应用遥感数据研究中国植被生态系统与气候的关系

应用1982-1994年NOAA/AVHRR的归一化植被指数（NDVI）资料和587个气象台站的数据对我国不同类型植被生态系统和气候的关系进行研究，首先将我国的植被类型划分为21类，在此基础上分别研究了不同时间尺度下我国不同区域，不同植被类型和气候的关系。结果表明：在多年平均状态下，植被生态系统NDVI水平主要受水分条件的影响；年内变化上，温度对植被生态系统季相变化化起着比降水略大的作用，年降水量造成了植被季相响应的差异，在年际变化上，分别研究了4个季节和整个生长期尺度上的关系，一般情形为温度和降水对植被的年际波动起着大致相反的作用，不同植被类型在不同的生长时期（季节）对气候的变化响应方式也不同，发现在植被的生长期，我国南方和北方的植被生态系统对温度和降水的响应方式相反；同时存在2个植被-气候敏感区，分别为我国北方的典型草原到森林的过渡区和云南中部部分区域。     

怒江流域气候特征及其变化趋势

利用怒江流域及其毗邻地区16 个气象台站长时序逐月气温和降水量数据,运用TFPW-MK (Trend-free Pre-whitening Mann-Kendall) 检验和重复迭代变化诊断等方法,分析了近几十年来怒江流域气候要素空间格局和变化特征。结果表明:(1) 怒江流域气温(年平均、年最高和年最低) 和年降水量由北向南总体呈递增,并与海拔相关性极为显著(α=0.01),且气候要素值随海拔升高而降低;(2) 降水集中度地域差异明显,西藏境内降水集中度多达60%以上,全流域降水集中期(除贡山站外) 多介于7 月下旬至8 月下旬;(3) 流域升温趋势显著,其年平均、年最高和年最低气温变化趋势多与纬度和海拔呈显著相关,其中年平均气温增幅为0.36 ℃10a;(4) 部分站点气温变化存在突变点,且其多出现于暖冬频发的20 世纪80 年代以后;(5) 年降水量总体有所增多,但变化趋势多不显著,无明显变点。     

气候变化和工程活动对青藏铁路沿线植被指数时空变化的影响

基于1982—2015年的GIMMS NDVI3g+及同期气候数据,利用最大值合成法获得青藏铁路沿线直接影响区和生态背景区的年内NDVI最大值、年际NDVI平均值,对其进行了趋势分析、变异分析、气候相关分析和残差分析,部分结果用MODIS NDVI（2001—2018年）进行了验证。研究表明：① 青藏铁路年际NDVI高度响应气候变化和工程活动,即施工前主要响应气候变化,年际NDVI呈缓慢上升趋势;施工中主要响应工程活动,年际NDVI呈显著下降趋势;运营中响应气候变化和工程活动的综合影响,年际NDVI呈缓慢上升趋势。② 青藏铁路的工程活动对沿线植被有显著影响。即施工前直接影响区和生态背景区年际NDVI增长率相近;施工中直接影响区年际NDVI增长率低于生态背景区;运营中直接影响区年际NDVI增长率高于生态背景区。③ 研究利用时空不变量,剔除了植被覆盖的空间异质性分量、周期性绿度分量,甄别出了气候变化与工程活动的贡献量。     

毛乌素沙地东南缘植被NDVI时空变化及其对气候因子的响应

了解植被生长对气候变化的响应是厘清生态系统动态关系的重点。基于1990—2018年气象数据和归一化植被指数（NDVI）,应用偏相关分析与地理探测器等方法,分析了在生长季,毛乌素沙地东南缘不同类型植被年均NDVI的变化趋势,探讨了年均气温与年总降水量对各类型植被的影响。结果表明：（1） 1990—2018年生长季研究区植被年均NDVI显著与极显著增加面积达97.9%,整体生态环境质量大幅度改善。2005年之前植被年均NDVI增速缓慢,此后以0.011·a^-1的速率发生了突变增加,其中灌丛类植被年均NDVI增长幅度最大。（2） 2000年为年总降水量与年均气温的趋势突变点,突变前年总降水量以-5.510 mm·a^-1的速率减少,此后以5.541 mm·a^-1的速率增加,且主要依赖于大雨雨量的增加;年均高温与年均低温在突变前上升速率分别为0.122 ℃·a^-1与0.230 ℃·a^-1,突变后,年均高温下降速率为-0.014 ℃·a^-1,而年均低温上升速率为0.022 ℃·a^-1。（3） 在植被年均NDVI缓慢增长阶段（1990—2005年）,年均低温对植被影响较大,与不同类型植被年均NDVI多呈显著正相关;在植被年均NDVI快速增长阶段（2006—2018年）,年总降水量与不同类型植被年均NDVI呈显著正相关,大降雨事件的频发使得降水量对于植被的生长起主导作用。年总降水量与年均气温尤其是年均低温的交互作用是促进植被生长的关键。     

Changing climate affects vegetation growth in the arid region of the northwestern China

The northwestern China is a typical dry-land region of Inner Asia, where significant climate change has been observed over the past several decades. How the regional vegetation, particularly the grassland-oasis-desert complex, responds to such climatic change is poorly understood. To address this question, we investigated spatio-temporal changes in vegetation growth and their responses to a changing climate by biome and bioregion, using satellite-sensed Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) data from 1982 to 2003, along with corresponding climate data. Over the past 22 years, about 30% of the total vegetated area showed an annual increase of 0.7% in growing season NDVI. This trend occurred in all biomes and all bioregions except Sawuer, a subregion of the study area with no significant climate change. Further analyses indicated that NDVI change was highly correlated with the current precipitation and evapotranspiration in growing season but was not associated with temperature. We also found that NDVI was positively correlated with the preceding winter precipitation. These findings suggest that precipitation may be the key cause of vegetation growth in this area, even for mountain forests and grasslands, whose growth are often regarded to be limited by low temperate in winter and early spring.     

藏东南三江并流核心区植被时空动态变化及其气候驱动力分析

植被生长状况及其分布对气候等影响因子的响应是当前生态学研究的热点之一。基于2000—2016年MODIS NDVI数据和气象数据,用Sen+Mann-Kendall等方法分析了藏东南三江并流核心区植被的时空变化及其与气候因子的关系。研究结果表明：① 该区植被覆盖整体趋于稳定,呈缓慢增加趋势,不同植被类型覆盖空间异质性明显。② 植被变化趋势结果显示植被覆盖变化以稳定不变和改善趋势为主,区域总体呈稳中向好态势。③ 相关分析表明植被NDVI增加主要与气候暖化有关,与降水量相关性较小。此外,人类活动对植被影响的双重性表现为：大多地区植被改善受生态工程和围栏禁牧政策影响,局部地区植被退化则与城镇化进程加快有关。研究结果揭示气温是影响植被格局的主要气候因子,了解影响植被变化及其驱动因素的空间变异性可为山地植被生态环境保护建设提供一定的科学依据。     

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。     

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。     

Discrimination between climate and human-induced dryland degradation

In this study we present a technique to discriminate between climate or human-induced dryland degradation, based on evaluations of AVHRR NDVI data and rainfall data. Since dryland areas typically have high inter-annual rainfall variations and rainfall has a dominant role in determining vegetation growth, minor biomass trends imposed by human influences are difficult to verify. By performing many linear regression calculations between different periods of accumulated precipitation and the annual NDVI_max, we identify the rainfall period that is best related to the NDVI_max and by this the proportion of biomass triggered by rainfall. Positive or negative deviations in biomass from this relationship, expressed in the residuals, are interpreted as human-induced. We discuss several approaches that use either a temporally fixed NDVI peaking time or an absolute one, a best mean rainfall period for the entire drylands or the best rainfall period for each individual pixel. Advantages and disadvantages of either approach or one of its combinations for discriminating between climate and human-induced degradation are discussed. Depending on the particular land-use either method has advantages. To locate areas with a high likelihood of human-induced degradation we therefore recommend combining results from each approach.     

植被NDVI对城市扩展及气候变化的响应——以西安及其附近区域为例

植被 NDVI 对城市扩展及气候变化响应研究,对于科学评估区域生态环境变化及调整与约束人类活动具有重要理论和现实意义。以西安及其附近区域为例,基于区域土地利用、MODIS NDVI、气温和降水数据,分析了植被 NDVI 对城市扩展及气候变化的响应,结果表明：（1）2000-2014 年研究区植被 NDVI 变化过程划分为2000-2007 年的显著增加阶段和2007-2014 年的显著减少阶段,前者主要分布于区域北部黄土高原、南部秦岭北坡,后者主要分布于区域中部关中平原尤其是西安及其附近区域。（2）2000-2015 年研究区建设用地增加1 428.27 km² ,建设用地增加区域植被 NDVI 呈显著减少趋势。（3）研究区植被 NDVI 与年降水量的相关性高于年平均气温,同时西安及其以南区域植被 NDVI 与年平均气温、年降水量均呈负相关关系,反映出城市扩展等人类活动对植被 NDVI 变化的影响超过了气候变化的影响。研究结果表明植被 NDVI 总体受气候变化控制,但局部受人类活动影响更为严重,并且植被 NDVI 对气候变化的响应表现出波动性,而对城市扩展表现出线性减少趋势性,为通过植被 NDVI 变化区分自然因素与人为因素对环境影响提供了可能。     

陕北榆林地区土地覆被变化分析

基于1981~2001 年NOVAA/AVHRR 和1998~2004 年SPOT VEGETATION 归一化植被 指数(NDVI) 数据, 对榆林地区植被动态变化进了定量研究, 并且利用多年气象数据分析了降水 和温度变化情况。结果表明: 榆林地区植被有了明显改善, 其改善状况集中于8、9、10 月份; 植被 覆被变化具有明显的区域差异, 北部植被覆盖改善的趋势明显, 且变化比较平稳; 南部增加趋势 不明显, 有的地方还呈下降趋势, 变化幅度大。     

21世纪以来青藏高寒草地的变化特征及其对气候的响应

利用遥感数据和气象观测资料探索气候因子对区域植被变化的驱动作用具有重要意义。以1980-2012年气象数据和2000-2012年MODIS-NDVI数据为数据源,借助线性回归和相关分析分别分析了青海和西藏两个地区21世纪以来气候变化对青藏高寒草地的影响机制。结果表明：（1）1980-2012年,青海和西藏地区均呈暖湿化的发展趋势。但21世纪以来,西藏地区降水呈不显著的减少趋势;整个青藏高原中部和西部地区增温趋势明显（>0.05 ℃·a-1）。（2）在年际尺度（2000- 2012年）上,青海地区NDVI呈显著增加的趋势,增长率为0.003·a-1（P<0.05）;西藏地区NDVI无变化趋势,区域尺度统计中植被退化与改善相互抵消。在空间上,青藏高原东北部地区NDVI呈良性趋势,部分区域增长斜率超过0.01·a-1。青藏高原南部地区NDVI呈变差趋势,变化斜率为0.008·a-1。（3）区域上的相关分析显示,在青海地区,降水量的增加和温度的升高共同促进了该区域植被的良性发展趋势;在西藏地区,降水量的减少和温度的升高可能是南部地区植被变差的重要原因。     

近10年蒙古高原植被覆盖变化及其对气候的季节响应

利用2001~2010年间MODIS NDVI数据、同期气象数据和MODIS土地覆盖分类产品,探讨蒙古高原植被覆盖变化趋势及其对气温和降水量的季节响应特征。结果表明,10 a来,蒙古高原植被覆盖度呈增加趋势和呈下降趋势的面积基本持平;春季和夏季植被覆盖度呈下降趋势,而秋季呈上升趋势,降水量是最主要的影响因子;在秋季5种植被类型均呈增加趋势,而在春季和夏季不同植被类型的增减趋势因植被类型而异。     

中国草原区植被变化及其对气候变化的响应

利用1982~2006年GIMMS NDVI和气象数据,探究中国草原区植被变化及对气候的响应。结果表明,近25 a中国草原区植被覆盖总体呈上升趋势,但季节变化空间差异明显。春季温度对温带典型草原、高寒草甸草原和高寒典型草原植被生长有重要影响,而夏季和秋季温度同样对高寒草甸草原影响显著;夏季降水增多能明显促进夏季温带荒漠草原植被生长。除8月份以外,温带草原5~9月NDVI均与前一个月降水显著正相关;在生长季内,高寒草原NDVI与同期温度显著正相关,但8月份除外。此外高寒草原植被在生长最旺盛时期对降水变化存在1~3个月滞后期。     

巴音布鲁克近58a气候变化特征分析

对巴音布鲁克站点1958—2015年的月降水量、降水日数和平均气温进行集合经验模态分解得到其变化趋势,利用Mann Kendall和累计距平法诊断突变点,并采用Morlet小波和R/S法分析其周期特征和未来变化趋势。结果显示：（1） 巴音布鲁克各月降水量1月、6月和11月增多趋势显著,2月、7月和12月呈“凸”字形变化,减少趋势显著。（2） 降水日数1月和9月呈显著减少趋势,2月和6月呈显著增加趋势,3月和11月呈“凸”字形变化,5月、7月和8月呈不同幅度的“凹”字形变化。（3） 各月平均气温基本呈上升趋势,尤其以5月、7月和10月升温最显著。（4） 年降水量、年降水日数和年平均气温分别在1999年、1993年和1997年发生突变,年降水日数增多早于年降水量增多和年平均气温升高的时间,从90年代中期开始气候由干冷逐渐向暖湿转型。（5） 年降水量、年降水日数和年平均气温的主周期分别为41 a、9 a和30 a。（6） 未来年降水量将增多,年降水日数将减少,年平均气温将升高,极端降水发生的频次将增大,易引发洪涝灾害。     

1982~2013年青藏高原高寒草地覆盖变化及与气候之间的关系

利用GIMMS NDVI数据和地面气象站台观测数据,对青藏高原1982~2013年高寒草地覆盖时空变化及其对气象因素的响应进行研究,结果表明：青藏高原高寒草地生长季NDVI表现为从东南到西北逐渐减少的趋势,近32 a来,整个高原草地生长季NDVI呈上升趋势,增加速率为0.000 3/a (p<0.05);高寒草地生长季NDVI年际变化具有空间异质性,整体为增加趋势,呈增加趋势的面积约占研究区域面积的75.3%,其中显著增加的占26.0% （p<0.05）,类型主要为分布在青藏高原东北部地区的高寒草甸;比例为4.7%,草地类型主要为高寒草原,主要分布在高原西部地区;基于生态地理分区的分析显示,青藏高原草地与降水、温度的相关关系具有明显的空间差异,高寒草地生长季NDVI均值与降水呈显著正相关,对降水的滞后效应显著;高原东北部温度较高,热量条件较好,降水为高寒草地生长季NDVI变化的主导因子;东中部地区降水充沛,温度则为高寒草地生长的制约因子;南部地区降水和温度都较适宜,均与高寒草地生长季NDVI相关性显著(p< 0.05),共同作用于草地的生长;中部和西部地区,气候因子与高寒草地生长季NDVI关系均不显著。     

黔桂喀斯特山区年NDVI变化的影响因素研究

喀斯特山区是中国典型的生态脆弱区,区内的植被极易发生退化,且退化后难以恢复。论文采用逐步多元回归、相关性分析和残差分析等方法,探讨了黔桂喀斯特山区气候变化特征及其NDVI变化的影响因素。结果表明：2002—2015年研究区气候变化呈现暖湿化趋势,但变化并不显著,年降水量和年均温变化分别介于-15.6~25.6 mm/a和-0.08~0.06 ℃/a之间,年均增速分别为7.9 mm/a和0.000 35 ℃/a。过去14 a内,气候变化是影响NDVI变化的关键因素(贡献率约95%),其中降水对植被NDVI的影响大于气温。残差分析表明,近14 a来黔桂喀斯特山区NDVI残差和NDVI残差趋势的均值分别为0.03和0.0007/a,说明人类活动的正效应呈上升趋势。城市化的进程使得大量耕地、林地被建设用地占用,在毕节、安顺、贵阳以及河池、柳州、百色一带,人类活动对植被NDVI变化呈较明显的负效应,但是在六盘水、黔西南自治州、遵义和来宾,由于一系列生态还林工程的实施,人类活动则表现为正向影响。     

Detecting climate change effects on forest ecosystems in Southwestern Romania using Landsat TM NDVI data

Nowadays, Southwestern Romania faces a large-scale aridization of the climate, revealed by the rise of temperatures and the decline of the amount of precipitations, with negative effects visible, among others, in the desiccation of forest vegetation. The present study means to identify the changes that occurred, quality-wise, in the past two decades （1990-2011） in forest vegetation in Southwestern Romania, and to establish the link between those changes and extant thermal stress in the region, whose particular features are high average annual and seasonal temperatures. In order to capture the evolution in time of cli- mate aridization, a first step consisted in using climate data, the temperature and precipitation parameters from three weather stations; these parameters were analyzed both individually and as aridity indexes （De Martonne and UNEP）. In order to quantify the changes in forest vegetation, NDVI indexes were used and analyzed, starting off from Landsat satellite images, acquired at three distinct moments in time, 1990, 2000 and 2011. In order to identify the link between the changes of NDVI index values and regional thermal stress, a yardstick of climate changes, statistical correlations were established between the peak values of average annual temperatures, represented in space, and negative changes in the NDVI index, as revealed by the change-detection analysis. The results obtained indicated there is an obvious （statistically significant） connection between thermal stress and the desiccation （degradation） of forest species in the analyzed area, with false acacia （Robinia Pseudoacacia） the main species to be impacted.     

近百年中国华北农牧交错带与非洲Sahel 地区环境变化的比较分析

非洲Sahel 地区与中国华北农牧交错带在环境特征及演变过程中体现出许多相似之处, 存在明显内在联系。对两个地带近百年降水变化、植被覆盖、干旱事件和沙尘事件对比分析, 可以 对我国干旱/半干旱地区环境变化的相关科学问题有更好认识。两个地区年降水量序列的年代际 变化趋势有很大相似性。非洲Sahel 地区年降水量在1950s 以前存在明显的年际变化特征, 从 1960s 中期起主要以年代际变化为主; 其大部分地区植被覆盖表现为增长趋势; 降水量年代际变 化可能是影响该地区干旱的重要因素, 温度变化也可能存在作用; 该区沙尘暴频次年际、年代际 变化与降水量相应尺度变化有显著关系, 年均温变化和天气变率可能具有一定影响。华北农牧交 错带年降水量以年际变化为主要特征, 有明显低频波动; 该带偏北和偏东地区植被覆盖增长比较 显著, 南部部分地区植被覆盖呈下降趋势; 降水量年代际变化是影响该地区干旱的重要因素, 但 相同降水量可能引发不同程度的干旱; 该带春季沙尘暴频次与前冬温度变化及天气变率有密切 联系, 与春季降水量也有一定关系。     

基于多种高分辨率卫星数据的TRMM降水数据降尺度研究——以内蒙古地区为例

利用内蒙古地区2001~2010年42个站点实测降水数据作为“真值”,采用LOO（Leave-One-Out）交叉验证、多元逐步回归等方法,构建TRMM（Tropical Rainfall Measuring Mission）降水数据与地形及气候等要素之间的多元回归关系,在此基础上,利用回归值+残差值的方法,获得空间分辨率为1 km×1 km的TRMM年降水数据,并对降尺度TRMM数据进行精度检验。研究表明：① TRMM数据可用于区域年降水量估计,且与实测年降水量呈显著线性关系;② 通过建立不同年份、不同空间分辨率TRMM数据与其它遥感数据的多元统计模型,研究发现在中尺度下TRMM与观测年降水数据拟合效果较好,且在空间分辨率为0.50°×0.50°时的拟合效果最好;③ 降尺度分析提高了TRMM数据对研究区降水时空特征的描述能力,确定性系数、标准误差和偏差均有明显改善,表明降尺度算法在将TRMM降水数据空间分辨率提高到1 km×1 km的同时,并能提高降水数据的精度。