草地植被指数季节变化的遥感动态监测研究

利用EOS/MODIS卫星遥感数据,针对MODIS的应用特点,借鉴国内外基于遥感手段监测植被的方法以及植被指数的研究进展,探讨了草地变化动态监测的方式和方法。以乌鲁木齐地区为研究对象,用植被指数最大合成法,合成了该地区2004年4月至10月每个月的最大植被指数图。同时,利用每月合成的最大植被指数图,以乌鲁木齐南郊天山中段北坡的草地为典型研究区,通过典型区野外实地采样得到与MODIS影像资料时相一致的草地地上生物量数据,并利用ENVI软件提取出典型区各样点的植被指数值,分析了遥感植被指数与植被生物量的相关关系,从而建立起了植被指数在草甸和草原不同季节的生物量估测模型。     

MODIS植被指数及其分县统计分析的实现

MODIS归一化植被指数(NDVI)已引起了广泛的注意,它与NOAA/AVHRR的NDVI既有联系又有区别。利用同一天的NOAA/AVHRR和EOS/MODIS资料,介绍了各县域内平均NDVI的统计方法和计算结果及NDVI与增强植被指数(EVI)的差异。MODIS和AVHRR两种资料得到的NDVI数值虽然有差异,但都能很好地反映植被的空间分布和时间变化。MODIS增强植被指数(EVI)对植被条件的变化更加敏感,使定量分析的精确性提高,具有较好的应用前景。     

基于MODIS增强型植被指数的青海省牧草产量估产研究

利用青海省22个生态环境监测站在2003和2004年牧草生长季内各月所测的牧草鲜草产量数据，并搜集了该时段内逐日的MODIS遥感数据，通过对图像的预处理，云区识别，植被指数的计算及月最大植被指数的合成，形成了与牧草产量数据相对应的MODIS EVI数据。然后按牧草生长季和草地类型建立了牧草鲜草产量与MODIS植被指数的关系模型。结果表明，牧草产量和MODIS EVI之间存在较高的相关性，用指数函数建立产量模型效果较好。按牧草生长季建立的牧草产量检测模型比按草地类型建立的模型相关性要高。     

利用EOS/MODIS数据估算西藏藏北高原地表草地生物量

植被生物量作为一个重要的植被状态参数,其估算不仅对研究陆地生态系统植被生产量、碳循环、营养分配等方面具有重要意义,植被生物量的大小直接影响人类对地表植被的利用特点,而且影响其他的生物物理参量。各种不同空间分辨率、时间分辨率和波谱分辨率遥感数据的出现,使得实时监测大范围的植被生长成为可能。文中根据2004年8月至9月草地植被地面观测资料结合同期的EOS/MODIS卫星遥感数据建立了西藏藏北高原草地植被地上生物量、绿色干物质获得量与EOS/MODIS归一化植被指数(NDVI)、增强植被指数(EVI)之间的关系,并与影响草地植被空间分布的主要气候和高程要素之间的关系进行了分析。结果表明:在藏北高原NDVI较EVI能有效地估算草地地上生物量和绿色干物质获得量;藏北高原草地地上生物量与绿色干物质获得量的空间分布特征是从东南部到西北部逐渐减少,东南部部分地区每平方公顷的草地地上生物量在2000 kg以上,到西北部地区减少到200 kg以下。影响草地地上生物量空间分布的主要气候要素是降水,两者的相关系数为0.64,其次为温度,相关系数为0.44;草地植被地上生物量的空间分布与高程呈反比,即海拔越高的地段生物量越低。     

基于NDVI的西藏不同草地类型生物量回归建模分析

旨在建立西藏地区不同草地类型的NDVI遥感估测模型,利用多元线性回归建立了不同草地类型的鲜草生物量与SPOT/VEGETATION多年平均年最大归一化植被指数(NDVI)、年降水量和年积温等变量的回归估测模型。并分析了所有草地类型的平均鲜草生物量与平均年最大NDVI、平均年降水量等因子的相关关系。结果表明:年降水量是鲜草长势最重要的影响因子,基于NDVI的鲜草生物量多元线性回归模型能很好的拟合草地(R=0.964)、高寒草甸(R=0.959)、高寒荒漠草原(R=0.772)、温性草原(R=0.892)和高寒草原(R=0.797)等草地类型。      

甘南草地地上部生物量遥感监测模型

利用2007年和2008年16d合成的250mMODIS植被指数产品和地面调查资料,分析了甘南草地地上部生物量同光谱信息之间的相关关系,并建立了甘南草地地上部生物量遥感监测模型,继而估算了2007年和2008年甘南州及各县草地地上部生物量。结果表明:在牧草生长的主要时间里,草地地上部生物量同植被指数存在极显著相关关系,尤其与地面调查同期(8月中下旬)的增强型植被指数EVI相关性最高,相关系数达到0.782。利用EVI建立的三次多项式模型模拟结果明显优于其它植被指数,能较好地模拟草地地上部生物量。2007年甘南草地地上部生物量平均为5610kg/hm2,2008年为5605kg/hm2。与2007年相比,临潭、卓尼和迭部县地上部生物量略有增加,而合作、玛曲、碌曲、夏河和舟曲县则有所下降,以舟曲县下降最为明显。     

卫星遥感资料在青海草地资源监测及评价中的应用研究

利用EOS/MODIS、NOAA/AVHRR卫星遥感监测的植被指数(NDVI)、地面定点监测的实际地上牧草产量资料,依据卫星遥感监测原理,在点和面上研究、建立了植被指数与牧草产量之间的关系模式,给出了草地资源卫星遥感监测和评价方法;监测和评价结果显示:2004年青海省草地资源从东南部向西北部逐渐递减,产量最高区处于黄南州南部和果洛州东南部,最低区处于西北部的柴达木盆地,近20a来天然草地资源的分布规律没有发生变化,但草地生产力在逐步下降,草地资源在逐年减少,仅果洛州全州平均牧草产量比1986年下降了4.04%,牧草总量减少85.10万t,理论载畜量减少了63.11万只绵羊单位;暖干旱化的气候变化趋势,是造成青海省天然草地生产力下降,呈现退化趋势的主要原因。     

基于MODIS冬小麦长势监测研究

本文在对比分析MODIS NDVI与AVHRR NDVI的系统误差基础上,以MODIS/AVHRR卫星资料、地面农情观测资料为主要数据源,开发出淮北平原冬小麦长势监测旬、月MODIS NDVI比较模型和MODIS NDVI半定量监测指标模型,该模型在2005年检验应用中得到与实际较一致结果。     

NOAA卫星2007年总云量数据精度评估

以2007年数据为例,利用MODIS产品和地面观测数据对NOAA/AVHRR计算得到的总云量进行数据质量评估。评估结果表明,利用NOAA/AVHRR计算的总云量能较好地反映中国总云量的变化特征,总体上在统计意义上要比站点观测总云量略偏低。当以地面观测云为真值,与MODIS云检测产品相比,利用NOAA/AVHRR检测的云像元准确性较高,误判率较低。利用EOF和SVD分解分析NOAA/AVHRR计算总云量与地面观测和MODIS产品的相似度,得到NOAA/AVHRR计算总云量在空间分布上更接近站点观测值,NOAA/AVHRR计算总云量与地面观测总云量SVD分解第一模态时间系数的相关系数(0.96)高于MODIS产品和地面观测总云量间的相关系数(0.76),特别在冬季,NOAA/AVHRR计算总云量明显好于MODIS总云量产品。     

西北地区陆地生态系统植被状态参数业务化遥感研究

植被指数(NDVI)和叶面积指数(LAI)是两个非常重要的陆地生态系统植被状态参数.我们首先利用最大值(MVC)合成方法使用先进遥感数据如MODIS、AVHRR3等得到旬合成植被指数(NDVI),然后利用最新的经验方法针对不同的陆地生态系统类型反演得到叶面积指数,重点研究了我国沙尘暴发生频率较高的我国西北地区植被覆被状态及其变化情况.植被指数能够反映区域,乃至全球范围植被年季状态,用于监测陆地生态系统植物光合作用活动及其变化.植被指数作为一个基础参数能够用于计算反演更高级别的陆地生态系统状态参数.叶面积指数直接影响植被的光合作用,蒸腾作用的变化和陆面过程的能量平衡状态.在沙尘暴预测研究中使用的起沙过程模型需要将叶面积指数作为一个关键输入变量,另外,绝大多数生态过程模型模拟碳、水循环时也都需要将叶面积指数作为一个非常重要的输入变量.我们总结了最新的叶面积指数经验反演方法,针对6钟不同的陆地生态系统类型应用不同经验模型计算得到了叶面积指数.     

基于MODIS NDVI和气候信息的草原植被变化监测

对植被的动态监测可以从一定程度上反映气候变化趋势。该文利用2000—2005年MODIS NDVI数据对锡林郭勒盟典型草原植被变化进行动态监测,在此基础上,以降水量、水汽压、平均气温、最高气温、最低气温、日照时数作为气候指标,分析锡林郭勒盟典型草原和荒漠草原MODIS NDVI与同期及前期气候因子的相关性,探讨草原植被变化的气候驱动因子。结果表明:2000—2005年锡林郭勒盟植被改善面积大于退化面积,植被退化面积最大的区域为荒漠草原,占全盟面积的12.84%,植被改善面积最大的区域为典型草原,占全盟面积29.09%。4类草原改善趋势由强到弱的顺序为草甸草原、典型草原、沙地草原、荒漠草原。对于典型草原,其NDVI与最高气温关系最密切,其次为水汽压;对于荒漠草原,其NDVI与最高气温关系最为密切,其次为最低气温。此外,NDVI对气候因子的响应表现出明显的时滞效应。     

4～10月藏北地区地表植被参数的卫星遥感研究

利用MODIS可见光和近红外1~3波段的卫星资料推算得到“全球能量水循环之亚洲季风青藏高原实验”(GAME/Tibet)实验区4~10月季风前后的地表植被参数的变化情况,并将其与NOAA-14 AVHRR卫星资料分析得到的实验区的植被参数进行了比较。同时分析了不同算法在青藏高原的适用性。     

基于MODIS的藏北高原植被分类研究

本文以那曲地区和拉萨市区(文中称藏北高原)作为研究对象,对该区域的植被进行分类。通过地面调查数据、遥感数据、中国植被图集扫描图中经几何校正的西藏藏北高原作为实际参考数据,利用R2V软件和Arc info软件的结合,得出西藏藏北高原植被的数字化图。同时通过中国植被图集中西藏藏北高原的数据和MOD IS卫星6、2、1通道合成数据的特点,利用最大似然估计监督类方法对2004年9月13和27日的EOS/MOD IS卫星遥感图像的西藏藏北高原部分植被进行分类。得出西藏藏北高原7个典型植被类型及其面积,可以反映出该区域植被的特征。这对可持续发展该区域的草地资源提供了决策依据。      

Response of a Grassland Ecosystem to Climate Change in a Theoretical Model

The response of a grassland ecosystem to climate change is discussed within the context of a theoretical model.An optimization approach,a conditional nonlinear optimal perturbation related to parameter(CNOP-P) approach,was employed in this study.The CNOP-P,a perturbation of moisture index in the theoretical model,represents a nonlinear climate perturbation.Two kinds of linear climate perturbations were also used to study the response of the grassland ecosystem to different types of climate changes.The results show that the extent of grassland ecosystem variation caused by the CNOP-P-type climate change is greater than that caused by the two linear types of climate change.In addition,the grassland ecosystem affected by the CNOP-P-type climate change evolved into a desert ecosystem,and the two linear types of climate changes failed within a specific amplitude range when the moisture index recovered to its reference state.Therefore,the grassland ecosystem response to climate change was nonlinear.This study yielded similar results for a desert ecosystem seeded with both living and wilted biomass litter.The quantitative analysis performed in this study also accounted for the role of soil moisture in the root zone and the shading effect of wilted biomass on the grassland ecosystem through nonlinear interactions between soil and vegetation.The results of this study imply that the CNOP-P approach is a potentially effective tool for assessing the impact of nonlinear climate change on grassland ecosystems.     

西北地区MODIS-NDVI指数饱和问题分析

为了了解西北地区MODIS-NDVI和MODIS-EVI两种植被指数的特点,本文利用美国NASA LP DAAC(Land Process Distributed Active Archive Center)2004年1~12月的250 m分辨率16天植被指数合成的MOD13 Q1数据集,对西北地区不同类型植被NDVI和EVI的特征进行分析,并对西北地区MODIS-NDVI饱和问题进行了初步研究。结果表明:NDVI和EVI对干旱—半干旱气候区植被覆盖度不高的植被类型描述能力相似,月际变化趋势一致。西北地区各种植被类型NDVI比EVI高,NDVI与EVI的差异总体上呈现从半荒漠、草原、农区到林区,随NDVI值的增加而增大的规律。对植被度覆盖度高的阔叶林和针叶林,在植被生长旺盛期,NDVI总在0.8附近波动,NDVI随植被的生长增加的很小,一直维持在一个高且平的范围内,不再能看出植被生长变化的现象,即饱和现象严重;而EVI表现良好,随着植被的生长而增加,能明显地反映出植被生长的季节变化。西北高寒草甸和陕西关中农业区NDVI也出现有不同程度的饱和,饱和时间因植被的不同从1~2月不等。0.8可作为NDVI饱和的阈值。NDVI饱和问题对卫星监测植被的研究和应用会产生误差,EVI能较好地解决NDVI的饱和问题。