中国北方农牧交错带城市扩展过程对植被净初级生产力影响研究——以呼包鄂地区为例

评价中国北方农牧交错带城市扩展过程对植被净初级生产力（Net Primary Productivity,NPP）的影响是揭示区域城市扩展过程生态效应的基础。以正在经历快速城市化的呼包鄂地区为例,基于空间分辨率为30 m的土地利用/覆盖数据,评价了该地区2000-2015 年城市扩展过程对NPP的影响。研究结果表明,呼包鄂地区城市扩展导致NPP明显增加,2000-2015 年城市扩展区域NPP均值从429.67 NDVI·PAR增加到489.71 NDVI·PAR,增加了13.97%。呼包鄂地区以城市土地占用草地为主要特征的城市扩展方式是城市扩展区域NPP增加的主要原因。     

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。     

2000-2012年青海湖流域NPP时空分布特征

利用青海湖流域及周边地区气象资料和MODIS遥感影像等数据,结合地理信息系统技术和植被净初级生产力(NPP)估算模型(CASA模型),确定了2000-2012年青海湖流域NPP值,并评价了其时空分布特征。结果表明:2000-2012年青海湖流域年均NPP为4.77×10¹² g,空间分布以青海湖为中心,由低到高呈环带状,并呈由东南向西北递减趋势,在青海湖北侧河流中游地区年均NPP达到最高,为374.19 g·m^-2。2000-2012年NPP呈波动中逐渐增长趋势,年均增加4.81×10¹⁰ g;NPP年内变化显著,7月NPP达到全年最高值,占全年的28.77%。13年间流域内大部分地区NPP呈增长趋势,显著增长区主要分布在共和县江西沟乡、石乃亥乡和天峻县周围;青海湖北侧哈尔盖河上游、沙柳河中游地区则是主要减少区。多元回归分析表明归一化植被指数(NDVI)和降水是青海湖流域NPP的主要影响因素。     

2000-2015年城市和工矿用地扩张对净初级生产力的影响

中国近15 a来快速的城市化和工业化对陆地净初级生产力（Net Primary Productivity,NPP）的影响是关系到碳循环和全球变化效应的重要问题。首先,本文基于VPM（Vegetation Photosynthesis Model）模型得到NPP数据,基于中国土地利用数据集（National Land Use Datasets of China（NLUD-China））获取2000-2015年城市和工矿用地数据,然后通过邻域替代法模拟2000-2015年间因中国城市和工矿用地扩张损失的陆地NPP。结果表明：2015年城市和工矿用地占中国国土总面积的1.2%,在2000-2015年间面积增加了70×10³ km²。城市和工矿用地扩张导致陆地NPP损失1.24 TgC·a^-1到3.14 TgC·a^-1,在2005-2010年损失NPP最多（3.14 TgC·a^-1）。耕地被建设用地占用是造成中国陆地NPP损失的重要原因,在2010-2015年共有13×10³ km²的耕地被城市和工矿用地占用,因此损失的NPP达1.51 TgC·a^-1,占中国城市和工矿用地扩张损失NPP总量的82%。从时空分布特征来看,21世纪初剧烈的城市扩张造成沿海和中部地区NPP损失严重（2000-2005年沿海地区主要因城市扩张损失NPP高达0.82 TgC·a^-1）,而2010-2015年主要因工矿用地扩张使西部地区NPP损失升高（在2010-2015年因工矿用地扩张损失NPP 0.46 TgC·a^-1,占中国NPP损失总量的30.81%）,NPP损失量呈现出从东高西低逐渐过渡到东西平衡的时空格局。从影响上分析,城市和工矿用地不透水地表比例（0.59±0.19）高于自然植被的不透水地表比例（0.29±0.14）,并且城市内部透水地表的平均标准化NPP（0.9）低于自然植被的平均标准化NPP（1.1）,是造成城市和工矿用地损失NPP的主要原因。     

中国南方红壤丘陵区植被净初级生产力空间分布及其与气候因子的关系——以江西省泰和县为例

植被净初级生产力(NPP)对气候变化的响应研究是全球变化研究的核心内容之一。在区域尺度上研究NPP年际间的空间变化规律,探究气候因子与植被生长的关系,是应对气候变化区域响应、探讨区域生态过程的科学基础。基于SPOT VEGETATION NDVI植被指数数据、气候和植被分类数据,利用光能利用率模型(CASA)估算了中国南方红壤丘陵区泰和县1998-2012年植被NPP,分析了NPP时空分布特征及其与气候因子的相关性。结果表明:1 1998-2012年泰和县植被年均NPP为762 g C/m2·a,不同植被类型差异明显,空间上表现出东西高、中间低的分布特征;2 1998-2012年泰和县植被NPP总体呈增长趋势,年际波动较大,平均值为2.21×106g C/a;3研究区NPP与年降水量呈不显著正相关关系,与年均气温呈显著负相关关系,表明温度是影响该地区植被NPP的主要气候因子。     

近15a陕西省植被时空变化与影响因素分析

利用2000—2014年MODIS/NDVI时间序列数据,采用栅格像元趋势分析、稳定性评价的方法,研究了陕西省近15 a植被的时空变化特征和规律;利用Hurst指数对陕西省植被未来变化趋势进行了预测;并利用相关性分析法分析了NDVI与年均温度和降雨量的关系。结果表明,2000年、2015年陕西省NDVI均值分别为0.4273、0.4942, 15 a来增加了0.067,增长了16.0%,其中陕北地区NDVI增加明显,关中部分地区出现负增长,陕南地区NDVI总体依旧维持在较高水平。陕西省植被变化趋势具有明显的空间差异性,全省植被未变化的占52.0 %,改善部分占44.27 %,退化部分占3.73%,说明15 a间陕西省植被覆盖改善面积大于退化面积,植被状况有所改善;其中陕北地区植被呈明显改善区域面积较大,关中地区植被覆盖面积有所减少,陕南地区植被变化幅度较小。陕西省植被稳定区域占50%以上（0 0.2),说明15a间陕西省植被较为稳定,变化程度不大;其中陕西省植被最稳定地区主要集中在陕南、延安南部,榆林部分、西安、渭南少部地区变化幅度较大。Hurst指数分析表明陕西省44.54%面积的植被未来有可能面临退化,主要分布在陕北和关中地区的北部,植被未来有可能退化也有可能改善的面积占49.78%,主要分布在延安和陕南地区。陕西省近15 a气温和降水量总体呈增加趋势,增加速率分别为0.48 ℃·(10 a)-1和69.5 mm ( a)-1;相关性分析结果表明,年均降雨量是影响NDVI的主要气象因子,同时陕西省植被变化也受到了退耕还林还草、防沙治沙、生态政治等人为因素的影响。     

半干旱区典型工业城市热岛时空分布及演变特征——以包头市为例

基于2000 年、2008 年和2015 年landsat5 TM影像和Landsat8 OLI影像,以单窗算法反演地表温度,研究包头市区近15 a 的城市热岛时空分布及演变特征,并对下垫面土地利用/覆盖类型、 NDVI 与城市热岛的关系进行了定量分析。研究结论表明：包头城市热岛15 a 来呈逐步扩展趋势,且主要集中于裸地区、工矿区、商业和人口密集区三类区域,空间演变趋势与城市扩张格局呈现出高度的一致性;城市热岛效应强度增强,但2008-2015 年以来,市中心区高温区面积比重大大降低;下垫面土地利用/覆盖类型是影响城市热岛空间分布的重要因子,地表温度呈现出裸地>工矿用地>建设用地>城市绿地>农用地>水体的规律;地表温度与 NDVI 呈现显著的负相关关系,即植被指数越高,城市的地表温度越低。     

基于Biome-BGC模型的青藏高原五道梁地区NPP变化及情景模拟

以“气候变暖”为标志的全球气候变化对青藏高原生态系统产生强烈影响,利用参数本地化的生物地球化学模型（Biome-BGC）对五道梁地区草地生态系统进行模拟,研究了该区域1961~2015年净初级生产力（net primary productivity,NPP）的变化,并进行了情景模拟。结果表明:五道梁地区近55 a草地年均NPP为67.94 g/(m ²·a),呈显著上升趋势,主要是由生长季延长以及9月份生物量快速增长造成。在该地区,温度是草地NPP的主导因子,降水变化在40%以内对生产力影响不显著;温度和降水交互影响NPP,对单一影响有放大作用,暖湿条件下NPP对气候变化响应更加明显。     

内蒙古草原NPP时空变化及驱动力

植被净初级生产力(NPP)及驱动力分析是全球变化研究的核心内容.以1982-2015年内蒙古草原为研究对象,基于GIMMS NDVI3g、ERA5气象和草原类型数据,采用CASA模型生成年草原NPP.综合运用趋势分析、偏相关、复相关及残差分析法探讨1982-2015年草原NPP变化趋势,并定量确定气候因子和人类活动对草...     

气候要素及El Niño/La Niña事件对中国陆地NPP变化的影响

植被净初级生产力（NPP）是表征陆地生态系统碳循环的重要指标,也是人类社会赖以生存与发展的物质基础。基于遥感—过程耦合模型（GLOPEM-CEVSA模型）模拟的中国区域NPP数据和气象站点观测资料以及厄尔尼诺/拉尼娜（El Ni?o/La Ni?a）事件信息,利用GIS空间分析技术和数理统计方法研究了中国植被NPP的时空格局、动态变化以及气候要素和El Ni?o/La Ni?a气候事件对其影响。结果表明,1982-2011年,中国植被NPP总体上以5.66 gCm^-2(10a)^-1的趋势增长,空间上,植被NPP在中国西部和东北北部、东部地区增加,而在东北中部、华北平原、内蒙中东部、长三角和珠三角地区减少。中国江淮地区植被NPP的降低与日照时数的减少具有较好的对应关系,在华北地区和新疆北部,NPP的增减取决于降水量的增减。东北地区日照时数的增加和气温的升高则是NPP增加的主要原因。就全国整体而言,在El Ni?o年植被NPP增加的区域略多于减少的区域,在La Ni?a年NPP增加的区域则与减少的区域基本相等,日照时数是造成El Ni?o年与La Ni?a年植被NPP差异的主要气候因子。未来需要更加关注辐射、极端气候事件以及人为空气污染对中国不同地区植被的影响。     

内蒙古草地NPP变化特征及其对气候变化敏感性的CENTURY模拟研究

气候变化及其对植被净初级生产力的影响是全球变化研究的核心内容之一。基于空间化的CENTURY生物过程模型,分析1981-2010年内蒙古草地净初级生产力（NPP）的时空演变规律及其对关键气候因子的敏感性特征。结果表明：近30年内蒙古草地大部分区域NPP呈下降态势但趋势并不显著,全区平均降速约为1.17 g C/m²·a;NPP年代际变化时空差异较大,1980s至1990s约69.65%的区域NPP下降,1990s至2000s NPP下降加剧,下降面积较前者扩大了17.50%;NPP对降水与温度的敏感性特征空间异质性较强,但总体上区域降水减少可能是近30年内蒙古草地NPP下降的主要因素,温度升高同样会导致草地NPP下降,但作用程度较小。     

秦岭山地植被NDVI对气候变化与人类活动的响应

秦岭山地是中国中东部重要的地理界线和山地生态系统最为丰富的区域之一,对气候变化和人类活动的影响较为敏感。基于秦岭山地MODIS NDVI、气温、降水和DEM数据,利用线性趋势法、相关系数、偏相关系数和缓冲区方法,分析了植被NDVI对气候变化与人类活动的响应,结果表明:(1)2000—2015年秦岭山地植被NDVI总体呈线性增加趋势,占总面积的84.84%。减少趋势主要分布在中西部区域(中、高海拔地区)以及河流谷地、盆地,如汉中市、安康市和商洛市等城市附近区域。(2)2000—2014年秦岭山地植被NDVI与气温之间以负相关为主,与降水之间以正相关为主,同时气温、降水对植被NDVI的影响具有交叉作用,其中降水的交叉作用(10.05%)高于气温的作用(9.64%)。(3)市级较县级范围人类活动强烈,植被NDVI在1 km范围变化速率为正(植被增加)、2~5 km范围变化速率为负(植被恶化,可能遭受人为破坏)、6~10 km范围变化速率为正(人类活动相对较弱)、11~15 km范围变化趋于平稳(基本不受人类活动影响)。该研究可为秦岭山地植被生态环境保护和人类活动调整与限制提供科学依据。     

黄河流域植被净初级生产力时空特征及自然驱动因子

植被净初级生产力（NPP）是陆地生态系统的关键指标,是地表碳循环的重要组成部分,能够用来较客观地评价生态系统变化及其可持续性。利用MOD17A3HGF数据、土地利用数据、气象数据、地形数据,应用变化趋势分析、相关性分析及地理探测器模型等方法,探讨了2000—2019年黄河流域NPP（以C计量）时空格局及演变特征,并对影响NPP的自然因子进行量化研究。结果表明：（1）2000—2019年黄河流域植被NPP整体呈极显著上升趋势（）。流域平均年NPP为281.39 g·m^-2,变化范围为270—347 g·m^-2,增速为5.75 g·m^-2·a^-1。流域NPP显著增加的区域占整个流域面积的99.53%,空间分布呈西北低东南高的趋势。（2）不同土地利用类型的植被NPP年平均值差异较大,林地是对该区域植被NPP贡献最大的土地利用类型。（3）NPP与海拔之间存在一定相关性,NPP与气温、降水显著正相关的区域分别占总面积的23.20%和44.17%,自然驱动因子中海拔、气温及降水对植被NPP的驱动作用差异明显,降水>气温>海拔,各因子之间的交互作用均为双因子增强。     

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。     

干旱对河西走廊植被净初级生产力的影响

干旱对生态系统碳循环具有重要影响,随着气候变暖,全球干旱事件频率不断上升,研究干旱对植被净初级生产力的影响具有重要意义.提高植被净初级生产力(NPP)的时间分辨率是认识干旱对其影响机制的重要途径.基于5天NDVI遥感数据,以河西走廊为研究区,利用CASA模型估算2010-2015年5天步长尺度的NPP,将5天降水为零定...     

近24年气温、降水对吉林省植被变化的影响

根据主要生态系统和植被类型,将吉林省分为半耕半牧区、农耕区和森林区3个研究区域.利用1982-2005年24 a的卫星遥感植被指数NDVI数据和同期气象站的气温、降水量观测数据,对吉林省的NDVI与气温、降水量进行了相关分析,探讨24 a来3个研究区域气候变化对植被的影响,分析气象因子对植被变化的驱动效应,研究植被变化的年代差异.结果表明①吉林省气温、降水量的年变异系数区域差异明显,半耕半牧区的年变异系数显著地大于森林区和农耕区;②森林区气温是影响NDVI变化的主要驱动因子,半耕半牧区NDVI变化对降水量更敏感,农耕区气温和降水量对NDVI变化的影响作用基本相同;③NDVI变化对降水量变化存在时滞,半耕半牧区最敏感,其次为农耕区、森林区,时间滞后大约为10 d;④24 a来3个区域植被覆盖都发生了不同程度的变化,半耕半牧区受气候变化影响显著,植被变异最大;⑤3个区域NDVI的年累计值均呈上升的变化趋势,无论是生长季的长度还是生长季的植物生物量((NDVI值的大小),20世纪90年代比80年代增长显著,主要表现为生长季春季提前和秋季推迟和植物生物量的增加,而2000-2005年的NDVI值较20世纪90年代仍有增加,但趋势减缓,只有森林区的生长季植物生物量在2000-2005年仍有明显增加.     

基于MODIS的大田县均溪谷地NPP与NDVI相关性的时空变化特征

本研究应用MODIS卫星遥感资料,分析2000—2010年大田县均溪谷地植被净初级生产NPP与NDVI相关性的时空变化特征,运用Arc GIS软件对大田县均溪河做不同距离的缓冲区分析,结合土地利用状况,研究年植被净初级生产力a NPP与年均归一化植被指数ANDVI的相关性,并建立线性回归分析模型进一步分析NPP随NDVI的变化情况。可以看出,ANDVI与a NPP的空间分布特征与距河流的距离远近有着密切关系,河流不同缓冲区ANDVI与a NPP的相关性系值为0.80~0.96。研究区域3年回归模型均通过α=0.01的显著性F值相关检测,表明利用NDVI可以有效地对NPP进行实时监测。     

基于高分辨率遥感影像的2000-2015年中国省会城市高精度扩张监测与分析

21世纪以来,中国城镇化水平迅速提高,城市扩张监测成为地学应用研究的热点,但同时存在着城市区域概念不统一,城市边界提取精度较粗等问题。选取全国31个省会级城市为监测对象,利用高分辨率遥感影像进行统一标准、高精度的扩张监测及分析。基于高分辨率遥感影像数据进行2000年、2005年、2010年、2015年4期城市区域边界提取,与利用中低分辨率影像提取的成果进行比较,并开展城市规模分布和城市扩张分析。结果表明,与其他研究成果相比,本文拥有更高的精度和可靠性;2000-2015年,中国省会城市保持了高速增长趋势,总面积增加了90.15%;省会城市体系接近捷夫模式的等级规模分布;城市扩展情况地区差异显著,东部扩展速度逐步放缓,西部、东北地区加速扩张,中部地区稳步扩张;2010年确定建设的5个国家中心城市（北京、天津、上海、广州、重庆）在2015年城市区域面积位序中排名前5,15年间扩展了82.45%,单个城市年均扩展30.66 km²,其中北京扩展了三成以上,天津、上海扩展了一倍左右,广州扩展了近六成,重庆扩展了两倍以上。本研究成果为中国城镇体系的发展和规划提供了直观准确的数据,对国家全面认知城市扩张状况,掌握城镇建设方针政策实行效果,进行城市体系科学规划具有十分重要的指导意义。     

黄河源区植被指数与干旱指数时空变化特征

标准化降水蒸散发指数(SPEI)是评估气候变暖背景下区域干旱的重要指标。基于生态功能分区,利用MODIS-NDVI数据和SPEI指数,探讨2000—2014年黄河源区植被指数和干旱指数的年际变化、空间分布规律以及两者之间的相关关系。结果表明:(1)2000—2014年黄河源区NDVI和SPEI总体上均呈波动上升趋势,植被覆盖状况略有好转,干旱程度有所降低;(2)NDVI与SPEI变化趋势的空间分布特征大致相同,东南部区域总体呈减少趋势,西北部区域总体呈增加趋势;(3)黄河源区降水量是影响植被生长的主要因子,也是影响SPEI变化的主要条件。当0.3NDVI0.6时,SPEI对NDVI的影响较强,当NDVI0.6时影响较小;(4)黄河源区大部分地区NDVI与SPEI呈正相关,其中呈显著正相关的区域分布在青根河生态区以及黄河源头生态区植被覆盖度较低区域;小部分地区由于受到人类活动的干扰,使NDVI与SPEI呈负相关或相关性较弱,其中呈显著负相关的区域在黄南草原生态区及周围草地退化、生物多样性敏感的区域。黄河源区干旱程度的下降对植被覆盖的增加有促进作用,为该区域的生态恢复提供了有利条件。     

黄河流域城市群扩张的时空格局演化及情景模拟——以呼包鄂榆城市群为例

黄河流域城镇扩张对区域景观格局影响显著,城市群人口聚集与增长引发了流域“人-地”矛盾和“空间冲突”等一系列生态环境问题。基于土地利用数据和FLUS模型对2025年和2035年呼包鄂榆城市群城镇化与土地利用时空演化特征进行多情景模拟预测。结果表明：① 1990—2018年呼包鄂榆城市群整体发展水平较低,建设用地面积经历了“平稳增加-缓慢增加-急剧增加”的变化过程,区域总体以草地为主,其占土地总面积的50%以上,其次是未利用土地和耕地,林地和建设用地次之。② 城市群扩张最剧烈地区在空间上主要发生在呼和浩特市、包头市等城市主城区,且扩张模式以外延式扩张为主,扩张来源主要是耕地、草地等生态用地。③ 三种情景模拟发现,2025年和2035年区域土地利用变化的空间结构和特征差异明显。自然发展情景下,城市扩张不受约束,高速增长占据了大量生态用地;加入生态约束条件很好的控制了对草地和林地的占用;经济发展情景下,城市扩张将进一步占据更多的未利用土地和耕地。本研究通过城市群扩张时空格局演化及情景模拟分析,尝试为区域规划、城市空间规划和区域生态空间保护提供多角度、多情景和可选择的政策决策参考。