2000-2012年中国北方草地NDVI和气候因子时空变化

利用2000-2012年的MODIS NDVI数据,结合中国北方187个气象基准站年均温度和年降水量资料,对2000-2012年中国北方草地NDVI的时空变化特征和同期年均温度、降水量动态变化进行了分析。结果表明:(1)草地NDVI无明显变化的区域占北方草地总面积的64.35%,以荒漠草地为主;草地退化区域的面积(占北方草地总面积的23.97%)大于改善区域的面积(占北方草地11.68%)。(2)NDVI变异系数分析结果表明,2000-2012年以来中国北方草地68.37%区域呈稳定状态。其中,荒漠草地植被变异性较小,处于相对稳定状态的草地占其总面积的79.73%;而灌丛草地和典型草地的变异性较大,变化显著的草地分别占其草地面积的41.55%和45.92%。(3)北方草地区中,54.04%的区域年均温度呈升高趋势,大于温度呈降低趋势的区域,温度升高幅度最大为0.159 ℃·a^-1;年降水量呈增加趋势的面积达71.01%,远大于呈减少趋势的面积,降水量增加的最大幅度为23.29 mm·a^-1。     

基于多源遥感数据集的近30a西北地区植被动态变化研究

基于重构后的AVHRR GIMMS NDVI、MODIS NDVI、GLC 2000数据产品和研究区的128个气象站点的气温、降水数据,利用回归分析、相关性分析法,研究了西北地区近30 a(1984-2013年)以来不同植被NDVI的时空变化及其与气候的相关性。结果表明:(1)研究时段内,西北地区植被NDVI变化整体上呈上升趋势,将整个研究分为两个时段,1984-1997年呈小幅上升趋势,且波动起伏较大,最大值在1993年,最小值出现在1995年;1997-2013年也呈波动上升趋势,且上升趋势大于前一阶段。(2)空间上,西北地区植被NDVI变化存在明显的区域差异,大部分区域植被NDVI变化显著性较弱,昆仑山、塔里木盆地北部、祁连山、青海的中东西部、甘肃东部、陕西北部等地区植被NDVI显著增加;阿尔泰山、天山、伊犁哈萨克自治州等干旱地区植被NDVI下降趋势明显。(3)除甘肃的祁连山、青海东南部、陕西的秦岭等地植被NDVI的变化主要受气温的驱动外,西北地区植被NDVI变化与气温整体上呈弱相关,干旱半干旱地区植被与气温呈负相关;除甘肃南部、祁连山西段和陕西中部等一些年降水量较多以及灌溉农业区或草地以外,西北地区植被与降水呈较强正相关,降水是影响植被变化的主要自然因素;(4)不同植被类型NDVI的变化具有时空差异性,且与气温和降水的相关性不尽相同,与气温由强到弱:耕地灌丛草地沼泽湿地林地;与降水由强到弱:耕地草地灌丛林地沼泽湿地。     

植被NDVI对城市扩展及气候变化的响应——以西安及其附近区域为例

植被 NDVI 对城市扩展及气候变化响应研究,对于科学评估区域生态环境变化及调整与约束人类活动具有重要理论和现实意义。以西安及其附近区域为例,基于区域土地利用、MODIS NDVI、气温和降水数据,分析了植被 NDVI 对城市扩展及气候变化的响应,结果表明：（1）2000-2014 年研究区植被 NDVI 变化过程划分为2000-2007 年的显著增加阶段和2007-2014 年的显著减少阶段,前者主要分布于区域北部黄土高原、南部秦岭北坡,后者主要分布于区域中部关中平原尤其是西安及其附近区域。（2）2000-2015 年研究区建设用地增加1 428.27 km² ,建设用地增加区域植被 NDVI 呈显著减少趋势。（3）研究区植被 NDVI 与年降水量的相关性高于年平均气温,同时西安及其以南区域植被 NDVI 与年平均气温、年降水量均呈负相关关系,反映出城市扩展等人类活动对植被 NDVI 变化的影响超过了气候变化的影响。研究结果表明植被 NDVI 总体受气候变化控制,但局部受人类活动影响更为严重,并且植被 NDVI 对气候变化的响应表现出波动性,而对城市扩展表现出线性减少趋势性,为通过植被 NDVI 变化区分自然因素与人为因素对环境影响提供了可能。     

1982-2006年蒙古高原植被覆盖时空变化分析

在利用HANTS方法对GIMMS NDVI数据进行时间序列平滑处理的基础上,对蒙古高原1982-2006年植被覆盖时空动态变化进行了分析.结果表明:蒙古高原植被覆盖年平均上升趋势为0.0004·a-1,其中蒙古国的上升趋势(0.0005·a-1)比中国内蒙古(0.0003·a-1)更加显著,而内蒙古多年平均NDVI比蒙古国高0.0433;从不同类型植被NDVI变化趋势看,除森林和戈壁荒漠的NDVI变化趋势较平稳外,草地、农田和灌丛均呈显著的上升趋势;从空间分布趋势看,在过去的25年内植被覆盖呈增加趋势的地区主要分布在高原南部——内蒙古农牧交错区和蒙古国中、西和北部的山脉及其环抱的大湖盆地地区,而植被覆盖呈下降趋势的地区主要集中在高原中部的干旱地带和东部呼伦贝尔地区;从时间推移规律看,蒙古高原植被覆盖在4个不同研究时间段内(20世纪80年代、90年代、21世纪初和过去25年间)呈增加(包括显著增加)趋势的面积均大于呈下降趋势的面积,且其面积按20世纪80年代＜90年代＜21世纪初的顺序依次增加.     

2001-2015年喜马拉雅南麓地区植被变化遥感监测

本文应用喜马拉雅南麓地区MODIS NDVI 植被遥感数据和格点数据,采用趋势线分析、多元回归等方法分析了该研究区2001-2015 年植被 NDVI_max 时空变化特征,同时利用Person 相关分析探讨了植被 NDVI_max 时空变化特征与气候因子的响应关系。结果表明：（1）2001-2015 年,喜马拉雅南麓地区年内平均 NDVI_max 1~3 月份呈下降趋势,4~6 月份开始缓慢生长,6~9 月份进入植被生长高峰期,10 月份开始逐渐降低;植被 NDVI_max 平均值为0.59,植被覆盖度较高;空间上植被覆盖度总体呈东南高西北低,由东南向西北递减;平均 NDVI_max 随海拔变化表现出明显规律性,80%的植被主要分布在较低海拔区（<4 050 m）。（2）15 a 间,喜马拉雅南麓地区植被 NDVI_max 变化具有阶段性特征,年均 NDVI_max 呈三个变化阶段：2001-2006 年和2010-2015 年分别以0.003 9·a^-1、0.005 3·a^-1 的速率增长,而2006-2010 年以-0.007 0·a^-1 的速率减少。植被生长季 NDVI_max 呈4 个阶段：2001-2004 和2007-2010 年分别以-0.001 8·a^-1、-0.010 6·a^-1 的速率逐年减少,但2005、2006 两年（0.014 8·a^-1）快速增长至最大值,2010-2015 年（0.006 3 a^-1）波动增长。空间上大部分地区表现出不显著退化,但少部分地区表现出不显著改善（0.05< p<0.01）,而西段低海拔区表现出极显著改善。（3）喜马拉雅南麓地区植被的变化主要由温度和降水量共同影响,此外,高海拔区气温上升引起的冰川融水对植被生长起到一定的作用,中部低海拔区可能还受到人类活动的影响。     

2000-2012年祁连山植被覆盖变化及其与气候因子的相关性

研究祁连山地区植被覆盖变化及其与气候因子的响应关系对这一地区土地利用总体特征以及对区域及全球气候和环境变化都将产生深远的意义。利用2000-2012年美国国家航空航天局提供的MODIS NDVI数据并结合相应的气候资料,通过对逐像元信息的提取和分析,运用均值法、斜率分析法、相关分析法,研究了2000-2012年不同季节祁连山植被覆盖的时空变化及其与气候因子的相关性。结果表明:13 a来祁连山植被覆盖整体上呈增加趋势,其中春季植被改善最为明显,秋季次之;植被覆盖变化在不同季节都存在明显的空间差异;不同季节植被与气温、降水的时滞效应不尽相同;祁连山春季大部分地区NDVI与气温呈显著正相关,夏季NDVI与降水呈显著正相关,秋、冬季NDVI与降水、气温的相关性不明显。     

河西内陆河流域绿洲面积对地表径流的响应

利用NASA AVHRR NDVI 3g遥感资料计算得出河西内陆河流域植被归一化指数（Normalized Difference Vegetation Index, NDVI）,将NDVI>0.20区域视为绿洲,通过计算绿洲区NDVI的变差系数和线性斜率分析1982—2013年绿洲面积变化,并进一步分析其对地表径流的响应特征。结果表明：河西内陆河流域绿洲整体呈扩张趋势,扩张区域主要在绿洲边缘区、河流两侧和尾闾;小规模斑块绿洲的破碎度呈增加趋势,连片的绿洲核心区相对稳定;绿洲面积随着出山径流变化呈现出阶段性特征,山区降水量对绿洲变化的贡献率约为地表径流贡献率的一半,冰川融水对绿洲面积变化的贡献率自东向西依次增加,绿洲区降水的贡献率则依次减少。     

青藏高原植被NDVI对气候因子响应的格兰杰效应分析

多变的气候和复杂的地理环境使得青藏高原植被对气候变化响应敏感,因此分析高原植被与气候因子之间的动态关系对气候变化研究和生态系统管理具有重要意义。论文基于1982—2012年青藏高原气象数据(气温、降水)以及GIMMS NDVI3g遥感数据,在像素级别上运用格兰杰因果关系检验方法,在月尺度和季节尺度上分析了高原植被NDVI(主要是草原)与平均气温、降水量之间的响应情况及因果关系。研究表明：① 月尺度上NDVI与平均气温之间、NDVI与降水量之间的时序平稳性比例高于季节尺度,月尺度下达到平稳性的植被区域分别占99.13%和98.68%,季节尺度下分别占64.01%和71.97%;② 月尺度下高原平均气温和降水量对NDVI影响的滞后期都集中在第12~13个月,荒漠草原、典型草原和草甸3种植被类型的滞后期一致,季节尺度下平均气温和降水量对NDVI影响的滞后期主要分布在第3~4和第6个季度,3种植被类型的滞后期差异性较大;③ 月尺度下,青藏高原约98.95%的植被覆被区的平均气温是引起NDVI变化的格兰杰原因,反之,大部分地区(约89.05%,除高原东南区域)内NDVI也是引起平均气温变化的格兰杰原因;季节尺度下,青藏高原中部以外植被区域(约92.03%)内的平均气温是引起NDVI变化的格兰杰原因,而在东部和西部部分地区(约50.55%)中NDVI也是引起平均气温变化的格兰杰原因;④ 月尺度下,高原东北和西北地区(约72.05%)内的降水量是引起NDVI变化的格兰杰原因,大部分地区(约94.86%,除东南部少量区域)中NDVI是引起降水量变化的格兰杰原因;季节尺度下,高原东南部(约61.43%)地区内的降水量是引起NDVI变化的格兰杰原因,高原中东部地区(约48.98%)中NDVI是引起降水量变化的格兰杰原因。总之,高原植被NDVI与气温、降水的相互作用显著,彼此均可构成格兰杰因果效应,但总体上气候因子的影响程度大于植被的反馈作用,月尺度的效应区域大于季节尺度的效应区域。     

中国植被NDVI与气候因子的年际变化及相关性研究

根据1982-2006年全国GIMMS NDVI资料,以及全国583个气象站点的气温和降水量数据,以像元为计算单元,分别以植被分区和气象站点为对象分析了植被NDVI、≥10℃积温和降水量的年际变化及相关关系。结果表明:(1)全国及各分区≥10℃积温均呈显著的增加趋势,降水量和植被NDVI整体上呈减小趋势,植被覆盖面积略有增加,且≥10℃积温增速越大则降水量减速越小。(2)全国植被NDVI与≥10℃积温和降水量分别呈微弱的负相关和正相关。由于地形地貌、地理位置以及人类活动作用的差异性,不同植被分区相关性有所差异。(3)秦岭-淮河以北地区,降水量是影响植被生在的限制性气候因子。而秦岭-淮河以南地区,植被NDVI与≥10℃积温和降水量的分布无显著性规律。     

1998—2012年黄河流域植被覆盖变化时空分析

利用黄河流域1998—2012年SPOT-NDVI数据及同期119个气象站的降水数据,计算每个像元的NDVI变化趋势,并结合植被降水利用效率来分析近15年来黄河流域植被覆盖的时空变化特征。结果表明：（1） 多年平均的植被指数有明显的空间差异性,随着纬度的增加,NDVI平均值呈降低趋势;（2） 从时间序列来看,黄河流域的植被覆盖呈逐年增加趋势,其中黄河上游NDVI值增长最为缓慢,中游保持稳定增长,下游增长最快;（3） 近15年来黄河流域植被覆盖的改善区域面积大于退化区域,植被恢复明显。最后,结合NDVI变化趋势和植被降水利用效率对上述结果进行了验证。     

2000-2012年青海湖流域NPP时空分布特征

利用青海湖流域及周边地区气象资料和MODIS遥感影像等数据,结合地理信息系统技术和植被净初级生产力(NPP)估算模型(CASA模型),确定了2000-2012年青海湖流域NPP值,并评价了其时空分布特征。结果表明:2000-2012年青海湖流域年均NPP为4.77×10¹² g,空间分布以青海湖为中心,由低到高呈环带状,并呈由东南向西北递减趋势,在青海湖北侧河流中游地区年均NPP达到最高,为374.19 g·m^-2。2000-2012年NPP呈波动中逐渐增长趋势,年均增加4.81×10¹⁰ g;NPP年内变化显著,7月NPP达到全年最高值,占全年的28.77%。13年间流域内大部分地区NPP呈增长趋势,显著增长区主要分布在共和县江西沟乡、石乃亥乡和天峻县周围;青海湖北侧哈尔盖河上游、沙柳河中游地区则是主要减少区。多元回归分析表明归一化植被指数(NDVI)和降水是青海湖流域NPP的主要影响因素。     

西藏NPP时空格局与气候因子的关系

根据2000-2012年1 km MOD17A3 NPP遥感数据和气温、降水等气象资料,在GIS支撑下,结合多种统计计算方法,对西藏NPP时空格局与气候因子的关系进行研究。结果表明:2000-2012年间西藏陆地植被的NPP为119.3～148.4 g·m^-2·a^-1,平均为135.2 g·m^-2·a^-1;近年来西藏NPP呈不显著上升趋势,NPP总体上由东南向西北逐渐变小。13年来西藏NPP在总体不变(面积占61.11%)的基础上略有增加(面积占10.7%);不同植被类型中阔叶林的NPP最大,为1 185.2～1 430.2 g·m^-2·a^-1,其次是混交林,为535.1～741.2 g·m^-2·a^-1,其后依次是稀树草原、针叶林、农用地、草地和灌丛;西藏NPP与气温、降水因子分别有较好的正、负相关性。所有植被类型都与年均气温呈正相关,其中草地的NPP与年均气温的相关系数达0.88,其次是针叶林为0.76,相关性最差为热带稀树草原0.13;与年降水量的相关性,除了热带稀树草原正相关(0.26),其余都负相关,草地、针叶林的相关系数分别为-0.79、-0.73。     

毛乌素沙地东南缘植被NDVI时空变化及其对气候因子的响应

了解植被生长对气候变化的响应是厘清生态系统动态关系的重点。基于1990—2018年气象数据和归一化植被指数（NDVI）,应用偏相关分析与地理探测器等方法,分析了在生长季,毛乌素沙地东南缘不同类型植被年均NDVI的变化趋势,探讨了年均气温与年总降水量对各类型植被的影响。结果表明：（1） 1990—2018年生长季研究区植被年均NDVI显著与极显著增加面积达97.9%,整体生态环境质量大幅度改善。2005年之前植被年均NDVI增速缓慢,此后以0.011·a^-1的速率发生了突变增加,其中灌丛类植被年均NDVI增长幅度最大。（2） 2000年为年总降水量与年均气温的趋势突变点,突变前年总降水量以-5.510 mm·a^-1的速率减少,此后以5.541 mm·a^-1的速率增加,且主要依赖于大雨雨量的增加;年均高温与年均低温在突变前上升速率分别为0.122 ℃·a^-1与0.230 ℃·a^-1,突变后,年均高温下降速率为-0.014 ℃·a^-1,而年均低温上升速率为0.022 ℃·a^-1。（3） 在植被年均NDVI缓慢增长阶段（1990—2005年）,年均低温对植被影响较大,与不同类型植被年均NDVI多呈显著正相关;在植被年均NDVI快速增长阶段（2006—2018年）,年总降水量与不同类型植被年均NDVI呈显著正相关,大降雨事件的频发使得降水量对于植被的生长起主导作用。年总降水量与年均气温尤其是年均低温的交互作用是促进植被生长的关键。     

1981-2015年新疆生产建设兵团植被生长变化特征

新疆生产建设兵团的农垦事业为新疆的经济发展和社会稳定做出了重大贡献,研究其植被生长变化特征对于评价当地农垦发展和生态环境状况具有重要意义。采用1981-2015年GIMMS-NDVI和MODIS-NDVI数据对新疆生产建设兵团植被生长时空状况进行了研究,结果显示：（1）兵团植被在年内生长变化方面与气温变化趋势相一致;年际变化方面,NDVI在2007、2008、2010、2012年和2013年相对较高,1982-1986年和1989年相对较低;年代际变化方面,植被生长在20世纪80年代相对较差、90年代次之、2000-2009年相对较好、2010-2015年最好。（2）空间格局差异方面,植被生长状况呈变差趋势的面积占总面积的37.69%,主要分布在各团场驻地建筑区,植被生长状况趋于改善的面积占总面积的62.31%,主要分布在团场驻地周边地区;兵团植被生长状况以轻度、中度和特重度波动改善为主,分别占总面积的17.29%、15.55%和12.35%,重度和特重度波动退化面积最小,仅占总面积的5.12%和2.11%。     

关中-天水经济区土地利用变化对净第一性生产力影响测评

净第一性生产力是表现陆地生态过程的关键参数,土地利用变化深刻影响区域的净第一性生产力。选取关中-天水经济区为研究区域,尝试对30 m精度的1980-2011年4期9月份左右Landsat 7的遥感影像以及CASA模型来估算关中-天水经济区的净第一性生产力,并用2011年遥感图像解译获得该年的土地利用数据,以及土地利用变化情况。在此基础上分析土地利用变化对净第一性生产力的影响,并且对关天经济区各县市净初级生产力进行了对比和分析。结果表明：1980-2011年,关中-天水经济区土地利用耕地、林地、居民建筑用地变化明显,南部秦岭山区多为林地与草地,净第一性生产力高达625.37 g C·m-2·a-1,而关中平原与天水地区人口居住区与开垦区净第一性生产力明显下降,最低达47.78 g C·m-2·a-1,人为的开发与利用土地降低了区域的净第一性生产力。所以,要继续施行落实退耕还林政策,控制城镇用地较大速度的扩增,以保持好区域的生态服务功能。     

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。     

基于高分辨率格点数据的1961-2013年青藏高原雪雨比变化

基于国家气象信息中心发布的1961-2013年全国0.5° × 0.5°逐日降水量和日平均气温格点数据集以及气象站点日降水量和日平均气温实测资料,采用森斜率,M-K突变分析,IDW空间插值以及小波分析等方法,对近53年来青藏高原的降水量,降雨量,降雪量以及雪雨比的时空变化,突变和周期等特征进行了分析.结果表明:① 从时间尺度上看,青藏高原的降水量和降雨量总体呈增加趋势,增加幅度分别为0.6 mm·a^-1(p < 0.05)和1.3 mm·a^-1(p < 0.001);而降雪量和雪雨比均呈下降趋势,下降幅度分别为0.6 mm·a^-1(p < 0.01)和0.5% a^-1(p < 0.001).② 从空间分布上看,青藏高原的大部分地区降水量和降雨量呈增加趋势,而降雪量却呈现减少趋势.因此,雪雨比在青藏高原相应呈现减少趋势.③ 突变和周期分析表明,青藏高原降水量,降雨量,降雪量和雪雨比的突变时间分别出现在2005,2004,1996和1998年左右,而周期变化集中为5年,10年,16年,20年左右.④ 青藏高原降水量倾向率和降雨量倾向率均随海拔的升高呈现出先降低后升高的变化趋势,降雪量倾向率随海拔的升高而降低,雪雨比倾向率随海拔的升高呈微弱的下降趋势.     

流域水热条件和植被状况对青海湖水位的影响

湖泊是陆地水资源的重要组成部分，也是局地气候和全球环境变化的敏感指示器之一。湖泊面积增加和水位的变化直接反映了流域内水量平衡变化过程，对区域和全球的气候变化的反映较为敏感。利用线性趋势法对青海湖流域长时间序列气象、水文资料以及流域水热条件和植被生长状况进行分析研究，利用皮尔逊相关系数法计算了各因素与湖水位的相关关系，旨在定量评估区域气象、水文、植被等要素的变化对和湖泊水位变化过程的贡献，开展细致的青海湖水位变化特征的影响因子探讨与分析。结果表明：该流域气候呈现显著的暖湿化趋势，其中流域年降水量总体上呈现弱的增加态势，气候倾向率为10.8 mm·（10 a）^-1；流域年平均气温呈显著的升高趋势（P <0.01）。流域年可能蒸散率和年实际蒸散波动较大，年实际蒸散虽有波动但增加趋势非常明显（P <0.01）。流域净第一性生产力（P）平均值为2.86 t DM·hm^-2·a^-1，呈现显著的增加趋势（P <0.01）。从1961年开始湖水位呈现逐年波动下降的趋势，到2004年水位最低（P<0.01）；2004—2015年的近10 a连续上升，上升速率达14.4 m·（10 a）^-1（P <0.01）。流域气温升高、降水量增加，流域气候呈显著的暖湿化特征，入湖河流径流量也呈现出弱的增加态势；气候暖湿化特征导致流域生物温度增加，植被生长状况得到改善，[WTBX]NPP[WTBZ]显著增加。年降水量增多，河流径流量增大，湖水位抬升；前一年的降水量、≥0 ℃积温、温度、径流量、NPP和蒸发量对湖水位的影响更大；NDVI和NPP的增加反映流域植被生长状况得到好转，从而增加了流域植被水土保持和水源涵养能力，对湖水位产生间接的影响。降水量、≥0 ℃积温、温度、径流量和NPP对青海湖水位起到正反馈效应，而蒸发量对湖水位主要起负反馈效应，年降水量和年径流量是湖水位变化的最直接的影响因子。