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。     

高寒草地沙化过程的气候因子分析

利用高寒地区2000、2005、2010和2016年植被的NDVI和1971-2016年的气象要素数据,分析了高寒草地沙化的主要气候驱动因子和机制。结果表明:(1) 2000-2016年,NDVI呈现先增加后减小的变化趋势。中北部NDVI值最先开始减小,并逐渐向川西北扩张。(2) 20世纪90年代开始,研究区气温逐年上升,2000年以后增温趋势尤为显著。降水量逐年趋于减小,未发生显著变化,降水主要集中在夏季,日照时数呈减小趋势。21世纪以来,中北部平均风速呈增加趋势。(3)对NDVI解释力最大的因子是气温和降水,但随着时间推移,日照时数和风速的解释力逐渐增强。因子交互结果均表现为双因子增强或非线性增强,彼此之间的综合作用对沙化进程的影响较大。(4)玛曲和若尔盖多大风和沙尘暴天气,玛曲近3年的合成输沙方向均为SSE,属于低风能环境,风向变率为中比率,高风速级的输沙势占比重有所增加,风沙活动强度自西北向东南方向增强。综合来看,气温升高和降水减少是草地沙化的主导因子,日照时数影响草地植被的生长,风速、风向决定了沙化速率和蔓延方向。     

西辽河流域归一化植被指数与气象因子相关性分析

为了解西辽河流域归一化植被指数(NDVI)的分布规律、变化趋势及对气候变化的响应,利用2000—2018年西辽河流域11个气象站逐日气象资料和MODIS归一化植被指数数据集,通过线性回归和相关分析,探讨了生长季各月NDVI与气象因子的时滞性,以及气象站周围10 km缓冲区内不同植被类型NDVI与气象因子的相关性。结果表明：西辽河流域年平均气温、最高气温、最低气温和降水量均呈上升趋势。NDVI呈上升趋势,植被有所改善,不同植被类型NDVI均呈增加趋势,耕地增加趋势最快,耕地长势受益于农事活动的完善和增进。NDVI空间分布呈现中间低,四周高特点。生长季各月NDVI与降水量存在明显的滞后性,滞后期为1个月;仅8月NDVI与前1个月平均气温和最高气温存在滞后性。不同植被类型NDVI与平均气温、最高气温的相关性密切。耕地NDVI与气象因子的相关性较好。研究结果可为维护西辽河流域生态系统平衡提供参考。     

大兴安岭植被NDVI变化及其对气候的响应

利用S-G(Savitsky-Golay)滤波对2000—2016年呼伦贝尔市境内的大兴安岭植被NDVI序列进行逐栅格重构并剔除突变点,结合大兴安岭海拔、坡向、坡度等地理因子和气温、降水等气象因子,分析大兴安岭植被生长季NDVI的变化及其对气候的响应。结果表明:大兴安岭植被NDVI生长季均值呈上升趋势,平均增速为0. 029/10 a。植被NDVI随海拔的增加呈现先缓慢减小后迅速增加的趋势,随坡向变化不大,随坡度的增加而增加。植被NDVI的生长季均值与1 a前和2 a年前的降水呈现显著的正相关,具有明显的滞后性。在每年植被恢复生长初期各海拔植被均与气温呈现极显著的正相关,年内植被NDVI与降水的相关性在垂直方向上存在较大差异。     

近20年河池市植被覆盖度时空演变特征

利用2000—2019年MODIS卫星遥感数据获取的归一化植被指数(NDVI)数据,通过像元线性分解模型、最大值合成法等方法计算河池市植被覆盖度,对河池市植被覆盖度时空变化趋势和特征进行分析。结果表明,近20a河池市植被覆盖度整体呈增加趋势,上升速率为6.84%·(10a)-1,月最大、最小值分别出现在8月、2月,植被覆盖度在夏季最大、冬季最小;2011—2015年和2016—2019年两个时段的植被覆盖度有了明显改善,其中2016—2019年植被覆盖度的较高及其以上等级的面积占比为98.09%;河池市99.4%区域的植被覆盖度变化趋势为正向变化,大化县西部、巴马县南部及环江中西部等区域的年变化趋势率明显高于全市植被覆盖度年变化速率。     

春末夏初青藏高原植被对全球变暖响应的区域特征

利用1982-2002年Pathfinder NDVI遥感数据, 采用REOF和倾向度趋势分析方法, 研究了5～6月青藏高原地表植被变化区域特征及与全球变暖的关系。21年来高原区域春末夏初植被变化存在明显的空间差异, 且存在一个位于高原南北呈带状分布的植被显著变化区域。该区域内植被对全球气温变暖响应显著, 与前期5月北半球平均气温相关系数达到0.7675, 通过0.001显著性水平检验; 植被NDVI随气温升高呈现出显著一致的增加趋势, 增长速率超过10%/10 a, 是全球变暖响应的显著区和敏感区。进一步的分析表明, 对植被全球变暖响应显著的区域基本上处于高山山脉或半荒漠NDVI值低于0.12覆盖度较低的区域。不同植被类型对变暖响应的对比表明, 草地对全球变暖响应明显高于林地, 其植被NDVI 21年约增加10%。     

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。     

植被归一化植被指数对气候因子的空间敏感性

基于全球土地利用类型和覆盖度,利用生长季多年平均（1982～2015年）归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index,NDVI）和气候平均态（气温、降水量）数据,讨论了全球植被格局与气候因子之间的关系,建立了两者之间的多元回归模型,并分析了植被对气温和降水气候态敏感性的特征。植被与气候因子在气候梯度上存在明显的对应关系,回归模型可较好拟合气候态NDVI的全球分布格局,拟合与观测NDVI的相关系数达0.90。其中,常绿阔叶林、混交林、常绿针叶林、落叶阔叶林、农田和木本稀树草原空间分布的拟合能力较好（r>0.8）。不同土地覆盖类型的NDVI对气温、降水气候态的空间敏感性特征不同。整体而言,植被对气温和降水的敏感性呈现反相关关系（r=-0.6）。不同土地覆盖类型对气温表现出正/负敏感性,寒带灌木对气温的敏感性最强,而农作物、草原、裸地对气温负敏感性较大;植被对降水的敏感性均表现出正敏感性,其中落叶针叶林、草原和稀树草原对降水的空间敏感性较强。     

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。     

基于遥感数据监测若尔盖高原植被覆盖度变化

基于1982-2006年的AVHRR NDVI和2000-2013年的MODIS NDVI数据,通过数据一致性拟合建立了若尔盖高原的1982-2 013年NDVI长时间序列数据集,在此基础上运用像元二分模型计算得到若尔盖高原32年的逐月植被覆盖度。验证结果表明,平均绝对误差为10.51%,均方根误差为13.49%,R~2为0.62,具有较好的精度,说明遥感估算值合理可信。根据遥感计算得到的植被覆盖度,分析了若尔盖高原1982-2013年植被覆盖度的时空变化规律。若尔盖高原32年平均植被覆盖度为43.77%,在空间上表现出东部高、西部低的分布特征。1982-2013年期间若尔盖高原植被覆盖度整体上呈现上升趋势,平均变化速率为0.08%·a~(-1),其中1982-2001年植被覆盖度呈较大幅度波动,但是没有明显的上升或者下降趋势,2001-2013年则呈现较明显的上升趋势。32年期间植被覆盖度年变化率的空间差异性显著,中心区域整体上呈现较低的上升趋势,而在大部分地区植被覆盖度显著上升和显著下降的区域交错分布。     

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。     

典型喀斯特区植被变化及其与气象因子的关系——以广西百色市为例

利用2000—2017年广西典型喀斯特区MODIS NDVI卫星遥感影像,研究近20 a来喀斯特地区植被及不同等级石漠化区植被时空变化状况,分析降水及气温与喀斯特地区植被变化的相关性,探讨植被变化与气象因子的关系。结果表明:(1)研究区植被及各石漠化等级区植被年内NDVI变化特征均表现出"夏秋高,冬春低"的趋势,随着石漠化等级加重,植被NDVI均值降低。植被NDVI峰值多出现在8月上旬至9月上旬,谷值出现在1月和2月上旬。但以灌草为主的轻、中、重石漠化区植被NDVI峰值出现时间较早,以乔木为主的潜在石漠化区植被NDVI峰值出现时间较迟。(2)2000—2017年百色全喀斯特地区及各等级石漠化区植被NDVI均呈改善趋势,且重度石漠化区植被改善趋势最明显,轻度石漠化区次之。研究区植被多为稳定变化和改善趋势,改善、变化不大和退化面积比例分别为38.27%、57.86%、4.87%。(3)平均气温和降水量与研究区植被NDVI相关性均较高,且平均气温与植被NDVI的相关性总体好于降水量。年尺度气温和降水量对植被NDVI影响均较明显,季度尺度上,秋季和春季气温降水对植被NDVI影响较大,冬季影响最小。目前气候变暖引起的增温幅度有利于研究区植被生长,春夏季降水减少、秋季降水增多的气候变化趋势更利于研究区植被改善。     

三江源区植被指数对气候变化的响应及预测分析

利用1989—2008年NOAA-AVHRR的NDVI旬合成资料和地面月降水量、平均气温等观测资料,分析了三江源区NDVI时空变化特征及其对气候要素变化的响应。通过建立不同季节NDVI统计预测模型,对未来40多年间不同排放情景下三江源区NDVI变化趋势进行预测分析,研究结果表明:(1)三江源区NDVI分布呈现由东南部、东部向西、向北逐渐变低的趋势。4—10月为植被生长季,8月NDVI达最大值。(2)针对春、夏、秋季,NDVI与气温、降水均呈显著正相关(夏季降水除外),春、秋季较为显著; NDVI对气温的响应显著高于降水; NDVI对前一个月的气温、降水时滞效应最为显著。(3)未来40年,在三江源区气温持续升高,降水微弱增加的气候背景下,源区平均NDVI呈显著上升趋势,前10年增速缓慢,后30年持续稳步上升,且增幅较大。源区NDVI空间分布格局基本不变,RCP8. 5情景下NDVI的高值中心较RCP4. 5范围更大。RCP4. 5情景下NDVI迅速增长期为2026—2035年,高值中心位于澜沧江源区; RCP8. 5情景下为2016—2025年和2036—2045年两阶段,高值中心均在长江源区。两种情景下,源区变率高值中心均表现出由北向南移动的趋势。     

天山北麓植被指数变化特征及其与气温和降水的关系

利用1982-2005年的归一化植被指数(NDVI)和气象资料,研究了天山北麓各地区不同植被类型ND-VI的年际变化特征及其对气候因子的响应.结果表明:1)近24 a来天山北麓各地区植被指数在波动中有所增长.2)不同植被类型对气候因子的响应不同,但各类型植被NDVI都与气温和降水存在着明显的正相关关系.3)平原区植被指数增幅大于山区植被指数增幅,说明植被生长不仅受自然因素影响,也受人为因素影响.     

近50年兴宁市气温、降雨量和日照时数变化特征

利用兴宁市气象站1959~2008年气温、降水量及日照时数资料,采用常规统计、气候倾向率和距平分析,对兴宁市50年来的年、季平均气温、降水量和日照时数变化及其趋势进行分析。结果表明:(1)50年来兴宁市的年平均气温和年极端最高、极端最低气温均呈现逐渐上升趋势,但增温倾向不显著。4季平均气温的变化比较平缓,正、负距平年数相当。(2)50年来兴宁市年降水量变化不大,呈平稳趋势,负距平年占60%,秋季降水量呈明显递减趋势,春、夏和冬季降水量变化不显著。(3)50年来兴宁市日照时数递减趋势不显著,夏季减少趋势最显著,春、秋和冬季变化不显著。     

春末夏初青藏高原地表植被对全球变暖的响应特征

利用1982年～2002年Pathfinder NDVI遥感数据,采用REOF和倾向度趋势分析方法,研究了5～6月青藏高原地表植被的区域变化特征及时间变化趋势。21a来高原区域植被总体呈增加趋势,但这种变化趋势有着明显的时间和空间差异。表现为5～6月空间上存在一个位于高原南北的两条呈带状分布的植被显著变化区域。该区域内植被对前期气温变化响应迅速,生物量随气温升高呈现出显著的一致增加趋势,增长速率大都超过10%/10a,与前期4～5月全球平均气温相关系数达到0.71,是全球变暖响应的敏感区。进一步的分析表明这种对全球变暖响应的区域差异主要来自于植被分布的不同,植被变化显著的区域基本上处于高山山脉或半荒漠地区NDVI值低于0.12的本底植被覆盖较低的区域。从植被覆盖类型看,草地植被生物量随全球变暖增幅明显,21a约增加10%,对全球变暖响应明显,而中高覆盖区植被和其他类型植被随气温升高的增幅较小,对全球变暖响应较弱。     

1981—2017年黄河流域内蒙古段气候及植被生态变化状况

以黄河流域内蒙古段为例,基于NOAA/AVHHRR和SPOT数据和气象站点数据,利用Mann-Kendall趋势检验方法,对黄河流域内蒙古段NDVI和气候变化趋势进行研究。结果表明:(1)从气候上看,黄河流域内蒙古段和周边内蒙古境内气象站点的年平均气温呈现明显的上升趋势,气候倾向斜率为0.048℃/a,年降水量没有明显变化趋势,年平均相对湿度在空间上主要表现为黄河流域内蒙古段的北部明显减少,中部和南部无明显趋势;(2)1981—2017年,黄河流域内蒙古段NDVI从空间上呈现由北向南从低到高再到低的分布状态,NDVI以0.1～0.4为主,占本流域面积的74.4%;(3)NDVI值显著增加的区域占流域面积的43.39%,主要分布在河套平原、呼和浩特市、包头市、鄂尔多斯市交界处;NDVI无明显变化的区域占流域的38.07%,主要分布在阴山山脉、鄂尔多斯高原;NDVI显著减少区域占流域面积的17.94%,主要分布在大青山、库布齐沙漠;结合土地利用类型来看,耕地区的NDVI值较高,且变化趋势以显著增加为主,草地区的NVDI值较低,无明显变化趋势;(4)NDVI年平均值较高的区域,变化趋势以显著增加为主,在NDVI值较低的地区,NDVI的变化趋势以显著减少为主;准格尔旗和呼和浩特市交界地区植被覆盖状况较差,改善的趋势却十分明显。     

基于MODIS的天山山区草地类型植被指数变化特征及其与气候因子的关系

本研究建立基于MODIS的天山山区草地类型植被指数并分析其与气候因子的关系,研究发现：天山山区NDVI分布北部大,南部小;西部大,东部小。降水是影响天山山区NDVI的主要因子。天山山区在温度上升0.1℃,面雨量增加10%的情况下,NDVI增加2.5%。2000~2009年天山山区NDVI年平均值为0.35,温度呈上升趋势,降水呈减少趋势,对植被的生长不利,NDVI呈现出减小趋势,但减小不明显。天山山区NDVI最大值的年份,降水并不是最多的,说明植被的长势需要水分和热量匹配。1961~2009年天山山区的气候变化有利于草地NDVI的增加     

贵州乌江流域植被NPP的时空分布及其对气候变化的响应

基于MODIS/NDVI数据和贵州省地面气象观测资料,估算了2000—2020年贵州乌江流域的植被净初级生产力（NPP）,采用相关分析、多元线性回归等方法,对流域植被NPP的时空分布特征及其对气候变化的响应关系进行研究,结果表明：①近21 a贵州乌江流域植被NPP呈显著增加的趋势,平均每10 a增长率为74 g·C·m^-2。流域内植被NPP的空间分布不均匀,大部分地区在780 g·C·m^-2以上。②植被NPP与气温、日照时数具有显著的相关性。在NPP与气温的相关系数空间分布中,流域大部分地区以正相关为主,显著正相关区占到流域面积的69.98%。NPP与日照时数的相关性中,空间分布以正相关为主,其中显著正相关分布较为零散,主要集中在流域中南部和下游中部地区,西部和下游的南北部为负相关。NPP与降水的相关系数空间分布上仍然以正相关为主,显著正相关主要出现在西部边缘、中部和下游南北部地区,而负相关分布在流域的西南部、下游中北部地区。③植被NPP与不同气候因子的响应关系中,人类活动的影响作用显著并且具有差异性。此外,该文基于气候因子尝试建立了流域植被NPP的预报预测模型。     

利用条件植被指数评价西藏植被对气象干旱的响应

基于2000—2014年4—10月西藏气象站遥感干旱指数 (条件植被指数,VCI) 和气象干旱指数 (标准降水指数,SPI) 之间的相关性,评估植被对气象干旱的响应特征,通过分析气候环境要素对响应特征的影响并归纳相应规则,获取西藏地区植被对气象干旱有明显响应的区域分布。结果显示:VCI与12周时间尺度的SPI具有较强相关性,说明西藏地区植被生长对降水的响应大约滞后12周;植被对气象干旱响应不敏感的原因主要包括气候极度干燥或极度湿润、土地覆盖类型为森林、年平均归一化植被指数 (NDVI) 值过小、多年NDVI变化标准差过小、有降水之外的其他水源补给等;基于对区域气候环境要素特征的分析,可以得出西藏中部偏南地区植被对气象干旱有明显响应,主要包括拉萨地区、山南地区北部、日喀则地区东部、那曲地区中部和西南部、阿里地区的东南部。