2001-2010年秦岭森林物候时空变化遥感监测

植被物候是陆地生态系统对全球气候变化响应的最佳指示器,研究其时空变化对深入理解陆面水热过程、碳循环过程及预测陆地生态系统的时空变化具有重要意义。本文采用2001-2010年MODIS MOD09A1产品,通过引入MOD09A1的时间控制层DOY(Day of Year)提高EVI的时间精度;采用最大变化速率法和阈值法相结合提取秦岭森林物候期。结果表明,随着水热条件变化,由低海拔至高海拔,东南向西北,生长季始期(Start of Growth Season, SOG)逐渐推迟,集中在第81~120 d(即从3月下旬-4月末);生长季末期(End of Growth Season, EOG)逐渐提前,集中在第270~311 d(10月初-11月上旬);生长季长度(Length of Growth Season, LOG)逐渐缩短,集中在150~230 d。秦岭森林物候期与海拔关系密切,海拔每升高100 m,SOG推迟2 d,EOG提前1.9 d,LOG缩短3.9 d。2001-2010年,森林SOG提前、EOG延后和LOG延长主要分布于秦岭中高海拔区;SOG延后、EOG提前和LOG缩短主要分布在海拔1000 m以下部分区域。高海拔区物候的年际变化要比低海拔区复杂,2000 m以上区域SOG提前、EOG提前、LOG缩短。上述研究结果量化了不同海拔梯度森林的物候差异,揭示了近10年秦岭森林物候的时空格局,可为秦岭地区生态环境评价和保护提供科学依据。     

一种基于图论重构MODIS EVI时间序列数据集的新方法

MODIS的增强型植被指数（EVI）时间序列数据早已广泛应用于植被观测、生态环境和全球气象变化等研究领域,但即使EVI时间序列数据已经经过严格的预处理,其中仍然存在着一些噪声。因此,本文开发了一种简单有效的方法来重构EVI时间序列数据,减少EVI时间序列数据中的噪声,尤其是一些由大气云层和冰雪覆盖产生的噪声。新方法的理论来源于图论,利用拉普拉斯矩阵的关系对EVI中选定的邻域窗口的像元权重进行赋值,得到中心像元的拟合。新方法已应用于2016—2018年的MODIS MOD13A1产品,并与S-G滤波法、谐波函数法、双逻辑斯蒂拟合法和非对称高斯函数法进行了比较。结果表明,在荒漠、草原和林地中,新方法留一验证测试的绝对差值最小,相较于其他方法效果较优;在拟合不同植被类型的EVI时间序列数据时,图论邻点方法呈现出更好的细节拟合曲线;其在5类植被类型中的RMSE值分别为200.59、46.58、63.48、165.47和40.95,在5种方法中均为最小值,在获取高保真和高质量的EVI时间序列数据方面优势更明显有效。本文的方法研究可以给植被遥感时序数据的去噪和生态环境的研究提供有益借鉴。     

基于MODIS时序数据的青海湖流域植被时空变化特征及其与气候因子的关系(英文)

Global warming has led to significant vegetation changes in recent years. It is necessary to investigate the effects of climatic variations(temperature and precipitation) on vegetation changes for a better understanding of acclimation to climatic change. In this paper, we focused on the integration and application of multi-methods and spatial analysis techniques in GIS to study the spatio-temporal variation of vegetation dynamics and to explore the vegetation change mechanism. The correlations between EVI and climate factors at different time scales were calculated for each pixel including monthly, seasonal and annual scales respectively in Qinghai Lake Basin from the year of 2001 to 2012. The primary objectives of this study are to reveal when, where and why the vegetation change so as to support better understanding of terrestrial response to global change as well as the useful information and techniques for wise regional ecosystem management practices. The main conclusions are as follows:(1) Overall vegetation EVI in the region increased 6% during recent 12 years. The EVI value in growing seasons(i.e. spring and summer) exhibited very significant improving trend, accounted for 12.8% and 9.3% respectively. The spatial pattern of EVI showed obvious spatial heterogeneity which was consistent with hydrothermal condition. In general, the vegetation coverage improved in most parts of the area since nearly 78% pixel of the whole basin showed increasing trend, while degraded slightly in a small part of the area only.(2) The EVI change was positively correlated with average temperature and precipitation. Generally speaking, in Qinghai Lake Basin, precipitation was the dominant driving factor for vegetation growth; however, at different time scale its weight to vegetation has differences.(3) Based on geo-statistical analysis, the autumn precipitation has a strong correlation with the next spring EVI values in the whole region. This findings explore the autumn precipitation is an important indicator, and then, limits the plant growth of next spring.     

利用MODIS/EVI数据分析干旱对西南地区植被的影响(英文)

2009年9月至2010年3月我国西南地区出现了有气象记录以来最严重的干旱,给当地的自然环境和生产、生活带来严重影响。本文利用多年MODIS/EVI数据求取距平植被指数来反映干旱对西南地区植被的影响。在此基础上,分析了西南地区植被受旱的时空格局及其可能影响因素。结果表明,我国西南地区植被受干旱影响的范围很大,超过地区总面积的50%,植被受旱程度时空差异显著。这种显著的差异除了受降水等气象因素影响外,还与不同植被类型对干旱的响应差异有很大关系。在西南地区三种主要的植被类型中,作物是最易受干旱影响的植被类型,草地次之,林地的抗旱能力最强。此外,植被干旱的空间分布与气象干旱也存在很大的差异,进一步证明了降水以外的其他因素对干旱程度的调节作用。研究证明与气象干旱指数相比,植被指数更能反映干旱的实际情况。但在使用植被指数衡量干旱影响时也要考虑到植被指数本身的局限性。     

近10 a青藏高原干湿状况及其与植被变化的关系研究

植被是陆地生态系统中最重要、同时也是气候变化最敏感的组分,而高原植被系统行为往往比其他地区能更早、更明显地预兆全球变化。探讨青藏高原区域干湿状况及其与植被变化的关系有助于更好地认识和理解陆地生态系统对气候变化的响应和适应机理,对高原生态安全屏障计划的实施以及全球生态建设有重要意义。基于地面气象台站观测数据和MODIS EVI数据集,2001-2010年生长季干湿状况和植被覆盖的时空变化格局,对青藏高原干湿状况与植被覆盖变化的关系进行了分析与探讨。结果表明：（1）高原整体上呈现由东南向西北渐干的趋势,干旱及半干旱区占高原总面积的67%。10 a间高原有25%的区域在逐渐变干,且南北差异明显;（2）高原生长季EVI的空间格局与干湿格局相近,且东西部界线分明。10 a间高原植被活动由东南向西北整体上呈现“退化-增强-变化不大”的规律;（3）区域干湿程度对EVI空间格局差异有显著影响,特别是在占高原面积44%的半干旱区,两者相关性最大。人为干扰对高原EVI变化的作用不明显,但EVI与干湿程度相关性相对偏小的区域人为干扰程度往往较大;（4）从高原96个气象站点生长季[EVI]对干燥度指数变化的敏感性来看,敏感程度较大的气象站点主要集中在高原东北部、高原中部及雅鲁藏布江中上游区域,60%以上的气象站点随着干旱程度的加深植被呈退化趋势。     

植被指数时序数据距离测度方法评价

利用MODIS增强型植被指数(EVI)时序数据,基于中国陆地生态系统55种植被类型上的468个测试点和一个测试区进行了实验,综合比较欧氏距离、光谱信息离散度、光谱角余弦、核光谱角余弦、相关系数、光谱角余弦-欧氏距离6种距离测度方法对遥感植被指数时序数据聚类精度的影响,结果表明:相关系数方法的聚类精度最差;光谱角余弦-欧氏距离方法充分利用了植被指数时序数据的曲线幅度和形状特征,在这6种距离测度方法中表现出了最优的聚类效果;只对光谱亮度敏感的欧氏距离方法或只对曲线形状敏感的光谱角余弦方法,无论是在区分地物类型方面,还是在区域应用上,表现效果均较差;核光谱角余弦虽然在点数据测试上表现较差,但在区域应用上却有较好的表现;光谱信息离散度无论是在点数据测试上还是在区域应用上均表现出了较为适中的效果。     

基于MODIS EVI时序数据的云南高原山地森林物候特征识别

基于2000—2011年MOD13Q1产品的EVI时序,借助QA-SDS数据集消除云、阴影和冰雪等的影响后,采用非对称高斯函数拟合法进行时序重构,并运用动态阈值法提取云南高原山地典型森林植被的物候特征参数(即生长期开始时间、峰值时间、结束时间和生长期长度),进而分析了不同植被类型物候期规律及其主要控制因素。结果表明:1.从寒温性森林植被到热性森林植被的EVI值呈递增趋势;2.森林植被生长期开始时间、峰值时间和结束时间分别大致发生在3月中旬至4月中下旬、6月中旬至下旬和8月中旬至10月初,生长期长度为135～195 d;3.由寒温性植被向热性植被的生长期高峰时间和生长期结束时间总体呈延迟趋势,且生长期延长,生长期开始时间则由暖性植被向寒温性植被、暖性植被向热性植被双向提前;4.高原山地热量梯度决定了森林植被物候的空间格局,水分条件则主要控制着EVI和物候期的年际波动。     

The dynamic response of forest vegetation to hydrothermal conditions in the Funiu Mountains of western Henan Province

This paper uses HJ-1 satellite multi-spectral and multi-temporal data to extract forest vegetation information in the Funiu Mountain region. The S-G filtering algorithm was employed to reconstruct the MODIS EVI (Enhanced Vegetation Index) time-series data for the period of 2000–2013, and these data were correlated with air temperature and precipitation data to explore the responses of forest vegetation to hydrothermal conditions. The results showed that: (1) the Funiu Mountain region has relatively high and increasing forest coverage with an average EVI of 0.48 over the study period, and the EVI first shows a decreasing trend with increased elevation below 200 m, then an increasing trend from 200–1700 m, and finally a decreasing trend above 1700 m. However, obvious differences could be identified in the responses of different forest vegetation types to climate change. Broad-leaf deciduous forest, being the dominant forest type in the region, had the most significant EVI increase. (2) Temperature in the region showed an increasing trend over the 14 years of the study with an anomaly increasing rate of 0.27°C/10a; a fluctuating yet increasing trend could be identified for the precipitation anomaly percentage. (3) Among all vegetation types, the evergreen broad-leaf forest has the closest EVI-temperature correlation, whereas the mixed evergreen and deciduous forest has the weakest. Almost all forest types showed a weak negative EVI-precipitation correlation, except the mixed evergreen and deciduous forest with a weak positive correlation. (4) There is a slight delay in forest vegetation responses to air temperature and precipitation, with half a month only for limited areas of the mixed evergreen and deciduous forest.     

大兴安岭北部多年冻土区植被对活动层厚度变化的响应

植被与多年冻土共同维系着大兴安岭地区的冷湿环境。随着全球气候变暖,大兴安岭多年冻土已发生严重退化,植被的生长也受到影响。在大兴安岭北部多年冻土区设置55个采样点,每个采样点采集多年冻土活动层厚度、林下灌木生物量和落叶松胸径树龄等指标,同时借助增强型植被指数（EVI）在区域尺度比较大片多年冻土区和岛状融区多年冻土区的植被生长状况。结果表明：黑龙江呼中国家级自然保护区（简称呼中保护区）活动层厚度的平均值为（0.47±0.14） m,保护区周边为（0.83±0.38） m,呼中保护区周边的活动层厚度大于保护区内。大片多年冻土区的活动层厚度平均值为（1.04±0.47） m,小于岛状融区多年冻土区的（1.40±0.41） m。呼中保护区和周边灌木生物量的平均值分别为（201.75±71.70） g·m^-2和（259.10±111.14） g·m^-2,胸径与树龄比值的平均值分别为（0.20±0.08）和（0.26±0.14）。大片多年冻土区和岛状融区多年冻土区林下灌木生物量的平均值分别为（128.31±63.33） g·m^-2和（199.04±66.13） g·m^-2,胸径树龄比的平均值分别为（0.30±0.13）和（0.59±0.21）。活动层厚度大的区域,灌木的生物量以及落叶松胸径树龄比都大于活动层厚度小的区域,表明活动层厚度增加对灌木和乔木的生长有一定的促进作用。EVI的结果显示岛状融区多年冻土区植被的生长状况以及植被覆盖情况好于大片多年冻土区,从区域尺度证明了多年冻土对植被生长存在限制作用。研究结果对于深入理解多年冻土变化及其环境效应具有重要意义。     

珠穆朗玛峰国家级自然保护区湿地分布研究

利用2000～2009年覆盖珠穆朗玛峰国家级自然保护区的MOD09A1和MOD13Q1数据集的相关数据,该保护区1：5万DEM,并结合2008年9月采集的野外湿地数据,进行了基于增强型植被指数（EVI）、改进型调整植被指数（MSAVI）、地表水分指数（LSWI）、海拔和坡度5个参数的保护区湿地分布特征研究。结果表明,珠穆朗玛峰国家级自然保护区的湿地类型主要为河流、湖泊、沼泽和沼泽化草甸;湿地主要分布在海拔4100～4700m且坡度≤4°的佩枯错、浪强错、多布扎等湖泊密集的高原湖盆地区、佩枯错与浪强错之间的平原地带和保护区中部及北部坡度较缓的河谷地区,大部分湿地分布在保护区的实验区内;2000～2008年保护区湿地以季相变化为主,6～9月（湿季）湿地面积约占保护区总面积的11．2％;6～9月湿地面积年际变化幅度小于保护区总面积的0．1％;坡度和海拔是影响保护区湿地空间分布的关键因素和提取该地区湿地空间分布范围的有效参数。