基于生态地理分区的青藏高原植被覆被变化及其对气候变化的响应

基于1982~2006年GIMMS NDVI数据集和地面气象台站观测数据,分析了青藏高原整个区域及各生态地理分区年均NDVI的变化趋势,并通过偏相关分析研究不同生态地理分区植被覆被变化对气温和降水响应的空间分异特征。研究表明:(1)近25年来,高原植被覆盖变化整体上趋于改善;高原东北部、东中部以及西南部湿润半湿润及部分半干旱地区植被趋于改善,植被覆盖较差的北部、西部半干旱和干旱地区呈现退化趋势;(2)高原植被变化与气温变化的相关性明显高于与降水变化的相关性,说明高原植被年际变化对温度变化更为敏感;(3)高原植被年际变化与气温和降水的相关性具有明显的区域差异,植被覆盖中等区域全年月NDVI与气温和降水的相关性最强,相关性由草甸向草原、针叶林逐步减弱,荒漠区相关性最弱。生长季植被覆盖变化与气温的相关性和全年相关性较一致,降水则不同,生长季期间高原大部分地区植被变化与降水相关性不显著。     

黄河源区植被指数与干旱指数时空变化特征

标准化降水蒸散发指数(SPEI)是评估气候变暖背景下区域干旱的重要指标。基于生态功能分区,利用MODIS-NDVI数据和SPEI指数,探讨2000—2014年黄河源区植被指数和干旱指数的年际变化、空间分布规律以及两者之间的相关关系。结果表明:(1)2000—2014年黄河源区NDVI和SPEI总体上均呈波动上升趋势,植被覆盖状况略有好转,干旱程度有所降低;(2)NDVI与SPEI变化趋势的空间分布特征大致相同,东南部区域总体呈减少趋势,西北部区域总体呈增加趋势;(3)黄河源区降水量是影响植被生长的主要因子,也是影响SPEI变化的主要条件。当0.3NDVI0.6时,SPEI对NDVI的影响较强,当NDVI0.6时影响较小;(4)黄河源区大部分地区NDVI与SPEI呈正相关,其中呈显著正相关的区域分布在青根河生态区以及黄河源头生态区植被覆盖度较低区域;小部分地区由于受到人类活动的干扰,使NDVI与SPEI呈负相关或相关性较弱,其中呈显著负相关的区域在黄南草原生态区及周围草地退化、生物多样性敏感的区域。黄河源区干旱程度的下降对植被覆盖的增加有促进作用,为该区域的生态恢复提供了有利条件。     

基于格网的甘肃省生态经济分区研究

在讨论以往生态经济分区研究方法与理论的基础上,提出了新的研究思路--基于网格的生态经济分区。利用GIS格网技术和相关统计软件,从甘肃省生态与经济两大系统耦合发展的历程分析入手,选取2010年甘肃省的26个生态经济指标,以6 km×6 km的规则格网,将整个甘肃省分为12 243个研究单元。经过分析比较,甘肃省被分为4个生态经济区即西北干旱区(Ⅰ)、陇中冷温带半湿润区(Ⅱ)、甘南高寒带湿润区(Ⅲ)、陇南暖温带湿润区(Ⅳ)和21个生态经济亚区。结合DEM,进一步对研究区进行分区,以期为促进形成甘肃省可持续发展格局提供科学依据。研究表明,格网技术提高了分区的精度和速度,是进行生态经济分区的有效方式之一。     

中国西北干旱区1981—2001年NDVI对气候变化的响应分析

气候变化在不同的区域有着不同的特征,对植被也带来不同的影响,对不同地区气候变化特征的认识及植被变化的相应分析,可使我们对全球变化对干旱区的影响有更深入的认识。通过定量分析,西北干旱区1981—2001年 NOAA/AVHRR数据和同期的气象资料,借助于遥感技术和数理统计知识,分析了1981—2001年我国西北干旱区NDVI变化及其与气候变化的关系。结果显示,1981—2001年间西北干旱区年际最大NDVI的变化与气候变化具有明显的相关性,尤其是对新疆的南、北疆来说,NDVI的变化受到年降水量、年均温和空气相对湿度的影响比较显著,NDVI与年降水量和相对湿度的相关程度要明显比与年均温的相关程度高。甘肃\,内蒙古的河西走廊和青海的柴达木地区NDVI没有明显的变化趋势,同时这两个地区也是年降水量变化最小的地区。从而得出一个结论:降水资源是我国西北干旱区植被生长和生态建设的最重要气象因子,只有充分、合理地利用“降水”这种天然水资源才能最终实现中国西北干旱区环境、社会与经济的可持续发展。     

无定河流域水量平衡变化的模拟

利用黄土高原无定河流域1982~1991年的水文气象、土地利用、土壤质地、数字高程和NOAA-AVHRR遥感信息,建立基于土壤-植被-大气传输机理的分布式生态水文模型,模拟流域水量平衡的时空分布。研究结果发现,该流域的年平均植被指数(NDVI) 的年际变化不明显,但NDVI最大值的年际变化显著。该流域年累计NDVI与降水年总量关系不明显,说明该流域植被的生长并不完全受控于降水总量。模拟的实际蒸散量用无定河及其岔巴沟子流域实测降水与实测径流的差值进行验证,误差小于5%。整个流域模拟时段的平均降水量为372±53 mm yr-1,实际蒸散量为334±33 mm yr-1,其中蒸腾为130±21 mm yr-1,有明显的年际波动。地表径流的年际变化相对较小。蒸散发的季节变化特征与降雨基本一致,即7、8、9月雨季高,其他月份低。降水量和实际蒸散量呈现显著的空间分异性,表现出由东南(高NDVI) 向西北(低NDVI) 递减的梯度差异。地表径流的空间分异亦沿东南-西北梯度变化,但高值分散在中部。以岔巴沟子流域1991年的地表覆被度为基准,发现在全流域都覆盖上某一种植被的情况下,蒸腾和土壤蒸发的变化非常明显,地表径流和实际总蒸散的变化并不显著。只有在全流域都变成荒漠情景下,实际总蒸散才显示出较明显变化(17%),表明在西北干旱半干旱区,土地利     

中国内陆区湖泊沉积所反映的全新世干湿变化

湖泊沉积记录的环境演变是全球变化的重要研究领域之一,通过对中国内陆区中30 个湖泊研究成果的总结和梳理,探讨了全新世以来该地区干湿变化的规律和区域分异。通过降水量结合传统分区方法将中国内陆区分为西北干旱区、东亚季风边缘区和青藏高原区。对每个湖泊样点以500 年为时间间隔,以孢粉为主要干湿指标,综合氧同位素、有机质及碳酸盐等,将湖泊干湿状况划分3 个干湿等级（干旱,半湿润,湿润）,建立区域干湿指数。结果表明,中国内陆不同区域全新世可能经历了不同的干湿变化过程：①西北干旱区基本上是早中全新世干旱,中晚全新世相对湿润,但区域差异明显;②东亚季风边缘区早全新世早期干旱,早全新世晚期和中全新世相对湿润,晚全新世干旱;③青藏高原区的湿润时期主要发生在早中全新世,但是不同地区有所不同。对比分析显示：西北干旱区的干湿变化可能受西风环流控制,但在时间和强度上区域内部差异较明显;东亚季风边缘区可能主要受东亚季风控制;青藏高原地区早中全新世的湿润可能与印度季风的增强相关。     

黄河重要水源补给区甘南高原气候 变化及其对生态环境的影响

利用甘南高原黄河重要水源补给区气候资料和生态观测资料及统计资料,分析研究区域气候变化特征及其草原湿地生态环境效应。结果表明,甘南高原黄河重要水源补给区降水量年际变化呈下降趋势,降水量的年际变化存在6~7a、15a的周期振荡特征。甘南高原黄河重要水源补给区气温年际变化呈上升趋势,增温速度大于全国增温速度。1980年之后持续偏暖,草地年干燥指数变化呈显著上升趋势。气候变化是草原生态退化的自然诱发因素,而超载过牧、滥采滥挖、人为破坏、生物链失衡等环境蠕变是造成生态退化的人为因素,二者共同作用导致黄河首曲草原湿地水资源锐减、生物多样性减少、生态环境退化。     

黄土高原植被降水利用效率对植被恢复/退化的响应

基于2000-2014年MODIS NDVI数据及气象数据,运用累计降水利用效率变化差异（CRD,cumulative rain use efficiency differences）估算模型和基于地形要素降水量插值法,探讨2000-2014年黄土高原RUE（降水利用效率rain use efficiency）对植被变化的响应,以期为黄土高原生态可持续发展提供数据支撑。结果表明：黄土高原大部分地区植被覆盖得以改善,其面积约占总面积的81%,区域边缘植被覆盖退化严重。黄土高原降水利用效率RUE与累计NDVI的相关性总体表现为“东南呈正相关,西北为负相关”的空间格局,全区相关系数以正相关为主。黄土高原CRD与植被变化趋势的相关性显著,其中,植被退化背景下,植被退化程度越严重,RUE越低;植被恢复背景下,RUE受“退耕还林还草”作用显著,2000-2005年,RUE呈上升趋势,2007年后,随着退耕还林还草政策的工作重心转移,RUE呈波动变化。     

黄河头道拐—潼关区间植被恢复及其对水沙过程影响

黄河头道拐—潼关区间是黄河泥沙的主要来源区,也是中国植被恢复最快的地区。植被的快速恢复对径流和输沙过程产生了深远影响。本文基于250 m分辨率的归一化植被指数数据（MOD13Q1 NDVI）,使用统计分析和趋势分析技术,分析了头道拐—潼关区间不同景观单元植被恢复特点、影响因素以及其对水沙过程的影响,并对头道拐—潼关区间植被未来发展趋势进行了预测。研究结果显示：头道拐—潼关区间82.87%区域的植被呈显著增加趋势（p < 0.05）,且植被恢复速度最快的区域为半湿润的黄土丘陵沟壑区,坡度和降水量在不同景观单元下对植被恢复的影响不同。随着降水量的增加,头道拐—潼关区间NDVI和年降水量的相关性降低。在植被恢复背景下,黄河中游主要河流径流的主要影响因素仍然是降水量,输沙量同时受到降水量和植被恢复的影响,含沙量与NDVI呈现出较强的负相关关系,而与降水量的相关性较弱。随着植被覆盖度的增加,流域土壤侵蚀量降低,河流输沙量也呈降低趋势,土壤侵蚀量对河流输沙量的贡献率变化于39%~88%之间。基于植被恢复潜力和恢复速度,本文预测头道拐—潼关区间2020年、2030年、2040年以及2050年的NDVI平均值将分别达到0.68、0.75、0.79以及0.80。     

中国植被NDVI与气候因子的年际变化及相关性研究

根据1982-2006年全国GIMMS NDVI资料,以及全国583个气象站点的气温和降水量数据,以像元为计算单元,分别以植被分区和气象站点为对象分析了植被NDVI、≥10℃积温和降水量的年际变化及相关关系。结果表明:(1)全国及各分区≥10℃积温均呈显著的增加趋势,降水量和植被NDVI整体上呈减小趋势,植被覆盖面积略有增加,且≥10℃积温增速越大则降水量减速越小。(2)全国植被NDVI与≥10℃积温和降水量分别呈微弱的负相关和正相关。由于地形地貌、地理位置以及人类活动作用的差异性,不同植被分区相关性有所差异。(3)秦岭-淮河以北地区,降水量是影响植被生在的限制性气候因子。而秦岭-淮河以南地区,植被NDVI与≥10℃积温和降水量的分布无显著性规律。     

近50年来中国北方沙尘暴的分布及变化趋势分析

为了得到中国北方沙尘暴分布的总体认识,了解它的变化特征和近期动向,利用1952-2000年间中国西北及华北的强及特强沙尘暴资料等进行了分析。主要结论如下:中国北方的沙尘暴源区主要分布在河西走廊和阿拉善高原、南疆盆地南缘以及内蒙古中部三地区;近50年来中国沙尘暴频数变化的特点是,20世纪60~70年代波动上升,80~90年代波动减少,2000年后又急剧上升,未来可能将进入新一轮沙尘暴活动的活跃期;沙尘暴活动的变化与东亚大气环流的年代际变化和生态环境的变化有关。     

黄河流域植被覆盖度动态变化与降水的关系

利用8km分辨率Pathfinder NOAA-NDVI数据，对黄河流域1982－1999年地表植被覆盖的空间分布及时间序列变化进行了分析，并通过计算不同时段降水量与年最大NDVI之间的相关系数分析了降水对流域植被覆盖的影响。结果发现近20年来黄河流域平均植被覆盖度有增加趋势，但青藏高原上有所减小；汛期降水量的多少对地表植被覆盖度的年际变化起主要作用，其中草原地区影响最显著，而在森林植被区及部分灌溉农作区，降水的年际变化对地表覆盖的影响比较小。     

The 30m-NDVI-based Alpine Grassland Changes and Climate Impacts in the Three-River Headwaters Region on the Qinghai-Tibet Plateau from 1990 to 2018

The response of long-term vegetation changes and climate change has been a hot topic in recent research. Previously, a Landsat-based fusion model was developed and used to produce a dataset of normalized vegetation index (NDVI) for the Three-River Headwater region on the Qinghai-Tibet Plateau with a spatial resolution of 30 m and the time spanning the nearly 30 years from 1990 to 2018. In this study, the NDVI was applied to an analysis of the spatial and temporal changes in the alpine grassland and the impacts from climate change using the Theil-Sen Median method and linear regression. The results showed that: (1) The regional mean NDVI was 0.39 and showed a spatial pattern of decreasing from the southeast to the northwest in the recent three decades. Among the three parks, the Lancang River Park had the highest NDVI (0.43), followed by the Yellow River Park (0.38) and Yangtze River Park (0.23). (2) An upward trending was found in the NDVI time series at a rate of 0.0031 yr^-1 (R² =0.62, P < 0.01) over the whole period of 1990-2018. The increasing rate (0.00649 yr^-1, R² =0.71, P < 0.01) in the latter period of 2005-2018 was nearly 2.3 times of that (0.00284 yr^-1, R² =0.31, P < 0.01) in the previous period of 1990-2005. In the latest periods, the three parks experienced rates that were 2.3 to 63 times the corresponding values in the early period. (3) The NDVI is correlated more positively with temperature than precipitation. The impacts of climate change decreased along with the coverage fraction from the higher, median and then lower levels. The climate change can explain 34% of the variability in the NDVI time series of the areas with a higher fraction of grassland coverage, while it was 31% for the median fraction and 20% for the lower fraction. This study is the first to use the 30 m NDVI dataset spanning nearly 30 years to analyze the spatial and temporal variability and climate impacts in the alpine grasslands of the Three-River Headwater region of the Qinghai-Tibet Plateau. The results provide a basis for assessments on the ecological management effects and ecological quality based on long-term baseline data with a higher spatial resolution.     

基于SPOT VEGETATION数据的中国西北植被覆盖变化分析

 基于遥感和地理信息系统的技术,利用SPOT-VEGETATION NDVI(Normalized Difference Vegetation Index)数据对我国西部地区植被覆盖的情况进行了动态监测。采用MVC（Maximum Value Composites）、一元线性回归趋势分析和变化幅度百分比等方法分析西部地区植被变化特征,并结合西北五省土地利用类型图,分析不同植被类型的年最大化NDVI(MNDVI)变化趋势及特点。其结果是:近7 a来植被覆盖存在普遍退化的趋势,且2000-2001与2001-2002年度的变化幅度较大。在局部区域植被有改善的趋势, 但总的改善幅度小于退化幅度。分析结果表明, 植被改善的区域主要分布在陕西和宁夏的大部分地区以及新疆西北部和西南部地区。大部分地区植被退化。而且不同植被的MNDVI在相同的年份表现出相似的变化特点和趋势。     

基于NOAA NDVI 的中国植被绿度始期变化

在对1982-1999 年NOAA/AVHRR NDVI 数据集进行缺失处理、平滑处理以及残存误差订正的基础上,利 用基于NDVI 累积频率曲线的Logistic 拟合模型计算生成了各年份全国植被绿度始期数据, 统计了所有气候植被 类型和生物气候区的平均绿度始期,并对不同空间类型植被绿度始期的年际变化趋势与显著性程度、时空变化特 征等做了统计分析。结果表明：①全国大部分地区植被绿度始期呈提前趋势,其中华北平原、贵州东北部、湖南中南 部山地丘陵区、广东西部地区以及内蒙古高原东部典型草原区等明显提前。②植被绿度始期年际波动程度高于10 天的地区主要分布在农业植被区、常绿植被区和草原区,其中河套平原、关中盆地、河南中东部、川西盆地、广东、藏 东南边缘地带以及台湾部分地区超过15 天。③除温带荒漠以外,其它所有植被类型绿度始期均为提前趋势。④从 各生物气候区空间变化来看,随着年积温降低和干旱指数增大,植被绿度始期大致呈推迟趋势;从年际变化来看, 华南、华东、华中、华北、内蒙、东北和青藏区植被绿度始期提前,陕晋和西北区植被绿度始期推迟。⑤受1982～1983 年厄尔尼诺事件影响,各空间类型植被绿度始期分别表现为推迟和提前趋势。     

基于SPI指数的甘肃省河东地区干旱时空特征分析

干旱是西北地区主要的自然灾害之一。本文以甘肃省河东地区作为研究区,基于该地区38个气象站1971-2010年逐月降水数据计算标准化降水指数（SPI指数）,分析了不同时间尺度SPI指数的时间序列特征,探讨了SPI₃和SPI₁₂的年代际距平和倾向率的时空变化,以及特旱、重旱和中旱的发生频次。结果表明：（1）随着时间尺度的增加,SPI指数随机性在减弱,持续性在加强。干旱出现较多的时期为1991-2005年,出现较少的时期为1974-1982年。（2）20世纪80年代以前河东地区偏湿,90年代以后河东地区有偏干的趋势。河东地区行政区划分为7个部分,70-80年代,除甘南地区外,其余地区的SPI₃倾向率均显著增加;80-90年代,河东地区SPI₃倾向率持续减少,减少最明显的为定西地区;90年代到21世纪初,河东地区SPI₃倾向率又有增加趋势。对于SPI₁₂来说,自20世纪70年代到2010年,除甘南、陇南和天水地区的SPI₁₂倾向率为先减少后增加以外,其余地区均呈现先增加,后减小,然后再增加的趋势。（3）3个月时间尺度干旱的分布范围广,发生频次高,主要发生于河东地区的北部。12个月时间尺度的特旱主要发生在河东地区的北部,重旱和中旱主要发生在河东地区的东部。     

1982—2015年中国气候变化和人类活动对植被NDVI变化的影响

基于中国603个气象站的地表气温和降水观测资料以及GIMMS NDVI3g数据,采用变化趋势分析和多元回归残差分析等方法研究了1982—2015年中国植被NDVI变化特征及其主要驱动因素（即气候变化和人类活动）的相应贡献。结果表明：① 1982—2015年中国植被恢复明显,在选择的32个省级行政区中,山西、陕西和重庆的生长季NDVI增加最快,仅上海生长季NDVI呈减小趋势。② 气候变化和人类活动的共同作用是中国植被NDVI呈现整体快速增加和巨大空间差异的主要原因,其中气候变化对各省生长季NDVI变化的影响在-0.01×10 ^-3~1.05×10 ^-3 a ^-1之间,而人类活动的影响在-0.32×10 ^-3~1.77×10 ^-3 a ^-1之间。③ 气候变化和人类活动分别对中国近34年来植被NDVI的增加贡献了40%和60%;人类活动贡献率超过80%的区域主要集中在黄土高原中部、华北平原以及中国东北和西南等地;人类活动贡献率大于50%的省份有22个,其中贡献率最大的3个地区为上海、黑龙江和云南。研究结果建议应更加重视人类活动在植被恢复中的作用。     

气候变化和工程活动对青藏铁路沿线植被指数时空变化的影响

基于1982—2015年的GIMMS NDVI3g+及同期气候数据,利用最大值合成法获得青藏铁路沿线直接影响区和生态背景区的年内NDVI最大值、年际NDVI平均值,对其进行了趋势分析、变异分析、气候相关分析和残差分析,部分结果用MODIS NDVI（2001—2018年）进行了验证。研究表明：① 青藏铁路年际NDVI高度响应气候变化和工程活动,即施工前主要响应气候变化,年际NDVI呈缓慢上升趋势;施工中主要响应工程活动,年际NDVI呈显著下降趋势;运营中响应气候变化和工程活动的综合影响,年际NDVI呈缓慢上升趋势。② 青藏铁路的工程活动对沿线植被有显著影响。即施工前直接影响区和生态背景区年际NDVI增长率相近;施工中直接影响区年际NDVI增长率低于生态背景区;运营中直接影响区年际NDVI增长率高于生态背景区。③ 研究利用时空不变量,剔除了植被覆盖的空间异质性分量、周期性绿度分量,甄别出了气候变化与工程活动的贡献量。     

基于线性光谱分离技术的西藏乃东县土地覆被变化监测

青藏高原是全球气候变化研究关注的热点地区,也是中国生态保护的重点区域,其土地覆被变化研究对优化土地利用结构、改善土地覆被状况和生态环境具有重要意义。线性光谱分离技术是利用遥感手段监测土地覆被变化的有效方法。本文选取西藏乃东县为研究区,利用1988、2000和2010年三期Landsat TM、ETM遥感影像,采用线性光谱分离技术,定量提取了研究区三期影像中单个像元的植被、裸土、裸岩覆被率比例,同时将植被分量与NDVI结果进行对比分析。结果表明：①研究区山峦重叠,沟谷纵横,地表破碎,混合像元比例高,线性光谱分离技术可以很好地处理复杂地物的土地覆被变化;②1988-2010年间,研究区裸土面积下降幅度较大,植被覆盖率及裸岩覆盖率有所上升,说明本区植被得到一定的恢复,但同时石漠化也在进一步加剧;③通过对线性光谱分离的植被分量与NDVI结果比较,发现线性光谱分离技术对青藏高原土地覆被识别具有较好的适用性。