亚热带山地丘陵区植被NPP时空变化及其与气候因子的关系————以湖南省为例

以湖南省为研究区,采用250 m×250 m空间分辨率的MODIS-NDVI数据,结合相应时间段的气象数据,使用改进的CASA模型,模拟并分析该区域2000-2013年间的植被NPP的时空变化特征,并借助统计分析方法对不同土地覆盖类型中植被NPP的变化趋势及其显著性,NPP与气候因子的相关性进行量化分析.结果表明:① 该区域的净初级生产量年际变化特征明显,年净初级生产量分布在41.62~125.40 Tg C/yr之间,平均值为86.34 Tg C/yr,总体来看,14年间湖南省植被净初级生产量呈波动减少趋势,年际减少趋势为2.70 Tg C/yr;② NPP空间分布差异较大,基本特点是西高东低,南高北低,从西南向东北呈逐渐递减趋势,其中,各植被分区的NPP有明显差异;③ 2000-2013年,湖南省植被NPP呈极显著增加(slope >0,p < 0.01),显著增加(slope > 0,0.01 ≤ p < 0.05),无明显变化(p ≥ 0.05),极显著减少(slope < 0,p < 0.01)和显著减少(slope < 0,0.01 ≤ p < 0.05)的区域分别占总面积的比例为5.40%,2.02%,61.64%,16.79%和14.15%.植被NPP变化趋势总体上显示为减少的趋势,而不同土地覆盖类型的植被NPP变化趋势及显著性存在较大差异,其中草地的NPP变化趋势最为显著,接着依次是森林,其他土地,建设用地和农田;④ 分析不同土地覆盖类型的植被NPP对气候因子的响应,发现NPP与降水量之间的相关关系强于其与温度的相关关系.     

基于GIS和RS的区域氧气生产量模拟——以哈尔滨市为例

随着对气候变化研究的深入,大气中氧气含量变化也应引起关注。本研究利用绿色植物光合作用产生有机碳和氧气的原理,通过模拟植物各级生产力,估算出区域氧气生产量。利用MODIS的GPP产品,通过投影转换、影像裁切等处理,与GIS融合,采用C-FIX模型估算区域NPP、NEP,实现区域氧气生产量的总量估算和空间分布。以哈尔滨市为例估算了2008年区域氧气生产量,主要结论如下：①2008年哈尔滨市生产净氧气量394423.95t,植物自养呼吸消耗占初始氧气生产量的30.787%,异养呼吸消耗占0.001%,初始氧气生产量越多,植物自养呼吸消耗和异养呼吸消耗也多;②哈尔滨市处于高寒地带,2-12月氧气生产量基本趋近于0,夏季最高,秋季略高于春季;③哈尔滨市各月及全年以阿城区氧气产量最多,呼兰区、松北区次之,主城区即南岗区、道里区、道外区、香坊区及平房区最低。本研究采用RS、GIS等技术,利用植物光合作用原理,实现了区域氧气生产日、月、年总量估算和空间分布变化,为区域氧气生产量的估算提出了新的思路,为研究大气中氧气含量的变化和评价人类生活环境质量提供了依据。     

2000～2011年毛乌素沙地植被生长状况时空变化特征

采用2000~2011年MOD13Q1数据构建EVI时间序列谱,对毛乌素沙地植被生长状况的时空特征进行了研究。主要得出以下结论:①2000~2011年毛乌素沙地EVI年最大值以轻微波动为主,植被生长状况在2001年最差,2010年最好。②全区EVI年最大值按0.002 5/a的速度递增,植被生长状况趋于改善的面积占总面积的81.916%,主要分布在中部、东部和南部等地区;生长状况呈变差趋势的面积占总面积的18.084%,主要分布在北部、西部和中南部。③植被生长状况以轻度和中度波动改善为主,主要分布在西南、中部和东部;重度波动改善区主要分布在西南部和东南部,轻度和中度波动退化区主要分布在西南部、西部和中南部。     

北部湾海岸带植被覆盖时空动态特征及未来趋势

分析北部湾海岸带植被覆盖动态变化趋势,能为开展海岸带植被生态环境监测提供决策。以2000―2011年SPOT-VEGETATION逐旬NDVI数据为基础,采用MVC（最大值合成法）、标准差、线性趋势分析（SLOPE）和Hurst指数等数理统计方法对研究区植被覆盖时空变化特征及未来趋势进行定量分析。结果表明：1）研究区植被覆盖整体上处于变好的状态,在年尺度上呈现出“波动―明显改善”的趋势,且海岸带东岸与西岸的植被变化趋势快于丘陵地区;在季节尺度上NDVI的增长速率为：秋季＞夏季＞春季＞冬季;在月尺度上NDVI在6―11月植被生长迅速,而在1―4月则生长缓慢;2）NDVI均值的空间分布规律自东北―西南中心线呈现出“两头高、中心地带低”的趋势,且NDVI均值自西向东的变化规律为-0.026/1N°,具有经向地带性特点;3）NDVI的Hurst指数值为0.306 5~0.995 3,平均值为0.777 4,反持续性序列（15.78%）＜持续性序列（84.22%）,未来总体植被覆盖呈现出持续性改善趋势。未来需要重点进行保护的植被区域主要集中在十万大山的西南部、钦江流域的上游以及合浦县的西南部。     

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。     

2000-2014年秦巴山区植被覆盖时空变化特征及其归因

利用MODIS-NDVI数据,辅以趋势分析、Hurst指数及偏相关分析等方法,本文探讨了2000-2014年秦巴山区植被覆盖时空变化特征及未来趋势,并对其驱动因素进行分析。研究发现:1近15年秦巴山区植被覆盖呈显著增加趋势,增速为2.8%/10a,其中2010年之前植被覆盖呈持续增加趋势,增速为4.32%/10a,而2010年之后呈连续下降态势,降速为-6.59%/10a;2空间上,植被覆盖格局呈现"中间高、四周低"的分布特征,高值区主要分布在陕西境内的秦岭山地和大巴山山地;3秦巴山区植被覆盖呈增加和减少趋势的面积分别占81.32%和18.68%;然而,分段结果表明,2010-2014年有71.61%的区域植被覆盖呈下降趋势;4秦巴山区植被覆盖变化的反向特征强于同向特征,其中46.89%的区域将由改善转为退化,而持续改善地区仅占34.44%;5植被覆盖变化主要归因于降水的减少,同时拉尼娜年的植被覆盖整体好于厄尔尼诺年;6人类活动对植被覆盖造成双重影响,是植被覆盖变化的另一重要影响因素。     

云南省自然植被净初级生产力的时空分布特征

基于气候生产力模型,利用1960～2000年127个气象站气温、降水资料以及植被信息,对云南省自然植被净初级生产力的时空分布特征进行了分析。结果表明:41a云南自然植被年均NPP为4.23×108tDM/a,约占全国自然植被年均NPP总量的11.4%;单位面积的平均NPP为10.64tDM/(hm2·a),是全国平均水平的2.8倍。云南自然植被NPP随着纬度、经度和海拔高度的增加均呈现下降趋势,变化总趋势为北部<中部<南部,东部<中部<西部。云南自然植被NPP在干季(11～4月)和雨季(5～10月)差异显著,6～8月最大;41a来云南大部分地区自然植被NPP呈现上升趋势,20世纪70、80年代比60年代有所下降,90年代有所上升。气温增加,降水增加或不变的情况下,滇西北和滇东北NPP增加幅度大于其他地区,说明这些地区气温是制约自然植被NPP的主要因素;气温增加,降水减少的情况下,几个少雨区和多雨区NPP降低幅度大于其他地区,表明在上述地区限制NPP的主要因素是水分。     

2001-2015年中国植被覆盖人为影响的时空格局

基于MODIS-NDVI和气温、降水数据,使用基于变异系数的人为影响模型定量计算了2001-2015年中国植被覆盖人为影响,辅以趋势分析、Hurst指数等方法探讨了中国植被覆盖人为影响的时空变化特征及未来演变趋势。研究发现：① 2001-2015年,中国植被覆盖人为影响由南向北空间分异愈发明显,年均值为-0.0102,植被覆盖在人类活动影响下轻微减少,负影响面积占51.59%,略大于正影响面积。② 中国植被覆盖人为影响年际变化特征明显,整体呈负影响波动减少趋势,降速为0.5%/10a,其中正影响、负影响均呈增大趋势,正影响增速（0.3%/10a）远大于负影响（0.02%/10a）。③ 2001-2015年间,中国植被覆盖人为正影响重心向东北方向移动,负影响重心向西南方向移动,东北部植被覆盖在人为影响下不断改善,西南部人类活动对植被破坏程度不断增大。④ 中国植被覆盖人为影响主要呈负影响减少和正影响增大趋势,面积占比分别为28.14%和25.21%,生态环境趋于改善。⑤ Hurst指数分析表明,中国植被覆盖人为影响未来演变趋势的反向特征强于正向特征,主要呈人为负影响先减少后增大趋势,面积占比15.59%。     

珠穆朗玛峰国家自然保护区南北坡植被覆盖变化

利用2000-2009年MODIS NDVI数据,基于每个像元的生长季NDVI峰值进行了像元水平的线性趋势分析,研究珠穆朗玛峰自然保护区南坡和北坡的植被覆盖的空间分布和变化特征.结果表明:①保护区内植被覆盖显著改善区域和轻微改善区域NDVI-Max的年平均增加率分别为3.06%和1.25%;显著退化区域和轻微退化区域NDVI-Max的年平均减少率分别为2.82%和1.09%a 22000-2009年,保护区南坡的植被覆盖整体上呈现上升趋势,22.59%的区域显著改善,19.05%的区域轻微改善,24.75%的区域保持稳定;北坡的植被覆盖整体上呈现下降趋势,19.5%的区域严重退化,24.43%的区域轻微退化,38.12%的区域保持稳定.③南坡有植被覆盖的8种土地利用类型中,山区旱地植被覆盖呈现退化趋势,其余土地利用类型都呈现上升趋势;北坡有植被覆盖的10种土地利用类型中,植被覆盖都呈现退化趋势.     

基于生态系统服务权衡的粤港澳大湾区土地利用冲突识别研究

基于生态系统服务权衡视角表征土地利用冲突空间范围和强度,并以粤港澳大湾区为例进行区域实证分析。结果发现：1) 2010—2020年,粤港澳大湾区土地利用变化较为剧烈,其中耕地面积减少了1 440.90 km2（减幅为8.20%）,而城镇用地面积增加了1 649.92 km2（增幅为28.01%）。2）研究期间区域碳固定、土壤保持和产水量服务呈上升趋势,而食物供给和生境质量服务则呈下降趋势。其中,粮食供给和碳固定的高增益区以及产水量与土壤保持的高减损区均主要分布在研究区的西南部和西北部。3）研究区的土地利用冲突指数为1.05,土地利用冲突较强。主要原因是研究区权衡服务类型较多,且权衡关系较强。各分区的土地利用冲突强度由强到弱依次是自然或半自然区域（1.10）>半自然-半人工区域（0.97）>人工区域（0.77）>半自然区域（0.45）。4）空间分布特征方面,研究区土地利用冲突空间分布范围以弱冲突和中等冲突区域为主,但局部区域土地利用冲突较为剧烈。冲突等级从研究区外围到中部整体呈中等—弱—中等的空间分布结构。     

19世纪末黑龙江省的耕地覆盖重建

揭示过去100年尺度上的土地利用/覆盖变化是认识人类活动对气候和环境影响的基础。本文在充分吸收既有成果的基础上,利用历史文献中的县(府、州、厅)级耕地面积记录,通过构建综合聚落、地形和水系信息的垦殖倾向指数模型,在1 km×1 km像元尺度上重建了黑龙江省19世纪末的耕地覆盖,并与基于卫星遥感反演的2009年的耕地覆盖进行了对比。结果表明,黑龙江省19世纪末的耕地总面积为25397.00 km~2,主要分布于中南部,其中在海伦市、巴彦县、五常市、呼兰区、双城市、望奎县有集中分布;2009年的耕地面积为163808.70 km~2,广布于西南部、中南部和东北部。20世纪期间,黑龙江省耕地面积增加了138411.70 km~2,与之对应,垦殖率由5.60%增加至36.20%,增幅为30.6%。这意味着,20世纪农业开垦改变了黑龙江省30.6%的自然地表性质,其中,大约60962.00 km~2(约占新增耕地的44.00%)来自对森林的开垦,这部分新增耕地主要出现在东北部和西部边缘地区。本文的重建结果为进一步研究20世纪农业垦殖的气候、生态和环境效应提供了高分辨率的基础数据。     

近60年中国西南地区干旱灾害规律与成因

利用西南60多年干旱灾情资料,计算了干旱受灾率、成灾率、绝收率和综合损失率,分析了中国西南地区干旱灾害规律特点并对成因进行探讨。结果表明,西南近60年干旱灾害范围、程度和频次均呈增加趋势。受灾率、成灾率和绝收率均呈明显上升趋势,同时,各省也呈上升趋势,四川最明显,其次是贵州,云南最小。西南干旱综合损失率呈上升趋势,多年平均综合损失率为3.93%,21世纪综合损失率为7.29%,明显高于全国平均(5.51%)。近10年来干旱重灾中心发生了转移,云南和贵州干旱面积明显增加,西南干旱重灾中心向南北两边分离。综合损失率随土壤湿度、植被盖度和降水降低而增加,但随温度升高而增加。西南气温呈明显上升趋势,但降水呈减小趋势。西南温度升高是干旱灾害的主要因素,同时区域降水减少、土壤湿度降低和植被盖度降低等加剧了西南干旱损失和风险。     

塔城地区西北部低山草甸植被指数变化及其驱动力

以新疆塔城地区西北部低山草甸植被为研究对象,利用2001—2020年归一化植被指数（NDVI）、气象数据（年均气温和降水量）及社会经济发展数据（年末牲畜存栏数、肉类总产量和农牧民人均纯收入）,运用ArcGIS 10.5软件、R语言和matlab等语言,运用相关分析法和趋势分析法,研究了不同时段低山草甸植被NDVI、气象因子和社会经济发展数据的时空变化特征,从气候变化和人类活动角度探讨了影响低山草甸植被NDVI变化的驱动力,揭示了以往采取的草地恢复措施的有效性和时效性。结果表明：2001—2008年低山草甸植被处于“绿化”状态,“绿化”现象主要分布在研究区的西南、南部和东部,但存在“褐化”趋势,NDVI的降幅在夏季最大;2009—2020年处于“褐化”状态,“褐化”现象分布在除了研究区西南部的其他区域,但存在微弱的“绿化”趋势,NDVI的增幅在夏季最大;2001—2020年生长季总体呈“暖干”趋势,但2009年以来“暖干”趋势有所减缓,低山草甸的南部经历了一个降水减少的暖化过程,而西北和东北部则表现出降水增加的冷却过程;过去20年年末牲畜存栏数和肉类总产量都呈现先急速增加后平缓增加而又急...     

2000-2011 年三江源区植被覆盖时空变化特征

基于MODIS-NDVI 数据,辅以线性趋势分析、Hurst 指数及偏相关系数等方法,本文从三个尺度分析了近12 年三江源区植被覆盖时空变化特征、未来趋势及其驱动因素。结果表明:(1) 近12 年三江源区植被覆盖呈现增加趋势,增速为1.2%/10a,其中长江源区、黄河源区植被均呈增加趋势,而澜沧江源区植被呈下降趋势。(2) 三江源区植被覆盖具有显著的区域差异,且NDVI频度呈现“双峰”结构。(3) 近12 年三江源区植被覆盖呈增加趋势和减少趋势的面积分别占64.06%和35.94%,且表现为源区北部增加、南部减少的空间格局。(4) 三江源区植被变化的反向特征显著,植被变化由改善趋势转为退化趋势的区域主要分布在长江源区和黄河源区的北部,而由退化趋势转为改善趋势的区域主要分布在澜沧江源区。(5) 三江源区植被对降水和潜在蒸散的响应存在时滞现象,而对气温的响应不存在时滞现象。(6) 三江源区植被覆盖的增加主要归因于气候暖湿化以及生态保护工程的实施。     

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。     

中国降水量变化的空间分布特征与东亚夏季风

利用NCEP/NCAR海平面气压场和中国站点月降水量资料,研究了中国近47 a来的降水量变化空间分布特征及东亚夏季风与中国夏、秋季降水的关系.1961-2007年中国年降水量减少的区域主要在东北、华北、西北东部、西南东部和华南西部,形成一个东北一西南向的带状区域,其余大部为增加趋势,其中陕西北部和四川中南部减少趋势显著...     

关中平原城市群植被覆盖的时空特征与影响因素

植被是全球及区域生态系统环境变化的重要指标,也是对人类社会活动有重要贡献的资源之一。为了研究关中平原城市群不同区域植被覆盖变化对自然和人文因子的响应,以划分为三个区域的植被作为研究对象,选取2000—2017年MODIS-NDVI遥感数据,运用趋势分析、探索性空间数据分析与地理探测器等方法,从时序演进与空间分布方面研究了18 a内植被覆盖的演化及分布特征,定量分析影响植被覆盖的主导因子。遥感数据要通过投影转换、拼接、最大值合成等方法进行处理,再运用Python程序进行影像批量裁剪,将遥感数据和气象数据进行分区统计,最后对该处理数据进行讨论研究。结论表明：（1） 研究期内关中平原城市群植被覆盖呈显著上升趋势,NDVI平均值增速为0.077·（10 a）^–1,阶段性变化特征明显,其中2005—2007阶段和2011—2013阶段极显著增加,最大上升速率达到了0.05·a^–1。（2） 空间上总体呈现“南高北低”的分布特征,研究区总体得到改善;高值区主要分布在南部秦岭北坡,受气候因子的影响更大,植被覆盖增加速度缓慢,达到轻度改善水平;低值区聚集在黄土高原边缘地区,植被增加趋势明显;中部关中平原极少部分地区植被覆盖出现了轻度退化或严重退化,以西安市及临近城市最为典型。（3） 热点区主要分布在秦岭山区及关中平原中部地区,冷点区则集中于黄土高原边缘地区,植被覆盖总体以增长为主。热点区格网数量持续增多,2013年达到最大为45.07%;冷点区域数量不断减少,2017年减少到9.82%;次热点区与次冷点区主要分布在中部平原地带及北部地区,由连片分布转化为零散分布,且总量不断减少。（4） 自然因素对植被覆盖的影响最为突出,其中气温和降水为影响植被覆盖的主导因子,决定力q值分别为0.955和0.931,且气温的影响大于降水的影响;人文因子影响力较为显著,GDP因子决定力q值达到0.387。研究可为当地改善植被覆盖环境提供理论依据。     

湖州塘浦(溇港)圩田系统生态空间敏感性评价

借助于GIS和RS技术,运用层次分析法,选取影响生态环境的10个因子进行单因子及综合因子评价,分析湖州塘浦(溇港)圩田系统生态空间的环境敏感程度及敏感区分布,构建研究区生态空间敏感性评价体系及生态空间布局优化策略。结果表明:研究区生态空间敏感性分布存在空间异质性,呈现边缘高、中心高、周边低的趋势,敏感性较高的区域为西南部(高程 600 m)及西北部,高、较高敏感区面积为500. 06 km~2,占总面积的25. 55%。从总体上看,研究区生态空间环境脆弱,生态问题突出,表现为区域内圩田水网布局错位、植被指数较低、溇港淤泥堵塞及高海拔区域圩田供水不足等,地理、自然、人文等因素是影响该区域生态空间敏感性的重要因素。因此,必须通过减少干扰等措施来保护塘浦(溇港)圩田的生境,形成对该区整体生态系统有支撑能力的空间结构体系。     

20世纪80年代以来西南喀斯特地区植被变化对气候变化的响应

气候变化与植被变化的关系已经在全球和区域尺度上得到了研究证明。在前人研究的基础上,基于AVHRR GIMMS NDVI和AVHRR GloPEM NPP数据集,通过对逐个像元信息的提取和分析,研究了20世纪80年代以来,我国西南喀斯特地区植被变化对气候变化的响应。研究结果显示:(1)20世纪80年代以来,西南喀斯特地区植被覆盖度和净初级生产量总体均呈增加的趋势,但不显著。植被指数的年际变化存在着明显的区域差异;(2)植被指数年际变化与气候因子年际变化的相关系数区域分异比较明显;(3)不同的植被类型对气候变化有着不同的响应特征;在该研究区气温变化对植被变化的影响要高于降水量变化对其影响;(4)植被指数年际变化与气候因子年际变化的相关系数在不同气候条件下分布的规律性比较明显。本研究将会增进对影响喀斯特生态系统稳定性的自然过程的认识,同时也会为喀斯特生态系统的管理提供科学依据。     

2000—2019年中国西北地区植被覆盖变化及其影响因子

中国西北地区土地荒漠化问题严重,生态环境脆弱。厘清该地区植被覆盖时空变化特征及影响因子,对生态环境保护具有重要意义。基于MOD13A3数据,通过最大值合成法处理获得2000—2019年归一化差值植被指数（Normalized Difference Vegetation Index,NDVI）时序数据,采用趋势分析、Hurst指数法及地理探测器对研究区植被覆盖的时空变化特征及影响因子进行分析。结果表明：（1）2000—2019年,研究区植被覆盖整体呈增长趋势,NDVI年增长速率为0.0027（P<0.05）,均值为0.252。空间分区年增长速率有差异,黄河流域片区（0.0062）>半干旱草原片区（0.0026）>内陆干旱片区（0.0018）。（2）研究区植被覆盖呈增长趋势的面积占55.77%,退化区域占3.76%,增长的土地利用类型以耕、林、草地为主。植被覆盖变化趋势具有持续性的区域面积占总面积的31.87%,其中持续性改善面积（17.04%）大于持续性退化面积（1.27%）,黄河流域片区增长情况及持续性增长情况最优。（3）影响植被覆盖空间分布的主要因子按影响力依次为降水、气温、日照、相对湿度,但对各分区的影响程度略有差异。黄河流域片区、内陆干旱片区空间分布受降水影响最大,半干旱草原区受日照影响最大。（4）研究区植被覆盖变化以自然因子与人类活动共同驱动为主,自然因子对植被生长的促进作用大于人类活动,且自然因子对植被覆盖变化的贡献率更高。本研究结果可为评估气候变化背景下西北地区生态环境变化提供参考。