基于NOAA NDVI的植被生长季模拟方法研究

在近几年里, 大尺度的植被生长季监测已经成为全球气候变化研究中的一个重要科学问 题。NOAA/NDVI 数据为研究植被生长季时空变化规律提供了重要手段。文章综述并分析比较了 基于NDVI 估测植被生长季开始、结束、长度等特征参数的方法: NDVI 阈值、时间序列分析、物候 期的频率分布型与NDVI 相结合、主分量分析、利用曲线进行拟合等方法。受不同因素影响, 各方 法有不同的应用局限性, 因此, 在以前研究的基础上, 利用较常用的四种方法: 阈值法、滑动平均 法、最大变化斜率、曲线拟合模型模拟了锡林浩特1991～1999 年的草原生长季, 最后利用野外实 测的草原返青期验证了监测结果。结果表明: 与地面观测数据相结合, 基于阈值可得到较好的草 原返青期; 基于曲线拟合模型能适用于大尺度上的植被生长季变化监测, 但存在问题是拟合曲线 很难接近于实际曲线, 因此, 需要进一步研究的内容是选择合适的曲线估测模型, 监测不同植被 类型生长季的年际变化规律。     

北部湾海岸带植被覆盖时空动态特征及未来趋势

分析北部湾海岸带植被覆盖动态变化趋势,能为开展海岸带植被生态环境监测提供决策。以2000―2011年SPOT-VEGETATION逐旬NDVI数据为基础,采用MVC（最大值合成法）、标准差、线性趋势分析（SLOPE）和Hurst指数等数理统计方法对研究区植被覆盖时空变化特征及未来趋势进行定量分析。结果表明：1）研究区植被覆盖整体上处于变好的状态,在年尺度上呈现出“波动―明显改善”的趋势,且海岸带东岸与西岸的植被变化趋势快于丘陵地区;在季节尺度上NDVI的增长速率为：秋季＞夏季＞春季＞冬季;在月尺度上NDVI在6―11月植被生长迅速,而在1―4月则生长缓慢;2）NDVI均值的空间分布规律自东北―西南中心线呈现出“两头高、中心地带低”的趋势,且NDVI均值自西向东的变化规律为-0.026/1N°,具有经向地带性特点;3）NDVI的Hurst指数值为0.306 5~0.995 3,平均值为0.777 4,反持续性序列（15.78%）＜持续性序列（84.22%）,未来总体植被覆盖呈现出持续性改善趋势。未来需要重点进行保护的植被区域主要集中在十万大山的西南部、钦江流域的上游以及合浦县的西南部。     

基于SPOT NDVI的祁连山草地植被覆盖时变化趋势分析

基于RS、GIS技术和SPOT VGT-NDVI数据,运用累积平均法、均值法、趋势线分析法和影像差异法,分析了祁连山草地植被覆盖在时问和空间上的变化特征,并用Hurst指数动态预测祁连山草地植被覆盖未来变化趋势.结果表明:①1999-2007年祁连山草地植被NDVI呈缓慢增加趋势.典型草原和平原草地植被年均NDVIv和生长期NDVIg增加速率高于高寒草甸草地和沙漠草地.祁连山草地植被NDVI增加和减少的面积分别为69776 km2和15928 km2,植被NDVI增加的区域分布在冷龙岭、拉脊山、大通山、达坂山、青海南山、走廊南山、托来山、托来南山等地区,减少的区域分布在乌鞘岭、大通河、石羊河、黑河、北大河、疏勒河等河流河谷以及青海湖周边地区.②祁连山草地植被NDVI年内月和旬变化曲线均呈单峰型.③冷龙岭、宗务隆山、青海南山、镜铁山、拉脊山、乌鞘岭、大通河、黑河、北大河、疏勒河等河流河谷以及青海湖周边等地区未来草地植被覆盖有改善的趋势:走廊南山、托来山、托来南山、大通山以及湟水、石羊河等河流河谷地区未来草地植被覆盖有退化的趋势.沙漠草地、高寒草甸草地未来有改善的趋势;而典型草原和平原草地未来则有退化的趋势.     

基于SPOT NDVI的华北北部地表植被覆盖变化趋势

为分析华北北部地表植被覆盖变化趋势,探寻合理土地利用方式,基于1999年1月至2006年12月的SPOT-VEGETATION逐旬NDVI数据,采用国际通用的MVC(最大合成法)获得月NDVI值,用均值法求出年均NDVI数值。在此基础上,用一元线性回归斜率定量描述地表覆盖动态变化,以Hurst指数表示其时间依存性,利用GIS工具表征其空间格局并进行空间统计分析。研究结果表明:近8年来华北北部地表植被覆盖整体得到改善的区域比植被覆盖退化的区域面积大,得到改善的区域约占总面积的66.04%,基本不变的区域约占14.39%,退化区域约占19.57%。各种土地利用类型Hurst指数平均值均为0.5     

利用MOD13Q1产品监测肯尼亚2001-2010年荒漠化动态

使用MODIS MOD13Q1-NDVI数据,通过NDVI累计计算,得到肯尼亚2001年和2010年植被生长状况较好时期的NDVI影像.基于像元二分模型,估算植被盖度.利用植被盖度进行荒漠化评价.结果表明,肯尼亚近10年来生态环境总体趋于改善,荒漠化发展态势并不明显,但荒漠化问题仍然严重.不同程度的荒漠化土地变化趋势不尽相同,轻度荒漠化和重度荒漠化转出面积大于转入面积,呈现减少趋势,非荒漠化和中度荒漠化变化相反,各省区的荒漠化土地变化趋势也不相同.在小范围地区内,使用Landsat-5 TM影像进行验证,发现与MODIS数据评价结果相似,但更能详尽的描述重点区域的荒漠化问题.     

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。     

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。     

基于MODIS/NDVI的新疆伊犁河谷植被变化

利用2000-2010年16 d合成的MODIS/[NDVI]数据,结合植被异常指数、趋势线分析和Hurst指数等分析方法,对新疆伊犁河谷植被覆盖的时空变化特征进行了分析。结果表明：（1） 伊犁河谷内植被覆盖随海拔增高而先增加后减小,最高植被覆盖区位于2 000～2 500 m的高程带;2000-2010年伊犁河谷各高程带内植被覆盖整体下降趋势明显,但海拔低于1 000 m的高程带除外。（2）受干湿环境影响,伊犁河谷全区平均被植异常指数最高值出现在降水最多的2002年,最低值出现在降水最少的2008年,但不同区域植被异常指数的变化存在较大差异。（3）伊犁河谷内植被覆盖增加和减小的区域分别占总面积的4.09%和19.34%,增加区域主要位于伊犁河两岸的平原区,减小区域主要位于乌孙山两端以及伊犁河谷周围海拔2 000 m左右的低山区域;变标度极差分析结果表明,伊犁河谷内植被覆盖年际变化呈现很强的持续性,未来一定时间内将保持现有变化趋势不变。     

基于植被状态指数的全国干旱遥感监测试验研究(Ⅰ)--资料分析与处理部分

在收集处理了了1981～1994年连续504旬的由NOAA AVHRR第1、2通道的反射率计算得的NDVI时间系列数据,以及1980～1994年全国102个固定农气观测站的旬土壤湿度资料(-20cm)和相应测站的田间持水量资料基础上,分析了全国NDVI及植被状态指数VCI的时空变化特征,发现NDVI值随季节(旬)分别表现为“双峰型”和“单峰型”的变化,在第17～27旬之间达到极大值,并与作物生长有关,VCI的变化与NDVI的变化呈相反趋势;对资料因站点的分布和密度以及时序位相等差异可能影响资料代表性的探讨认为：因旱情发展有一个过程,故NDVI、SHI的时空特性应该不会影响其分析结果的代表性。综合分析了资料的时空代表性,为干旱遥感监测模型的建立作准备。     

基于多尺度遥感数据的塔里木河干流地区植被覆盖动态

利用地面观测数据,Landsat TM和MODIS数据,基于尺度上推的研究思路,采用修正的三波段最大梯度差模型反演植被覆盖度,分析了塔里木河干流地区2000-2013年植被覆盖度时空分布及其动态变化特征。结果表明：（1）地面观测数据、Landsat TM与MODIS数据相结合进行尺度上推,尺度转换相对误差控制在4%以内,可以实现分析大范围长时间序列植被变化;（2）塔里木河干流区域植被覆盖度年内最大值出现在7、8月,2000-2013年平均植被覆盖度变化整体上呈现增长的趋势,上游年均植被覆盖度18.67%~23.67%,中游10.6%~12.44%,下游4.7%~6%,但呈现两段式发展（2000-2006年显著提高,2006-2013年小伏波动变化）;（3）塔里木河干流区域植被覆盖度空间差异明显,上游植被覆盖度增长速率最高,中游次之,下游增长速率最小。上游植被覆盖度年增长速率为0.37%,且增长趋势显著;中游年增长速率为0.06%,没有显著的变化趋势;下游年增长速率为0.05%,增长变化显著区域位于河道或稍远离河道附近及台特玛湖附近。     

Start of vegetation growing season on the Tibetan Plateau inferred from multiple methods based on GIMMS and SPOT NDVI data

In this study, we have used four methods to investigate the start of the growing season (SGS) on the Tibetan Plateau (TP) from 1982 to 2012, using Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) data obtained from Global Inventory Modeling and Mapping Studies (GIMSS, 1982-2006) and SPOT VEGETATION (SPOT-VGT, 1999-2012). SGS values estimated using the four methods show similar spatial patterns along latitudinal or altitudinal gradients, but with significant variations in the SGS dates. The largest discrepancies are mainly found in the regions with the highest or the lowest vegetation coverage. Between 1982 and 1998, the SGS values derived from the four methods all display an advancing trend, however, according to the more recent SPOT VGT data (1999-2012), there is no continuously advancing trend of SGS on the TP. Analysis of the correlation between the SGS values derived from GIMMS and SPOT between 1999 and 2006 demonstrates consistency in the tendency with regard both to the data sources and to the four analysis methods used. Compared with other methods, the greatest consistency between the in situ data and the SGS values retrieved is obtained with Method 3 (Threshold of NDVI ratio). To avoid error, in a vast region with diverse vegetation types and physical environments, it is critical to know the seasonal change characteristics of the different vegetation types, particularly in areas with sparse grassland or evergreen forest.     

中国城市物流蔓延的时空演化特征——基于329个城市的物流用地面板数据

基于中国土地市场物流用地数据,构建用地蔓延指数模型,采用核密度、加权标准差椭圆等空间分析方法,从蔓延强度及方向等多维角度出发,获取2008—2017年中国城市物流蔓延的时空演化特征。研究发现：① 2008—2017年,中国城市物流蔓延强度最高为东北部,其次为东部、西部、中部,全国约67.48%的城市处于慢速蔓延状态。② 城市物流蔓延在全国范围内形成长三角、山东半岛和京津冀3个主要核密度高值区,物流用地冷点区主要分布在甘肃和云南等西部地区。③ 中国城市物流蔓延的空间分布重心轨迹经历了向东北?西南?东南方向的演化过程,一定程度上受国家战略和经济发展水平等因素的共同影响,应合理扩张物流用地,降低物流蔓延的负面影响。     

1999-2013年中国耕地复种指数的时空演变格局

耕地复种是中国普遍的农业种植制度,对保障国家粮食安全和促进农村经济发展十分必要。本文基于1999-2013年1 km×1 km旬SPOT-NDVI数据和3期耕地数据,利用S-G （Savitzky-Golay）滤波方法,重建了农作物生长NDVI曲线;基于二次差分算法及相关阈值限定,提取了各时相复种指数;分析了1999-2013年中国耕地复种指数的时空变化过程。结果表明：① 中国耕地复种指数从北到南逐渐增加,其中种植制度上43.48%的耕地实行一年一熟,56.39%的耕地实行一年两熟,仅有0.13%的耕地实行一年三熟。② 1999-2013年间,中国耕地复种指数整体上呈现显著上升趋势,年均增加约为1.29%（P < 0.001）;但空间差异明显,复种指数显著降低（P < 0.1）的耕地仅占全国耕地的2.12%,主要分布在河北、北京、天津交界地区,安徽中部,四川的成都平原,江西的鄱阳湖平原,湖南的北部和南部以及广西的中部;16.40%的耕地复种指数显著上升（P < 0.1）,主要分布在甘肃的东部,陕西的渭河平原,山西的西部,河北、山东和天津交界处,山东的山东半岛和湖北的江汉平原。③ 耕地复种指数年际变化率与地形起伏和经济发展水平具有较好的相关关系：起伏度增强,复种指数上升;经济发展水平提高,复种指数降低。     

1978年以来中国能源生产与消费时空差异特征

采用1978年以来近30年中国各地区的能源及经济数据．对中国能源生产、消费重心及GDP重心变化进行了测定。在此基础上分析了中国能源生产、消费与经济发展区域差异的动态变化及其相互关系。结果表明：①能源生产重心在逐步向西南方向移动．整个移动轨迹近似呈直线变化。揭示了中国能源生产在东西和南北方向上的差距有所减小．且东西方向差距减小的速度要比南北方向快。②能源消费重心也在向西南方向移动但波动较大．其中1998-2002年重心位置相对稳定．年度位置变化很小．说明各省区能源消费增长速度基本相同。③GDP重心在经度和纬度上均有一定的波动性。④中国能源生产与消费重心的演变轨迹既具有一些重要的共同特点,也存在明显的不同。通过与GDP重心的对比分析,各地区的经济发展水平与能源消费密切相关．说明中国GDP增长中能源成本较大。     

气候变暖背景下1961—2010年宁夏旱涝灾害空间分布特征和变化规律

利用宁夏20个气象站1961—2010年实测气象资料,采用线性趋势分析、Mann-Kendall非参数检验、标准化降水指数等数理分析方法,对宁夏近50年旱涝灾害时空变化特征进行分析。结果表明:①1961—2010年宁夏气候暖干化趋势明显,增温速率为0.38 ℃/10a,远高于全国和西北地区;②1961—2010年宁夏降水量波动减少且具有整体性,雨量带明显南移,干旱、半干旱区域逐年扩大。③1961—2010年宁夏旱涝灾害交替发生,干旱化趋势明显。④在旱灾方面,宁夏南部山区旱灾频率相对较低,从南向北旱灾频率逐渐上升。北部灌溉区以轻微干旱为主,严重干旱和极端干旱主要发生在中部干旱区。⑤在涝灾方面,宁夏南部山区涝灾相对较少,依然呈现由南向北涝灾频率逐渐上升的空间格局。中等以上涝灾南部山区相对较多,严重湿润和极端湿润主要发生在北部引黄灌溉区。     

Spatial and temporal distribution of precipitation based on corrected TRMM data around the Hexi Corridor, China

Accurate rainfall distribution is difficult to acquire based on limited meteorological stations, especially in remote areas like high mountains and deserts. The Hexi Corridor and its adjacent regions （including the Qilian Mountains and the Alxa Plateau） are typical districts where there are only 30 available rain gauges. Tropical Rainfall Measuring Mission （TRMM） data provide a possible solution. After precision analysis of monthly 0.25 degree resolution TRMM 3B43 data from 1998 to 2012, we find that the correlations between TRMM 3B43 estimates and rain gauge precipitation are significant overall and in each station around the Hexi Corridor; however, the biases of annual precipitation differ in different stations and are seriously overestimated in most of the sites. Thus, Inverse Distance Weighting （IDW） interpolation method was used to rectify TRMM data based on the difference between TRMM 3B43 estimates and rain gauge observations. The results show that rectified TRMM data present more details than rain gauges in remote areas where there are few stations, alt- hough they show high coherence of distribution. Precipitation decreases from southeast to northwest on an annual and seasonal scale. There are three rainfall centers （〉500 mm） including Menyuan, Qilian and Toson Lake, and two low rain- fall centers （〈50 mm） including Dunhuang and Ejin Banner. Meanwhile, precipitation in most of the study area presents an increasing trend; especially in northern Qilian Mountains （〉5 mm/a）, Badain Jaran Desert （〉2 mm/a）, Toson Lake （〉20 mm/a） and Qingtu Lake （〉20 ram/a） which shows a significant increasing trend, while precipitation in Hala Lake （〈-2 mm/a） and Tengger Desert （〈-3 mm/a） demonstrates a decreasing trend.     

Variations of albedo and spectral reflectance on Qiyi Glacier in Qilian Mountains during the ablation season

Based on the data observed at two sites (site H1, 4,473 m a.s.l., and site H2, 4,696 m a.s.l.) on Qiyi Glacier in Qilian Mountains, China, by automatic weather station and spectral pyranometer during the period of June 9 through September 27, 2006, we investigated the temporal and spatial variations in surface albedo and spectral reflectance on the glacier. At site H1, the daily mean surface albedos fluctuated between 0.233 and 0.866, which were significantly affected by the air temperature on the glacier. It was found that the albedos clearly showed a diurnal cycle with the lowest value at noon at the two observation sites over the study period, and the difference of albedos between the upper site H2 and the lower site H1 also showed diurnal cycle but with the highest value at noon. The reflectance on the glacier was higher in the ultraviolet (0.28-0.4 μm) and visible (0.4-0.76 μm) wavelengths, lower in the near infrared wavelength (0.76-3 μm), which is quite contrary to the spectral reflectance on other ground surfaces. At the two observation sites, the spectral reflectance declined in all wavelengths with the ablation of snow generally. However, it declined drastically in ultraviolet (0.28-0.4 μm) and 0.6-0.7 μm wavelength, and declined less in 0.4-0.5 μm wavelength. On fresh snow surface, the spectral reflectance had the high values of 0.983 and 0.815 in the ultraviolet and visible (0.4-0.76 μm) wavelengths, respectively; but it had a relatively lower value of 0.671 in near infrared (0.76-3 μm) wavelengths. However, on dirty and melting ice surfaces, the reflectance had the very low values of 0.305 and 0.256 in the ultraviolet and visible wavelengths, with the lowest value of 0.082 in near infrared wavelengths. The spectral reflectance also showed a diurnal cycle like that of albedo. The diurnal variations of spectral reflectance on snow surface in ultraviolet and visible wavelength changed to a greater degree than that on ice surface. The diurnal variation curves were asymmetrical before and after t     

2002-2010年长江流域GRACE水储量时空变化特征

利用高斯平滑滤波对2002年4月-2010年12月逐月GRACE卫星的时变重力场数据反演得到长江流域大尺度陆地水储量变化,对其时空变化进行研究,并将结果与全球陆面同化数据(GLDAS)模拟结果进行比较。其结论为:根据GRACE数据反演与GGLDAS模拟得到的水储量结果在大多数区域变化趋势相同,两者具有一致性,相关性达到0.89(P<0.05)。GRACE水储量研究结果表明:①2002-2010年长江流域水储量呈增加趋势,平均增长速率为0.43mm/月,相当于约95.04亿m³/年。长江上游增长速率为0.53mm/月,相当于约67.13亿m³/年;中游增长速率为0.51mm/月,相当于25.73亿m³/年;下游增长速率为0.36mm/月,相当于9.14亿m³/年。近9年长江流域水储量共增加约855.33亿m³。②从多年平均水储量空间分布来看,长江流域冬季月份(12、1、2、3月)水储量处于亏损状态,7-9月水储量处于盈余状态,4-6月下游至上游地区由亏损向盈余状态过渡,而10-11月则从上游至下游地区由盈余向亏损状态过渡。③全流域、上游及中游水储量逐月增长速率最大值出现在9月,分别为1.01cm/a、1.37cm/a、1.05cm/a;而下游地区则出现在7月,增长速率为1.62cm/a。     

近15 a来黄河源地区玛多县草地植被退化的遥感动态监测

 依据草地退化国家标准和黄河源区草地退化的实际情况,选取草地覆盖度、植株高度、地上生物量、牧草可食率、土壤有机质5个重要指标建立黄河源区玛多县草地植被退化监测和评价指标体系。利用遥感影像和GIS技术,结合实地调查和采样测定,对5个评价指标在遥感影像上进行反演,并进行图层的加权叠加,得出玛多县草地退化的时空特征。结果表明：玛多县草地在1994年已经出现了较为严重的退化现象,退化草地的空间分布格局已经基本形成,并且草地的退化过程一直在继续。2009年草地退化空间特征显示在气候变化较为敏感区域、河道两侧、鼠害严重以及靠近居民点等区域草地退化较为严重。通过对4期草地退化情况进行对比分析,发现1994-2001年间玛多草地植被退化情况最严重,重度退化面积高达1 355 943.30 hm2,占草地面积的86.53%。2001-2006年间和2006-2009年间重度退化、较大退化和中度退化草地的面积都下降较大,同时退化的速度已经有了较大缓和,黄河源头地区草地生态系统得到初步恢复     

1208-1369年陕甘宁交界地区干湿变化

More than 240 items of historical records containing climatic information were retrieved from official historical books, local chronicles, annals and regional meteorological disaster yearbooks. By using moisture index and flood/drought (F/D) index obtained from the above information, the historical climate change, namely wet-dry conditions in borderland of Shaanxi Province, Gansu Province and Ningxia Hui Autonomous Region (BSGN, mainly included Ningxialu, Hezhoulu, Gongchanglu, Fengyuanlu and Yan’anlu in the Yuan Dynasty) was studied. The results showed that the climate of the region was generally dry and the ratio between drought and flood disasters was 85/38 during the period of 1208–1369. According to the frequencies of drought-flood disasters, the whole period could be divided into three phases. (1) 1208–1240: drought dominated the phase with occasional flood disasters. (2) 1240–1320: long-time drought disasters and extreme drought events happened frequently. (3) 1320–1369: drought disasters were less severe when flood and drought disasters happened alternately. Besides, the reconstructed wet-dry change curve revealed obvious transition and periodicity in the Mongol-Yuan Period. The transitions occurred in 1230 and 1325. The wet-dry change revealed 10- and 23-year quasi-periods which were consistent with solar cycles, indicating that solar activity had affected the wet-dry conditions of the study region in the Mongol-Yuan Period. The reconstructed results were consistent with two other study results reconstructed from natural evidences, and were similar to another study results from historical documents. All the above results showed that the climate in BSGN was characterized by long-time dry condition with frequent severe drought disasters during 1258 to 1308. Thus, these aspects of climatic changes might have profound impacts on local vegetation and socio-economic system.