基于RS、GIS两大沙漠边缘带土地利用/覆盖对近十余年来气候变化的响应研究

以1986年与2000年两期TM遥感解译影像为基础,运用GIS空间分析手段,借助多个土地利用分析模型,对我国北方腾格里与毛乌素两大沙漠边缘带土地利用空间变化特点进行了分析,揭示出上世纪80年代后期至本世纪初的十余年来两大沙漠南缘带土地利用／覆盖对气候变化所做出的各具特色的响应方式。研究期内,研究区土地利用程度总体得到提高,其中东部毛乌素地区提高速度高于西部,中部宁夏部分高于两头陕西、甘肃部分。土地利用重心分布揭示出半干旱、干旱沙漠边缘带耕地与水资源分布的密切关系,同时,土地利用重心变化分析揭示山西部腾格里地区研究期内生态环境区域恶化,而东部毛乌素地区生态环境质量趋于好转。     

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。     

中国西部干旱区生态环境演变过程

根据湖沼沉积、黄土沉积和冰积等地质记录，运用地理信息系统、遥感、生态景观学等方法．从万年、千年和百年及百年以下四个时间尺度对中国西部干旱区生态环境演变过程进行研究。结果表明，全新世以来，中国西部干旱区的气候变化经历了多次的相对暖干和相对冷湿交替变化，变化历程较为复杂。早全新世、中全新世、晚全新世气候特点因地因时而异，但总体特征以干旱化为主，280～350a来，降水量有明显的减少趋势，并表现出显著的周期性。但在近半个世纪以来，中国天山地区的气候变化特征表现为气温升高，降水量增加。总的来说，从20世纪80年代以来，新疆的气候趋于好转，植被覆盖状况改善明显，山地森林、草甸、人工绿洲的面积均呈增加趋势。研究结果还表明，在一定尺度的气候背景条件下，地表的植被覆盖对调节绿洲区域气候有着积极的作用，可增加局部地区的降水。     

1999—2010年中国西北地区植被覆盖对气候变化和人类活动的响应

中国西北地区气候干旱,频繁出现沙尘天气,属于生态脆弱区域,而植被变化是生态系统对气候变化响应的指示器,研究其变化对改善西北生态环境具有重要意义.本文利用1999—2010年归一化植被指数(NDVI)以及气象数据研究中国西北地区植被覆盖时空变化,以Sen趋势度结合Mann-Kendall检验、相关和偏相关分析以及残差法分析人类活动和气候变化对植被覆盖变化的影响.结果表明:西北地区植被覆盖整体呈增加趋势,但在局部地区气候干旱少雨和人类活动抑制植被生长.植被变化强度空间差异是人类活动和气候要素共同作用的结果:气温高,降水少,大部分地区植被覆盖与气候要素相关显著,并且植被变化对气温和降水的响应存在一定滞后时间;蒸发量大于降水量,人类引水灌溉弥补降水不足,使得农业植被呈增长趋势.新疆北部地区植被覆盖呈下降趋势,原因是气候干旱、沙漠化严重会抑制植被生长,人类活动频繁、城市扩建同样会破坏植被生长.     

植被地理分布对气候变化的适应性研究

开展气候变化对植被生产力及分布格局影响的研究较多,但分析植被地理分布与气候条件之间适应关系的研究还不多见.本研究以气候与植被关系为基础,采用植被对气候变化响应的时滞性,模拟不同植被类型对气候变化的动态响应过程,以当前气候条件和未来气候变化情景下植被地理分布实际发生和潜在的转变情况来定量表达植被地理分布与气候条件间的适应关系,评价植被地理分布对气候变化的适应性.结果表明,当前气候条件下(1961-1990年).中国植被对气候变化适应性总体较好,适应性较差的地方主要为森林-灌丛和草地-荒漠的交界处,植被的地理分布已经有所改变,约占5%;在华东地区森林-灌丛过渡带、内蒙古地区的灌丛-草地过渡带以及青藏高原南部的草地生态系统等对气候的适应性也较差,约占35%,这些地区的植被有退化的倾向,植被的地理分布有可能会发生变化.中国植被对未来气候变化(IPCC-SRES-A2情景2071-2100)的适应性总体较好,84%的植被变化表现为正向的变化,特别是在西北地区,未来气候条件将有所改善,这些地区的植被覆盖可能会有所提高.植被潜在的变化中约79%的植被可以适应未来的气候,但在青藏高原南部和内蒙古地区及西北的部分地区的草地生态系统对未来气候变化的适应性较差,有退化的倾向.     

近15a新疆不同类型植被NDVI时空动态变化及对气候变化的响应

为了研究新疆不同类型植被对气候变化的响应,以地带性划分的植被类型作为研究对象,1998-2012年为时间尺度,利用GIS的空间分析方法结合数学统计方法,分析了新疆各地带植被覆盖变化的时空分布特征;并采用"多元回归+残差插值"的方法,模拟了气温和降水量的空间分布;利用SPOT VGT/NDVI数据以及气候数据(气温和降水量数据),分析了5个不同地带植被的动态变化、年际变化和生长季内各月变化及其对气候变化的响应。结果表明:(1)新疆各地带植被覆盖度存在着显著差异,其中,温带北部草原地带高植被区和浓密植被区的范围较广,植被覆盖度较高,而高寒荒漠地带的极低植被区占该地带面积的一半以上,且植被覆盖度最低。(2)新疆各地带植被覆盖在近15 a间呈波动增加的趋势,5个地带的植被覆盖均有所改善,其中,高寒荒漠地带和暖温带半灌木、灌木地带的植被覆盖改善较为明显,其余3个地带均有少部分地区出现轻微改善现象。(3)温带半灌木、矮乔木荒漠地带,暖温带半灌木、灌木荒漠地带和温带半灌木、灌木荒漠地带4~10月的平均气温呈上升趋势,而温带北部草原地带、高寒荒漠地带对应的平均气温则出现下降趋势。5个地带的降水量在该时段内均表现为下降趋势。(4)基于年际尺度,新疆各地带植被NDVI与气温、降水量的相关性均不显著;基于月尺度,各地带植被NDVI受降水量的影响比气温大。同时,仅有暖温带半灌木、灌木荒漠地带植被NDVI与气温存在1个月的滞后性,其余4个地带对气温和降水均不存在滞后性。     

2000~2014年黑龙江流域（中国）植被覆盖时空变化及其对气候变化的响应

采用MODIS/NDVI数据,利用Theil-Sen Median 趋势分析、Mann-Kendall 以及Hurst指数方法分析2000~2014年黑龙江流域（中国）植被的时空变化特征、植被变化发展趋势及可持续性特征;应用相关分析法研究了气候变化对植被生长的影响。结果表明,2000~2014年黑龙江流域（中国）植被NDVI指数呈缓慢增加趋势,山区植被覆盖增加显著,东北部平原区植被覆盖持续退化,总体上植被覆盖持续改善能力较弱。植被NDVI对气候响应的季节差异显著,且不同类型植被对气候因子的响应不一致：春季植被NDVI主要受温度影响,夏季植被NDVI主要受降水量影响,秋季林地NDVI与温度正相关、草地NDVI与降雨量正相关。     

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。     

基于无人机和MODIS数据的巴丹吉林沙漠植被分布特征与动态变化研究

荒漠植被在减缓沙漠扩张、阻挡风沙入侵绿洲、维护绿洲稳定性方面具有重要意义。通过无人机搭载多光谱相机获取地面样地高分辨率NDVI数据以计算植被覆盖度,结合MODIS-NDVI数据,分析了MODIS-NDVI与无人机获取NDVI数据之间的一致性,进而建立MODIS-NDVI数据与样方植被覆盖度的空间反演模型,以研究巴丹吉林沙漠植被分布特征、动态变化及其对气温、降水的响应规律。结果表明:(1)基于无人机多光谱数据大样方植被覆盖度和MODIS-NDVI数据构建的植被覆盖度反演模型具有较高的模拟精度。(2)研究区总体植被覆盖度较低,空间上呈由东南向西北递减的趋势。(3)植被覆盖度总体呈现上升趋势,沙漠边缘的增速较沙漠内部更为明显,其中沙漠边缘增长率达1.53%/10a,而沙漠内部为0.84%/10a。沙漠边缘57.12%植被出现改善,而沙漠内部植被改善的面积约为21.26%。(4)植被生长主要受制于生长季降水量并呈现出明显的季节变化,此外植被对降水和气温的响应存在一定的滞后效应。     

西北干旱区黑河下游植被覆盖变化研究综述

植被作为干旱区敏感的环境要素, 能直观反映自然环境状况, 任何植被覆盖变化都可揭 示区域环境状况的演化与变迁。因此, 植被覆盖变化研究已成为揭示干旱区自然环境变化及其规 律的重要手段。本文针对干旱区黑河下游这一特殊地域及其植被生态系统存在的问题, 综述了植 被覆盖变化及与其密切相关的地下水、土壤水盐平衡、全球气候变化和人类活动等因素的关系, 目的是全面分析与植被覆盖变化相关的各因素, 为分析植被覆盖变化机理及进一步研究黑河下 游生态环境演变服务。最后总结了目前黑河下游植被覆盖变化研究中存在的问题, 并提出了相应 的解决策略, 为区域植被覆盖变化研究提供了参考依据。     

准噶尔盆地的气候变化与荒漠环境研究

通过对北疆及准噶尔盆地的气候变化与荒漠环境效应研究认为,该区一是受气候变化的影响,其次是受地形和人类活动的影响。在气候变化和环境效应研究中,该地区有着不可替代的区域特征和学科意义。尤其是该区域受西风环流控制和受太平洋季风的影响较少,因此具有季风气候和地中海气候的双重性。因此,该研究区荒漠环境的正逆发展过程不仅受降水和温度的重大影响,而且季节性积雪和高山雪冰融水为荒漠植物的萌发与生长提供了有效的水资源。但是,该地区的生态环境十分脆弱,人类的过度开发和扰动对其的影响也非常严重。所以,加强气候变化与环境效应的相互影响研究,保护干旱生态的平衡发展,再造秀美山川,是该地区今后研究的重要任务和发展方向。     

A comparison of methods to assess long-term changes in Sonoran Desert vegetation

Knowledge about the condition of vegetation cover and composition is critical for assessing the structure and function of ecosystems. To effectively quantify the impacts of a rapidly changing environment, methods to track long-term trends of vegetation must be precise, repeatable, and time- and cost-efficient. Measuring vegetation cover and composition in arid and semiarid regions is especially challenging because vegetation is typically sparse, discontinuous, and individual plants are widely spaced. To meet the goal of long-term vegetation monitoring in the Sonoran Desert and other arid and semiarid regions, we determined how estimates of plant species, total vegetation, and soil cover obtained using a widely-implemented monitoring protocol compared to a more time- and resource-intensive plant census. We also assessed how well this protocol tracked changes in cover through 82 years compared to the plant census. Results from the monitoring protocol were comparable to those from the plant census, despite low and variable plant species cover. Importantly, this monitoring protocol could be used as a rapid, “off-the shelf” tool for assessing land degradation (or desertification) in arid and semiarid ecosystems.     

干旱区土壤植被系统恢复的生态水文学研究进展

干旱区约占地球陆表面积的40%以上,所支撑的复杂多样的生态系统是全球陆地生态系统的重要组成,水是干旱区诸多生态系统过程的驱动力和关键的非生物限制因子。生态水文学作为新兴的交叉学科,为客观、全面地诠释干旱区植被与土壤系统相互作用与反馈机理提供了新的理念和途径,同时,也为干旱区以植被建设为主的生态恢复实践提供了理论基础。以沙坡头沙漠研究试验站在腾格里沙漠东南缘荒漠化草原和草原化荒漠过渡带的长期定位监测研究为例,分析、综述了我国在干旱区生态水文学研究领域所取得的主要成绩和相关进展,重点讨论了沙地植被从组成、结构和功能群演变等多层次上对土壤生态水文过程的响应,以及植被对土壤环境和水循环的长期反馈作用和调控机理;将生物土壤结皮首次作为影响植被-土壤系统水文过程的重要环节来考虑,对其发挥的生态水文功能的相关研究进行了总结;归纳了基于水量平衡的干旱区生态恢复理论模式及其在实践中的应用。     

气候变化和人类活动对盐池县植被净初级生产力的影响

为定量区分退耕还林还草背景下北方典型农牧交错带植被变化过程中气候变化和人类活动的相对贡献率,以宁夏盐池县2000—2020年植被变化为研究对象,基于MODIS13Q1-NDVI数据、地表覆盖数据和气象数据,采用Thornthwaite纪念模型和CASA（Carnegie-ames-stanford approach）模型分别估算了逐年的潜在净初级生产力（Potential net primary productivity, PNPP）和实际净初级生产力（Actual net primary productivity, ANPP）。综合运用趋势分析、相关分析和差值比较法分析了2000—2020年盐池县净初级生产力（Net primary productivity, NPP）时空变化特征及其驱动力,并定量确定了气候因子和人类活动对盐池县植被变化的相对贡献率。结果表明：（1） 在2000—2020年盐池县NPP总体呈上升趋势,但存在着显著的空间异质性,主要表现为植被NPP改善区面积远大于NPP退化区面积,且改善或退化程度也存在显著的空间分异。植被改善区主要分布于荒漠、荒漠草原等退耕还林还草工程区域和灌溉区,而植被退化区则分布于荒漠和荒漠草原的边缘地带。（2） 植被变化归因分析表明,在植被改善区,气候变化和人类活动共同主导驱动了植被的改善,但气候变化的相对贡献率（59.77%）大于人类活动的相对贡献率（40.23%）,而在植被退化区,人类活动的相对贡献率（91.77%）则显著高于气候变化的相对贡献率（8.23%）。（3） 驱动力分析表明,研究区植被NPP变化与降水量呈显著正相关,而与气温的相关性较弱;而人类活动是驱动植被退化区NPP下降的主要原因,但负向影响力有所减弱。总体而言,气候变化是植被改善区的主要驱动力,而人类活动是植被退化区的主要驱动因素,两者共同作用则使盐池县整体生态环境得以改善。     

气候变化和生态建设对秦岭—淮河南北植被动态的影响

论文基于2000-2019年秦岭—淮河南北MODIS-NDVI植被覆盖数据,对中国南北过渡带植被时空变化进行分析,并探讨植被动态变化驱动因素.结果 表明:①在趋势变化上,2000-2019年秦岭—淮河南北植被显著恢复.其中,秦巴山区植被恢复面积占比最高,其次是巫山山区和关中平原;植被退化区面积占比仅为6.4％,主要分布...     

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。     

中国干旱、半干旱区近千年来沙漠化对气候变化的响应

过去近千年来中国北方干旱、半干旱区沙漠化对气候变化有明显的响应,但响应的时间和幅度均存在区域差异。在中世纪温暖期,西部沙区温暖干旱,沙漠化表现为正过程;青藏高原地区沙漠化对气候变化的响应则不统一;中东部沙区为暖湿气候,发生逆过程。在小冰期,西部沙区寒冷且相对湿润,沙漠化发生逆转;青藏高原区沙漠化的响应并不明显;中东部沙区气候寒冷干燥,沙漠化加速。在20世纪暖期,西部沙区和青藏高原区总体上气候呈现暖干化特征,沙漠化发展;而中东部沙区沙漠化则在逆转,但在末期沙漠化有发展的趋势。总体上,西部沙区在暖期沙漠化发生明显的正过程,冷期逆过程明显;东部沙区在暖期沙漠化发生逆转,冷期正过程加速;青藏高原区沙漠化正逆过程主要表现为振荡形式。     

1992-2015年中国沙漠面积变化的遥感监测与气候影响分析

目前,关于中国全域年际分辨率长时间序列沙漠面积变化及影响机制的研究较少。利用1995-2015年全国土地利用数据对1992-2015年地表覆被数据中的裸地进行校正,并采用2000年和2002年腾格里沙漠遥感影像解译结果对校正后的沙漠面积的精度进行验证,同时分析不同大气环流区沙漠面积变化的气候变化影响机制。结果表明：1992-2015年中国沙漠面积减少了86 704 km²,东部季风区沙漠面积减少最明显,其次是青藏高寒区,西北干旱区减少最小,减少面积分别是46 109、23 470、17 125 km²。其中,东部季风区沙漠面积减少占比最为明显,达到18.13%。土壤湿度是影响西北干旱区和青藏高寒区沙漠面积年际变化的关键因素,降水、相对湿度和土壤湿度对东部季风区沙漠面积变化有直接影响,林业生态建设工程、退耕还林还草等措施也有一定关系。近20年来中国北方风力减小和人类保护可能是东部季风区沙漠面积减少的主要因素。     

荒漠绿洲区农业特征及其可持续发展策略

荒漠绿洲是干旱区人类生存的主要场所,地域内蕴藏着大量的自然资源。在工业化社会日益发展的时代,众多国内外学者对干旱区荒漠绿洲的自然资源、环境及开发利用进行了大量的研究。本文在对西北荒漠绿洲的生态环境,如气候条件、植被分布特征、土壤特征、水文特征分析的基础上,进一步对荒漠绿洲农业特征进行了剖析,提出了荒漠绿洲农业可持续发展的对策,即:充分利用资源优势,发展特色产业,合理分配水资源,构建可持续发展模式。