2000-2013年新疆植被覆盖变化多尺度遥感分析

基于中等分辨率成像光谱仪(MODIS)8 d 500 m分辨率地表反射率数据生成归一化植被指数(NDVI)时间序列,利用线性回归、转折点检测和Mann-Kendall趋势分析方法,分析2000—2013年新疆地区植被覆盖时空变化格局,并结合Landsat数据分析典型区域植被变化。研究结果表明：近14 a来,新疆地区植被覆盖整体呈波动型上升的趋势,植被改善区面积占全区的34.02%,恶劣区的占3.20%,其中2000—2003年植被明显增长、2003—2009年的波动下降及2009—2013年的逐渐回升,植被增长显著的区域主要分布在准噶尔盆地南部和塔里木盆地北部绿洲;大多数植被类型NDVI呈增长趋势,其中增长率最高的是作物、开放灌丛和混交林,6种主要植被类型常绿针叶林、混交林、开放灌丛、多树草原、草原、作物呈现出相似的NDVI变化趋势;在植被覆盖变化显著的4个典型区,NDVI变化受土地覆盖类型变化的影响,荒漠、草地被开垦成农田导致NDVI增加,城市建成区扩张导致NDVI降低。     

中国农田下垫面变化对气候影响的模拟研究

使用同期的美国国家环境预报中心/能源部(NCEP/DOE)再分析资料驱动区域气候耦合模式AVIM-RIEMS2.0,从遥感卫星图像资料中获取3期中国土地利用/覆盖数据中的农田植被类型,将其分别引入到AVIM-RIEMS2.0模式进行积分,研究中国农田下垫面变化对东亚区域气候的影响。结果表明:中国农田变化对气候影响具有冬季弱、夏季强的季节性变化,夏季气温和降水的差异在一些地区通过了95%的显著性检验;20世纪80年代农田扩张,林地、草地为主的植被类型转化为农田,植被变化区域的叶面积指数降低,反照率升高,且通过了95%的显著性检验,使得中国东部地区的气温由南到北呈现增加—减少—增加—减少的相间变化趋势,而降水的变化趋势大体相反;20世纪90年代农田面积减少,除东北地区外,农田变化引起的植被变化与80年代基本相反,叶面积指数变化、反照率以及由此导致的气候各要素也呈现大体相反的变化趋势;不同时期农田变化引起的植被类型转化的差异,使850 hPa风场变化趋势基本相反,可能是导致气温和降水变化趋势差异的主要原因之一。     

黄土高原春季植被变化分布与变化特征及其对春旱的响应研究

利用两种归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)产品,讨论了黄土高原春季植被覆盖度在1982-2014年间的时空变化特征,并对造成其变化的可能原因进行了讨论。在1982-1999年间,黄土高原整体植被覆盖增加,这种增加在2000-2014年提高了近3倍,仅在部分人类活动密集区域出现了植被覆盖度降低。近15年来黄土高原植被恢复最显著地区集中在农田和草原,即农牧区,这可能与在20世纪90年代开展的生态治理工程有关。从近30年的长期变化趋势来看,黄土高原春季降水减少而春季植被覆盖度增加。从年际变率上看,在春旱达到中度干旱及以上等级的年份,如1995年和2000年,黄土高原春季NDVI会显著减少。不同植被类型对春旱的响应存在差异,分析发现农田对春旱的响应最弱,这可能与人工灌溉及抗旱保墒活动有关,草地与森林对春旱的响应最强。伴随着生态环境工程的不断推进,未来黄土高原草地和森林的覆盖面积可能会进一步增加,高原植被整体对于春旱的响应可能会进一步增强。     

西北地区MODIS-NDVI指数饱和问题分析

为了了解西北地区MODIS-NDVI和MODIS-EVI两种植被指数的特点,本文利用美国NASA LP DAAC(Land Process Distributed Active Archive Center)2004年1~12月的250 m分辨率16天植被指数合成的MOD13 Q1数据集,对西北地区不同类型植被NDVI和EVI的特征进行分析,并对西北地区MODIS-NDVI饱和问题进行了初步研究。结果表明:NDVI和EVI对干旱—半干旱气候区植被覆盖度不高的植被类型描述能力相似,月际变化趋势一致。西北地区各种植被类型NDVI比EVI高,NDVI与EVI的差异总体上呈现从半荒漠、草原、农区到林区,随NDVI值的增加而增大的规律。对植被度覆盖度高的阔叶林和针叶林,在植被生长旺盛期,NDVI总在0.8附近波动,NDVI随植被的生长增加的很小,一直维持在一个高且平的范围内,不再能看出植被生长变化的现象,即饱和现象严重;而EVI表现良好,随着植被的生长而增加,能明显地反映出植被生长的季节变化。西北高寒草甸和陕西关中农业区NDVI也出现有不同程度的饱和,饱和时间因植被的不同从1~2月不等。0.8可作为NDVI饱和的阈值。NDVI饱和问题对卫星监测植被的研究和应用会产生误差,EVI能较好地解决NDVI的饱和问题。     

基于EVI的中国最近10 a植被覆盖变化特征分析

通过对2000—2009年增强型植被指数(EVI)数据的分析发现:在过去的10 a里,中国的植被覆盖度明显增加,植被活动在增强。植被覆盖的年变化和季节变化特征如下:(1)10 a来植被覆盖地区的面积呈增加趋势,植被稀少地区的面积呈减少趋势;(2)无论是植被覆盖区还是全国平均,单位面积EVI年平均值都呈增加趋势;(3)在生长季节(夏季、春季)植被活动增加更明显,EVI增加速率按季节排列如下:夏季春季秋季冬季。植被覆盖的空间变化特征显示,尽管总体上中国植被覆盖呈增加趋势,但存在空间异质性。结合同期的温度、降水和森林资源清查数据,从两个方面初步解释了植被覆盖度增加的原因,即:温度的上升和春季降水量的增加;近年来中国开展的大型林业生态建设工程。     

西藏地区植被覆盖特征与气象因子的相关分析

利用NOAA-AVHRR数据,以归一化植被指数(NDVI)作为植被覆盖特征的指标,研究1982—2000年西藏地区地表植被覆盖的空间分布及时间序列变化,讨论了各季节植被活动的状况。并通过计算不同时段降水量与年最大NDVI、典型区域NDVI与降水、平均温度之间的相关系数,分析了不同植被类型下气象要素与植被覆盖的关系。     

天山巴音布鲁克草原植被变化及其与气候因子的关系

利用1982-2000年逐月NOAA/AVHRR NDVI的时间序列数据,分析了天山巴音布鲁克草原植被覆盖的动态变化及其与降水、气温、浅层地温等气候因子的关系。结果表明：近20 a来巴音布鲁克草原植被覆盖面积总体上呈现增加趋势,生态环境有所改善。同时,生长季（4-9月）NDVI与降水、气温和浅层地温的相关分析表明, 气温和浅层地温是影响巴音布鲁克草原植被生长的两个重要因子。     

基于MODIS NDVI和气候信息的草原植被变化监测

对植被的动态监测可以从一定程度上反映气候变化趋势。该文利用2000—2005年MODIS NDVI数据对锡林郭勒盟典型草原植被变化进行动态监测,在此基础上,以降水量、水汽压、平均气温、最高气温、最低气温、日照时数作为气候指标,分析锡林郭勒盟典型草原和荒漠草原MODIS NDVI与同期及前期气候因子的相关性,探讨草原植被变化的气候驱动因子。结果表明:2000—2005年锡林郭勒盟植被改善面积大于退化面积,植被退化面积最大的区域为荒漠草原,占全盟面积的12.84%,植被改善面积最大的区域为典型草原,占全盟面积29.09%。4类草原改善趋势由强到弱的顺序为草甸草原、典型草原、沙地草原、荒漠草原。对于典型草原,其NDVI与最高气温关系最密切,其次为水汽压;对于荒漠草原,其NDVI与最高气温关系最为密切,其次为最低气温。此外,NDVI对气候因子的响应表现出明显的时滞效应。     

青藏高原冬、春植被归一化指数变化特征及其与高原夏季降水的联系

青藏高原气候独特,影响高原夏季降水的原因是十分复杂的和多方面的。文中利用1982—2001年的卫星遥感植被归一化指数(NDVI)资料和青藏高原55个实测台站降水资料,应用经验正交分解(EOF)、奇异值分解(SVD)等方法分析了青藏高原冬、春植被变化特征及其与高原夏季降水的联系,得到以下几点初步认识:青藏高原冬、春季植被分布基本呈现东南地区植被覆盖较好,逐渐向西北地区减少的特征。其中高原东南部地区和高原南侧边界地区NDVI值最大,而西北地区和北侧边界地区NDVI较小。EOF分析表明,20年来冬、春季高原植被的变化趋势是总体呈阶段性增加,其中尤以高原北部、西北部(昆仑山、阿尔金山和祁连山沿线)和南部的雅鲁藏布江流域植被增加明显。由SVD方法得到的高原前期NDVI与后期降水的相关性是较稳定的。青藏高原多数区域冬、春植被与夏季降水存在较好的正相关,且这种滞后相关存在明显的区域差异。高原南部和北部区域的NDVI在冬春两季都与夏季降水有明显的正相关,即冬春季植被对夏季降水的影响较显著。而冬季高原中东部玉树地区附近区域的NDVI与夏季降水也存在较明显的负相关,即冬季中东部区域的植被变化对夏季降水的影响也较显著。由此可见,高原前期NDVI的变化特征,可以作为高原降水长期预报综合考虑的一个重要参考因子。     

中国不同干湿区植被变化及其与气候因子的关系

中国各区植被覆盖和气候特征多样,植被覆盖变化和气候变化及植被对气候因子的响应存在明显的区域差异,研究不同气候区植被变化及其与气候变化的关系可以为各区针对性地应对气候变化、制定植物保护和生态环境修复政策提供科学依据。本文首先基于中分辨率成像光谱仪(MODIS)的土地覆盖数据,根据植被带的分布确定了划分中国干湿区的指标,其次利用归一化植被指数(NDVI)分析不同干湿区域NDVI的时空变化特征,最后探讨了NDVI变化与温度、降水的关系。结果表明：(1)中国区域200 mm、500 mm和800 mm年降水量等值线分别与荒漠/草地、草地/农田、农田(草地)/森林植被带的分界线吻合,气候过渡带对应着植被过渡带,这些等值线作为划分干湿气候区的指标比较合理。(2)中国年平均NDVI从东南向西北递减,从小到大依次为干旱区(0.11)、半干旱区(0.35)、半湿润区(0.57)、湿润区(0.68)。1982～2015年中国大部分区域NDVI呈显著的增加趋势,区域平均的NDVI在干旱区、半干旱区分别以0.002 (10 a)^-1、0.008 (10 a)^-1的趋...     

2000—2020年呼伦贝尔地区归一化植被指数时空变化及其对气候的响应

利用2000—2020年MOD13Q1和气象观测数据, 结合Sen趋势分析、M-K显著性检验、变异系数、Hurst指数、相关系数等对呼伦贝尔地区归一化植被指数(NDVI)时空变化及气候响应进行分析。结果表明: 呼伦贝尔地区多年生长季平均NDVI为0.63, 平均年变化倾向率为0.028/10 a, 大部分地区呈增加趋势, 其中大兴安岭森林大部及岭西耕地增加显著。呼伦贝尔地区生长季NDVI的平均变异系数为0.08, 其中呼伦贝尔草原西部的波动较大。Hurst指数表明, 呼伦贝尔地区生长季NDVI整体变化呈反持续性趋势, 结合现有NDVI变化趋势, 未来将呈下降趋势, 对生态环境的保护工作较为不利。大兴安岭森林生长季NDVI与气温呈正相关, 耕地与草原区呈负相关, 而呼伦贝尔大部分地区的生长季NDVI与降水普遍呈正相关, 其中呼伦贝尔草原和大兴安岭两麓耕地的生长季NDVI与降水相关显著, 说明气温是制约北部大兴安岭森林生长的主要因素, 而降水是制约呼伦贝尔草原生态平衡和农牧业发展的主要因素。     

黄淮海地区植被活动对气候变化的响应特征

基于1982 -2003年GIMMSNDVI遥感数据和气象资料, 综合运用趋势分析、相关分析、奇异值分解等方法, 分析我国黄淮海地区植被活动对气候变化响应的时空特征。结果表明:黄淮海地区整体气候变暖趋势比较明显, 干旱化尚不显著, 年平均植被NDVI表现为略微增加的趋势。在年尺度上, 温度是敏感性最强的气候因子, 全年温度、降水、相对湿度对植被NDVI动态变化具有正效应, 而蒸发量具有负效应; 在季尺度上, 温度、降水的敏感性最强。自然植被对降水的敏感性最强, 其次是温度; 农业植被对温度的敏感性最强, 其次是降水。植被对气候变化响应的空间特征表现为, 植被主要生长季平均NDVI与温度距平场空间结构一致, 与蒸发量距平场反位相对应, 与降水量距平场呈北、南部正负相反分布, 与相对湿度距平场呈南、北向正负相反的空间分布。     

退耕前后吴起地区土地利用变化对温度的影响

利用TM遥感影像解译土地利用状况、植被覆盖度,研究退耕还林前后的土地利用、植被覆盖度的变化,揭示陕西省吴起县退耕还林生态建设工程所取得的实效;利用吴起与周边6个气象站37年的气温和地温资料,分析吴起土地覆盖变化后对温度的影响。结果表明,随着退耕还林工程的实施,吴起县域版图在遥感影像逐渐显现、越来越清晰,植被覆盖增加极为显著,高覆盖植被面积在逐年增加,低覆盖植被面积在逐年减少,植被恢复情况明显好于周围区域。与1 997年相比,到2007年吴起县有75.15%耕地不再耕种,退出的耕地主要变为草地、林地和果园;林草覆盖率增加显著,由1997年的37.06%提高到2007年的80.60%。植被覆盖变化后,对地温和气温均产生了影响,变暖趋势得到下降,对夏季的影响大于冬季,夜间的影响大于白天。     

Assessment of vegetation dynamics and their response to variations in precipitation and temperature in the Tibetan Plateau

The Tibetan Plateau is a region sensitive to climate change, due to its high altitude and large terrain. This sensitivity can be measured through the response of vegetation patterns to climate variability in this region. Time series analysis of Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) imagery and correlation analyses are effective tools to study land cover changes and their response to climatic variations. This is especially important for regions like the Tibetan Plateau, which has a complex ecosystem but lacks a lot of detailed in-situ observation data due to its remoteness, vastness and the severity of its climatic conditions. In this research a time series of 315 SPOT VEGETATION scenes, covering the period between 1998 and 2006, has been processed with the Harmonic ANalysis of Time Series (HANTS) algorithm in order to reveal the governing spatiotemporal pattern of variability. Results show that the spatial distribution of NDVI values is in agreement with the general climate pattern in the Tibetan Plateau. The seasonal variation is greatly influenced by the Asian monsoon. Interannual analysis shows that vegetation density (recorded here by the NDVI values) in the entire Tibetan Plateau has generally increased. Using a 1 km resolution land cover map from GLC2000, seven meteorological stations, presenting monthly data on near surface air temperature and precipitation, were selected for correlation analysis between NDVI and climate conditions in this research. A time lag response has also been found between NDVI and climate variables. Except in desert grassland (Shiquanhe station), the NDVI of all selected sites showed strong correlation with air temperature and precipitation, with variations in correlation according to the different land cover types at different locations. The strongest relationship was found in alpine and subalpine plain grass, the weakest in desert grassland.     

陕北植被变化遥感监测及对径流的影响

陕北北部是我国水土流失最为严重的地区,年输入黄河的泥沙量占全河的38%。1999年实施退耕还林草工程后,退耕还林草面积达9617.2 km2。利用1998-2004年NOAA卫星遥感资料,计算陕北北部地区归一化植被指数,发现陕北植被指数增幅在50%-200%之间,其中吴旗县增幅最大。对延安北部及榆林市1998-2004年降水量资料分析,得出植被指数增加是退耕还林草工程初见成效,不是由于降水变化引起的。利用1980-2004年吴旗县气象站观测的降水量和水文站所测径流量进行时间序列相关分析、典型年对比分析,得出该县植被变化对年径流量产生了影响,年径流量和泥沙量减少近一半,对保持水土有积极意义。     

Responses of Grassland and Forest to Temperature and Precipitation Changes in Northeast China

Using the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) as an indicator of vegetation growth, we explored the characteristics and differences in the response to drought of five vegetation biomes in Northeast China, including typical steppe, desert steppe, meadow steppe, deciduous coniferous forest and deciduous broad-leaved forest during the period 1982-2009. The results indicate that growing season precipitation may be the primary vegetation growth-limiting factor in grasslands. More than 70% of the temporal variations in NDVI can be explained by the amount of precipitation during the growing season in typical and desert steppes. During the same period, the mean temperature in the growing season could explain nearly 43% of the variations in the mean growing season NDVI and is therefore a dominant growth-limiting factor for forest ecosystems. Therefore, the NDVI trends differ largely due to differences in the vegetation growth-limiting factors of the different vegetation biomes. The NDVI responses to droughts vary in magnitude and direction and depend on the drought-affected areas of the five vegetation types. Specifically, the changes in NDVI are consistent with the variations in precipitation for grassland ecosystems. A lack of precipitation resulted in decreases in NDVI, thereby reducing vegetation growth in these regions. Conversely, increasing precipitation decreased the NDVI of forest ecosystems. The results also suggest that grasslands under arid and semi-arid environments may be more sensitive to drought than forests under humid environments. Among grassland ecosystems, desert steppe was most sensitive to drought, followed by typical steppe; meadow steppe was the least sensitive.     

Can a 25-year trend in Soudano-Sahelian vegetation dynamics be interpreted in terms of land use change? A remote sensing approach

This study is based on the premise that, in the Sahel/Sudanian belt of Africa, the main determinants of interannual variation in vegetation dynamics are rainfall and land cover type. We analyzed the spatio-temporal sensitivity of the NOAA-AVHRR 8 km-resolution vegetation index (NDVI) to (i) annual rainfall variability (0.5° × 0.5° resolution) acquired over a 25-year period (1982-2006); and (ii) land use changes in the different eco-climatic regions of the Bani catchment in Mali (130 000 km²). During the period 1982-2006, there was no clear trend in rainfall over the catchment, whereas there was a strong positive trend in the NDVI, both when the NDVI values were corrected using annual rainfall variability and when they were not. We divided the catchment into three eco-climatic regions based on the relationship between the annual NDVI and rainfall. In each region, we analyzed the observed greening in relation to changes in land use after correcting for the effect of annual rainfall on the NDVI. Results show that there is a mixed level of agreement between the land cover changes at the grid cell scale and the spatial pattern of the NDVI trend. Increased cropping does not explain the increase in the annual NDVI, except in the Sahelian part of the catchment. We hypothesize that the natural vegetation dynamics related to the non-linear rainfall patterns during the 25-year study period were responsible for these results.     

西藏那曲县NDVI变化及与气象因子、畜牧量相关分析

利用NASA提供的16天合成MODIS数据,以归一化植被指数(NDVI)作为植被覆盖特征指标,研究了2001~2008年那曲县NDVI变化特征,分析了温度、降水等气象因子与NDVI关系。结果显示:近年来那曲县最大NDVI、年均NDVI呈减小趋势;NDVI月变化与温度、降水显著正相关;年平均NDVI、植被生长季平均NDVI与气象因子相关性不明显;畜牧总量与植被生长季NDVI显著负相关。