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     

黄土高原地区NDVI与气候因子空间尺度依存性及非平稳性研究

基于MODIS传感器的植被指数产品(MOD13Q1)及50年气候数据,通过地理加权回归与普通最小二乘回归模型对比,对中国黄土高原地区NDVI与气候因子间的空间尺度依存性及非平稳性进行研究,以期准确建立二者间关系.结果表明:① 研究区域内,NDVI与气候因子间存在很强的空间尺度依存关系,相同空间尺度下,年均降水较年均温对NDVI影响的波动性更大;② 与普通最小二乘回归模型相比,地理加权回归模型能够更准确地展现二者间关系;③气候因子对该地区NDVI的影响差异明显,降水存在直接正向影响,而温度的影响则较复杂;④ NDVI与气候因子间沿东北--西南的分布格局体现出区域内不同植被--气候区差异特征.二者间的异质情况还反映出除气候外,人类活动,地形等其他因素对NDVI的影响.     

基于因子分析方法的中国植被NDVI与气候关系研究

利用1982~2000年NDVI数据和气象台站资料,对我国几种植被型组和气候的相关关系进行了研究。首先利用NDVI结合植被类型图将我国植被划分为9种植被型组;然后利用因子分析方法进行了气候指标的选择并采用相对湿度、平均最高温度和平均风速作为本研究的气候因子;最后对7种植被型组NDVI值同相应季节及其前三个季节的气候指标进行了相关分析。结果表明,利用因子分析方法选择的气候指标可以较好地进行植被气候关系分析;在我国温度条件比水分条件更明显地影响植被的生长,水分条件较其他气候因素对植被生长表现了更明显的滞后效应;而平均风速则对我国荒漠植被生长有较大的影响。     

气候驱动格局下中国陆地植被指数变化

将降水、气温和日照作为驱动中国陆地植被指数变化的典型气候因子,基于1982-1999年10天合成的NOAA/AVHRR NDVI与同期降水量、平均气温和日照时数数据,按所有年份求平均后,分析旬NDVI与旬降水量、旬平均气温和旬日照时数的年内相关关系,确定中国陆地植被指数变化的气候驱动格局,揭示不同气候因子驱动格局下植被指数的时空变化特征和规律.结果表明,绝大部分植被覆盖区NDVI受气候因子驱动作用明显.气候因子驱动陆地植被指数变化的空间分异格局较为明显,大致分为气温显著区,降水显著区,日照显著区,气温和降水显著区,气温和日照显著区,降水和日照显著区,气温、降水和日照显著区,气温、降水和日照弱显著区,气温、降水和日照不显著区等9大类型.受局部地形、大气环流、海拔高度等的影响,在大的基本气候驱动格局内,还会形成其他不同的小气候驱动格局.1982-1999年间,所有气候驱动区的植被活动均表现为增强趋势,其NDVI的增加主要发生在春季或夏季.其中,气温和日照显著区的春季NDVI增幅最大,降水和日照显著区的夏季NDVI增幅最大.从各月变化来看,气温显著区、气温和降水显著区5月份的NDVI增长最为迅速,降水显著区、降水和日照显著区6月份的NDVI增长最迅速,日照显著区、气温和日照显著区3月份的NDVI增长最迅速,气温、降水和日照弱显著区4月份的NDVI增长最迅速,这些月份对全年NDVI变化的贡献也最大.     

近24年气温、降水对吉林省植被变化的影响

根据主要生态系统和植被类型,将吉林省分为半耕半牧区、农耕区和森林区3个研究区域.利用1982-2005年24 a的卫星遥感植被指数NDVI数据和同期气象站的气温、降水量观测数据,对吉林省的NDVI与气温、降水量进行了相关分析,探讨24 a来3个研究区域气候变化对植被的影响,分析气象因子对植被变化的驱动效应,研究植被变化的年代差异.结果表明①吉林省气温、降水量的年变异系数区域差异明显,半耕半牧区的年变异系数显著地大于森林区和农耕区;②森林区气温是影响NDVI变化的主要驱动因子,半耕半牧区NDVI变化对降水量更敏感,农耕区气温和降水量对NDVI变化的影响作用基本相同;③NDVI变化对降水量变化存在时滞,半耕半牧区最敏感,其次为农耕区、森林区,时间滞后大约为10 d;④24 a来3个区域植被覆盖都发生了不同程度的变化,半耕半牧区受气候变化影响显著,植被变异最大;⑤3个区域NDVI的年累计值均呈上升的变化趋势,无论是生长季的长度还是生长季的植物生物量((NDVI值的大小),20世纪90年代比80年代增长显著,主要表现为生长季春季提前和秋季推迟和植物生物量的增加,而2000-2005年的NDVI值较20世纪90年代仍有增加,但趋势减缓,只有森林区的生长季植物生物量在2000-2005年仍有明显增加.     

20世纪80年代以来西南喀斯特地区植被变化对气候变化的响应

气候变化与植被变化的关系已经在全球和区域尺度上得到了研究证明。在前人研究的基础上,基于AVHRR GIMMS NDVI和AVHRR GloPEM NPP数据集,通过对逐个像元信息的提取和分析,研究了20世纪80年代以来,我国西南喀斯特地区植被变化对气候变化的响应。研究结果显示:(1)20世纪80年代以来,西南喀斯特地区植被覆盖度和净初级生产量总体均呈增加的趋势,但不显著。植被指数的年际变化存在着明显的区域差异;(2)植被指数年际变化与气候因子年际变化的相关系数区域分异比较明显;(3)不同的植被类型对气候变化有着不同的响应特征;在该研究区气温变化对植被变化的影响要高于降水量变化对其影响;(4)植被指数年际变化与气候因子年际变化的相关系数在不同气候条件下分布的规律性比较明显。本研究将会增进对影响喀斯特生态系统稳定性的自然过程的认识,同时也会为喀斯特生态系统的管理提供科学依据。     

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...     

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。     

黄河头道拐—潼关区间植被恢复及其对水沙过程影响

黄河头道拐—潼关区间是黄河泥沙的主要来源区,也是中国植被恢复最快的地区。植被的快速恢复对径流和输沙过程产生了深远影响。本文基于250 m分辨率的归一化植被指数数据（MOD13Q1 NDVI）,使用统计分析和趋势分析技术,分析了头道拐—潼关区间不同景观单元植被恢复特点、影响因素以及其对水沙过程的影响,并对头道拐—潼关区间植被未来发展趋势进行了预测。研究结果显示：头道拐—潼关区间82.87%区域的植被呈显著增加趋势（p < 0.05）,且植被恢复速度最快的区域为半湿润的黄土丘陵沟壑区,坡度和降水量在不同景观单元下对植被恢复的影响不同。随着降水量的增加,头道拐—潼关区间NDVI和年降水量的相关性降低。在植被恢复背景下,黄河中游主要河流径流的主要影响因素仍然是降水量,输沙量同时受到降水量和植被恢复的影响,含沙量与NDVI呈现出较强的负相关关系,而与降水量的相关性较弱。随着植被覆盖度的增加,流域土壤侵蚀量降低,河流输沙量也呈降低趋势,土壤侵蚀量对河流输沙量的贡献率变化于39%~88%之间。基于植被恢复潜力和恢复速度,本文预测头道拐—潼关区间2020年、2030年、2040年以及2050年的NDVI平均值将分别达到0.68、0.75、0.79以及0.80。     

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。     

基于MODIS数据的京津唐地区干旱监测研究

京津唐地区由于降水量不均,常出现丰枯交替或连枯、连丰现象,近几十年来呈现涝年减少、旱年增多趋势。该文利用MODIS数据,采用温度植被干旱法,结合京津唐地区的地形植被覆盖条件,利用2010年6-7月共5d的归一化植被指数(NDVI)、增强植被指数(EVI),借助分裂窗法反演地表温度(Ts),构建NDVI-Ts和EVI-Ts特征空间,结合研究区域实际情况确定干、湿边方程,建立了基于温度植被干旱法(TVDI)的干旱监测模型,对京津唐地区的干旱情况进行分析,比较了TVDIN和TVDIE的敏感性。结果表明:利用TVDI法对京津唐地区进行遥感干旱监测是可行的,并且TVDIE比TVDIN监测效果更好,MODIS数据可很好地满足大范围实时动态监测要求。     

2000-2015年石羊河流域植被覆盖度及其对气候变化的响应

内陆河流域植被覆盖度的敏感性是预测未来生物多样性变化的重要指标,是植被应对气候变暖的重要反馈。分析了2000-2015年MODIS-NDVI数据反演的植被覆盖度时空动态变化趋势,结合平均气温、降水量、日照时数、相对湿度、地面温度和蒸发量数据,研究了流域及各生态功能区的植被覆盖度与气候因子的相关性,探讨植被覆盖度变化过程中的气候因素制约方式,了解不同时空尺度下内陆河流域植被覆盖度在全球暖湿化过程中对气候的响应。结果表明：（1）石羊河流域平均植被覆盖度较低,上游的植被覆盖度59.4%,下游13.6%;2000-2015年,流域植被呈现改善趋势的面积远远大于退化的面积,盆地绿洲区植被覆盖度增加趋势最明显。流域植被总体恢复较好,但高海拔地区、城市和民勤绿洲的周边地区植被有不同程度的退化。（2）2000-2015年,石羊河流域各气候因子对植被覆盖度表现为不显著的相关关系,其中与降水量呈正相关的面积最大,与蒸发量呈负相关的面积最大;从上游到下游,植被生长与热量的相关程度逐渐变弱,与水分的相关程度则逐渐增强。（3）石羊河流域的植被覆盖度与气候因子的样条函数存在极显著的线性相关,水原涵养区和荒漠区的植被覆盖度对气候因子的响应较高;绿洲区的植被覆盖度对气候因子的响应相对较低。地面温度的变化是影响石羊河流域植被覆盖度空间格局变化的主要气候制约因素。     

利用NDVI时间序列数据分析植被长势对气候因子的响应

本文利用1982～2000年旬合成NDVI时间序列数据,计算2000年3月和5月各旬NDVI偏离历年均值及时间序列NDVI的标准差,进而确定不同土地覆盖类型的Z值在空间域内正态分布特征参数,利用概率密度函数方法将Z值归一化,得到植被长势评价指标标准植被指数(SVI),利用SVI分析2000年3月和5月上旬植被生长状况,在此基础上,利用10个气象站观测的降水量和平均气温资料,分析了各个气象站点19年时间序列的SVI和VCI与降水量和平均气温之间的相关程度,结果表明：(1)在华北平原大部分冬小麦耕作区,3月份小麦生长较好,到5月份,生长与历年相比较差;从3月上旬到5月下旬,生长不良的植被面积有扩张趋势;(2)SVI与植被状态指数(VCI),表明SVI与VCI之间相关显著,SVI作为植被生长状况评价指标是有效的;(3)SVI和VCI与降水量和气温之间尽管表现出一定的相关性,但相关程度都不很显著,表明植被长势是由多因素共同作用的结果,在不同地区、不同时期以及不同植被覆盖条件下,植被长势所受主要控制因子存在很大的差别;(4)在森林覆盖类型区,3月份的植被长势与该月份之前总降水量存在的关系更显著,而与当月降水和当月平均气温关系并不明显,到5月上旬,由于森林覆盖条件下植被绿度达到饱和,引起建立在光谱植被指数基础上的长势评价指标对气温和降水均不敏感;(5)自然植被条件下的灌丛、草原和草甸覆盖区,相对于降水量,植被长势对气温变化的响应更敏感;(6）农作物覆盖条件下,SVI与降水和气温的关系都不明显,而VCI在不同的季节所受影响的主要气候因子不同,3月份,气温成为作物生长的主要限制因子,而到5月份,水分条件成为作物生长的主要限制条件,特别是在华北平原的冬小麦耕种区;(7)利用时间序列NDVI数据在时间域内构建的指标,进行干旱监测存在明显局限性,因为指标对降水量的敏感性在不同季节不同;(8)VCI和SVI与降水和气温的相关分析说明VCI对气候环境的变化更敏感。     

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。     

内蒙古半干旱区沙尘天气特征及其与地表特征的关系

利用2002-2010年朱日和气象站观测资料,结合同期归一化植被指数(NDVI),叶面积指数(LAI),植被净初级生产力(NPP)资料,分析了内蒙古半干旱区朱日和地区2002-2010年的沙尘天气特征。结果表明：朱日和地区临界起沙风速为9.4 m·s-1,2002-2010年沙尘天气频率和大于临界起沙风速频率呈波动变化,沙尘天气频率和大于临界起沙风速频率有很好相关性,超过18 m·s-1的强风极易导致沙尘天气的发生;定义标准化的沙尘天气频率（NfDO）为沙尘天气频率与大于临界起沙风速频率之比,当夏季降水量大于100 mm,夏季最大NDVI、最大LAI和最大NPP分别大于0.24、0.3 g·m-2·d-1和0.6 g·m-2·d-1（以碳计算）时,次年春季NfDO较低,沙尘天气不易发生;反之沙尘天气较易发生。对沙尘天气发生机制的分析发现,夏季有效的降水促进了植物生长,夏季降水量、最大NDVI、最大LAI和最大NPP增大,来年春天土壤不容易侵蚀,沙尘天气不易发生。     

2000年以来朝鲜植被覆盖变化及其与气候因子的相关性研究

生态环境的可持续与人类福祉和生态系统服务息息相关,研究植被覆盖变化及其与气候因子的相关性,探讨植被覆盖时空变化规律,探究气候因子对植被变化的驱动机制,对预见气候因子对生态系统影响、制定生态环境可持续保护策略具有深远意义。基于此,利用美国国家航空航天局发布的MODIS NDVI数据并结合相关的气候资料,通过对像元信息进行提取与分析,采用最大合成法、克里金插值法、相关分析法等方法,对2000-2016年朝鲜全境植被覆盖变化及其与气候因子的相关性进行了研究。结果表明：朝鲜全境植被覆盖空间分布不均,北部盖马高原、东北部咸镜山区,中、东部山地丘陵区为高值区;西、南部平原地区,东部沿海地带为低值区。NDVI值整体上增加,局部减少,空间差异明显。植被生长受气温和降水双重驱动,其中,气温对植被年内生长变化比降水作用更大;而气温因素中,年平均气温对植被生长的影响程度略大,NDVI对降水的响应存在明显滞后效应;NDVI对温度和降水的响应程度与空间地理位置、高程有关。区域植被NDVI年际变化主要受年最低气温和人类活动的影响。     

基于MODIS数据新疆土壤干旱特征分析

干旱是一种常见的自然灾害,严重影响着新疆的农业生产。利用中分辨率成像光谱仪MODIS影像MOD11A2数据和MOD13A2数据,数字高程模型(DEM)对Ts进行了纠正,提取归一化植被指数(NDVI)和地表温度(Ts)构建NDVI-Ts特征空间,并依据特征空间计算的温度植被干旱指数(TVDI)作为监测土壤湿度指标,反演了新疆2013年5、6、7三个月每16 d的土壤湿度。较好地反映地表图层土壤湿度,分析了新疆土壤湿度的时空分布特征,新疆北部地区土壤湿度高于南部,西部的土壤湿度高于东部,且土壤湿度由西北向东南逐步减小,依次表现为湿润>正常>轻旱>中旱>重旱>极旱;由5月到7月土壤湿度不断增大,这与新疆降水量分布和实地土壤含水率十分吻合,监测结果可信,能够为决策部门防旱抗旱提供有力的信息支持。     

基于 MODIS 数据的吐鲁番盆地 2001—2017 年 植被变化及水热组合影响分析

中国西北干旱地区的气候变化及其对植被的影响一直备受关注。以地形特殊的吐鲁番盆 地为研究对象,利用实测气象站点数据、再分析气象格点数据以及 MODIS 卫星遥感植被指数,采用 趋势检验、线性回归、偏相关分析等方法,探究了该地区 2001—2017 年间的植被变化及其与水热组 合特征之间的关系。结果表明：（1）吐鲁番盆地降水量整体没有显著变化,但北部山区降水增长较 多,气温总体呈显著上升趋势,尤其是盆地底部中心区域增温较大。（2）全区域植被指数（NDVI）总 体呈极显著上升趋势,山区及中心区域 NDVI 增长率较大。（3）受水汽来源和日照时长的影响,吐鲁 番盆地周边山区高程 3 000 m 左右 NDVI 值最高,山区植被最好的坡向是西北坡。（4）吐鲁番盆地水 热组合复杂,水分条件是大部分地区植被生长的主要限制因素,降水与 NDVI 有较好的正相关,在 山区和荒漠区热量增加不利于植被生长,但中心区域受地下水和人类活动影响,水分的供给相对 稳定,热量增加利于植被生长。     

吐鲁番气象站迁移前后资料的差异分析

用吐鲁番站和参考站(托克逊、东坎两站)1974-2014年观测资料,分析城市化对吐鲁番站气候资料的影响发现,地处极干旱区域的吐鲁番站气温、降水量、相对湿度和平均风速与参考站一致性较差,其中,吐鲁番站年平均气温和降水量上升趋势比参考站要大;相对湿度和平均风速下降趋势吐鲁番站比参考站大;由于城市化发展造成吐鲁番市的升温率为0.24℃·(10 a)-1;均一性检测发现,由于城市化的影响,平均气温、相对湿度、降水量、风速分别在1982年和1998年产生了断点。新站与旧站观测资料对比分析发现,由于旧站环境较为湿润而新站环境极为干燥,使新旧站气候资料差异较大。其中,平均气温、最低气温新站比旧站分别高0.9℃和1.5℃;相对湿度新站比旧站低8.1%;年平均风速新站偏大1.4 m·s-1。与6个已经迁过站的平原站资料对比发现,干旱区的吐鲁番站年平均气温、最低气温、相对湿度,新旧站差值及差值标准差比多数站大一倍以上,而迁站前后新旧站年月风向相符率最小,仅为32.29%。     

基于TVDI的藏北地区土壤湿度空间格局

利用2010年DOY 209期的Terra/MODIS 16 d合成的植被指数(EVI)产品数据MOD13A2和8d天合成的地表温度(LST)产品数据MOD11 A2,构建LST-EVI特征空间,从而得到了条件温度植被干旱指数TVDI反映的藏北土壤湿度空间分布图.结合野外同步土壤表层水含量测试数据,二者表现出较好的相关...