基于EOF分析的三江源区植被覆盖变化时空分布特征

基于遥感图像1999-2010 年SPOT VEGETATION NDVI 数据,利用经验正交函数(EOF)分析方法,研究了近12a来三江源区植被变化的时空分布特征。结果显示近12a来源区植被覆盖呈整体增加趋势：(1)第一特征向量(方差贡献率为45.62%)及对应时间系数表明源区植被覆盖逐渐增加,且增速加快;(2)第二特征向量(方差贡献率为9.77%)及对应时间系数表明东南部和中部植被变化情况以退化为主,而东北部和西南部植被变化情况以增加为主。     

黄河源区冻土对植被的影响

黄河源区由于近年来气候变化的影响,打破了高寒植被与冻土环境之间稳定的适应性关系,由此引发了一系列生态环境退化的现象.在黄河源区多年野外工作的基础上,定量分析了冻土与植被之间的关系.研究表明:多年冻土埋深通过影响浅层土壤含水量影响植被生长的,多年冻土的埋深与浅层土壤含水率和植被的覆盖率具有良好的相关性规律.冻土埋深<2 m时,冻土埋深决定浅层土壤含水率,成为影响植被的生长主要因素;埋深>2 m时,冻结层上水水位低、补给量少,冻结层上水水量小,毛细上升高度不能达到植被根系分布的浅层土壤中,植被生长环境干旱化,多数植被生长受限制,这时只有少量根系发达的耐旱植被存活,覆盖率小,一般不超过35%.因此,2 m的多年冻土埋深为“生态冻土埋深”.近20 a来,黄河源区地温长期处于增温状态,多年冻土出现表层融化,形成深埋的或少冰的冻土等现象;部分地带完全融化消失,连续多年冻土变成不连续冻土或岛状冻土.多年冻土退化后,土壤含水量减少,导致植被物种更替、“黑土滩”等退化现象.     

气候变化和人类活动对三江源地区植被生产力的影响

利用三江源区1982-2013年18个气象台站地面观测资料、GIMMS和MODIS两个卫星源的遥感监测值,以NDVI值和周广胜模型分别计算植被生产力和气候生产力,将植被生产力与气候生产力的差值定义为人类活动影响。在分析该区域植被生产力和气候生产力变化趋势的基础上,通过分离气候变化和人类活动对植被生产力的影响,从而定量评估两者的影响大小,研究结果表明：（1）在气候变化和人类活动的叠加作用下,三江源地区植被生产力、气候生产力和人类活动影响均趋于好转,平均每10a分别增加179kg·hm^-2、154kg ·hm^-2和24kg·hm^-2;（2）气候变化是影响植被生产力的决定性因素,但人类活动在一定程度上加快了其变化速率,尤其是进入21世纪以来人类活动正面影响较为明显,气候变化和人类活动对植被生产力的贡献率分别为87%和13%。     

1982～2006年全球植被生长时空变化

基于遥感和地理信息系统技术,利用1982～2006年间NOAA AVHRR获得的归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,简称NDVI)数据对全球最近25年来的植被生长的动态变化及其与温度、降水的相关关系进行了分析。结果表明: 25年间,全球植被生长季NDVI总体上呈显著上升趋势(R2=0.27,PR2=0.68,PR2=0.34,P=0.08)。不同地区生长季NDVI变化趋势存在较大差异。1982～2006年间,热带地区生长季NDVI增加速度最快(R2=0.32,PR2=0.14,P=0.06）,而南半球温带地区平均生长季NDVI主要处于波动中(R2=004,P=0.31)。生长季平均NDVI与气候因子之间相关关系分析表明,北半球中高纬大部分地区植被的NDVI与温度成正相关,说明温度上升对该地区植被生长有利。     

基于MODIS EVI的大兴安岭多年冻土区植被物候研究北大核心CSCD

植被物候是指示植被对自然环境变化响应的重要指标。大兴安岭多年冻土区是我国唯一的高纬度多年冻土区,该区植被物候的研究有助于认识寒区生态系统对全球气候变化的响应。本文首先比较了归一化植被指数(NDVI)、增强型植被指数(EVI)和日光诱导叶绿素荧光(SIF)在多年冻土区物候研究中的差异和适应性,结果表明EVI的应用效果最佳。其次,结合2000—2019年MODIS EVI时间序列数据和气象数据,采用Savitzky-Golay(S-G)滤波和动态阈值等方法提取植被生长季开始(SOS)、结束(EOS)和长度(LOS)等关键物候参数,分析大兴安岭多年冻土区植被物候的时空变化及其对气候变化的响应。结果表明:(1)NDVI、EVI和SIF的时间序列均能反映研究区植被生长的季节变化,与NDVI相比,EVI与SIF的变化曲线更加一致。(2)研究区2000—2019年SOS变化范围为年序日96~144 d,平均值为129.46 d。EOS变化范围为272~320 d,平均值为295 d。LOS集中分布在128~224 d,平均值为165.65 d。由于植被类型差异和逆温现象的存在,大片连续多年冻土区的LOS大于岛状融区多年冻土区。(3)研究区SOS和EOS变化趋势的平均值分别为-1.23 d·(20a)^(-1)和-0.46 d·(20a)^(-1),均呈提前趋势。LOS变化趋势的平均值为2.39 d·(20a)^(-1),呈延长趋势。研究区植被SOS与3—5月平均气温呈显著负相关,EOS与8—10月平均气温和降水呈显著正相关。     

1996—2015年黄河源区植被覆盖度提取和时空变化分析

研究黄河源区植被覆盖度时空变化对于深入理解青藏高原多年冻土区在气候变化和人类活动双重作用下的植被响应,以及为黄河源区生态环境保护和治理提供决策具有重要的意义。以陆地卫星（Landsat）影像为主要数据源,利用多端元混合像元分解模型（Multiple Endmember Spectral Mixture Analysis,MESMA）,完成了1996—2015年黄河源区4.4万km²、7个时相的植被覆盖度提取,并基于转移矩阵和一元线性回归趋势法分析了植被覆盖度变化情况。结果表明：黄河源区东南部植被覆盖度较高,西北部植被覆盖度较低,且植被覆盖度在空间上由东南向西北呈递减趋势。1996—2004年植被覆盖度整体呈下降趋势,2004—2015年植被覆盖度呈增加趋势。1996—2015年植被覆盖度呈增加趋势的区域占57.25%,基本不变的区域占16.02%,植被覆盖度呈下降趋势的区域占26.73%。植被覆盖度下降的主要原因是黄河源头及一些河谷地带、环湖地区受人类影响较大,且东南部海拔较低地区受到过度放牧的影响。尽管黄河源区1996—2015年植被覆盖度总体呈改善趋势,但毒杂草的面积也由1996年的16 060 km²增加到2015年的22 942 km²,20年间增加了6 882 km²,毒杂草面积的增加对黄河源区局部地区畜牧业的发展有不利影响。     

西南地区2001-2014年植被变化时空格局

时序植被动态变化研究一直是全球变化研究的热点之一,对地区生态治理有重要意义。基于西南地区2001至 2014年的MODIS植被指数数据集以及DEM数据和土地利用数据,进行季节合成植被指数（SINDVI）的趋势模拟、空间统计和相关分析,探讨西南地区植被变化趋势和空间分异特征,研究结果表明:（1）74.52%的区域SINDVI变化不显著,显著改善的区域占22.07%,而显著退化的区域占3.41%,改善面积远远大于退化面积。（2）从地形因子结果来看,中低海拔地区和缓坡地区植被变化趋势最明显,海拔3 500 m以下植被变化趋势比海拔3 500 m以上明显。随着坡度的增加,改善趋势和退化趋势都在变小。（3）从土地利用分析结果来看,SINDVI变化趋势在人工表面最明显,改善和退化趋势都相对较大。（4）受人类活动的影响,人工表面和裸地的增多、林地的减少是植被呈退化趋势的主要原因。      

民勤绿洲天然植被生长与地下水埋深变化关系

甘肃石羊河流域民勤盆地水资源短缺,生态环境脆弱,弄清地下水埋深与天然生态植被生长的关系,是精准调控地下水开采、针对性制定生态保护政策的重要理论依据。利用民勤盆地2000—2017年LANDSAT遥感数据,计算归一化差值植被指数（NDVI）年均值,结合85眼监测井的地下水埋深实测数据,分析了植被生长与埋深的关系。结果显示：研究区植被NDVI较低,多年均值约0.1,2012年后NDVI趋于增大,反映人工造林等措施成果明显。地下水埋深总体趋于增大,2008年后增幅减缓,目前埋深西部大于20 m,东部、北部小于20 m。区内适宜植被生长的埋深范围为2.5~3.9 m,多年平均适宜生态水位约2.66 m;埋深小于4 m时,NDVI与埋深表现为高度负相关(R<-0.8),即埋深越小,NDVI越高;埋深大于4 m时,两者无明显关系。较前人成果,文章从长序列时间、盆地空间尺度分析了民勤绿洲区天然植被生长与地下水埋深的变化,得到浅埋区生态水位,进而圈定了生态治理重点靶区。     

柴达木盆地乌图美仁区植被覆盖率变化及其与地下水的关系

那棱格勒河乌图美仁区位于青海柴达木盆地西南部,气候干旱少雨,生态系统脆弱。基于MODIS NDVI数据,应用遥感方法,对乌图美仁区2000-2011年的植被覆盖率进行了计算,并分析了地下水对其的影响。结果表明：研究区内裸土和低覆盖率植被的面积是逐年减小的;而较低覆盖率、中等覆盖率、较高覆盖率及高覆盖率植被的面积都是逐年增加的;研究区植被生长与地下水位埋深的关系较为密切。乌图美仁地区植被的地下水位埋深范围为0.4~3 m,在水位埋深为0.9 m的地方,植被长势最好;当研究区的地下水位埋深小于2 m时,水质矿化度小于3.5 g/L,植被发育较好。     

2000—2020年祁连山冻土区植被水分利用效率变化特征及其对干旱的响应

冻土是冰冻圈要素的重要组成部分,是气候变化最敏感的区域之一,冻土环境变化引起水热条件差异是引发植被生态系统能量交换、水循环和碳循环的重要因素。水分利用效率(WUE)是联系生态系统碳循环与水循环关系的关键,反映了植被生态系统对冻土退化的调整和适应策略。本研究基于MODIS的植被总初级生产力(GPP)和蒸散发(ET)产品,估算并分析了2000—2020年祁连山多年冻土与季节冻土区植被GPP/ET/WUE空间变化特征,并结合自适应帕尔默干旱指数(scPDSI),研究了多年冻土区与季节冻土区植被WUE对干旱的响应。结果表明：2000—2020年祁连山地区植被WUE、GPP和ET的平均值分别为0.56 gC·m^-2·mm^-1,307.79 gC·m^-2和443.02 mm,三者空间分布特征均为东南高、西北低;WUE高于0.8 gC·m^-2·mm^-1的植被主要分布在季节冻土区,WUE低于0.4 gC·m^-2·mm^-1的植被主要分布在多年冻土区。近...     

黄河源区基流变化及其植被响应研究

黄河源区是我国最大的自然保护区之一,但近年来存在一系列严重的生态环境退化现象。来自地下水的基流量的变化正是植被生长环境变化的直接反映,因此开展基流量变化研究对于高寒干旱区的生态环境变化规律认识与环境恢复都具有重要的科学价值。黄河源区地下水位变化对植被生长具有直接的影响,研究结果表明：1956-1998年来自地下水的基流量总体上呈现枯—丰—枯的变化规律,表明了源区地下水位呈现低—高—低的总体变化规律;源区的基流量与地表植被的生长之间具有良好的相关性,汛期降水之后,地下水对植被生长的影响逐渐增大。     

1901—2018年三江源地区大气冻融指数变化特征

三江源地区是我国重要生态安全屏障,冻土是其高寒生态系统的重要组成部分,冻土的变化深刻影响高寒生态系统固碳及水源涵养。基于英国东英吉利大学(University of East Anglia,UEA)气候研究中心(Climatic Research Unit,CRU)月平均气温再分析资料,利用线性倾向法和滑动平均法并结合GIS空间分析和制图,计算并分析了三江源地区1901—2018年冻融指数变化趋势及其空间分布特征。结果表明:三江源地区冻结指数在1901—2018年整体以-1.1℃·d·a^-1的斜率呈波动减少趋势,经历了三个波动变化阶段:1901—1943年的下降(-3.4℃·d·a^-1)、1943—1966年的升高(8.8℃·d·a^-1)、1966—2018年的再次下降(-4.3℃·d·a^-1)。融化指数与冻结指数的变化相反,整体以0.34℃·d·a^-1的斜率呈波动上升趋势,呈现升高(1901—1943年,3.3℃·d·a^-1)、下降(1943—1981年...     

基于气候情景的岩溶断陷盆地2020—2050年植被动态变化模拟预测

岩溶断陷盆地作为我国西南部重要生态脆弱区和生态安全屏障区,生态价值不可估量.其独特的植被生态系统对气候变化十分敏感,探讨在未来全球变暖的必然趋势下断陷盆地植被变化趋势,能为进一步了解岩溶断陷盆地植被变化的气候驱动机制提供了重要依据.本研究基于2001—2016年间气象数据集和NDVI时间序列数据,利用TS非参数趋势分析法对未来2020—2050年两种RCPs(Representative Concen-tration Pathways)未来气候情景下的NDVI值进行预测,开展了不同气候变化背景下断陷盆地未来植被的可能演变趋势分析.结果表明:相对于基准期(2001—2016年),在不同典型浓度路径(RCP4.5和RCP8.5)情景下,断陷盆地气候整体呈持续增温增湿趋势,且植被NDVI也有一定的升高.综合分析两种情景下的NDVI变化共性趋势发现:青藏高原东南缘木里河谷地区温度和降水量升高缓慢,区域性干旱增强,植被出现退化,是未来断陷盆地植被修复的难点地区;而云贵两省边界地区温度和降水涨幅迅速,未来植被改善明显,是植被修复成果的重点保护区.     

2000—2020年我国西南地区植被NEP时空变化及其驱动因素的相对贡献

植被碳汇是露天煤矿生态环境评价的重要指标,精确反演植被碳汇并进行准确分级对探索矿区生态修复至关重要。为此,提出一种基于粒子群优化算法的露天煤矿植被碳汇分级方法。基于Landsat遥感影像和气象数据,采用光能利用率模型,反演出内蒙古胜利一号露天煤矿区2005—2020年间排土场的植被碳汇时空分布;通过构建目标函数并迭代计算,获取了该区植被理想光能利用率、最佳气温和降水条件,量化并建立了植被碳汇分级标准;对不同时期各个排土场的植被碳汇结果进行分级,并对分级面积和占比的时空变化进行分析。结果表明：(1) 2005—2020年间研究区植被固碳能力呈上升趋势,年均增长值和增长率分别为1.43 gC/(m²·a)和6.97%。(2) 各排土场生态修复后,植被碳汇值大幅提高,极高和高植被碳汇区面积不断扩大。(3) 排土场生态修复效果存在差异,南北排土场表现最佳,沿帮次之,内排土场相对较差。到2020年南、北排土场极高植被碳汇区面积分别达0.94和0.92 km²,占比为92%和94%;沿帮排土场极高和高植被碳汇区面积达3.64 km²,占比66%;内排土场极高植被碳汇区面积增长至1.22 km²,占比达31%;2020年南、北和沿帮排土场已不存在极低植被碳汇区。研究成果不仅为露天煤矿生态环境评估提供了重要的数据支持,也为矿区生态修复策略制定提供了科学依据。

     

2001—2019年横断山区积雪时空变化及其影响因素分析

基于MOD10A2积雪产品提取横断山区积雪日数及积雪覆盖率等信息,结合横断山区129个地面气象站点的气象数据,采用趋势分析、相关分析及随机森林回归模型等方法分析了横断山区积雪时空分布特征及其影响因素。结果表明：年平均积雪覆盖率的年际变化呈不显著的下降趋势;年内变化呈“单峰”型曲线,其中3月积雪覆盖率最大,为55.04%。海拔3 000 m以上的积雪覆盖率较为稳定,海拔1 000~3 000 m之间的积雪覆盖率波动较大。受暖湿气流和地形影响,阴坡积雪覆盖率大于阳坡。横断山区积雪日数的分布具有纬度地带性,北部山区积雪分布广泛且积雪日数高,南部云贵高原积雪日数低。年均积雪日数介于55.16~79.47 d,积雪日数在28.46%的地区呈减少趋势,在21.66%的地区呈增加趋势,其中呈显著减少和显著增加的地区分别为2.65%和0.68%。中部康定市、九龙县及其周边地区减少趋势明显,北部杂多县—若尔盖县一线的高海拔山地增加趋势明显。积雪日数整体上与降水量、相对湿度呈正相关,与风速、气温和日照时数呈负相关。与降水量呈显著正相关的地区主要分布在西北部杂多县、称多县;与风速呈显著负相关的地区主要分布在西北部称多县、中部康定市;与气温呈显著负相关的地区主要分布在中部九龙县、西北部称多县;与相对湿度呈显著正相关的地区主要分布在北部杂多县—石渠县一线;与日照时数呈显著负相关的地区主要分布在东北部玛曲县、西北部称多县。积雪日数受气温和高程的影响最大,而日照时数和风速为次要因素。     

1981-2006年西北干旱区NDVI时空分布变化对水热条件的响应

气候是植被变化的重要驱动因子. 利用1981-2006年GIMMS归一化植被指数（NDVI）时间序列数据,结合68个气象站降水、气温数据和DEM地形数据等资料,研究分析了西北干旱区植被活动的年、季变化和空间差异. 结果显示：在1981-2006年的26 a,西北干旱区植被的覆盖率增加了4.5%,年平均NDVI增加了3.2%;植被的生长季延长,主要表现在生长季的推迟. 从总体来说,植被覆盖率、生长季和NDVI值在2000年以前显著增加,而在2000年以后都呈现减小的趋势;其中,减少明显的区域是在伊犁河谷、中天山及平原区,在河流上游山区或源头以及部分河流两岸呈现增加态势;在年际变化上,大部分区域的气温、降水与NDVI相关性不强. 而年平均气温在4.58 ℃以下低温区和年降水在180 mm以上的相对湿润区,气温和降水都呈现正相关;在季节变化上,NDVI值在春季和秋季与温度相关显著,而夏季与降水相关性强. 2000年以后,植被覆盖率和NDVI值开始出现降低趋势与气温持续升高、降水量增幅下降有关.     

1543—2001年北疆区域年降水量变化特征分析

征,同时200 a左右的周期变化特征也较为明显,且不同历史时期的周期变化特征存在明显差异.突变检验表明,均值突变尺度在50～100 a尺度上更为明显,公元1613-1643年,1731-1792年的突变表现为年降水量的增加,而公元1669-1712年的突变则表现为年降水量的减少;方差突变则以18世纪80年代最为明显.     

新安江流域2000—2021年NDVI时空变化特征及其影响因素分析

新安江流域是长三角地区重要的生态屏障,对该流域的植被覆盖情况进行监测并掌握其动态变化特征,对该区生态环境保护具有重要意义。以新安江流域为研究区,利用2000—2021年MOD13Q1数据,针对归一化植被指数(NDVI)的时空变化特征及其变化的持续性,使用Theil-Sen Median趋势分析、Mann-Kendall检验和Hurst指数等方法进行分析,探讨了NDVI的变化趋势与岩性建造、土地利用类型之间的关系。结果表明:二十多年以来,新安江流域的年平均NDVI为0.5~0.9,总体呈波动上升趋势,最大值出现在每年7—9月,最小值出现在每年1—3月,呈现"山地高,丘陵和平原较低"的分布特征。NDVI变化类型以改善型为主,改善型区域面积占比>70％,且以持续改善型为主,其中轻微改善型和明显改善型面积占比达85.71％。第四系和白垩纪红层分布区,NDVI严重退化和轻微退化占比较高,NDVI退化情况较严重的土地利用类型为建设用地、草地和耕地。该研究结果可反映新安江流域NDVI的时空变化特征,对于该区生态环境保护与建设具有一定指导意义。     

1998—2007年新疆植被覆盖变化及驱动因素分析

利用1998-2007年SPOT VGT归一化植被指数(NDVI)数据对新疆植被覆盖的年际和空间变化进行了动态监测,并从气候变化和人类活动双重角度分析了植被覆盖演变的原因.1998-2007年新疆植被覆盖变化经历了2个阶段:1998-2001年植被覆盖严重退化时期;2002-2007年植被覆盖由急剧上升到缓慢下降再到持续升高时期,NDVI明显高于20世纪末期水平.新疆植被覆盖变化存在显著的空间差异,阿尔泰山地森林、巴音布鲁克草原等自然植被NDVI明显退化,农业灌溉区和生态建设地区的植被覆盖明显提高.从不同的土地利用类型来看,沙地和耕地的NDVI上升趋势显著,林地和草地植被的NDVI退化严重.研究表明,新疆植被覆盖变化是气候变化和人类活动共同作用的结果.温度对植被覆盖变化的影响表现为对植被生长年内韵律的控制和春季植被生长期的延长,年降水量的波动式下降是导致新疆植被覆盖变化呈现2个阶段的主导冈素.农业生产水平的提高是新疆农业灌溉区NDVI不断上升的重要原因,同时,近年来大规模实施的生态建设工程所带来的生态效应正在呈现.     

2001—2008年天山西部山区积雪覆盖及NDVI的时空变化特性

对于以融雪及融冰补给为主的山区河流,融雪及融冰量的多少对当地可供利用水资源量的大小起着决定作用,对河流所在的水库的正常蓄水、防洪及发电产生一定的影响.积雪时空变化规律的影响因素较多,除气温这个主要因素外,还与当地植被覆盖情况、风向、风速及太阳辐射等因素有关,因此,基于2001—2008年的MODIS积雪数据和NDVI数据分析了研究区的积雪覆盖度与NDVI时空变化特性.结果表明:天山西部山区积雪分布极不均匀,边缘山区多雪,腹地少雪,边缘山区南坡比北坡积雪多;积雪期主要集中在10月到翌年5月,积雪年际变化差异较大,积雪有减少趋势.近8a来研究区的植被有较好的改善且与降水有一定的联系,但部分区域NDVI也有减小的趋势,不同区域植被返青时间不同.通过对比分析发现,除积雪消融与NDVI有其自有的变化规律外,二者之间也有很好的相关性,但关于植被覆盖是否会对积雪的消融起加速或减缓的作用,基于此两种MODIS数据产品无法得知,有待于通过其它方法或进行野外实验确定.