, 选取长势相近、叶片大小一致的芦苇叶片, 用湿式灰化法提取植硅体并对其进行分类和命名。研究发现, 芦苇植硅体主要有5种类型, 在不同生长期内和不同温湿度组合下, 其植硅体类型组合基本无变化, 说明同种植物的植硅体类型组合具有稳定性, 据此可以有效地恢复古植被; 同时芦苇鞍型植硅体百分含量的峰值出现在7月份, 随后稍有减少, 而芦苇扇型植硅体百分含量和浓度的峰值出现在8或9月份, 谷值在7月份。由此推测芦苇鞍型植硅体的形成可能更多地受控于植物的光合作用和蒸腾作用, 芦苇扇型植硅体的形成可能与机动细胞的支撑作用关系密切。实验结果还表明芦苇植硅体浓度并不是随着时间逐渐积累的, 其在8月份达到峰值, 9月份达到谷值, 因此推测植物植硅体浓度的变化规律可能与植物在不同生长期其自身对硅的需求规律相一致。鞍型植硅体浓度的峰值也出现在8月份, 谷值也在9月份, 其浓度变化与芦苇植硅体总浓度的变化趋势相似。     

安徽省近十年植被指数时空变化特征

利用2000—2009年的MODIS数据,研究安徽省近10年来植被指数在时间和空间上的变化。结果表明:近10年来,安徽省年平均NDVI趋势总体增加,但空间分布上有差异,局部地区的植被指数趋于减少,其他大部分地区的植被活动在增强;植被指数的月际变化呈弱双峰型,最大值出现在8月,最小值出现在1月;从各季节的线性拟合斜率来看,春季的植被指数增加最快,秋季次之,冬季最低;安徽省的大别山区和皖南山区的植被指数年际标准差和变异系数比较小,表明山区的林地植被指数变化不明显,受外界干扰较小;沿淮的粮食种植区的植被指数标准差和变异系数较大,植被指数年际变化较大,受人为活动干扰强烈。     

基于多种遥感植被指数、叶绿素荧光与CO2通量数据的温带针阔混交林物候特征对比分析

植被物候学作为研究植被与环境条件相互作用的科学,在全球气候变化的大背景下已成为国际热点研究领域,其中森林植被在调节全球碳平衡、维护全球气候稳定的过程中有着至关重要的作用。随着遥感技术的发展,多种遥感指数被应用到森林植被物候研究中,其中以MODIS NDVI和EVI应用最为广泛,而叶绿素荧光(SIF)作为植被光合作用的"探针"也被广泛应用于森林植被物候研究中。为了探究3种指数在森林植被物候研究中的差异与特性,本文以长白山温带红松阔叶林通量观测站为研究区域,采用模型拟合结合动态阈值法提取2007—2013森林物候特征参数,并使用通量数据(总初级生产力GPP)进行验证。结果表明:NDVI与EVI、SIF相比,表现为生长季开始时间与结束时间的明显提前和滞后,与GPP数据偏差较大,且夏季生长季峰期曲线形态过宽且平坦,无法较好反映生长季变化特征;EVI相较于NDVI有所改善,整体变化趋势与SIF、GPP基本吻合,但依然存在秋季衰减时间稍迟于SIF与GPP的问题;SIF虽然存在夏季骤降现象,但依然与GPP数据一致性最好,可以较好反映出森林植被季节变化特征。SIF数据与植被光合作用的紧密关联使其在植被物候研究中具有优于植被指数的准确性,并随着遥感平台的增加和反演方法的改善,将会在多尺度、多类型的植被物候监测中发挥更加重要的作用。     

中国东北地区主要植被类型NDVI变化与气候因子的关系

利用1982～1992年时间序列的NOAA/AVHRR8km×8km分辨率的归一化植被指数（Normalizeddifferencevegetationindex,NDVI）,将东经120°～135°、北纬40°～55°区域的土地覆盖类型分为10类。然后研究了各类型的NDVI年平均值的变化规律。结合该地区的19个气象站1982～1992年的年平均气温、年最高温度、年最低温度、年降水量和年相对湿度研究了各类型NDVI年平均值的变化与气候因子之间的关系,进一步阐明了气候因子是NDVI动态变化的主要原因。     

霍山3种石斛的生长节律及其与生态因子关系的研究

探讨了霍山3种石斛的生长节律及其与生态因子的关系。结果表明：3种石斛生长发育的物候期有明显的差别,米斛新茎的生长集中在3月下旬～8月份,新茎生长期150d左右;铁皮石斛生长集中在4月下旬～9月下旬,新茎生长期154d左右,而铜皮石斛生长则集中于4月初～9月初,新茎生长期160d左右。米斛生长只有一个生长高峰,而铁皮石斛和铜皮石斛生长有双峰现象。石斛虽然是一种生长在高山的阴生植物,但霍山3种石斛全年生长要求一定积温和温度。米斛年积温2070℃,铁皮石斛年积温2256℃,铜皮石斛年积温2248℃。米斛和铜皮石斛生长的最适温度20℃。而铁皮石斛生长的最适温度23℃。8月份温度渐低,当温度回落又可适宜生长时,铁皮石斛和铜皮石斛还有一次小的生长过程,但是米斛仅有一次生长高峰。湿度和光强与生长负相关。适宜的降水也是石斛生长的必要条件。     

Recent greening of grasslands in northern China driven by increasing precipitation

近年中国北方草地变绿受降水增加的驱动 中国北方的暖湿化是近期的热点话题,然而其对植被生长的影响仍不清楚。本研究基于长时间序列(1982–2018年)数据,研究了归一化植被指数(NDVI)的时间动态及其气候驱动因子之间的关系,以探索近年来气候的暖湿化是否会导致该区植被变绿。我们采用分段回归探测了NDVI的变化趋势是否存在转变点,用Pearson相关分析描述了植被指数与气候因子的关系。最后,采用逐步多元回归方法研究了气候因子对NDVI时间变化的贡献率。研究结果表明,NDVI时间变化趋势的转变点出现在2008年,GIMMS NDVI在1982–2008年略有增加,上升速率为0.00022 yr⁻¹,在2008–2015年上升速率达到0.002 yr⁻¹,MODIS NDVI在2008–2018年上升速率为0.0018 yr⁻¹。降水是NDVI变化的主要驱动因子,气温和饱和水汽压差(VPD)对NDVI的变化影响较小。总体看来,NDVI时间序列变化趋势存在转变点,并且近期气候的暖湿化主导了中国北方草地植被变绿,这为今后更好地预测该地区气候变化下的植被覆盖变化提供了依据。