2000—2017年内蒙古荒漠草原植被物候变化及对净初级生产力的影响

荒漠草原分布于干旱区和半干旱区,对气候变化的响应极为敏感,但目前学术界对于荒漠草原物候与生产力变化的研究仍较为薄弱。有鉴于此,论文采用2000—2017年MODIS NDVI数据和气象数据,利用通用数量化方法提取内蒙古荒漠草原植被的生长季始期(start of season, SOS)和生长季末期(end of season, EOS);基于Carnegie-Ames-Stanford Approach (CASA)模型估算了植被净初级生产力(NPP),并分析了植被物候和净初级生产力之间的关系。研究结果表明：① 2000—2017年内蒙古荒漠草原SOS呈显著提前趋势(0.88 d/a,P<0.05),EOS不显著提前(0.13 d/a,P>0.05),生长季长度(length of season, LOS)呈显著延长趋势(0.76 d/a)。81.53%像元的SOS与2—4月平均气温呈负相关(8.21%显著相关,P<0.05),60.80%像元的SOS与4月降水量呈负相关关系(6.12%显著相关,P<0.05);65.16%像元的EOS与9月平均气温呈负相关(5.03%显著相关,P<0.05),78.61%像元的EOS 与7—9月降水量呈正相关关系(10.12%显著相关,P<0.05)。② 内蒙古荒漠草原多年平均NPP为104.71 gC/(m ²·a),有自东向西逐渐降低的区域差异;在研究时段内,春、夏季和生长季的NPP均呈不显著增加趋势,秋季NPP有不显著减少趋势;生长季降水量增加有利于生长季NPP的积累。③ 春季NPP与SOS呈不显著负相关,秋季NPP与EOS呈显著正相关。LOS的延长促进了NPP的累积,其中生长季NPP与EOS的推迟关系更为密切。研究结果揭示气候变化对内蒙古荒漠草原植被物候和生产力有显著影响,对区域生态系统管理和生态建设具有重要参考意义。     

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。     

官厅水库小流域植被净初级生产力估算

植被是小流域的物质基础,植被净初级生产力的稳定性关系到小流域的健康和可持续发展.以官厅水库小流域为研究区,采用改进型CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型,利用2005年、2010年和2015年以及邻近年份的每年3～11月的LandsatTM/ETM+/OLI影像数据,估算官厅水...     

中南半岛植被物候与极端降水的变化特征及关联

利用MCD12Q2数据提取中南半岛的植被物候指标,采用Sen+Mann-Kendall法、灰色关联分析及R/S分析等方法,分析中南半岛地区生长季开始、生长季结束、生长季长度及极端降水指标的时空分布特征及其关联,并预测物候指标的未来变化趋势。结果表明：1) 2001—2018年中南半岛生长季开始及结束时间均表现出东部地区早于西部的空间特征,半岛生长季长度多保持在8～9个月左右;除暴雨日数指标,极端降水指标的空间分布特征与年总降水量的空间分布相似,大致呈西高东低;2）生长季始期与生长季末期以提前趋势为主,生长季长度以缩短趋势为主;年尺度降水量与强度无明显变化,但单日最大降水量、极强降水量和暴雨日数指标呈下降趋势,中雨日数、大雨日数和连续有雨日数指标均呈上升趋势,表明中南半岛极强降水事件减少,中等强度极端事件增多,降水事件的持续时间变长;3）各物候指标的主控极端降水指标类型空间分布模式相似且集中,植被物候与区域气候密切相关;4）中南半岛各物候指标未来变化趋势与过去变化趋势相反,且以延后趋势为主。     

中国中东部植被景观观赏季划分的物候学基础

利用中国物候观测网12个站点多种木本植物的展叶始期、开花盛期和叶全变色期观测数据,通过统计物候期的频率分布划分了上述3种物候期的观赏季节,分析了过去50年最佳观赏日的变化趋势,为旅游管理部门及游客的游憩活动安排提供理论依据。研究得出以下主要结论：① 最佳观赏日在不同站点间存在较大差异。展叶最佳观赏日范围为3月16日（桂林）到5月5日（哈尔滨）;开花最佳观赏日从4月3日（昆明）到5月24日（牡丹江）;叶变色最佳观赏日从10月1日（牡丹江）到11月30日（上海）。展叶、开花最佳观赏日和纬度显著正相关,叶变色最佳观赏日和纬度显著负相关;② 部分站点过去50年最佳观赏日发生了明显变化。尤其是北京和西安,展叶和开花最佳观赏日都以超过1.6天/10年的趋势显著提前,而叶变色最佳观赏日显著推迟（北京：1.6天/10年;西安：2.1天/10年）。③ 观赏季起止时间和最佳日期受站点气温控制。展叶、开花最佳观赏日与站点春季（3-5月）气温显著负相关。站点春季气温每升高1 °C,展叶和开花最佳观赏日分别提前4.02和4.04天。叶变色最佳观赏日与站点秋季（9-11月）气温显著正相关,在空间上对气温响应的敏感性为2.98天/°C。     

中国植被类型区大气增温趋势及其不对称性研究

利用1962~2011年中国各植被类型区的452个站点的气温资料,分析了各植被类型区的年平均温度和极端温度随时间的变化趋势。结果表明：① 过去50 a间,中国各植被类型区年平均气温、年平均最高温、年平均最低温都显著升高,并且最低温增温速度快于最高温增温速度,呈温差减小的不对称增温趋势;同时,寒冷地区增温速度高于温暖地区的增温速度,其中寒温带森林的增温幅度超过亚热带森林的2倍。近30 a间,寒温带森林区和温带森林区增温速度减缓,其他各植被类型区增温速度加快,呈现出热带、亚热带地区增温速度高于温带、寒温带地区的空间特点;② 最高温增温速度在变快,最低温增加速度在变慢,多个植被类型区的最高温增温速度高于最低温增温速度,呈现出一种新的不对称增温趋势,即最高温与最低温间的温差在加大;③ 过去50 a和近30 a间,生长季和非生长季的温度变化多样,并分别对年平均温度产生了不同的影响,而生长季和非生长季温度的不同变化分别决定于其最高温和最低温的多样变化。     

中国东部典型沙地植被覆盖度对降水变化的响应

降水对中国东部沙地植被覆盖度产生重要影响,了解植被覆盖度对降水量变化的响应,对制定植被恢复策略具有重要意义。选择毛乌素沙地和科尔沁沙地,使用Landsat系列数据和MODIS数据得到2000—2020年归一化植被指数（NDVI）数据集,用像元二分法分别计算了年内最大和生长季平均的植被覆盖度。结合地面气象站在1999—2020年观测的逐日降水数据,分析了植被覆盖度对降水变化的响应。结果表明：（1）毛乌素沙地和科尔沁沙地的年内最大和生长季平均植被覆盖度均有增长趋势,其中毛乌素沙地的生长季平均植被覆盖度>30%的面积增加最显著,科尔沁沙地>50%的面积增加最显著。（2）这两个沙地的年降水量和四季降水量都呈增加趋势,且有降水变率大和夏季增幅最大的共同特点。（3）毛乌素沙地的年内最大和生长季平均植被覆盖度都对前一年夏季降水量变化的响应最敏感,而在科尔沁沙地则是对当年夏季降水量变化的响应最敏感。（4）不同植被类型对降水量变化发生响应的滞后时间不同。     

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。     

中国陆地植被净第一性生产力及季节变化研究

利用植被指数与植被吸收的光合有效辐射比例之间的线性关系,由1992年4月～1993年3月12 个月的1 km AVHRR NDVI资料及同期地面气象资料确定地表植被吸收的光合有效辐射,然后由光能利用率得到植被净第一性生产力(NPP).为了更准确计算NPP,本文还考虑了温度及土壤水分条件对光能利用率的影响,最后得到我国陆地植被年NPP分布图,并对中国陆地植被净第一性生产力分布情况的季节变化及不同植被类型的NPP季节变化进行了初步研究.结果表明,我国NPP的分布主要受水分条件的影响,呈从东南到西北递减的趋势,全国年总净第一性生产力约为2.645×109tC.     

陆地植被净初级生产力研究进展

 植被的净初级生产力(NPP)反映了植物每年通过光合作用所固定的碳总量，目前NPP研究是全球变化研究的重要内容之一。本文综述了近年来国内外在全球和区域陆地植被NPP的研究现状，对遥感(RS)和地理信息系统(GIS)在NPP研究中的应用作了分析，并对国内外NPP研究的不足和发展趋势作了讨论。     

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.     

The response of vegetation growth to shifts in trend of temperature in China

Though many studies have focused on the causes of shifts in trend of temperature, whether the response of vegetation growth to temperature has changed is still not very clear. In this study, we analyzed the spatial features of the trend changes of temperature during the growing season and the response of vegetation growth in China based on observed climatic data and the normalized difference vegetation index (NDVI) from 1984 to 2011. An obvious warming to cooling shift during growing season from the period 1984–1997 to the period 1998–2011 was identified in the northern and northeastern regions of China, whereas a totally converse shift was observed in the southern and western regions, suggesting large spatial heterogeneity of changes of the trend of growing season temperature throughout China. China as a whole, a significant positive relationship between vegetation growth and temperature during 1984 to 1997 has been greatly weakened during 1998–2011. This change of response of vegetation growth to temperature has also been confirmed by Granger causality test. On regional scales, obvious shifts in relationship between vegetation growth and temperature were identified in temperate desert region and rainforest region. Furthermore, by comprehensively analyzing of the relationship between NDVI and climate variables, an overall reduction of impacts of climate factors on vegetation growth was identified over China during recent years, indicating enhanced influences from human associated activities.     

气候变化和物候变动对东北黑土区农业生产的协同作用及未来粮食生产风险

东北黑土区是中国重要的粮食生产基地,也是中国气候变化最敏感的地区之一。然而,气候变化背景下东北黑土区气候及物候变化对农业生产力的综合影响并不清晰,未来农业生产风险评估的定量化程度不够,风险等级制定缺乏依据。本文借助遥感产品、气候资料和模拟数据等资料,综合运用多元线性回归、相关分析及干旱危险性指数等方法,探究东北黑土区作物物候动态及其气候响应特征,辨识气候与物候变化对农业生产的复合效应及未来可能风险。结果表明：① 2000—2017年东北黑土区29.76%的区域作物生长季开始期呈显著延后趋势,16.71%的区域作物生长季结束期呈提前态势,生长季开始期受气温的影响范围广,且滞后时间长;生长季结束期与前期气候变化关系更加密切,且带状差异性响应格局尤其明显。② 气候变化和物候期改变对作物生产的解释能力较生长季同期气候变化的解释能力增加了70.23%,解释面积扩大了85.04%。③ RCP8.5情景下东北黑土区粮食总产量呈现上升趋势,粮食生产风险表现出“南增北减”的演变特征,风险区面积不断扩大,全球温升2.0 ℃时,松嫩黑土亚区南部粮食减产量可能达到10%。研究有助于深入认识气候—物候—作物生产的关联机理及未来粮食生产风险,对制定气候变化应对策略,保障国家粮食安全具有重要意义。     

黄土高原植被恢复潜力研究

黄土高原从1999年开始大规模退耕还林（草）,植被覆盖发生了较大变化,对黄土高原植被恢复现状和恢复潜力进行评估具有重要意义。本文使用1999-2013年SPOT VEG NDVI数据,采用线性回归、Hurst指数分析法、统计学方法以及地理空间分析技术,对黄土高原植被恢复状况和潜力进行了探讨。结论主要为：① 1999年退耕还林（草）以来,黄土高原植被覆盖度呈显著上升趋势,黄土高原三分之二地区的植被将会持续改善;② 植被响应曲线分析表明,黄土区植被覆盖度和干旱指数呈显著的指数关系,且缓坡相关性大于陡坡。土石山区植被响应函数为线性函数,相关系数下降;③ 整个黄土高原地区平均植被恢复潜力为69.75%。植被恢复潜力值东南高而西北低,黄土高原东南地区植被恢复状况较好,其植被恢复潜力指数较小,而植被恢复潜力指数较高的地区主要为北方风沙区及西部丘陵沟壑区;④ 不同降水量条件下,植被恢复速度差别显著,其中降水量在375~575 mm之间的地区,植被恢复最快。植被恢复措施应该“因水制宜”,避免因造林带来的土壤干化加剧。研究结果以期为黄土高原生态文明建设提供科学支撑。     

蒙古国植被物候特征及其对地理要素的响应

蒙古高原是中国重要的北方生态屏障。在全球气候变化的背景下,研究蒙古国植被物候变化特征对于认识蒙古国草地生态系统对气候变化的响应和促进区域畜牧业可持续发展具有重要意义。本研究利用非对称高斯拟合法对蒙古国2001—2019年MOD13Q1产品中的归一化植被指数（Normalized Differential Vegetation Index,NDVI）数据拟合,得到较为平滑的NDVI时间序列数据;基于TIMESAT平台,采用动态阈值法分析获得蒙古国连续19a植被物候数据。研究分析了蒙古国植被物候的空间分布及年际变化趋势,发现蒙古国植被返青期（Start of growing season,SOS）主要集中在110~150d,总体呈微弱推迟趋势,植被枯黄期（End of growing season,EOS）主要集中在270~310d,总体呈提前趋势,从而导致蒙古国生长季长度（Length of growing season,LOS）呈缩短趋势,且缩短时间最长可达2d以上。采用偏相关分析方法分析了植被物候对地形、降水、地表温度等地理要素的响应,表明蒙古国植被物候具有明显的空间异质性和海拔依赖性,不同植被物候对降水、地表温度（Land Surface Temperature,LST）的响应不同,SOS与日间LST呈显著正相关,EOS与夜间LST呈显著正相关,而LOS与年均降水呈显著负相关关系。     

Links between Western Pacific Subtropical High and vegetation growth in China

There is a lack of simple ways to predict the vegetation responses to the East Asian Monsoon (EAM) variability in China due to the complexity of the monsoon system. In this study, we found the variation of the Western Pacific Subtropical High (WPSH), which is one of the major components of the EAM, has a profound influence on the vegetation growth in China. When the WPSH is located more to the west of its climate average, the eastern and northwestern parts experience increased yearly-averaged normalized difference vegetation index (NDVI) and gross primary productivity (GPP) by 0.3%–2.2%, and 0.2%–2.2%, respectively. In contrast, when the WPSH is located more to the east of its climate average, the above areas experience decreased yearly-averaged NDVI and GPP by 0.4% to 1.6%, and 1.3% to 4.5%, respectively. The WPSH serves as a major circulation index to predict the response of vegetation to monsoon.     

伊金霍洛旗近15年来植被覆盖度的动态变化

植被状况是评价荒漠化地区荒漠化程度的重要指标,其中植被盖度是最为重要的植被表征.本文选择地处我国北方农牧交错区的内蒙古伊金霍洛旗,利用Landsat卫星遥感数据,基于植被指数,反演了这一地区1989年9月11日、1998年8月19日、1999年8月13日、2002年8月6日、2004年7月2日的植被盖度变化情况.通过分级比较发现,1989-1998年研究区植被覆盖度明显增加,1998-1999年植被覆盖度显著减少,1999-2002年植被覆盖度又明显增加,而2002-2004年植被覆盖度又有所减少.这种起伏变化表明:导致研究地区荒漠化发生和扩展的各种自然和人为因素并未根本消除,在局部地区荒漠化仍有恶化趋势.影响植被覆盖度变化的因素主要有三个方面:气候因素、土地利用政策和农业经济结构的优化调整.     

1982-2006 年欧亚大陆植被生长季开始时间遥感监测分析

植被物候是环境条件季节和年际变化最直观、最敏感的生物指示器,物候变化可以反映陆地生态系统对气候变化的快速响应.论文基于1982-2006 年连续25 年的GIMMS AVHRR NDVI数据,采用动态阈值法、延迟滑动平均法,双Logistic 和Savitzky-Golay 方法提取欧亚大陆植被的生长季开始时间,并对不同方法的提取结果进行比较和分析.然后以动态阈值法的物候提取结果,研究了1982-2006 年期间植被物候变化趋势以及物候对温度变化的响应情况.结果表明：动态阈值法在欧亚大陆地区生长季开始时间提取率高,在纬度上的变化趋势稳定;北方森林/针叶林和苔原地区的生长季开始时间提取结果最稳定,低纬度区域的变率最大.1982-2006 年,大部分植被类型的生长季开始时间表现出提早趋势,其中森林覆盖区域提早趋势明显,变化幅度为11.45~15.61 d/25a;除了郁闭式至开放式( > 15%) 灌木丛( < 5 m)植被类型外,植被物候和温度表现出负相关关系,变化幅度为1.32~3.47d/℃,这也验证了近几十年气候变暖的趋势.