Estimating the fractional cover of photosynthetic vegetation,non-photosynthetic vegetation and bare soil from MODIS data: Assessing the applicability of the NDVI-DFI model in the typical Xilingol grasslands

Quantitative estimations of the fractional cover of photosynthetic vegetation (f_PV), non-photosynthetic vegetation (f_NPV) and bare soil (f_BS) are critical for soil wind erosion, desertification, grassland grazing, grassland fire, and grassland carbon storage studies. At present, regional and large-scale f_PV, f_NPV and f_BS estimations have been carried out in many areas. However, few studies have used moderate resolution imaging spectroradiometer (MODIS) data to perform large-scale, long-term f_PV, f_NPV and f_BS estimations in the Xilingol grassland of China. The objective of this study was to quantitatively estimate the time series of f_PV, f_NPV and f_BS in the typical grassland region of Xilingol from MODIS image data. Field measurement spectral and coverage data from May and September 2017 were combined with the 8-day composite product (MOD09A1) acquired during 2017. We established an empirical linear model of different non-photosynthetic vegetation indices (NPVIs) and f_NPV based on the sample scale. The linear correlation between the dead fuel index (DFI) and f_NPV was best (R² = 0.60, RMSE = 0.15). A normalized difference vegetation index (NDVI)-DFI model based on MODIS data was proposed to accurately estimate the f_PV, f_NPV and f_BS (estimation accuracies of 44%, 71%, and 74%, respectively) in the typical grasslands of Xilingol in China. The f_PV, f_NPV and f_BS values for the typical grassland time series estimated by the NDVI-DFI model were consistent with the phenological characteristics of the grassland vegetation. The results show that the application of the NDVI-DFI model to the Xilingol grassland is reasonable and appropriate, and it is of great significance to the monitoring of soil wind erosion and fires in grasslands.     

三江源草地覆盖度时空变化及对气候的响应

草地退化一直是三江源主要生态问题之一,严重制约着三江源地区生态安全和经济发展。遥感技术可实现对草地资源大面积监测,因此可以及时掌握三江源地区草地动态变化情况,为三江源地区生态保护提供依据。本文基于Google Earth Engine遥感大数据云计算平台,以2007~2018年MODIS NDVI为数据源,采用像元二分模型对三江源地区草地覆盖度进行估算,分析草地覆盖度时空变化以及与覆盖度气候因子的相关关系。结果表明,2007~2018年三江源草地覆盖度总体呈增加趋势,草地退化得到好转,覆盖度空间分布差异显著,表现出东南高、西北低的特点。三江源地区草地覆盖度与降水相关性不明显,对温度因子的响应更为敏感。     

草地退化杂类草入侵遥感监测方法研究进展

近年来,受全球气候变暖及日趋频繁的人类活动的共同影响,我国草地生态系统出现了不同程度的退化,成为草地生态学界的研究热点。本文较系统总结了草地退化、杂类草入侵遥感监测方法的应用进展,指出了常规草地退化遥感监测方法的不足,并展望了今后的发展方向。研究发现草地退化在群落尺度上往往表现为优质牧草种类减少,杂类草种类增加。在草地退化过程中,杂类草侵入,往往导致植被覆盖度增加,因而传统的基于植被覆盖度、生产力和产草量下降的草地退化遥感监测方法,无法反映草地退化在植被种群方面的变化特征,尤其是杂类草入侵的草地退化过程。而目前基于高光谱数据的草地退化杂类草入侵监测方法,结合地面光谱测定和对退化草地物种特征微弱光谱差异的定量分析,能有效识别群落中杂类草种类,并反演出占群落的面积比例、高度和盖度等,可为草地退化监测及其治理提供群落演替过程及其态势的重要指标,为草地退化监测提供新的遥感技术方法。     

一维地气耦合模式及其在内蒙草原的应用

本文以内蒙草原大气边界层观测资料为基础，利用一个一维土壤一植被一大气模式对大气和地表进行耦合模拟。其中，地面过程采用ＮＰ８９模式进行模拟，大气湍流参数化采用二阶闭合。运用观测与前人的研究成果对模拟结果的合理性进行验证，对比表明模式较好地解决了地表与大气的耦合，成功地对地表平坦的草原下垫面大气边界层进行模拟。分析表明，在半干旱内蒙草原草的生长季后期雨季８月，潜热通量占主导地位，最大可超过感热２５０Ｗ／ｍ２；在内蒙高原云的作用比较明显，影响不可忽略，模式对云的作用比较敏感。     

气候变化对内蒙古草原退化的影响

文章综述了草原退化现状、气候变化对内蒙古草地退化的影响,提出了国内在该方面的研究成果及不足。建议应加强多学科、多部门联合攻关、针对薄弱环节加大研究力度、构建长期稳定监测预警的体系。     

Nonlinear feature of the abrupt transitions between multiple equilibria states of an ecosystem model

Based on a five-variable theoretical ecosystem model, the stability of equilibrium state and the nonlinear feature of the transition between a grassland state and a desert state are investigated. The approach of the conditional nonlinear optimal perturbations (CNOPs), which are the nonlinear generalization of the linear singular vectors (LSVs), is adopted. The numerical results indicate that the linearly stable grassland and desert states are nonlinearly unstable to large enough initial perturbations on the condition that the moisture index $\mu$ satisfies 0.3126<μ<0.3504. The perturbations represent some kind of anthropogenic influence and natural factors. The results obtained by CNOPs, LSVs and Lyapunov vectors (LVs) are compared to analyze the nonlinear feature of the transition between the grassland state and the desert state. Besides this, it is shown that the five-variable model is superior to the three-variable model in providing more visible signals when the transitions occur.     

知识图谱在构建东北土地环境研究知识谱系中的应用

我国东北地区的自然环境状况一直备受关注,其土地沙化、荒漠化、林地草地退化、森林退化、土地盐碱化等土地环境变化的原因及监测一直是科研的焦点.随着"美丽中国中脊带"的提出,位于该线东北段附近的土地环境相关的研究也不断开展.在涉及该区域土地状况的研究中,常用研究方法有实地考察以及基于遥感卫星影像来进行分析,而本文利用知识图谱...     

近30年来青海三江源地区草地退化的时空特征

在20 世纪70 年代中后期MSS 图像、90 年代初期TM 图像和2004 年TM/ETM 图像支 持下, 通过三期遥感影像的直接对比分析, 获得了三江源地区草地退化空间数据集, 并在此 基础上分析了70 年代以来青海三江源地区草地退化的主要时空特征。结果表明: 三江源地区 草地退化是一个在空间格局上影响范围大, 在时间过程上持续时间长的连续变化过程。研究 发现, 三江源草地退化的格局在70 年代中后期已基本形成, 70 年代中后期至今, 草地的退 化过程一直在继续发生, 总体上不存在90 年代至今的草地退化急剧加强现象。草地退化的过 程在不同区域和地带有明显不同的表现, 如在湿润半湿润地带的草甸类草地上, 发生着草地 破碎化先导, 随后发生覆盖度持续降低, 最后形成黑土滩的退化过程; 在干旱、半干旱地带 的草原类草地上, 发生着覆盖度持续降低, 最后形成沙地和荒漠化草地的退化过程。三江源 地区草地退化具有明显的区域差异, 草地退化可以分为7 个区, 各区草地退化在类型、程度、 范围与时间过程方面具有明显不同的特点。     

三江源区草地生态系统综合评估指标体系

基于联合国新千年全球生态系统评估 (MA)概念框架,提出了系统完整的三江源区草地生态系统评估指标体系,包括生态系统结构、支持功能、调节功能和供给功能的4大类15个一级指标、75个二级指标。针对位于青藏高原东部江河源区的草地生态系统的区域特点和人类对其功能的需求分析 ,设计了以土地覆盖结构和草地退化结构为核心的生态系统结构指标群;以初级生产力为核心的支持功能指标群;以水、碳调节为核心的调节功能指标群,以及以水供给和草地承载力为核心的供给功能指标群。在该指标体系中,设计了草地退化遥感分类系统,以实现年代际时间尺度草地生态系统退化过程的动态分析评估;提出了退化草地态势遥感分类系统,以实现大型生态工程实施后年际时间尺度草地生态系统退化态势的分析和评估。     

呼伦贝尔草原沙漠化系统学机制初步研究

呼伦贝尔草原生态系统在最近50年来的演化中最突出的特征是：社会经济子系统急剧扩张,呼伦贝尔草原承载的人口从1949年的72879人发展到2004年的689317,55年人口增加了9．5倍；呼伦贝尔草原承载的牲畜数量从1949年的110．6万头只(大畜27．7万头,小畜82．9万只)增加到了2004年的677万头只(大畜64．8万头,小畜612．2万只),55年呼伦贝尔草原承载的家畜增加了6．1倍。呼伦贝尔草原的沙漠化的系统学机制是：在微观层次上,各子系统内部,及系统的内外环境均存在有利于草原沙漠化的因素,并且各组有利于沙漠化发生的因子在时间和空间上耦合,这构成了草原沙漠化的微观基础；在宏观层次上,由于草原社会经济子系统近年来急剧扩张,草原生态系统的系统结构不合理及系统功能混乱,在全球气候外因的作用下导致了呼伦贝尔草原生态经济系统草原基质子系统和草原植物子系统局部崩溃,这构成了草原沙漠化的宏观动力。本文的目的是用系统科学的理论更全面更科学地分析草原沙漠化的发生机制。