昼夜不对称性增温对秦巴山地植被NDVI的影响研究

通过收集1982—2020年秦巴山地94个气象站点逐日观测资料、2000—2020年MODIS归一化植被指数(NDVI)以及中国1100万植被数据集,利用Mann-Kendall检验、趋势分析以及二阶偏相关分析等方法,综合分析秦巴山地昼夜增温时序变化及增速差异,探讨秦巴山地植被NDVI对昼夜不对称增温的响应特征,分析昼夜不对称增温对不同植被类型生长的影响。结果表明：(1) 1982—2020年秦巴山地日最低气温和日最高气温存在明显上升趋势,夜间增温速率是白天增温速率的1.3倍,表明昼夜增温存在不对称性。(2)昼夜增温对秦巴山地植被生长促进作用更明显,显著性分析结果存在空间差异,但通过显著性检验的站点数量不多。(3)不同植被类型对昼夜增温响应特征有所差别,白天增温促进草丛、草甸、灌丛、阔叶林、农作物的生长,抑制了针叶林的生长,而夜间增温对植被生长的影响仅对草甸起积极影响,对其他植被类型均为消极影响。     

蒙古国植被物候特征及其对地理要素的响应

蒙古高原是中国重要的北方生态屏障。在全球气候变化的背景下,研究蒙古国植被物候变化特征对于认识蒙古国草地生态系统对气候变化的响应和促进区域畜牧业可持续发展具有重要意义。本研究利用非对称高斯拟合法对蒙古国2001—2019年MOD13Q1产品中的归一化植被指数（Normalized Differential Vegetation Index,NDVI）数据拟合,得到较为平滑的NDVI时间序列数据;基于TIMESAT平台,采用动态阈值法分析获得蒙古国连续19a植被物候数据。研究分析了蒙古国植被物候的空间分布及年际变化趋势,发现蒙古国植被返青期（Start of growing season,SOS）主要集中在110~150d,总体呈微弱推迟趋势,植被枯黄期（End of growing season,EOS）主要集中在270~310d,总体呈提前趋势,从而导致蒙古国生长季长度（Length of growing season,LOS）呈缩短趋势,且缩短时间最长可达2d以上。采用偏相关分析方法分析了植被物候对地形、降水、地表温度等地理要素的响应,表明蒙古国植被物候具有明显的空间异质性和海拔依赖性,不同植被物候对降水、地表温度（Land Surface Temperature,LST）的响应不同,SOS与日间LST呈显著正相关,EOS与夜间LST呈显著正相关,而LOS与年均降水呈显著负相关关系。     

中国温带昼夜增温的季节性变化及其对植被动态的影响

结合1982-2015年归一化植被指数（NDVI）、植被类型和气象数据,分别利用一元线性回归和二阶偏相关分析方法,揭示了中国温带地区的生长季不同季节昼夜增温的时空格局以及昼夜增温的不对称性对各类型植被活动的影响。结果表明：① 近34年来中国温带大部分地区季节性昼夜气温都存在显著的上升趋势;生长季昼夜增温速率呈现出不对称性,春季、夏季白天气温上升速度略快于夜间,秋季夜间增温快于白天;② 不同季节的昼夜增温对植被活动的影响呈现出明显的分异特征,相对于夜间增温,白天增温对植被活动影响程度更大,影响区域更为广泛;相比夏季和秋季,春季昼夜增温对植被活动的影响范围更广;③ 不同类型植被对昼夜增温速率的不对称性产生了不同的响应,并且在不同季节上的响应程度存在差异。     

基于Whittaker滤波的陕西省植被物候特征

运用Whittaker滤波重构MODIS NDVI时序数列,利用地理探测器对比滤波前后影像信噪比,采用动态阈值法获取2000-2012年陕西省植被的3个关键物候参数(返青期、枯黄期和生长周期),在此基础上分析了该区植被物候参数空间分布特征。结果表明:(1)Whittaker滤波能够平滑原始NDVI曲线,有效减少原始影像的噪声,提高影像辨识度,并且参数设置简单;(2)陕西省植被物候地区分异明显,不同气候区划类植被物候表现出中温带半干旱区-暖温带半干旱区-暖温带半湿润区-北亚热带湿润区的递变规律:返青期逐步提前,枯黄期逐步推迟;(3)植被物候受高程和纬度影响,并且纬度影响更显著。海拔每升高200 m,返青期推迟1.3 d,枯黄期提前0.6 d;纬度每升高0.5°,返青期推迟3.6 d,枯黄期提前1.2 d。     

基于蒙特卡洛生存分析探究东北森林物候的影响因素

植被是生态环境变化的指示器,分析植被物候的影响因素不仅有助于气候变化分析,提高区域气候模式的模拟精度,而且对于准确评估植被生长趋势、生产力以及全球碳收支均具有重要意义。基于遥感的植物物候监测已取得了长足的发展和进步,但当前利用大范围、长时间序列的遥感数据分析植被物候影响因素的研究尚不多,采用线性回归模型对非线性的植被物候影响因素进行分析可能存在偏误。因此,本文提出一种基于蒙特卡洛模拟的生存分析方法,对东北森林物候的影响因素进行量化分析。首先利用东北森林地区1982-2009年间AVHRR GIMMS NDVI数据,应用双Logistic曲线拟合方法对植被春季返青期（SOS）、秋季落叶期（EOS）及植被生长期（GSL）进行提取;然后基于蒙特卡洛模拟和生存分析构建植被物候影响因素分析模型;最后运用所构建模型探讨了东北森林区春季返青期、秋季落叶期的可能影响因素。结果发现：温度、降水和风力对中国东北森林关键物候期有一定影响,其中温度是春季返青期和秋季落叶期的最主要驱动因素,长期平均温度比短期内的温度突变对物候影响更显著,落叶期前的风速增加有可能使落叶时间提前;除了环境因素,春季返青早的年间秋季落叶倾向于更晚。研究表明,结合蒙特卡洛方法的生存分析可以较好地对物候期的影响因素进行定量分析,可为物候现象的归因分析提供一种新的方法。     

昼夜增温对南四湖湿地植被NDVI的影响差异

利用近40 a的Landsat系列卫星的MSS、TM和ETM+遥感数据,计算了南四湖湿地植被平均归一化植被指数（NDVI）,并以此为湿地植被活动的指标,结合南四湖流域内气象站点的逐年、逐月及逐日气温数据,揭示昼夜温度变化对湿地植被活动的影响差异。结果表明：1）近40 a来研究区日最高温（T_max）、夜间最低温（T_min）和日均温（T_ave）都存在显著的上升趋势;其中T_max与T_min增温具有不对称性,R²值分别为0.13和0.26,平均每10 a分别增温0.174℃和0.235℃,T_min的增温趋势更明显。2）在人为活动影响较弱的时段（1973―1999年）,偏相关分析显示,去除Tmin影响,T_max与NDVI呈现极显著的偏相关关系（R＝0.412,P＝0.008）;去除T_max的影响,T_min与NDVI的偏相关关系在任何时期内均不显著。这可能与湿地充足的水份条件以及昼夜增温对湿地植被的生态效应不同有关。     

黄土高原植被物候对季节性干旱的敏感性响应

在全球变暖的背景下,干旱事件发生频率和强度的增加导致陆地生态系统中植被多样性发生重大变化,研究植被物候对季节性干旱的响应对保护黄土高原的生态系统具有重要意义.基于MODIS遥感归一化植被指数(MODIS NDVI:MOD13Q1)数据及降水和气温逐月格点数据,采用岭回归分析方法,探讨黄土高原植被物候对季节性干旱的敏感性...     

内蒙古羊草草原物候及其对气候变化的响应

为了有效分析内蒙古羊草草原的物候及其对气候变化的响应,基于NOAA归一化差值植被指数(NDVI)时序数据,利用S-G滤波拟合方法对原始NDVI时序数据进行了重建,然后采用滑动平均法对重建后的NDVI数据进行了物候期识别,利用地面物候观测数据对识别结果的验证结果表明,"S-G滤波+滑动平均法"识别的物候期与地面物候观测结果具有较好的一致性。在此基础上,获取了各气象站点的物候期及其生长季长度,结合气候数据进行物候期和生长季长度对气候变化的响应分析显示,返青期呈提前趋势,主要与当年春季温度升高和前一年10月到当年4月的累积降水量增加相关;黄枯期呈提前趋势,主要与当年8月份温度升高相关;生长季长度呈延长趋势,主要是由返青期提前的幅度较黄枯期提前幅度更大所致。     

降水减少加剧气候变暖对西藏半干旱草甸草原物候变化的效应（英文）

植被物候被认为是全球变暖的一个敏感指标,特别是在青藏高原。然而,自2000年以来,对气候变暖是否能够促进草地物候期的提前存在争议。升温以及生长季节早期降水如何与之交互对半干旱草原物候产生影响鲜为人知。本研究中,我们提取藏北当雄草地2000–2014年生长季平均NDVI(GNDVI)和草地物候变化信息,分析了NDVI、物候变化和气候变化的关系。结果表明天然草地GNDVI呈下降趋势。GNDVI的年际变化主要受5月下旬至7月的气温和4月至8月的降水影响。由于生长季起始期不断延迟,生长季结束期基本不变,天然草地生长季长度大大缩短,这大部分是由于春季变暖和降水减少造成。水分有效性是研究区草地生长的主要决定因素,当草地生长的温度限制被打破后,升温将增加对水的需求。近10年来,由于蒸散和水分限制不断增强,降水减少进一步加剧了气候变暖对植被物候变化的效应。全球变暖和降水减少的综合影响可能会延迟半干旱高寒草地的物候响应。     

大气污染对京津冀地区夏季植被生长峰值的影响

植被物候是指示气候变化的重要因子，大气污染物变化对植被生长峰值的影响尚未得到充分探究。论文利用卫星观测的归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)2001—2015年的时序数据，分析京津冀地区植被生长季峰值(peak of growing season,POS)、生长期最大值(maximum vegetation growth,NDVI_max)的时间变化，探究大气污染物(PM_2.5)对POS、NDVI_max的影响，阐明PM_2.5对POS、NDVI_max与气象因子响应机制的影响。结果表明：燕山和太行山区POS较早且NDVI_max较大，东南部平原POS较晚，张家口地区、燕山和太行山区NDVI_max呈显著增加趋势。季前降水(季前指POS或NDVI_max与影响因子偏相关系数绝对值最大值对应的时间距多年平均POS的时间长度)对POS、NDVI_max     

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。     

青藏高原植被净初级生产力对物候变化的响应

该文开展了全球变暖影响下青藏高原植被净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)对物候变化响应机制的研究。首先,基于MODIS MOD13Q1NDVI数据集,采用动态阈值法和CASA模型分别反演了2002-2012年青藏高原植被物候和植被NPP。而后研究了青藏高原物候和NPP时空演变格局,分析了青藏高原不同生态单元、不同植被类型的NPP对物候变化的响应机制。结果表明:1)2002-2012年青藏高原高寒植被生长初期(Beginning of Glowing Season,BSG)提前(0.034d/a),生长结束期(Ending of Growing Season,EGS)推后(0.299d/a),生长期(Length of Growing Season,LGS)延长(0.300d/a),植被NPP与此相应出现不同程度的增加(1.494gC·m-2/a)。2)青藏高原植被NPP对植被物候变化的响应出现明显的区域分异。整体上青藏高原植被LGS的延长促进了NPP的增加,但由于不同地区主导气象因子的差异,两者之间的响应关系也存在明显差异。3)春季物候的提前对NPP所带来的影响明显大于生长结束期,而BGS主要靠影响春季NPP的累积进而影响全年植被NPP的总量。     

基于数码照片的植被物候提取多方法比较研究

植被物候能反映植被生长状况及其对气候变化的响应,在景观或更小尺度上自动化观测分析植被物候的演化是对大尺度遥感分析和单株植物人工观测的有效补充。基于物候相机观测网络(PhenoCam)中3种典型植被类型(森林、草地和农作物)站点数据,首先在群落尺度的感兴趣区(region of interesting,ROI)和像素2个尺度上计算植被指数,然后利用多种曲线拟合植被生长轨迹,提取关键物候参数,最后对相机物候参数进行了不确定性分析和卫星遥感物候的比较验证。结果表明:自定义ROI区域可以精确划定植被聚集区域,减少天空、地面等非植被要素的干扰;多方法的生长曲线拟合实验表明双逻辑斯蒂拟合法比较适用于单生长期植被,样条法较适用于多生长期植被;单生长期植被可直接采用多种物候参数提取方法(Klosterman,Gu,TRS,Derivatives)从生长曲线上提取关键物候参数,而多生长期植被可先用样条法拟合生长轨迹,然后采用变化点方法提取关键物候参数;生长曲线拟合与物候参数提取组合方法的不确定性分析发现,Klosterman方法具有较好的鲁棒性,各组合方法模拟实验的均方根误差均小于0.005;相机物候参数与MODIS EVI提取的遥感物候参数对比验证表明,二者在森林、农作物上的物候参数比较一致;像素级返青期参数的探索性分析发现,在像素尺度上能够识别群落内物种及个体间的物候差异,未来经过更深入的不确定性分析后,可尝试作为自动化分析群落尺度生物多样性的方法。     

1982~1999 年我国东部暖温带植被 生长季节的时空变化

利用1982~1996 年5 个站点的植物群落物候观测数据和物候累积频率拟合法, 划分各站逐年的植被物候季节, 并确定各季节初日对应的当地归一化差值植被指数(NDVI) 阈值。 在此基础上, 通过对物候站各年NDVI 曲线的年型聚类分析和区内所有像元逐年NDVI 曲线的空间聚类分析, 实现植被物候季节的时空外推估计, 从而得到我国暖温带落叶阔叶林地区1982~1999 年植被物候季节初日和生长季节长度的时空格局。结果表明, 多年平均的植被物 候季节初日和生长季节长度呈现出主要随纬度和海拔高度变化的空间格局。在这18 年中, 整 个区域的物候春季初日以提前为主, 且以华北平原提前的趋势最为显著;夏季、秋季和冬季 初日以推迟为主, 也以华北平原推迟的趋势比较显著;因此, 华北平原植被生长季节呈显著 延长的趋势。本文揭示的植被物候季节初日的趋势变化与华北地区各季节气温的趋势变化基本吻合;植被生长季节的趋势变化特征与欧洲单种植物物候生长季节, 以及欧亚大陆和我国温带遥感植被生长季节的趋势变化基本一致, 但植被生长季节初、终日期和长度的趋势值明显大于后者, 表明该地区植物物候对于气候变暖的响应更加敏感。     

站点尺度的青藏高原时序NDVI重构方法比较与应用

基于卫星遥感的植被指数时序数据广泛应用于植被覆盖监测、生物量反演等多个研究领域,但由于传感器本身、大气条件、环境特征等因素引起的噪声会影响数据的应用效果,因此开展植被指数时序数据重构研究具有实际意义。本文基于2000-2015年MODIS归一化差异植被指数(NDVI)数据,采用三次样条函数法、双逻辑斯蒂函数法和奇异谱分析法3种常用方法,对青藏高原106个气象站点所在的典型覆被NDVI时序数据进行重构,并以植被物候信息提取作为应用,比较分析了3种算法的保真性、细节拟合能力及物候特征提取效果。研究表明, D-L及Spline函数分别对受冰雪及云层影响较大(荒漠、灌木、林地)及较小的覆被类型(草原、农作物)表现出较好的细节拟合能力;SSA方法拟合能力较差,易出现NDVI重构曲线整体“下移”的现象,造成峰值拟合结果偏低,并且表现出NDVI绝对值越小拟合效果越差的现象。从保持原始数据真值的能力来看,受噪声点影响较大的覆被类型(林地、灌木、草原)Spline函数略优于D-L函数法;而林地类型中SSA方法表现优于D-L函数法。从物候信息提取结果来看,D-L函数法所提取的生长季稍有提前,Spline函数及SSA方法分别表现出生长季开始点及结束点滞后的现象,灌木、林地类型表现出明显的年际波动变化的特征,荒漠类型由于NDVI绝对值偏低,3种方法物候提取结果一致性表现出锯齿状不规则波动。此外,D-L方法生长季开始期(SOS)和生长季结束期(EOS)在各覆被区均小于其他方法,波动较大;SSA方法提取的EOS在大部分覆被地区大于其他方法;Spline提取结果的年际波动与SSA高度相似。该研究可为高原植被不同覆被类型下NDVI时序数据噪声去除的方法选择提供借鉴。     

基于MODIS EVI时序数据的云南高原山地森林物候特征识别

基于2000—2011年MOD13Q1产品的EVI时序,借助QA-SDS数据集消除云、阴影和冰雪等的影响后,采用非对称高斯函数拟合法进行时序重构,并运用动态阈值法提取云南高原山地典型森林植被的物候特征参数(即生长期开始时间、峰值时间、结束时间和生长期长度),进而分析了不同植被类型物候期规律及其主要控制因素。结果表明:1.从寒温性森林植被到热性森林植被的EVI值呈递增趋势;2.森林植被生长期开始时间、峰值时间和结束时间分别大致发生在3月中旬至4月中下旬、6月中旬至下旬和8月中旬至10月初,生长期长度为135～195 d;3.由寒温性植被向热性植被的生长期高峰时间和生长期结束时间总体呈延迟趋势,且生长期延长,生长期开始时间则由暖性植被向寒温性植被、暖性植被向热性植被双向提前;4.高原山地热量梯度决定了森林植被物候的空间格局,水分条件则主要控制着EVI和物候期的年际波动。     

近20 a呼和浩特市城市化对植被物候的影响

了解植被物候与城市化之间的关系对于认识人类活动对生态系统的影响至关重要。基于呼和浩特市近20 a MODIS的两种植被指数数据,利用动态阈值法提取了植被物候,结合城市化指标,研究了2001—2020年呼和浩特市植被物候对城市化的响应。研究表明：森林和灌木地返青期（Start of growing season,SOS）发生较早（平均值第132 d）,但其枯黄期（End of growing season,EOS）也较早（第265 d）。SOS较晚的是耕地（第168 d）,EOS较晚的是草地（第275 d）,表明研究区木本植物SOS和EOS均早于草本植物。人造地表植被物候年际变化较大,在SOS和EOS的物候变化率分别为每10 a提前4.1 d和推迟0.7 d。此外,以人造地表比率和城乡梯度信息（即从城市核心到周边农村地区的同心环）为城市化指标,探讨了呼和浩特市中心城区植被物候对城市化的响应。研究发现SOS随人造地表比率上升而提前,EOS则出现相反的趋势。从城乡梯度上看,在特定范围内,远离城市中心SOS波动上升,即距城市中心越远植被SOS越晚,而EOS逐渐下降,即距城市中心越远植被EOS越早。总之,不同的城市化指标显示了植被物候对城市化的非线性响应。     

基于EOS/MODIS 数据的NDVI 与 EVI 比较研究

作为NOAA/AVHRR 归一化植被指数(NDVI) 的延续和发展, EOS/MODIS 归一化植被指 数(NDVI) 和增强植被指数( EVI) 在许多领域得到广泛应用。应用数理统计和地统计学方法对二 者进行的对比研究表明: NDVI 在植被生长旺盛期容易达到饱和, 而EVI 则能克服这一现象, 比 较真实地反映植被的生长变化过程; 相同空间分辨率下, EVI 取值范围、标准差与变异系数均高 于NDVI, NDVI 数据比较均一, 其空间相关性高于EVI, EVI 更能反映研究区域内植被空间差异。 关键词:MODIS; 归一化植被指数(NDVI) ; 增强植被指数( EVI) ; 对比     

蒙古高原NDVI的空间格局及空间分异

基于GIMMS NDVI多年最大值合成数据,采用空间统计学方法,利用Moran’ s I系数分析、半变异函数分析以及分维分析等3种方法,对蒙古高原NDVI空间格局及空间分异特征进行研究。结果表明:(1)蒙古高原NDVI的空间分布在全局范围内呈现正的空间自相关,相似的NDVI值倾向于聚集在一起,这表明蒙古高原植被具有较好的整体性,地表植被无显著破碎化;(2)蒙古高原NDVI的空间分布虽然同时受到结构性因子和随机性因子的影响,但结构性因子占据绝对控制地位,结构性因子引起的空间变异占系统总变异的88.7%;(3)蒙古高原NDVI存在各向异性的分布特征,具有相似NDVI值的像元主要沿着西北-东南方向展布;全局NDVI空间自相关距离约为1178km,西北-东南方向与东北-西南方向的空间自相关距离比可达2.4 ∶ 1。     

MODIS NDVI时间序列在三江平原湿地植被信息提取中的应用

以三江平原为研究区,利用多时相的中分辨率成像光谱仪(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer,MODIS)影像数据,采用一种基于归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)时间序列的监督分类方法获取了研究区湿地植被的分布数据。监督分类以NDVI时间序列的波形所反映出的植被物候特征作为分类器,将离散的傅立叶变换应用于NDVI时间序列以减少高频噪声对分类的影响,并运用傅立叶变换后波形幅度和相位的相似性来确定像素的归属类别。根据研究区植被的物候特征的差异,区分出7种地表(沼泽、沼泽化草甸、滩地、水田、旱地、灌木和林地)的植被类型,得到三江平原2005年湿地植被的分布数据。该方法的总体分类精度达到79.67%,Kappa系数为0.752 5。研究表明,基于MODIS多时相NDVI数据,采用基于傅立叶组分的相似度分类方法可以客观、经济、快速的提取湿地植被分布数据。