基于RUE和NDVI的人类活动对植被干扰强度分析——以桂西北为例

以岩溶地貌典型发育的桂西北为例,综合植被变化状况和驱动因子,采用聚类分析的方法将人类活动对植被干扰的强度进行分级评价。首先,采用直线斜率的方法对归一化植被指数（NDVI）和降水利用率（RUE）的变化趋势进行分析;其次,利用GIS技术,对NDVI变化趋势、RUE变化趋势和人口密度进行合成,并采用聚类分析的方法对其进行分类;然后,根据NDVI变化趋势和RUE变化趋势对各集群的人类干扰强度进行初步判断;最后,根据集群的人口密度值,修正各集群的地理属性,实现人类活动对植被干扰强度的分级评价。结果表明：（1）在区域尺度上,桂西北1999—2012年植被生长呈总体好转、局地退化的特征。（2）降水利用率大致呈现出从东南向西北递增的空间格局,1999—2012年植被降水利用率总体上呈略有上升的趋势,但空间上呈现出不均衡分布的特征。（3）1999—2012年桂西北人类活动对植被的影响总体是正向干扰效应大于负向干扰效应。人类活动正向干扰效应呈多中心非均衡分布特征,主要集中在以木论自然保护区和九万山自然保护区为中心的东北片区、金钟山自然保护区为中心的西北片区岑王老山自然保护区为中心的西部片区.负向干扰效应主要集中分布在东南部和西南部,以都安县和靖西县最为典型;中部地区人类活动对植被的影响并不明显,呈现出正向干扰效应和负向干扰效应零星分布的格局。（4）人类干扰主要集中在坡度25°以下区域,强度正向干扰主要分布在高程为400~1000 m的丘陵及低山区,强度负向干扰主要分布在高程400 m以下的中下坡、河谷盆地及峰丛洼地。     

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。     

1982—2017年黑河流域植被指数动态及其对气候变化与生态建设工程的响应

为改善黑河流域生态系统整体功能,缓解植被退化趋势,中国自2000年起先后在黑河流域实施了一系列生态建设工程。在气候变化背景下,客观衡量生态建设工程的效益具有重要意义。本研究基于1982—2017年归一化差异植被指数（NDVI）数据集和气候数据,采用趋势分析研究黑河流域植被的动态变化,结合偏相关分析和残差分析来剥离气候变化和生态建设工程对植被的影响。结果表明：（1）1982—2017年黑河流域植被NDVI总体波动上升,2000年后NDVI增加速率呈上升趋势;（2）气温和降水的增加趋势对NDVI起正向作用,且降水增加对NDVI的影响更显著;（3）自2000年生态建设工程实施后,人类活动对植被NDVI变化的影响占据主导地位,30.18%的研究区受到生态建设工程的正向影响,其中在耕地和林地的表现尤为突出。这表明生态建设工程对黑河流域植被增加产生重要影响。     

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。     

1982—2019年中国西南地区植被变化归因研究

西南地区是中国重要的碳汇地区,监测植被动态及探究气候变化和人类活动对植被的影响对于深入了解碳循环机制和促进经济可持续发展至关重要。本文通过融合GIMMS NDVI和SPOT NDVI获得1982—2019年1 km NDVI数据,并结合多时相土地利用数据和气象数据,使用趋势分析、偏相关分析和残差趋势分析探究了西南地区人类活动和气候变化对植被动态的相对贡献。结果表明：(1) 1982—2019年间西南地区NDVI整体呈上升趋势,年均增速为0.0020 a^-1;实施退耕还林前NDVI呈下降趋势,实施后转为上升趋势。(2)温度和降水整体对NDVI起促进作用,但存在明显的空间异质性。除中心城市外,温度对NDVI主要起促进作用;而降水对西南地区西部NDVI存在抑制作用,对东部NDVI主要起促进作用。(3)随着气候变化和人类活动影响的区域被分离,气候变化对植被恢复的贡献从30.47%增加到60.28%,而人类活动对植被恢复的贡献从69.53%减少至39.72%。本文研究结果表明在人迹稀少的西南地区西部,人类活动对植被的影响可能会进一步下降。     

亚洲内陆干旱区NDVI与树木生长的气候响应及其影响因素

基于亚洲内陆干旱区的树木年轮宽度指数（RWI）、归一化差异植被指数（NDVI）和气候数据,采用空间统计方法和相关分析法分析了NDVI和RWI变化的一致性,探讨了NDVI和RWI对气候的响应,揭示了影响NDVI和RWI气候响应的相关因素。结果表明：1982—2000年亚洲内陆干旱区的树木生长和NDVI均呈增加趋势,生长季NDVI与RWI大多具有同步性变化特征,大多数地区5、6月NDVI受同期气温的影响,而4、5月NDVI主要受同期降水的影响;RWI主要受6—7月气温和4、6月和7月降水或帕默尔干旱指数（PDSI）的影响;大部分地区的NDVI和RWI对气温的响应具有一致性,但它们对降水或PDSI的响应存在很大差异;海拔和水热条件对不同地区的NDVI和RWI的气候响应有较大的影响。本研究对于认识亚洲内陆干旱区植被与树木生长的气候响应及其影响因素具有一定的科学意义。     

1998—2012年黄河流域植被覆盖变化时空分析

利用黄河流域1998—2012年SPOT-NDVI数据及同期119个气象站的降水数据,计算每个像元的NDVI变化趋势,并结合植被降水利用效率来分析近15年来黄河流域植被覆盖的时空变化特征。结果表明：（1） 多年平均的植被指数有明显的空间差异性,随着纬度的增加,NDVI平均值呈降低趋势;（2） 从时间序列来看,黄河流域的植被覆盖呈逐年增加趋势,其中黄河上游NDVI值增长最为缓慢,中游保持稳定增长,下游增长最快;（3） 近15年来黄河流域植被覆盖的改善区域面积大于退化区域,植被恢复明显。最后,结合NDVI变化趋势和植被降水利用效率对上述结果进行了验证。     

1981-2010年气候变化和人类活动对内蒙古地区植被动态影响的定量研究

基于GIMMS NDVI以及MODIS NDVI数据,分析内蒙古地区1981-2010年的植被变化趋势,并结合气候、社会经济数据,以旗县为单位定量分析气候变化和人类活动对植被变化的影响,结果表明：①1981-2010年间,内蒙古地区植被变化具有典型的空间异质性,其中植被显著增加区域主要集中在西南部的阿拉善盟、鄂尔多斯市以及东部通辽市等地区,显著减少区域主要集中在北部的锡林郭勒盟以及东北部的呼伦贝尔市的部分地区;②对于植被显著增加区域,人类活动作用的影响面积最大,其次为气候因素,气候与人类活动的耦合作用也对植被增加有一定显著影响;内蒙古西部降雨量的增加、围封禁牧政策的实施以及农作物播种面积的增加为驱动植被增加的主要因素;③对于植被显著减少区域,人类活动的作用略大于气候因素;内蒙古中东部地区降雨减少以及近10年来部分旗县风速的增加是导致植被显著减少的重要气候因素;虽然人工造林、农作物播种面积会增加局部植被盖度,但在县域尺度不足以抵消干旱对植被生长的不利影响,反而会导致区域植被退化。     

藏西南高原植被覆盖时空变化及其与气候因素和人类活动的关系

研究基于MODIS-NDVI数据和气象数据,利用趋势分析、相关分析及残差分析等方法,分析了2000―2020年藏西南高原植被NDVI在不同时段的时空变化特征及气候因素和人类活动对植被NDVI的影响,结果表明：近20 a来藏西南高原植被NDVI呈增加趋势,不同时段植被NDVI增长速率存在显著差异,主要表现为秋季>生长季>夏季>全年>春季>冬季;不同时段植被NDVI的分布格局虽存在差异,但高原东部植被覆盖度明显高于西部地区;高原大部分区域植被状态基本稳定,局部明显改善,部分区域有所退化;年际尺度上,气温和降水的增加导致植被NDVI升高,季节尺度上,春季、秋季和冬季气温升高导致植被NDVI升高,降水的增加导致植被NDVI下降,夏季和生长季气温升高导致植被NDVI下降,降水升高导致植被NDVI增加;人类活动对高原大部分区域呈正面影响,局部地区呈负面影响,集中分布在半农半牧和纯牧业县区。     

1999—2010年中国西北地区植被覆盖对气候变化和人类活动的响应

中国西北地区气候干旱,频繁出现沙尘天气,属于生态脆弱区域,而植被变化是生态系统对气候变化响应的指示器,研究其变化对改善西北生态环境具有重要意义.本文利用1999—2010年归一化植被指数(NDVI)以及气象数据研究中国西北地区植被覆盖时空变化,以Sen趋势度结合Mann-Kendall检验、相关和偏相关分析以及残差法分析人类活动和气候变化对植被覆盖变化的影响.结果表明:西北地区植被覆盖整体呈增加趋势,但在局部地区气候干旱少雨和人类活动抑制植被生长.植被变化强度空间差异是人类活动和气候要素共同作用的结果:气温高,降水少,大部分地区植被覆盖与气候要素相关显著,并且植被变化对气温和降水的响应存在一定滞后时间;蒸发量大于降水量,人类引水灌溉弥补降水不足,使得农业植被呈增长趋势.新疆北部地区植被覆盖呈下降趋势,原因是气候干旱、沙漠化严重会抑制植被生长,人类活动频繁、城市扩建同样会破坏植被生长.     

2000年以来朝鲜植被覆盖变化及其与气候因子的相关性研究

生态环境的可持续与人类福祉和生态系统服务息息相关,研究植被覆盖变化及其与气候因子的相关性,探讨植被覆盖时空变化规律,探究气候因子对植被变化的驱动机制,对预见气候因子对生态系统影响、制定生态环境可持续保护策略具有深远意义。基于此,利用美国国家航空航天局发布的MODIS NDVI数据并结合相关的气候资料,通过对像元信息进行提取与分析,采用最大合成法、克里金插值法、相关分析法等方法,对2000-2016年朝鲜全境植被覆盖变化及其与气候因子的相关性进行了研究。结果表明：朝鲜全境植被覆盖空间分布不均,北部盖马高原、东北部咸镜山区,中、东部山地丘陵区为高值区;西、南部平原地区,东部沿海地带为低值区。NDVI值整体上增加,局部减少,空间差异明显。植被生长受气温和降水双重驱动,其中,气温对植被年内生长变化比降水作用更大;而气温因素中,年平均气温对植被生长的影响程度略大,NDVI对降水的响应存在明显滞后效应;NDVI对温度和降水的响应程度与空间地理位置、高程有关。区域植被NDVI年际变化主要受年最低气温和人类活动的影响。     

植被NDVI对城市扩展及气候变化的响应——以西安及其附近区域为例

植被 NDVI 对城市扩展及气候变化响应研究,对于科学评估区域生态环境变化及调整与约束人类活动具有重要理论和现实意义。以西安及其附近区域为例,基于区域土地利用、MODIS NDVI、气温和降水数据,分析了植被 NDVI 对城市扩展及气候变化的响应,结果表明：（1）2000-2014 年研究区植被 NDVI 变化过程划分为2000-2007 年的显著增加阶段和2007-2014 年的显著减少阶段,前者主要分布于区域北部黄土高原、南部秦岭北坡,后者主要分布于区域中部关中平原尤其是西安及其附近区域。（2）2000-2015 年研究区建设用地增加1 428.27 km² ,建设用地增加区域植被 NDVI 呈显著减少趋势。（3）研究区植被 NDVI 与年降水量的相关性高于年平均气温,同时西安及其以南区域植被 NDVI 与年平均气温、年降水量均呈负相关关系,反映出城市扩展等人类活动对植被 NDVI 变化的影响超过了气候变化的影响。研究结果表明植被 NDVI 总体受气候变化控制,但局部受人类活动影响更为严重,并且植被 NDVI 对气候变化的响应表现出波动性,而对城市扩展表现出线性减少趋势性,为通过植被 NDVI 变化区分自然因素与人为因素对环境影响提供了可能。     

1999-2010年陕甘宁黄土高原区荒漠化空间特征

荒漠化是中国当前面临的主要生态环境问题之一。本文以长时间序列的遥感数据NDVI为基础,关注其年际动态变化特征,选取植被降水利用率作为评价指标,利用时间序列分析方法和残差法,评价陕甘宁地区1999-2010年的荒漠化发展态势以及人类活动在土地退化中所起的作用,并初步讨论荒漠化逆转问题。结果表明：近12年,陕甘宁地区大部分地区植被功能显著增强,生态环境状况趋于好转,尤其在研究区域的中部以及黄河沿岸生态环境趋于好转较明显,只有极少数地区出现退化现象。陕甘宁地区植被生态功能适宜年降水量在300~500 mm区间,当年降水量大于500 mm时,植被功能恢复能力会出现衰退趋势。在研究区,人类活动主要表现为正作用,只有1.65%表现为负作用较少,且为不显著负作用,分布零散。干旱区、半干旱区荒漠界线不稳定,容易造成荒漠化逆转的假象,误导人们对荒漠化逆转评价。因此,判断荒漠化逆转问题要在特定的时空尺度上,同时要结合当年的气候以及人类活动的因素影响进行分析。     

应用遥感数据研究中国植被生态系统与气候的关系

应用1982-1994年NOAA/AVHRR的归一化植被指数（NDVI）资料和587个气象台站的数据对我国不同类型植被生态系统和气候的关系进行研究，首先将我国的植被类型划分为21类，在此基础上分别研究了不同时间尺度下我国不同区域，不同植被类型和气候的关系。结果表明：在多年平均状态下，植被生态系统NDVI水平主要受水分条件的影响；年内变化上，温度对植被生态系统季相变化化起着比降水略大的作用，年降水量造成了植被季相响应的差异，在年际变化上，分别研究了4个季节和整个生长期尺度上的关系，一般情形为温度和降水对植被的年际波动起着大致相反的作用，不同植被类型在不同的生长时期（季节）对气候的变化响应方式也不同，发现在植被的生长期，我国南方和北方的植被生态系统对温度和降水的响应方式相反；同时存在2个植被-气候敏感区，分别为我国北方的典型草原到森林的过渡区和云南中部部分区域。     

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。     

毛乌素沙地东南缘植被NDVI时空变化及其对气候因子的响应

了解植被生长对气候变化的响应是厘清生态系统动态关系的重点。基于1990—2018年气象数据和归一化植被指数（NDVI）,应用偏相关分析与地理探测器等方法,分析了在生长季,毛乌素沙地东南缘不同类型植被年均NDVI的变化趋势,探讨了年均气温与年总降水量对各类型植被的影响。结果表明：（1） 1990—2018年生长季研究区植被年均NDVI显著与极显著增加面积达97.9%,整体生态环境质量大幅度改善。2005年之前植被年均NDVI增速缓慢,此后以0.011·a^-1的速率发生了突变增加,其中灌丛类植被年均NDVI增长幅度最大。（2） 2000年为年总降水量与年均气温的趋势突变点,突变前年总降水量以-5.510 mm·a^-1的速率减少,此后以5.541 mm·a^-1的速率增加,且主要依赖于大雨雨量的增加;年均高温与年均低温在突变前上升速率分别为0.122 ℃·a^-1与0.230 ℃·a^-1,突变后,年均高温下降速率为-0.014 ℃·a^-1,而年均低温上升速率为0.022 ℃·a^-1。（3） 在植被年均NDVI缓慢增长阶段（1990—2005年）,年均低温对植被影响较大,与不同类型植被年均NDVI多呈显著正相关;在植被年均NDVI快速增长阶段（2006—2018年）,年总降水量与不同类型植被年均NDVI呈显著正相关,大降雨事件的频发使得降水量对于植被的生长起主导作用。年总降水量与年均气温尤其是年均低温的交互作用是促进植被生长的关键。     

藏东南三江并流核心区植被时空动态变化及其气候驱动力分析

植被生长状况及其分布对气候等影响因子的响应是当前生态学研究的热点之一。基于2000—2016年MODIS NDVI数据和气象数据,用Sen+Mann-Kendall等方法分析了藏东南三江并流核心区植被的时空变化及其与气候因子的关系。研究结果表明：① 该区植被覆盖整体趋于稳定,呈缓慢增加趋势,不同植被类型覆盖空间异质性明显。② 植被变化趋势结果显示植被覆盖变化以稳定不变和改善趋势为主,区域总体呈稳中向好态势。③ 相关分析表明植被NDVI增加主要与气候暖化有关,与降水量相关性较小。此外,人类活动对植被影响的双重性表现为：大多地区植被改善受生态工程和围栏禁牧政策影响,局部地区植被退化则与城镇化进程加快有关。研究结果揭示气温是影响植被格局的主要气候因子,了解影响植被变化及其驱动因素的空间变异性可为山地植被生态环境保护建设提供一定的科学依据。