2017年春夏呼伦贝尔草原干旱过程多种监测指数对比分析

以2017年春夏季呼伦贝尔草原干旱过程为研究对象,利用呼伦贝尔草原范围内6个气象站的气温、降水数据和MODIS NDVI数据,分析对比2017年4—9月多种气象干旱指数（Pa30、SPI30、SPEI30、CI、MCI）与植被状态指数（VCI）的监测情况。结果表明：只考虑单一降水的气象干旱指数（Pa30、SPI30）在4月波动较大,且此类指数无法反映出高温等其他气象条件对干旱发展的影响。综合气象干旱指数(CI、MCI)由于引入多时间尺度干旱进行计算,旱情缓解时轻旱等级持续的时间过长,且草原植被在降水增加后的恢复速度较快,造成干旱缓解期间植被与监测结果差异较大。MCI与同期和前1期VCI的相关性最好,CI和SPEI30与前1期和前2期VCI的相关性较好,而只考虑单一降水的气象干旱指数与VCI的相关性普遍偏差。植被对SPEI30的响应时间更长,更适宜草原生态干旱的早期预警使用。     

植被状态指数监测西北干旱的适用性分析

利用1982—2003年22年逐月GIMMS 8 km分辨率的NDVI数据和西北地区138个气象台站同期月降水数据,分析了植被状态指数(VCI)对西北地区历史干旱的监测能力。根据西北气候和植被类型的特点,选取雨养农业区、灌溉农业区和青藏高原高寒草原区为典型研究区域,研究了VCI对不同地区气象干旱的监测能力,并对VCI监测干旱的适应性进行分析。结果表明:VCI可以较好地反映西北大部分历史干旱的空间分布及其演变特征。对于不同的气候区域,VCI监测干旱的效果存在一定的差别。对于西北东部的雨养农业区,VCI能够较好地反映降水的盈亏对植被影响,是监测这一地区干旱的有效指标;在西北区西部的灌溉农业区,VCI基本不能反映这一地区降水的多寡,不能作为这些地区气象干旱监测的指标;VCI也不能反映青藏高原高寒草原区降水的亏缺,不能作为监测这些地区气象干旱的指标;在极涡干旱的戈壁、沙漠地区VCI会出现虚假的高值。     

基于TVDI的西藏地区旱情遥感监测

西藏大部分地区属干旱或重干旱区,干旱发生较为频繁,是影响农牧业生产最严重的灾害之一。文章利用拉萨接收站的中分辨率成像光谱仪(MODIS)资料提取的归一化植被指数(NDVI)和地表温度(ST),构建ST-IND-VI特征空间,依据该特征空间设计的温度植被旱情指数作为旱情指标,找出适合该地区的旱情判别模式,以2005～2008年6～7月同时段西藏地区卫星资料、气象旱情监测结果以及土壤相对湿度观测数据为例,进行旱情对比分析。结果表明,利用温度植被旱情指数(TVDI)法对西藏地区进行夏季干旱动态监测是可行的。     

西藏藏北高原典型植被生长对气候要素变化的响应

选取西藏藏北高原西部高寒草原植被、中部高寒草甸植被及东南部高寒灌丛草甸植被 3 种藏北地区最典型的植被类型, 结合临近 3 个气象观测站的资料, 分析这 3 种典型植被类型地区 1999—2001 年旬平均气温、旬总降水量和 SPOT VEGETATION 卫星 10 d 最大值合成归一化植被指数 (NDVI) 变化特征以及 3 种典型植被基于 SPOT VEGETATION NDVI 的生长变化对旬平均气温和旬总降水量两个主要气候要素变化的响应关系。 结果表明: 藏北地区降水资源的空间分布特点是东南部向西北部逐渐减少, 气温则由南向北逐渐递减, 与降水资源分布相反, 蒸发量西部高, 东部低; SPOT VEGETATION NDVI 能够较为准确地反映 3 种典型植被生长变化特征, 所反映的植被返青期和枯黄期等重要植被生长阶段与由积温计算的植被生长特征基本一致; 藏北地区基于 SPOT VEGETATION NDVI 的植被生长变化与气温的相关系数明显高于与降水的相关系数 , 其中以那曲为代表的高寒草甸植被的 NDVI 与旬气温和旬降水总量的相关系数最大, 分别为 0.81 和 0.68 , 表明藏北地区由于海拔高, 气候寒冷, 气温对该地区植被生长的影响明显高于降水的影响, 即该地区植被生长变化对气温的响应程度明显高于对降水的响应程度 , 是植被生长的限制性因素; 不同植被类型对气温和降水两个要素的响应程度大小依次是高寒草甸、高寒灌丛草甸和高寒草原。     

基于卫星遥感的植被NDVI对气候变化响应的研究进展

回顾了以往植被对气候响应的有关研究,从此类研究常使用的数据、方法及获取的结论3个方面进行了分析,重点阐述了归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index,NDVI）对降水、温度和辐射等气候因子的响应特征,并探讨了未来的发展趋势。结果表明,植被NDVI对降水的显著响应往往出现在干旱半干旱地区和干湿季气候差异明显地区,且具有一定的滞后特征,滞后的时间尺度与局地条件关系密切;温度成为植被NDVI 控制因子的情况常出现在温带或寒温带地区,与对降水的滞后响应相比,植被对于温度的滞后响应并不是特别明显;辐射对于植被的主导影响主要出现在低纬度的部分区域、高云量区域和高纬度地区的特定时间段内。认为量化人类在植被对气候变化响应过程中的作用,全球变暖情形下植被对气候响应特征的深入分析,以及植被受气候影响的多尺度特征可能是以后此类研究的发展方向。     

西藏那曲县NDVI变化及与气象因子、畜牧量相关分析

利用NASA提供的16天合成MODIS数据,以归一化植被指数(NDVI)作为植被覆盖特征指标,研究了2001~2008年那曲县NDVI变化特征,分析了温度、降水等气象因子与NDVI关系。结果显示:近年来那曲县最大NDVI、年均NDVI呈减小趋势;NDVI月变化与温度、降水显著正相关;年平均NDVI、植被生长季平均NDVI与气象因子相关性不明显;畜牧总量与植被生长季NDVI显著负相关。      

干旱严重指数（DSI）在内蒙古地区的适用性分析

利用MODIS遥感产品计算内蒙古地区2000—2019年植被生长季的干旱严重指数(DSI),并结合气象干旱综合指数(MCI)、植被状态指数(VCI)等干旱指数和典型干旱过程,对DSI在内蒙古地区的适用性进行分析。研究表明,DSI与MCI、VCI的平均相关系数为0.509和0.839,分别通过0.05和0.01的显著性检验,具有较好的一致性。与MCI相比,DSI具有更高的空间分辨率,能反映不同植被类型抗旱能力的差异和区域植被改善后抗旱能力的增强。与VCI相比,DSI受高植被覆盖区归一化植被指数(NDVI)饱和现象的影响更小,并在干旱缓解期的灵敏性更高。DSI在内蒙古地区的适用性较好,可在干旱监测研究与业务中进行尝试和使用。     

2000年以来中国区域植被变化及其对气候变化的响应

气候是植被变化的主要驱动因子,研究全球增暖背景下中国区域植被变化及其对气候的响应对于国家开展重大生态恢复评估和未来植被保护政策制定具有重要意义。利用2000-2016年MODIS植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)数据集,运用统计分析方法,从平均态、线性趋势、时间序列、相关性等方面系统分析了2000年以来中国区域植被变化及其对气候变化的响应。结果表明:中国区域NDVI在平均态上呈现从东南向西北递减的空间分布,受降水生长季的影响,东部地区植被指数明显较大;我国大部分地区NDVI呈现增加的趋势,其中湿润半湿润地区NDVI增长幅度为0.037·(10a)^-1,而在干旱半干旱地区变化较小[0.013·(10a)^-1]。NDVI的变化与气候驱动因素的相关性存在一定的区域差异,其中:NDVI与气温变化在东南沿海、东北东部以及青藏高原北部等地区呈现出显著正相关,而在青藏高原南部等地区呈现微弱的负相关;除青藏高原、塔里木盆地和东北北部等地区外,NDVI与降水量在全国大多数地区呈正相关。从全国平均来看,温度和降水变化对NDVI的贡献分别为7.5%和9.1%,其中温度对NDVI变化的贡献主要体现在湿润半湿润地区(9.3%),而降水的贡献则在干旱半干旱地区(12.2%)。植被变化对气候要素驱动的响应也呈现出明显的区域差异性,在我国东南沿海、云贵高原东部、四川盆地等南方地区以及黄河中下游、东北东部等部分地区,NDVI变化对气温的敏感性最强;而在中国北方干旱半干旱大部分地区,NDVI变化则是对降水驱动具有很显著的响应特征。总体而言,气温是驱动南方地区植被变化的主导因子,而降水则调控着北方地区植被生长变化。     

新疆地区植被对多时间尺度干旱的响应研究

新疆是中国干旱区的主体，区域内生态承载能力和植被覆盖率较低，受干旱影响突出。本文以标准化降水蒸散指数(Standard Precipitation Evapotranspiration Index, SPEI)表征干旱状况，以归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index, NDVI)表征植被状况，系统研究了1982—2015年新疆不同气候区、不同土地利用类型下，植被对多时间尺度干旱事件的响应及其时滞效应。结果表明：（1）新疆NDVI表现出北疆大于南疆、山区大于平原的总体分布特征。NDVI高值区集中在天山南北坡、阿尔泰山山脉，低值区分布于塔里木盆地边缘及昆仑山脉北缘，NDVI值普遍低于0.20；（2）北疆西部、西北部山区，NDVI主要表现出与较长时滞（12—24月）SPEI的高相关性（Rmax>0.6），而南疆植被NDVI普遍与短时滞（1—6月）SPEI呈较小相关性（Rmax<0.4）；（3）不同植被类型对干旱的敏感性存在差异。林地与长时间尺度（SPEI时间尺度中位数为11）SPEI相关性较大（相关系数中位数为0.49）；农作物对干旱的敏感性最低，但在人为活动干扰下其时滞尺度的离散程度最大。（4）对于不同气候区，半干旱气候区内植被对较长时期的干旱具有最高的敏感性；湿润区NDVI与SPEI相关性最小，极端干旱区干旱对植被影响的时滞性最短（SPEI时间尺度中位数为5）。     

基于逐月标准化降水蒸散指数的多尺度方法分析气候变化对澜沧江流域归一化植被指数的影响

基于澜沧江流域10个气象站点1951~2012年的日降水资料的逐月标准化降水蒸散指数(SPEI)值、各站1998~2012年流域的归一化植被指数(NDVI)值,利用SPEI以及趋势分析法,多尺度分析了澜沧江流域干旱发生的时间和强度演变特征以及上中下游NDVI时间变化特征,探讨了气候变化对植被变化的影响,并对NDVI与SPEI的变化进行了相关性分析。结果表明,不同站点和不同时间尺度的SPEI值均呈现出干旱化逐年加强的线性趋势,上游相对于中下游干旱态势较轻,且时间尺度越大,干旱波动趋势越明显;在季节尺度上,夏、秋、冬的SPEI值均呈下降趋势,其中冬季干旱最为严重;15年来澜沧江流域各区域年平均NDVI总体表现为先降低后增加,总体植被状况得到改善,其中下游较明显。从年际变化看,对于流域的不同区域,NDVI与不同尺度的SPEI的相关性和滞后性有较大差异,年代际之间的响应规律也不同,中下游的SPEI对同年NDVI的响应比较敏感,而上游则表现出明显的滞后性。说明NDVI对SPEI的响应比较敏感,干旱程度的变化在一定程度上影响着流域的植被状况,SPEI是影响NDVI的因素之一。     

Tibetan Plateau summer precipitation: covariability with circulation indices

Relations between Tibetan Plateau precipitation and large-scale climate indices are studied based on the Standardized Precipitation Index (SPI) and the boreal summer season. The focus is on the decadal variability of links between the large-scale circulation and the plateau drought and wetness. Analysis of teleconnectivity of the continental northern hemisphere standardized summer precipitation reveals the Tibetan Plateau as a major SPI teleconnectivity center in south-eastern Asia connecting remote correlation patterns over Eurasia. Employing a moving window approach, changes in covariability and synchronizations between Tibetan Plateau summer SPI and climate indices are analyzed on decadal time scales. Decadal variability in the relationships between Tibetan Plateau summer SPI and the large-scale climate system is characterized by three shifts related to changes in the North Atlantic, the Indian Ocean, and the tropical Pacific. Changes in the North Atlantic variability (North Atlantic Oscillation) result in a stable level of Tibetan Plateau summer SPI variability; the response to changes in tropical Pacific variability is prominent in various indices such as Asian monsoon, Pacific/North America, and East Atlantic/Western Russia pattern.

     

西藏地区植被覆盖特征与气象因子的相关分析

利用NOAA-AVHRR数据,以归一化植被指数(NDVI)作为植被覆盖特征的指标,研究1982—2000年西藏地区地表植被覆盖的空间分布及时间序列变化,讨论了各季节植被活动的状况。并通过计算不同时段降水量与年最大NDVI、典型区域NDVI与降水、平均温度之间的相关系数,分析了不同植被类型下气象要素与植被覆盖的关系。     

黄淮海地区植被活动对气候变化的响应特征

基于1982 -2003年GIMMSNDVI遥感数据和气象资料, 综合运用趋势分析、相关分析、奇异值分解等方法, 分析我国黄淮海地区植被活动对气候变化响应的时空特征。结果表明:黄淮海地区整体气候变暖趋势比较明显, 干旱化尚不显著, 年平均植被NDVI表现为略微增加的趋势。在年尺度上, 温度是敏感性最强的气候因子, 全年温度、降水、相对湿度对植被NDVI动态变化具有正效应, 而蒸发量具有负效应; 在季尺度上, 温度、降水的敏感性最强。自然植被对降水的敏感性最强, 其次是温度; 农业植被对温度的敏感性最强, 其次是降水。植被对气候变化响应的空间特征表现为, 植被主要生长季平均NDVI与温度距平场空间结构一致, 与蒸发量距平场反位相对应, 与降水量距平场呈北、南部正负相反分布, 与相对湿度距平场呈南、北向正负相反的空间分布。     

Assessment of vegetation dynamics and their response to variations in precipitation and temperature in the Tibetan Plateau

The Tibetan Plateau is a region sensitive to climate change, due to its high altitude and large terrain. This sensitivity can be measured through the response of vegetation patterns to climate variability in this region. Time series analysis of Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) imagery and correlation analyses are effective tools to study land cover changes and their response to climatic variations. This is especially important for regions like the Tibetan Plateau, which has a complex ecosystem but lacks a lot of detailed in-situ observation data due to its remoteness, vastness and the severity of its climatic conditions. In this research a time series of 315 SPOT VEGETATION scenes, covering the period between 1998 and 2006, has been processed with the Harmonic ANalysis of Time Series (HANTS) algorithm in order to reveal the governing spatiotemporal pattern of variability. Results show that the spatial distribution of NDVI values is in agreement with the general climate pattern in the Tibetan Plateau. The seasonal variation is greatly influenced by the Asian monsoon. Interannual analysis shows that vegetation density (recorded here by the NDVI values) in the entire Tibetan Plateau has generally increased. Using a 1 km resolution land cover map from GLC2000, seven meteorological stations, presenting monthly data on near surface air temperature and precipitation, were selected for correlation analysis between NDVI and climate conditions in this research. A time lag response has also been found between NDVI and climate variables. Except in desert grassland (Shiquanhe station), the NDVI of all selected sites showed strong correlation with air temperature and precipitation, with variations in correlation according to the different land cover types at different locations. The strongest relationship was found in alpine and subalpine plain grass, the weakest in desert grassland.     

Temporal and Spatial Variations in the Climate Controls of Vegetation Dynamics on the Tibetan Plateau during 1982–2011

The ecosystem of the Tibetan Plateau is highly susceptible to climate change. Currently, there is little discussion on the temporal changes in the link between climatic factors and vegetation dynamics in this region under the changing climate.By employing Normalized Difference Vegetation Index data, the Climatic Research Unit temperature and precipitation data,and the in-situ meteorological observations, we report the temporal and spatial variations in the relationships between the vegetation dynamics and climatic factors on the Plateau over the past three decades. The results show that from the early 1980s to the mid-1990s, vegetation dynamics in the central and southeastern part of the Plateau appears to show a closer relationship with precipitation prior to the growing season than that of temperature. From the mid-1990s, the temperature rise seems to be the key climatic factor correlating vegetation growth in this region. The effects of increasing temperature on vegetation are spatially variable across the Plateau: it has negative impacts on vegetation activity in the southwestern and northeastern part of the Plateau, and positive impacts in the central and southeastern Plateau. In the context of global warming, the changing climate condition(increasing precipitation and significant rising temperature) might be the potential contributor to the shift in the climatic controls on vegetation dynamics in the central and southeastern Plateau.     

NPP-VIIRS卫星在西藏植被监测中的应用研究

基于GIS空间分析和数学统计方法,利用TERRA、AQUA和NPP-VIIRS卫星数据反演了西藏日土县植被归一化指数（Normalized Difference Vegetation Index,NDVI）,并对不同卫星传感器反演结果的一致性进行了检验评估。结果表明:NPP-VIIRS卫星反演的NDVI值略大于TERRA和AQUA的反演值,其估算结果与MODIS卫星估算值存在较好的相关性。NPP-VIIRS卫星可以用于西藏高原植被长势监测工作,为西藏生态文明高地建设提供更加丰富的遥感数据支撑。