京津冀地区NDVI变化及气候因子驱动分析

植被覆盖动态监测及与气候变化的响应,是陆地生态系统研究的重要内容。本文以2001-2013年间京津冀地区MOD13A 3月合成NDVI数据,结合生长季的降水和气温资料,运用偏相关和复相关分析、趋势分析方法,研究了该区域NDVI的变化特征和空间分布,以及其区域植被覆盖变化的气候驱动力。结果表明,该区域NDVI最大值在13a间缓慢增加,植被覆盖呈现改善趋势;NDVI和生长季降雨量及平均气温的平均偏相关系数分别为0.20和-0.14,表明在年际变化水平上,京津冀地区NDVI总体与降水量呈正相关,与平均气温呈负相关,且降水对NDVI的影响大于温度对NDVI的影响。对植被覆盖驱动分区得出,降水和气温驱动型占区域面积的5.68%;单独降水驱动型和气温驱动型分别占4.51%、0.18%;区域内植被覆盖变化主要受非气候因子驱动型为主,所占比例为89.63%,表明人类活动对植被变化的影响巨大。     

新疆NDVI时空特征及气候变化影响研究

基于新疆50个气象测站2003-2010年逐日降水、气温资料,结合逐月归一化植被覆盖影像资料,利用趋势分析、R/S分析、模糊C均值聚类、图像处理等方法,系统分析了全疆NDVI时空变化特征及其可持续性,并探究NDVI与气候因子（气温、降水）之间的相关性。研究表明：植被覆盖及气象因子年际间差异不大,呈现出整体稳定的态势,但年内变化明显。北疆/天山北坡水热条件优良、植被长势最好,且植被长势对气候因子的滞后效应并不明显且滞后时间短。天山南坡/天山东段次之,而南疆植被覆盖程度最差,南疆/天山南坡植被长势对气候因子（降水、气温）存在明显的滞后效应,植被生长受气温、降水限制性更大,且气温作为主要因子,对天山南坡植被生长的限制作用表现得更为突出。总体上,新疆植被覆盖呈持续性变化,现有植被覆盖情况基本保持不变,但呈退化趋势的面积大于得到改善的面积,在一定程度上与人类活动有很大关系,探查植被长势的变化趋势并及时做出相应调整,不仅能为新疆地区的植被保护以及植被恢复工作提供一定的科学依据,更能够为合理有效地安排农作物生产提供重要的理论指导。     

西南地区近21年来NDVI变化特征分析

利用美国国家航天航空局（NASA）归一化植被指数（GIMMS NDVI）资料,初步分析了近21年（1982~2002）来西南地区植被变化特征。结果发现：21年来西南地区植被覆盖状况较好,总体呈增加趋势,同时也存在较明显的季节和区域差异：春季西南大部分地区植被呈较明显的增加趋势。夏季全区NDVI以显著的减小趋势为主,尤以90年代中期以后更为明显。秋季NDVI与夏季类似同样表现为减少趋势,并且范围有所增加。冬季ND-VI以增加为主,存在明显的东西反向特征,东部以减少为主,西部则以增加为主。     

青藏高原植被变化特征及其对气候变化的影响

利用1982-2001年美国国家航天航空局(NASA)的归一化植被指数(NDVI)资料以及55个青藏高原地区气象台站实测的最高气温、最低气温、平均气温和降水资料,初步分析了青藏高原地区各季节植被变化特征及其对气候变化的影响,通过分析发现,各季节青藏高原地区NDVI均以增长为主.特别是高原南部、北部和西部等地区增加明显,高原中东部地区植被有所减少.通过相关分析和台站概率相关分析发现,高原冬季和春季NDVI与后期春季和夏季的最高气温、最低气温、平均气温和降水有较好的正相关关系,但有的表现在相关系数比较显著,有的表现为概率相关较明显.     

1982-2006年加纳植被覆盖时空变化及其气候影响

非洲陆地生态系统是气候变化的高敏感区,研究该区域植被覆盖变化及其控制因素,对深刻认识气候变化的影响具有重要意义。本文利用1982-2006年植被指数（NDVI）数据,研究位于非洲西部热带地区的加纳共和国植被覆盖的时空变化特征,结合同期的气温和降水量数据,分析其植被活动对气候变化的响应特征。研究结果表明,加纳86.4%的植被覆盖区NDVI在25 a间都呈现不同程度的增加趋势。20世纪80年代初和21世纪初这2个时期,NDVI值大于0.4的面积百分比呈增加趋势;NDVI值大于0.5的面积百分比从26%增加到38.2%;NDVI值在0.4-0.5之间的面积百分比从47.5%增加到51.9%。NDVI受降水量控制的区域占总区域面积的57.2%,而受气温控制的面积占总区域面积的42.8%。总的来看,加纳植被覆盖对降水量变化的敏感程度强于气温变化。     

2000-2013年三江源植被NDVI变化趋势及影响因素分析

基于2000-2013年三江源MODIS NDVI数据,本文系统地分析了三江源植被生长季累计NDVI的时空变化特征,并结合三江源生态保护与建设工程实施的相关统计数据,探讨了人类活动对三江源植被变化的影响,最后通过气候因子与生长季累计NDVI的相关性分析,揭示了影响三江源不同地区植被变化的主要气候限制因素。结果表明,2000-2013年三江源植被NDVI整体上呈增加趋势,NDVI明显增加的区域面积比例达17.84%,主要分布于研究区的西部和北部;明显减少的区域仅占0.78%,多零星分布于研究区中部;NDVI变化稳定或没有显著变化趋势的区域面积比例为59.64%,主要位于研究区东部和南部。三江源生态保护与建设工程的实施虽然促进了植被恢复,但对区域植被整体变化的影响有限,研究时段内区域植被整体好转主要受气候因素控制。西部长江源区的植被生长主要受气温影响,东北部黄河源区主要受降水制约,南部澜沧江源区降水和气温的限制性均不明显。     

中国西北地区植被NDVI的时空变化及其影响因子分析

利用GIMMS/NDVI数据分析了中国西北地区1982-2006年植被NDVI时空变化特征及其影响因子。近25年来,中国西北地区年均植被NDVI增速为0.5%/10a,并存在明显的空间差异。天山、阿尔泰山、祁连山、青海的中东部等地区植被NDVI显著增加;青海南部地区、陕西和宁夏交界地区、甘肃部分地区,以及新疆部分地区的植被NDVI下降。从不同植被类型看:林地、草地和耕地的年均NDVI都在提高。研究表明:中国西北地区植被NDVI变化是各种自然和人为因素综合作用的结果。植被NDVI与气温、降水的年际变化整体上都呈弱的正相关。但与其年内变化则都呈显著的线性关系,当月均温量超过20℃时,植被NDVI呈下降趋势;当月降水量在0¹00mm期间,植被NDVI随降水线性增长,当月降水量超过100mm之后,不再有明显的增长趋势。农业生产水平提高和植被生态建设等人类活动对西北地区植被NDVI增加有重要影响。     

内蒙古中部MODIS植被动态监测分析

对中分辨率成像光谱仪(MODIS)250m空间分辨率的每8天NDVI卫星遥感数据,利用年平均NDVI及一元线性回归方法,分析了2000-2008年内蒙古中部地区植被变化趋势。结果表明,近9年内蒙古中部地区79.60%地区的植被总体上保持稳定,17.33%的地区得到了明显改善,3.06%的地区仍存在较强的退化或沙化趋势。退化或沙化地区主要分布在内蒙古农牧交错带北部边缘,成条带状分布,反映了农牧交错带地区生态仍然较为脆弱,需要进一步关注和保护,东南部地区的植被恢复明显。植被年际动态主要受该地区暖干化气候影响,气候变暖造成植被NDVI增加,而降水波动导致NDVI随之变化,降水的作用是气温的2.8倍,有些地区可达到11倍之多。     

川渝地区夏季降水变化气候特征分析

利用川渝地区34站1960—2006年共计47年的逐月降水量资料,采用经验正交函数（BOF）分解、旋转经验正交函数（REOF）分解、小波分析等方法详细讨论了川渝地区夏季降水量的时空变化特征。结果表明：川渝地区夏季降水量时空分布不均,川渝地区夏季降水量可以分为3个区,分别是川西高原区、盆地中部区和盆地东部区。近50年来,川渝地区夏季降水量具有显著不同的年代际变化特征,川西高原和盆地东部夏季降水量长期变化呈增加的趋势,而盆地中部呈减少的趋势。川渝各区夏季降水量具有显著不同的多时间尺度的周期变化特征,其中川西高原具有准15年和准5年的周期变化特征,盆地中部具有准14年、准6年和准3年的周期变化,盆地东部具有准16年、准8年和准3年的周期变化特征。     

京津冀地区植被时空动态及定量归因

作为气候变化的敏感指示器,植被的物候、生长、空间分布格局等特征及其动态变化主要取决于气候环境中的水热条件,因此在气候变化背景下,气候-植被关系成为了全球变化研究的前沿和热点问题。本文综合平均温度、降水、水汽压、湿度、日照时数、SPEI等气候因子,坡度、坡向海拔等地形因子及人为活动因子,应用地理探测器方法针对2006-2015年京津冀地区不同季节NDVI、不同地貌类型区、不同植被类型区生长季NDVI的定量归因研究,揭示了过去10年间植被时空分布格局,及植被对气候、非气候因素响应的季节差异与区域差异,以期为生态工程的建设与修复提供参考意义。趋势分析表明：①2006-2015年京津冀地区NDVI呈现增加趋势,但存在显著的空间差异,如山地生长季NDVI的增长速率大于平原、台地、丘陵等地;②基于地理探测器的定量归因结果表明,降水是年尺度上NDVI空间分布的主导因子（解释力39.4%）,土地利用与降水的交互作用对NDVI的影响最为明显（q=58.2%）;③NDVI对气候因子的响应存在季节性及区域性差异,水汽压是春季NDVI空间分布的主导因子,湿度是夏、秋两季的主导因子,土地利用是冬季的主导因子;④影响因子对生长季NDVI的解释力因不同地貌类型区、不同植被类型区而差异显著。     

青藏高原月NDVI时空动态变化及其对气候变化的 响应

青藏高原脆弱的高寒植被对外界干扰十分敏感,使其成为研究植被对气候变化响应的理想区域之一。青藏高原气候变化剧烈,在较短的合成时间研究气候变化对植被的影响十分必要。因此,本文利用GIMMS NDVI时间序列数据集,研究了1982-2012年青藏高原生长季月尺度植被生长的时空动态变化,探讨了其与气温、降水量和日照时数等气候因子的响应关系。结果表明：在区域尺度上,除8月外,其他各月份植被均呈增加趋势,显著增加多发生在4-7月和9月;大部分月份的NDVI增加速率随着时段的延长显著减小,表明NDVI增加趋势放缓;在像元尺度上,月NDVI显著变化的区域多呈增加趋势,但显著减少范围的扩张多快于显著增加。4月和7月植被生长主要是受气温和日照时数共同作用,6月和9月受气温的控制,而8月则主要受降水量的影响。长时间序列NDVI数据集的出现为采用嵌套时段研究植被生长变化趋势奠定了前提,而植被活动变化趋势的持续性则有助于形象表征植被活动变化过程、深入理解植被对气候变化的响应和预测植被未来生长变化趋势。由此推测,青藏高原月NDVI未来增加趋势总体上趋于缓和,但在像元尺度显著变化的区域趋于增加。     

The Relationship between Normalized Difference Vegetation Index （NDVI） and Climate Factors in the Semiarid Region： A Case Study in Yalu Tsangpo River Basin of Qinghai-Tibet Plateau

The Yalu Tsangpo River basin is a typical semi-arid and cold region in the Qinghai-Tibet Plateau, where significant climate change has been detected in the past decades. The objective of this paper is to demonstrate how the regional vegetation, especially the typical plant types, responds to the climate changes. In this study, the model of gravity center has been firstly introduced to analyze the spatial-temporal relationship between NDVI and climate factors considering the time-lag effect. The results show that the vegetation grown has been positively influenced by the rainfall and precipitation both in moving tracks of gravity center and time-lag effect especially for the growing season during the past thirteen years. The herbs and shrubs are inclined to be influenced by the change of rainfall and temperature, which is indicated by larger positive correlation coefficients at the 0.05 confidence level and shorter lagging time. For the soil moisture, the significantly negative relationship of NDV-PDI indicates that the growth and productivity of the vegetation are closely related to the short-term soil water, with the correlation coefficients reaching the maximum value of o.81 at Lag 0-1. Among the typicalvegetation types of plateau, the shrubs of low mountain, steppe and meadow are more sensitive to the change of soil moisture with coefficients of -0.95, -0.93, -0.92, respectively. These findings reveal that the spatial and temporal heterogeneity between NDVI and climatic factors are of great ecological significance and practical value for the protection of eco-environment in Qinghai-Tibet Plateau.     

Driving force and changing trends of vegetation phenology in the Loess Plateau of China from 2000 to 2010

Changes in vegetation phenology are key indicators of the response of ecosystems to climate change. Therefore, knowledge of growing seasons is essential to predict ecosystem changes, especially for regions with a fragile ecosystem such as the Loess Plateau. In this study, based on the normalized difference vegetation index (NDVI) data, we estimated and analyzed the vegetation phenology in the Loess Plateau from 2000 to 2010 for the beginning, length, and end of the growing season, measuring changes in trends and their relationship to climatic factors. The results show that for 54.84% of the vegetation, the trend was an advancement of the beginning of the growing season (BGS), while for 67.64% the trend was a delay in the end of the growing season (EGS). The length of the growing season (LGS) was extended for 66.28% of the vegetation in the plateau. While the temperature is important for the vegetation to begin the growing season in this region, warmer climate may lead to drought and can become a limiting factor for vegetation growth. We found that increased precipitation benefits the advancement of the BGS in this area. Areas with a delayed EGS indicated that the appropriate temperature and rainfall in autumn or winter enhanced photosynthesis and extended the growth process. A positive correlation with precipitation was found for 76.53% of the areas with an extended LGS, indicating that precipitation is one of the key factors in changes in the vegetation phenology in this water-limited region. Precipitation plays an important role in determining the phenological activities of the vegetation in arid and semiarid areas, such as the Loess Plateau. The extended growing season will significantly influence both the vegetation productivity and the carbon fixation capacity in this region.     

城市绿量的遥感估算与热岛效应的相关分析——以北京市五环区域为例

 本研究以遥感分析北京城市绿地对地表温度的影响,研究包括绿地提取、绿量估算、地表温度反演,地表温度和绿量相关分析。并以高精度Rapid Eye遥感影像,提取了五环内的绿地面积(197.3km²,占城区总面积的29.6%),且估算绿量总值为2450.7km²。同时用2009年7月20日的Landsat5 TM 6波段数据进行地表温度反演,低温区、中温区、次热岛和热岛区域所占的五环内城区面积的比例分别为12.3%,34.7%,40.4%和12.6%。绿量和地表温度呈负相关关系:y=-1278.7x+60650,城市绿地可以使城区平均温度降低2.6℃。     

Different Responses of Vegetation to Frozen Ground Degradation in the Source Region of the Yellow River from 1980 to 2018

Frozen ground degradation under a warming climate profoundly influences the growth of alpine vegetation in the source region of the Qinghai-Tibet Plateau. This study investigated spatiotemporal variations in the frozen ground distribution, the active layer thickness(ALT) of permafrost(PF) soil and the soil freeze depth(SFD) in seasonally frozen soil from 1980 to 2018 using the temperature at the top of permafrost(TTOP) model and Stefan equation. We compared the effects of these variations on vegetation growth among different frozen ground types and vegetation types in the source region of the Yellow River(SRYR). The results showed that approximately half of the PF area(20.37% of the SRYR) was projected to degrade into seasonally frozen ground(SFG) during the past four decades; furthermore, the areal average ALT increased by 3.47 cm/yr, and the areal average SFD decreased by 0.93 cm/yr from 1980 to 2018. Accordingly, the growing season Normalized Difference Vegetation Index(NDVI) presented an increasing trend of 0.002/10 yr, and the increase rate and proportion of areas with NDVI increase were largest in the transition zone where PF degraded to SFG(the PF to SFG zone). A correlation analysis indicated that variations in ALT and SFD in the SRYR were significantly correlated with increases of NDVI in the growing season. However, a rapid decrease in SFD(-1.4 cm/10 yr) could have reduced the soil moisture and, thus, decreased the NDVI. The NDVI for most vegetation types exhibited a significant positive correlation with ALT and a negative correlation with SFD. However, the steppe NDVI exhibited a significant negative correlation with the SFD in the PF to SFG zone but a positive correlation in the SFG zone, which was mainly limited by water condition because of different change rates of the SFD.     

改进的DisTrad模型在地形起伏区地表温度空间分辨率提升的应用

DisTrad（Disaggregation procedure for radiometric surface temperature）模型是常用于遥感地表温度空间分辨率提升的主要模型之一。DisTrad模型常面向空间范围有限、地形相对平坦的研究区域,且常选用植被参数（如植被指数或植被覆盖度等）作为关键参数。然而在空间范围较大、地形起伏地区,地表温度的空间变异可能无法完全通过植被参数解释。本研究选取四川盆地及毗邻地区为研究区,通过模拟数据研究DisTrad模型在地形起伏区地表温度空间分辨率提升中的适用性。数字高程模型（Digital Elevation Model,DEM）、归一化差值植被指数（Normalized Difference Vegetation Index,NDVI）等参数,采用滑动窗口逐步回归,将空间分辨率为6km的地表温度提升至空间分辨率为1km。研究结果表明,改进的模型在平原及海拔较低的高原地区提升获得的地表温度空间分辨率具有较高精度,均方根误差（Root Mean Square Error,RMSE）为0.5K左右;在地形起伏较大的地区,RMSE为4K,验证了改进的模型提升的可行性。