基于SSA-Mann Kendall的草原露天矿区NDVI时间序列分析

针对煤矿区植被指数时间序列研究中,存在年际尺度上对植被动态规律刻画不全面、月际尺度上因物候性周期波动导致变化趋势和周期振荡信号微弱难以提取、基于变换的变化检测物理意义不够明确的问题,本文以胜利露天矿区为例,在月际尺度,基于SSA-Mann Kendall重建草原露天矿区的采矿扰动区和伪不变特征区MODIS NDVI时间序列的趋势和周期振荡信号,从显著程度和突变时间2方面对趋势成分进行定量化分析,并结合各特征区周期振荡演变特征揭示采矿扰动下草原露天矿区植被生长的动态规律。结果表明：SSA-Mann Kendall能将NDVI时间序列的微弱信号充分放大,便于提取,并可对趋势成分进行定量化表达,结合周期振荡与趋势成分的演变特征有助于辅助识别矿区植被生长的动态特点;伪不变特征区植被无显著下降趋势,采矿扰动区下降趋势显著,且露天采场较排土场的趋势更为明显,草原露天矿区地表植被损伤具有突发性,突变点多发于矿井开工建设时;扰动形式差异导致部分矿井露天采场和排土场周期振荡演变特征存在差异,露天采场植被消失殆尽,排土场因植被恢复措施而具有更复杂的动态特点。     

不同数据源归一化植被指数在中国北方草原区的应用比较

中国北方草原区生产力在区域碳水循环、农牧业发展中举足轻重。归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index,NDVI）广泛应用于生产力的计算,然而目前来源众多的NDVI数据反映中国北方草原植被时空动态的一致性仍未可知。本研究利用2000—2015年3个来源NDVI数据集（MODIS NDVI、GIMMS NDVI和SPOT NDVI）并以国际上公认的数据准确性较高的MODIS NDVI为基准对比分析了中国北方草原区NDVI时空动态的一致性,并选取适宜的NDVI产品揭示研究区NDVI长期的时空格局。结果表明：整个中国北方草原区以及部分草原类型（高寒草甸、高寒草原、高寒荒漠、温带荒漠草原）GIMMS NDVI和MODIS NDVI 2套数据集无论是数值范围,还是年际波动和变化趋势具有较高一致性（二者在高寒草甸、高寒草原、高寒荒漠、温带荒漠草原的相关系数分别为0.60、0.47、0.51、0.74）,而SPOT NDVI数值远高于其他2个数据集,尤其是在青藏高原草原区,SPOT NDVI数值每年较另外两套数据集约偏高0.15,表明该区域使用SPOT数据应慎重。部分温带草原类型（典型草原和草甸草原）GIMMS NDVI和SPOT NDVI数据集在年际波动以及变化趋势上具有较高的一致性（相关系数分别为0.85和0.60）,但温带草原区3种数据集NDVI数值范围整体相差不大,小于0.06。基于上述结果,本研究进一步采用时间序列最长且与MODIS NDVI一致性最好的GIMMS NDVI分析了研究区NDVI的时空动态,发现1982—2015年中国北方草原区NDVI整体呈增加趋势,25%的区域达显著水平（p<0.05）,主要集中在温带草原区;高寒草原区NDVI大部分区域变化不显著且有一定比例的区域NDVI呈显著下降趋势。本研究可以为模型数据集选择和预测中国北方草原区植被对未来气候变化的响应提供科学依据。     

岷县-漳县Ms6.6地震前重力分形指数异常分析

以2013-07-22甘肃岷县与漳县交界的MS6.6地震为研究对象,采用去趋势波动分析方法处理兰州、高台2个台2011~2015年重力观测资料,试图提取这次地震前的相关重力异常信息。结果表明,以9.4倍的该台分形指数标准差为异常阈值,岷县-漳县地震前这2个台的重力分形指数均出现相似的异常升高过程,表明震前重力变化具有定向持续特征,显示出长程相关性,是孕震过程中物质运移、密度连续变化的反映,应该是与这次地震有关联的重要信息。结合其他学者的研究结果初步推测,这个异常变化可能与中下地壳乃至上地幔的物质运移有关。     

川西高原植被特征及其气候变化的相关分析

利用常规气象资料及NOAA-AVHRR的归一化植被指数（NDVI）资料和趋势系数、皮尔逊相关、Morlet小波分析等统计诊断方法,分析了1982年1月-2002年12月川西高原植被和气候因子（气温和降水）的变化特征及其相关关系和周期特征。结果表明：川西高原地区植被覆盖良好,大部分区域植被覆盖增加,局部退化（高原南部和东部）;气温总体呈增加趋势,降水量总体少变,局部有所减少;NDVI与气温和降水有一定相关性,其中与气温的相关性比与降水相关性大;NDVI周期约为5和10年左右,与降水和气温周期相同。川西高原地区植被及气候特征的分析为川西高原旅游和经济的发展规划提供依据,为研究川西高原的生态、气候资源提供参考。     

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。     

融合多源遥感数据的黑河中游地区生长季早期作物识别

在生长季早期获取作物的种植情况,对于农业水资源管理,尤其是缺水地区的水量分配等具有重大的意义。本文利用改进型时空自适应融合模型（ESTARFM）,将作物生长早期3—6月的Sentinel 2影像与MOD09GQ数据计算得到的NDVI数据进行融合,建立NDVI时间序列,并利用随机森林分类方法对2019年黑河流域中游地区作物种植结构进行早期识别。利用3-6月Sentinel-2 NDVI与时空融合NDVI相结合建立的时间序列,作物分类精度达到91.42%,kappa系数为0.85,相比仅使用Sentinel-2 NDVI时间序列的作物分类精度提高1.05%,kappa系数提高0.02。与使用整个作物生长期（3—10月）Sentinel-2 NDVI时间序列的作物分类结果相比,精度仅低1.53%,kappa系数仅低0.03。利用Gini系数对利用Sentinel-2 NDVI与时空融合NDVI相结合建立的时间序列进行特征重要性评估,发现Gini系数得分高于平均值的10期NDVI影像中,有6期为时空融合影像,说明时空融合获取的NDVI数据利于提高分类精度的有效性。对比使用不同长度NDVI时间序列对作物种植结构进行早期识别的精度发现,最早可在4月中旬与4月下旬分别实现对苜蓿和玉米的早期识别;玉米的分类精度受NDVI时间序列长度的影响较大,可在5月下旬实现对玉米的早期识别。     

“一带一路”国家和地区百年尺度干旱化特征分析

为了充分了解“一带一路”国家和地区百年的干旱变化规律和趋势,探索其干湿变化情况,本文利用标准化降水蒸散指数SPEI（Standardized Precipitation Evaporation Index）1901-2013年12个月和3个月尺度的0.5°×0.5°数据,结合线性趋势、PCA主成分分析、Mann-Kenndall非参数检验和小波分析等方法研究多时间尺度下干旱趋势和周期变化特征。结果表明,研究区百年尺度内（1901-2013）干旱指数和面积呈现波动上升趋势,但干旱化进程缓慢,60%以上地区呈现缓慢变湿趋势,SPEI指数发生显著上升地区面积百分比为25.38%,发生显著下降地区面积仅占12.02%。MK检验和PCA分析均显示15°~35°N的中低纬度地区干旱化程度最为严重,主要地区为北非及阿拉伯半岛、伊朗高原,常年呈现显著干旱状态,而俄罗斯、哈萨克斯坦、印度半岛以及中国和蒙古两国干湿变化季节性特征明显。基于Morlet小波分析的周期分析显示,年际和季节SPEI指数的周期特征既具有相似性,又存在一定的差异性,尺度越小干湿变化交替越明显,尺度越大虽有全局特征但所展示的周期不能通过显著性检验,最终得到可用显著周期年际SPEI变化显著尺度为2~4 a,干旱特征在此尺度的周期中时间变化显著。     

地理时空等级组织体系初步研究

本文从地理学的基本研究方法-综合自然区划入手,针对区域地理系统模型的建立过程,通过研究地理空间尺度-空间比例尺以及地理时间尺度-地理事件发生变化的频度,来探讨建立地理事件的时空变化动态表述模式-地理时空等级组织体系,对于体系所提供的地理区域内部地理数据流的组织模式以及体系所表达的区域内发生地理事件过程的动力学作用机制进行了初步探讨,并进一步讨论了该体系对于建立数字地球的作用和意义。     

2001-2010年蒙古国MODIS-NDVI时空变化监测分析

利用2001 - 2010年的空间分辨率为1km的MODIS-NDVI数据,以蒙古国为研究区域,利用最大值合成法、均值法与差值法、一元线性回归等方法,分析了不同季节下植被覆盖的年内变化、年际变化与波动趋势、空间变化特征.结果表明:M(ODIS- NDVI对植被的生长变化具有较高的敏感度,可有效应用于植被生态的评估和监测...     

近50 a ENSO时频特征及其与南海台风的相关性

【目的】分析表征ENSO事件的特征值和南海台风活动的多时间尺度结构特征及其相关关系。【方法】采用日本气象厅东京台风中心(JMA)1967-2016年西北太平洋TC最佳路径数据集,统计分析了近50 a来南海台风活动月频数。同时又采用Morlet小波变换、交叉小波变换、小波相干等方法,分析了近50 a来ENSO事件时频变化特征及其与南海台风相关性。【结果与结论】ENSO循环具有2-6 a的主周期;7-10月南海台风活动最为频繁,其频数时间序列存在准2 a尺度周期;ENSO指数与南海台风活动频数的相关表现在多个时间尺度上。1970-1978年、1995-2000年,ONI指数和南海台风活动频数在2-6 a周期尺度上具有较好的相关关系,并且南海台风活动频数变化先于ONI指数半个周期。1980-1985年间,在1.5-3 a的周期尺度上SOI指数和南海台风活动频数具有较好的相关关系,且两序列同步变化。     

大兴安岭隆起北段最小一维速度模型反演和地震重新定位

使用2009-01-01～2017-03-30内蒙古地震台网和邻省台网记录的大兴安岭北段地区593个天然地震的3 848条P波到时数据,应用VELEST方法反演大兴安岭北段地壳一维P波速度模型、台站走时校正值和重新定位结果。联合反演获得的台站走时校正值反映了地壳速度的横向不均匀性及台站下方波速异常,大兴安岭北段东南侧速度高于西北侧;重新定位结果中,震中位置在空间上更加收敛;震源深度剖面图显示,大兴安岭北段西北侧震源深度较浅,东南侧较深,大兴安岭山脊区域震源深度分布下限较深。     

内蒙古克什克腾旗毛盖吐锡矿点LA-ICP-MS锡石U-Pb年龄及地质意义

毛盖吐锡矿点为北京矿产地质研究院在大兴安岭南段新发现的矿点, 位于内蒙古克什克腾旗境内。矿点地处大兴安岭中南段多金属成矿带, 矿化类型为锡石石英脉型。矿石矿物主要为锡石和少量闪锌矿、方铅矿、黄铜矿以及银的矿物, 脉石矿物主要为石英以及少量的萤石。该矿由于首次发现, 研究程度较低, 关于其矿床成因、成矿时代等规律尚不明确。大兴安岭中南段多金属成矿带上发育多个锡多金属矿床, 目前的研究表明这些锡多金属矿床的成矿年龄多集中在早白垩世, 成因与早白垩世花岗岩相关。为了研究毛盖吐锡矿与区域锡多金属成矿作用的联系, 开展了对毛盖吐锡矿点成矿时代的研究, 本研究选取1件石英脉型锡矿石样品进行LA-ICP-MS锡石U-Pb定年, 获得锡石的207Pb/206Pb-238U/206Pb谐和年龄为130.2±3.4 Ma(MSWD=2.9), 表明毛盖吐锡矿点形成于早白垩世, 这与区域上主要的锡多金属矿床成矿时代一致, 说明在大兴安岭中南段寻找锡多金属矿床拥有很好的前景。      

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。     

Comparison of the spatio-temporal dynamics of vegetation between the Changbai Mountains of eastern Eurasia and the Appalachian Mountains of eastern North America

The Changbai Mountains and the Appalachian Mountains have similar spatial contexts. The elevation, latitude, and moisture gradients of both mountain ranges offer regional insight for investigating the vegetation dynamics in eastern Eurasia and eastern North America. We determined and compared the spatial patterns and temporal trends in the normalized difference vegetation index (NDVI) in the Changbai Mountains and the Appalachian Mountains using time series data from the Global Inventory Modeling and Mapping Studies 3rd generation dataset from 1982 to 2013. The spatial pattern of NDVI in the Changbai Mountains exhibited fragmentation, whereas NDVI in the Appalachian Mountains decreased from south to north. The vegetation dynamics in the Changbai Mountains had an insignificant trend at the regional scale, whereas the dynamics in the Appalachian Mountains had a significant increasing trend. NDVI increased in 55% of the area of the Changbai Mountains and in 95% of the area of the Appalachian Mountains. The peak NDVI occurred one month later in the Changbai Mountains than in the Appalachian Mountains. The results revealed a significant increase in NDVI in autumn in both mountain ranges. The climatic trend in the Changbai Mountains included warming and decreased precipitation, and whereas that in the Appalachian Mountains included significant warming and increased precipitation. Positive and negative correlations existed between NDVI and temperature and precipitation, respectively, in both mountain ranges. Particularly, the spring temperature and NDVI exhibited a significant positive correlation in both mountain ranges. The results of this study suggest that human actives caused the differences in the spatial patterns of NDVI and that various characteristics of climate change and intensity of human actives dominated the differences in the NDVI trends between the Changbai Mountains and the Appalachian Mountains. Additionally, the vegetation dynamics of both mountain ranges were not identical to those in previous broader-scale studies.     

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。     

Spatial and temporal variation of drought index in a typical steep alpine terrain in Hengduan Mountains

This study describes the spatial and temporal variation of a drought index and makes inferences regarding the environmental factors that influence this variability in the Hengduan Mountains. A drought index is typically used to determine the moisture conditions and the magnitude of water deficiency in a given area. Based on data from 26 meteorological stations over the period 1960-2012, the spatial and temporal variations of the drought index were analyzed using a thin plate smoothing splines method that considered elevation as a covariate. The drought index was estimated based on the potential evapotranspiration (E₀) as defined by the Penman Monteith model modified by FAO (1998). The results of the reported analysis showed that the drought index in the Hengduan Mountains has been decreasing since 1960 at a rate of -0.008/a. This represented a progressive shift from the "sub-humid" class, which typified the wider area in the Hengduan Mountains, toward the "humid" class, which appeared in the Hengduan Mountains areas. The drought index was relatively high in the north and low in the south and the variation of the drought index varied with seasons. The drought index showed increasing trends in summer and autumn and it is greater in autumn than in summer, while it showed a decreasing trend in spring and winter. Drought index is inversely proportional to the soil relative humidity and Normalized Difference Vegetation Index (NDVI).     

1982-2006年中国5-9月的NDVI变化与人类活动影响分析

植被是联系陆地、大气和生态系统的自然纽带,其随着气候和人类活动而发生变化,因此,研究它的突变和变化趋势具有重要意义。本文利用3年滑动t检验、Mann-Kendall检验(MK检验)和距平分析法,研究了中国1982-2006年5-9月平均的NDVI(NOAA/AVHRR GIMMS)突变和变化趋势及其主要原因。3年滑动t检验和MK检验表明,1998年华东地区的NDVI出现了突变,而东北地区和青藏高原NDVI没有出现突变。NDVI变化趋势的分析表明,1982-1998年华东地区NDVI为较平稳的趋势,1998年出现突变后,1998-2006年转为明显下降的趋势(以1998年为转折点)。因此,华东地区NDVI存在明显的变化趋势。NDVI突变和变化趋势的成因分析表明,20世纪90年代后期至21世纪初,随着华东地区大规模的城市化建设和房地产的过度开发,导致耕地面积减少,华东地区植被1998年出现了突变,并从偏多转为明显偏少的趋势,而卫星仪器和气候因子并非是导致该地植被出现突变和变化趋势的主要原因。     

Detecting Global Vegetation Changes Using Mann-Kendal(MK) Trend Test for 1982–2015 Time Period

Vegetation is the main component of the terrestrial ecosystem and plays a key role in global climate change. Remotely sensed vegetation indices are widely used to detect vegetation trends at large scales. To understand the trends of vegetation cover, this research examined the spatial-temporal trends of global vegetation by employing the normalized difference vegetation index(NDVI) from the Advanced Very High Resolution Radiometer(AVHRR) Global Inventory Modeling and Mapping Studies(GIMMS) time series(1982–2015). Ten samples were selected to test the temporal trend of NDVI, and the results show that in arid and semi-arid regions, NDVI showed a deceasing trend, while it showed a growing trend in other regions. Mann-Kendal(MK) trend test results indicate that 83.37% of NDVI pixels exhibited positive trends and that only 16.63% showed negative trends(P 0.05) during the period from 1982 to 2015. The increasing NDVI trends primarily occurred in tree-covered regions because of forest growth and re-growth and also because of vegetation succession after a forest disturbance. The increasing trend of the NDVI in cropland regions was primarily because of the increasing cropland area and the improvement in planting techniques. This research describes the spatial vegetation trends at a global scale over the past 30+ years, especially for different land cover types.     

Response of Vegetation in the Qinghai-Tibet Plateau to Global Warming

Using satellite-observed Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) dada and station-observed surface air temperature anomalies for the Northern Hemisphere (NH), we analyze the spatio-temporal characteristics of vege- tation variations in the Qinghai-Tibet Plateau and their correlations with global warming from 1982 to 2002. It is found that the late spring and early summer (May-June) are the months with the strongest responses of vegetation to global warming. Based on the Rotated Empirical Orthogonal Function (REOF) method, the study shows that the first REOF spatial pattern of average NDVI for May-June reveals the northern and southern zones with great inter-annual variations of vegetation, the northern zone from the eastern Kunlun Mountains to the southwestern Qilian Mountain and southern zone from the northern edge of the Himalayas eastward to the Hengduan Mountains. The vegetation, especially grassland, in the two zones increases significantly with global warming, with a correlation coefficient of 0.71 between the first REOF of May-June vegetation and the April-May surface air temperature anomaly in the NH during 1982-2002. A long-term increasing trend in May-June vegetation for the plateau region as a whole is also attributed mainly to global warming although there are considerable regional differences. The areas with low NDVI (grassland and shrubland) usually respond more evidently to global warming, especially since the 1990s, than those with moderate or high NDVI values.