基于SPOT-VGT的黄河流域植被覆盖时空演变

植被是土地覆盖中的最主要部分,是连接土壤、大气和生物等要素的自然"纽带"。植被覆盖动态变化对全球能量循环和物质循环具有重要影响,是全球变化研究的重要内容之一。黄河流域作为我国重要的粮食生产基地,其环境变化直接影响到流域经济的可持续发展。为了快速准确地提取地表植被状况,了解黄河流域生态环境,利用1998—2011年的SPOT-VGT遥感数据,结合地理信息技术,采用均值法和趋势分析法对黄河流域植被NDVI时空分布特征和变化趋势进行了动态监测。结果表明,(1)黄河流域14年NDVI均值的空间分布整体特征是东南部平原、盆地和西部山地植被状况要好于北部地区。其次,黄河流域属于干旱半干旱地区,植被发育主要依赖于水文条件,所以沿黄河干流和支流区域也具有较高的植被NDVI值。(2)黄河流域植被NDVI年均值近14年间整体呈缓慢增长趋势,1998—2000年呈现急剧减少态势,2001—2003年出现了较为快速的增长,2004—2011年又出现了较长时间的连续增长过程。(3)黄河流域植被NDVI基本不变的区域约占研究区总面积的71.13%;植被NDVI轻微改善的区域约占流域总面积的27.30%,且主要分布于流域东南部的盆地、平原和西部的山地、丘陵地区,植被NDVI退化的区域面积约占流域总面积的0.98%。黄河流域自1998年以来,植被NDVI整体在不断提高,生态环境在不断改善。     

阿尔泰山地森林草原生态功能区植被覆盖对气候变化的响应

新疆阿尔泰山地森林草原生态功能区(简称阿尔泰生态功能区)是《全国主体功能区规划》中明确的8个水源涵养型重点生态功能区之一,但其植被生态系统对气候变化敏感而脆弱。为了解气候变化背景下阿尔泰生态功能区植被生长状况,基于1986—2015年阿尔泰生态功能区7个气象站气温和降水量、植被覆盖以及植被类型数据,采用遥感技术和相关分析方法,研究阿尔泰生态功能区植被覆盖对气候变化的响应关系。结果表明:(1)1986—2015年阿尔泰生态功能区年平均气温整体呈现明显上升趋势,倾向率为0.34℃·(10 a)~(-1);年降水量整体呈波动循环上升趋势,倾向率为6.19 mm·(10 a)~(-1);年平均归一化差分植被指数(NDVI)值整体呈现缓慢下降趋势,倾向率较小,为-0.001 (10 a)~(-1);生长季NDVI呈明显上升趋势,倾向率为0.002 (10 a)~(-1)。(2)1986—2015年阿尔泰山生态功能区植被覆盖总体保持稳定,NDVI变化率为-0.001 (10 a)~(-1)～0.001 (10 a)~(-1)的区域面积占研究区总面积的60.4%;植被覆盖显著减少,即NDVI变化率-0.002 (10 a)~(-1)的区域面积占总面积的3.1%,主要分布在西北阿尔泰山区;植被覆盖显著增加,即NDVI变化率0.002 (10 a)~(-1)的区域面积占总面积的2.1%,主要分布在东南和中部地区。(3)1986—2015年阿尔泰生态功能区植被覆盖对降水量变化的响应大于气温变化。NDVI变化对气温和降水量变化存在一定滞后性现象,不同时段NDVI变化表现出不同的滞后期。     

黄河源区植被生长季NDVI时空特征及其对气候变化的响应

利用黄河源区MODIS/NDVI数据、1∶100万植被类型图和气象资料,分析了该区不同植被类型生长季NDVI时空特征以及与气候因子的关系。结果表明,1）2000—2011年,黄河源区植被生长呈改善趋势,生长季NDVI年际变化率每10 a为＋2.75%,高寒草原、高寒草甸、高寒灌丛生长季NDVI年际变化率分别为每10 a＋2.84%、＋2.65%、＋2.77%。2）黄河源区植被改善面积占全区总面积的29.39%,主要分布在卡日曲和玛曲上游、扎曲流域、布青山南麓、扎陵湖北部和鄂陵湖周边地区。植被退化面积仅占全区总面积的0.98%,主要分布在约古宗列曲东南部山地和卡日曲北部山地。受水热条件控制,植被改善表现为：①植被改善面积南坡大于北坡;②植被改善面积随海拔升高先增加后减小;③植被改善面积随坡度增加迅速减小。3）黄河源区植被生长季NDVI与同期气温和降水分别存在显著正相关性,其中高寒草原和高寒草甸生长受降水影响更为明显,而高寒灌丛生长受气温影响更为明显。气候的暖湿化趋势可能是促使黄河源区植被生长改善的主要原因。     

1982—2015年黄河流域植被NDVI时空变化及影响因素分析

在全球变化的背景下,刻画植被动态、定量分析气候和人类活动对植被变化的影响对于改善生态系统结构和功能具有重要意义。基于GIMMS-NDVI3g数据、结合土地利用数据和气象数据,采用趋势分析、残差趋势等方法,多尺度、多时段、多类型研究1982—2015年黄河流域植被动态变化,并定量分析气候变化和人类活动对NDVI变化的贡献。结果表明,(1)1982—2015年间,生长季、春季、夏季和秋季NDVI均显著增加;植被明显改善地区主要分布在黄河中下游,而明显退化区域则主要分布在西南部。基于嵌套数据分析发现,随时间序列长度的增加,NDVI增加区域显著扩大。不同土地覆盖类型NDVI的增长速度不同,耕地和林地的增长速度大于其他土地覆盖类型。(2)黄河流域NDVI与气温的相关性更强,植被与温度/降水量相关性随着时段延长而增强。(3)残差趋势法表明,1982—2015年生长季人类活动对黄河流域植被变化的平均贡献率为69%,空间分布上呈现西北部、东部高而西南部、中部低的特征;人类活动贡献率在不同季节存在差异,但均大于气候变化;人类活动对不同季节NDVI变化的贡献率空间分布存在区域差异。黄河流域植被覆盖改善与人类活动息息相关,建议应进一步发挥其在黄河流域西南部地区植被恢复中的作用。     

基于MODIS数据的珠三角地区NDVI时空变化特征及对气象因素的响应

珠江三角洲是广东省经济密度最大、人为活动最强烈的区域,随着工业化和城市化的迅速发展,该区域出现了各种生态环境问题。通过对2001-2017年覆盖珠三角地区的MODIS/NDVI数据进行月时间序列重构和年时间序列合成,利用趋势分析方法和空间自相关分析方法对珠三角地区NDVI的时间变化趋势和空间格局特征进行研究,同时结合气象站点观测资料,基于相关系数方法分析NDVI对气象因素的响应。结果表明,(1)在过去的17年中,珠三角地区NDVI在年际变化上呈现波动增长趋势,总体年平均增长速率为0.005 1。(2)在空间分布上,珠三角范围内有90.84%区域的植被呈增长趋势,而在珠三角核心地带的城市群集区域存在植被退化现象,占全区面积的9.16%。(3)珠三角地区NDVI具有高空间集聚特性,受地形和城区分布影响,低植被覆盖集聚区和高植被覆盖集聚区分布格局显著且变化稳定,在多年平均NDVI的局部空间自相关分析中分别占全区面积的28.77%和33.69%。(4)珠三角地区NDVI和气温、降水及日照时数在月变化上显著相关,NDVI对气温和降水的响应分别存在1个月和1-2个月的滞后效应,并且这种滞后效应在空间分布上也体现出"西南-东北"方向的区域差异,而NDVI对日照时数的响应不存在滞后。(5)在年尺度上,珠三角地区NDVI与气象因素之间的相关性不显著。研究结果对珠三角地区恢复植被和修复生态具有重要的参考价值和现实意义     

京津冀地区近20年NDVI时空变化特征

健康稳定的自然生态系统是保障城市发展的重要基础。了解京津冀城镇快速发展过程中自然生态系统的变化,有助于该区域城镇绿色协调可持续发展。植被指数NDVI时空变化特征可反映地区自然生态系统状况及其演变规律。基于MOD13Q1和Landsat遥感影像数据,利用一元线性回归趋势分析法分析近20年(2000—2019年)京津冀地区不同功能区和北京市NDVI的时空变化特征。功能区划分参考《京津冀协同规划纲要》和《北京城市总体规划(2016—2035年)》。结果表明,(1)近20年京津冀地区NDVI略有增加,但增速缓慢,仅为0.025/(10 a),前4年(2000—2004年)增长明显,随后基本保持不变,略有波动,其中西北部生态涵养区NDVI最高且增长最多,但张家口市NDVI低于其他地区。(2)NDVI变化趋势数据结果显示,近20年,植被改善的区域占京津冀地区总面积的88.09%,退化的区域仅占11.91%。前10年(2000—2009年)植被改善的区域占京津冀地区总面积的95.13%,退化的区域面积仅占4.87%;后10年(2010—2019年)植被改善的区域略有减少,占总面积的92.88%,退化的区域增加,占7.12%。改善的区域主要分布在中部核心功能区和南部功能拓展区,退化的区域主要分布在西北部生态涵养区的张家口市和承德市。(3)北京市近20年NDVI波动增长,增长幅度深山区>浅山区>平原区。京津冀地区近20年采取的生态保护工程改善了植被状况。     

基于遥感的泾河流域植被覆盖格局分析

以MODIS遥感影像数据为数据源，应用遥感和GIS技术对泾河流域植被覆盖格局进行分析。结果表明：(1)泾河流域植被覆盖类型以退化草地和草地为主，二者占流域总面积的53．30％；地面覆盖程度较高的森林、疏林仅占流域总面积的9．83％，流域植被覆盖程度较低。(2)受自然环境条件和人类活动的影响，退化草地、稀疏灌丛、郁闭灌丛和疏林破碎化程度较为严重，对地面覆盖程度最低的退化草地除集中分布于流域北部外，主要零散分布于流域中、南部，其斑块形状复杂多样，数量最多，应成为流域植被恢复的重点。(3)各植被覆盖类型的斑快数量组成以小斑块所占比例最大，最小斑块比率均在50．0％以上；森林的斑块面积多样性最大，草地的斑块面积多样性最小。     

甘肃省植被覆盖变化及其对退耕还林工程的响应

利用2000—2015年MODIS-NDVI数据,基于遥感和地理信息系统技术,采用像元二分法和一元线性回归分析法,定量探讨了甘肃省近16 a植被覆盖的时空变化特征,并在此基础上评估退耕还林面积与植被覆盖的相互关系。结果表明:(1)2000—2015年甘肃省年均归一化植被指数(NDVI)值呈增加趋势,年增长速率为0.43%,说明甘肃省植被覆盖总体呈改善态势。(2)16 a间,全省植被覆盖虽有局部恶化趋势,但改善区域面积远大于植被退化区域。其中,明显改善、中度改善和轻微改善区域面积分别占总面积的20.62%、14.67%和33.05%,退化区域面积仅占2.87%。(3)总体上,甘肃省植被覆盖度仍然较低,全省16 a平均植被覆盖度为50.98%,低、中低植被覆盖区面积占总面积的50%以上,且分布不均,其中东南地区平均植被覆盖度最高,为75.43%,中部次之,为47.84%,西北最低,只有31.77%,空间差异显著。(4)退耕还林面积能较好地解释植被覆盖度的变化。退耕还林工程集中区即黄河以东地区累计退耕还林面积与2000—2015年年均植被覆盖度明显相关,其决定系数R2为0.721 8。     

基于遥感的泾河流域植被覆盖格局分析

以MODIS遥感影像数据为数据源,应用遥感和GIS技术对泾河流域植被覆盖格局进行分析。结果表明:(1)泾河流域植被覆盖类型以退化草地和草地为主,二者占流域总面积的53.30%;地面覆盖程度较高的森林、疏林仅占流域总面积的9.83%,流域植被覆盖程度较低。(2)受自然环境条件和人类活动的影响,退化草地、稀疏灌丛、郁闭灌丛和疏林破碎化程度较为严重,对地面覆盖程度最低的退化草地除集中分布于流域北部外,主要零散分布于流域中、南部,其斑块形状复杂多样,数量最多,应成为流域植被恢复的重点。(3)各植被覆盖类型的斑快数量组成以小斑块所占比例最大,最小斑块比率均在50.0%以上;森林的斑块面积多样性最大,草地的斑块面积多样性最小。     

气候变化背景下近15 a乌梁素海流域植被动态变化

以内蒙古乌梁素海流域为研究对象,利用SPOT-VGT NDVI、数字高程模型(DEM)和气象数据,分析了1999—2013年流域植被覆盖变化及其海拔效应,并结合年平均气温和年降水量变化,探讨了流域植被变化对气候变化的响应。结果表明,乌梁素海流域植被覆盖度总体较低,NDVI多年平均值仅为0.213;1999—2013年乌梁素海流域94.8%的区域植被覆盖呈明显增加趋势,2013年NDVI年平均值比1999年增加22.4%;乌梁素海流域的植被覆盖表现为随高程增加而减少的趋势,1999—2013年NDVI年变化率随高程的变化趋势显著,仅在海拔梯度1 000 m处出现显著减小趋势(Mann-Kendall检验的统计值Z-1.64),在其余海拔高度均呈显著增加趋势(Z1.64);1999—2013年乌梁素海流域NDVI年平均值变化与年降水量呈显著正相关(P0.05),与年平均气温呈负相关(P0.05)。     

1982—2006年京津冀地区植被时空变化及其与降水和地面气温的联系

利用NOAA/AVHRR归一化植被指数（Normalized difference vegetation index,NDVI）,分析过去25年（1982—2006年）京津冀地区生长季（4—10月）植被覆盖时空变化、趋势及其与降水和地面气温的联系。经验正交函数展开（EOF）、奇异值分解（SVD）及相关分析,结果表明：过去25年京津冀地区植被总体呈增加趋势,其中,河北中部地区增长速率超过3%/10 a。植被覆盖年际变化与气温变化呈正相关,但与降水变化的正相关更加显著。1989年和1999—2002年的干旱导致当年NDVI显著减少,而1990、1998年和2003—2005年降水增加使得研究区NDVI明显增加。     

气候因子与植被的时滞相关分析——以广西为例

广西地区地下河发育,地表水缺乏,生态系统脆弱、抗干扰能力低,灾害频繁,森林生态系统严重退化,石漠化程度加剧,属于生态脆弱区域,而植被变化是生态系统对气候变化响应的指示器,其变化研究对该地区生态环境建设具有重要意义。文章基于1999--2010年气温与降水数据和GIMMS．NDVI（GlaobalInventoryModellingandMappingMtudies-NormalDifferenceVegetionIndex）数据集,研究近12年来广西地区植被覆盖时空特征。通过时滞相关分析法,分析研究区不同植被类型受气温和降水的影响,即植被NDVI对气温和降水的响应程度。结果表明,（1）植被NDVI与温度的时滞相关程度强于降水,而响应时间刚好相反,植被NDVI对降水的响应比对温度的响应程度要快。（2）植被NDvI与降水的时滞相关规律呈桂南较弱—桂中较强—桂北较弱,但响应时间刚好相反,即桂南较快一桂中较慢—桂北较快。（3）植被NDvI与温度的时滞相关性变化规律呈由南向北递减,响应时间由南向北变快。（4）植被NDVI与气候因子时滞相关越强,响应的时间就越迟缓,反之越快。（5）不同的植被类型对水热条件响应程度不同,与水热条件时滞相关越强的植被则滞后时间相对越久。     

天津植被指数对气候因子响应的敏感性分析

探索植被覆盖与气候变化相互关系是全球环境变化研究领域的重要内容之一,研究特定区域植被对气候变化响应特征对植被重建和生态恢复具有重要意义。然而,目前植被对气候因子响应的敏感性研究还十分缺乏。利用1982—2003年8km×8km的NASA/GIMMS半月合成的归一化植被指数（NDVI）和同期气候数据,研究了天津地区NDVI对气候因子响应特征及其敏感性。结果表明：植被NDVI与气温及降水均有显著非线性正相关关系（P〈0.0001）;在半月平均气温低于0℃时,植被NDVI与气温没有显著性相关,而从气温高于0℃,一直到高于22℃,NDVI与气温的关系均达到显著性水平（P〈0.05）,但相关性是逐渐降低的;当半月平均气温高于23℃及以上时,NDVI与气温没有显著的相关关系（P〉0.05）;当半月降水量〉0mm时,NDVI与降水存在极显著正相关关系（P〈0.0001）,随着降水量的增加,相关关系减弱,在降水量大于50mm时,NDVI与降水没有显著相关关系（P〉0.05）;研究结果证实,天津地区植被指数对气候的响应存有明显的非线性特征,在低温和低降水量条件下植被的响应更为敏感,23℃和50mm分别是该地区影响植被生长的气温和降水阈值。结合1982—2003年逐半月气候条件分析发现,气温的影响主要是春、秋两季,而降水的影响主要表现在春、秋及夏初。     

雅砻江流域生长季植被时空变化特征及对气象因子的响应分析

在全球气候变化背景下,开展植被变化对气象因子的响应研究对流域生态环境保护和水土资源合理利用具有重要的现实意义。以雅砻江流域为研究区,基于1982—2015年GIMMS NDVI数据,首先采用多种数理统计方法揭示生长季NDVI的时空变化特征,基于滞后相关系数法分析NDVI对气象因子的时滞效应,在此基础上建立各像元NDVI与气象因子的主成分回归方程,分析影响NDVI变化的主要气象因子及其贡献率,进而揭示NDVI对各气象因子的响应变化特征。结果表明:雅砻江流域NDVI在年内呈单峰型变化,峰值出现在8月,生长季NDVI年际变化呈不显著下降趋势。流域NDVI自下游向上游逐渐减小,植被退化面积占30%,改善面积占24.28%,中游植被改善和退化面积占比最大,就各植被类型变化而言,针叶林改善比重相对较大,灌丛和草甸退化较为严重。导致流域植被变化的主控气象因子为降水和气温,其对植被变化的贡献率分别为27.68%和26.31%,其中,流域上游及中游北部地区植被变化主要受气象因素影响,中游南部及下游地区植被受气象因子与其他因子(如人类活动)的共同影响。各像元NDVI变化的主控气象因子存在显著差异,降水、平均气温和相对湿度是中上游植被变化的主控气象因子,而降水和日照时数是下游植被变化的主控气象因子。流域植被对各气象因子的响应存在一定的时滞效应,植被对各气象因子滞后响应面积大小顺序为:平均风速>降水>日照时数>平均气温>相对湿度。中上游植被对主控气象因子降水、平均气温和相对湿度的响应主要为当月及滞后1个月;下游植被对主控气象因子降水的响应主要为滞后1个月和滞后3个月,而对主控气象因子日照时数的响应主要为当月。     

九龙江流域经济发展与河流水质时空关联分析

以闽西南地区的九龙江流域为例,综合采用数理统计、GIS技术和环境库兹涅茨曲线（EKC）方法,对该流域1981—2009年经济发展与河流水质变化进行时空关联分析。结果表明,九龙江流域呈现＂第1产业缓增,第2、3产业产值增加较快＂的总体经济格局,农业污染突出;农业种植面积呈现先增加后减少趋势,流域氮、磷肥平均施用强度呈线性增加趋势;氮、磷肥平均折纯施用量之比从1981年的4∶1下降到2009年的2∶1,引起水化学改变并增加水华发生风险;各县（市、区）污染源结构存在明显差异,河流水质变化和沿程分布与流域社会经济布局有很好的空间相关性;北溪流域畜禽养殖业的过快发展、西溪流域以经济作物为主的农业种植结构和高强度施肥、低效率利用是导致河流水质从20世纪90年代开始富营养化的主要原因;EKC曲线尚未出现明显拐点,若农业污染不能得到有效控制,流域水环境将持续恶化;九龙江水质演变规律是流域社会经济布局、污染源排放强度和方式发生变化的综合作用结果。     

黄河三角洲潮沟湿地植被空间分布对土壤环境的响应

潮沟在黄河三角洲广泛存在,且分布有多种独特的湿地植被类型。通过设置有代表性的28个样地,获取了植被种类、多度和土壤环境因子数据;并运用双指示物种（TWINSPAN）,对黄河三角洲潮沟分布区植被进行了群落类型划分,得出研究区共有7种类型植物群落;同时利用典范对应分析（CCA）阐明了这些植被群落空间分布与土壤环境因子之间的关系,其分析结果显示构成黄河三角洲土壤盐分的主要是Cl-和Na＋,距离海洋的远近和土壤含水量共同影响土壤含盐量,盐地碱蓬和中华柽柳分布主要取决于土壤含盐量、Na＋含量及距离海洋距离,而各种植被类型的分布与土壤全磷（TP）、全氮（TN）、有机质、Ca2＋及Mg2＋含量存在一定的关系。     

气温变化对西南山区流域森林水文效应影响的模拟

为了揭示气温变化对西南山区流域森林水文效应的影响,用生物物理/动态植被模型SSiB4/TRIFFID与流域地形指数水文模型TOPMODEL的耦合模型SSiB4T/TRIFFID模拟了西南山区长江上游梭磨河流域森林水文效应对气温变化的响应,分析了气温变化对植被不同演替阶段的流域总径流和总蒸发以及冠层截流蒸发、植被蒸腾和土壤蒸发的影响。结果表明,（1）梭磨河流域森林（常绿针叶林）蒸腾与草和灌木差异小,森林蒸腾潜热比草和灌木仅高1~4 W.m-2,森林冠层截留蒸发高于草和灌木,但土壤蒸发明显低于草和灌木覆盖,森林覆盖流域总蒸发低于草和灌木覆盖甚至低于裸土蒸发,因此增加了流域总径流量,但森林增加径流的作用随土壤蒸发的减小而减小。（2）气温减小1℃将通过减小森林冠层截留蒸发和蒸腾而使森林增加流域总径流量的作用增加;相反,气温增加将增加森林冠层截留蒸发和蒸腾而使森林增加总径流量的作用减小。（3）当温度增加4℃,由于森林总蒸发较草和灌木明显增加,对于较高的土壤蒸发,森林增加总径流量的作用已不明显;对于较低的土壤蒸发,森林减小了流域总径流量。     

近53年黄河流域降水时空分布特征

利用黄河流域76个气象台站近53 a（1960-2012）的逐日降水资料,采用国际上通用的极端降水事件指数,应用一元线性回归法、移动平均法和径向基函数空间插值法,研究了黄河流域极端降水指数时空变化特征。结果表明：（1）时间上,黄河流域年平均降水量在过去53 a下降趋势较为显著,降水倾向率为-7.2 mm/10a;极端降水量变化趋势表现较为稳定,极端降水倾向率为-0.64 mm/10a,呈不断降低趋势;极端降水强度倾向率为-0.078 mm/10a,呈不断下降趋势;极端降水比率总体表现为微弱增长趋势,倾向率为0.49 mm/10a。（2）空间上,降水量空间分布具有明显的差异性,由北至南呈阶梯式逐渐增多趋势,其中降水量最少的地区是以银川为代表的周边区域,最多的地区为黄河流域南部区域;极端降水量从北至南也具有逐渐增多态势,与降水量具有相似的空间分布特点,且极端降水量越多的地区降水总量也相对较多;极端降水强度表现出由流域西部向东部逐渐增多的趋势,西部最低值为不到20 mm/d,逐渐向东过渡到最大值为76 mm/d;极端降水比率的分布呈由北向南逐渐递减的特点,并且出现了以银川为中心的极大值和以西安为中心的极小值分布格局。