中国不同植被覆盖类型NDVI对气温和降水的响应特征

基于1982—2012年植被生长季(4—10月)GIMMS NDVI 3g数据集、中国气象数据网同时期气温与降水月值0.5°×0.5°格点数据集(V 2.0)和MODIS土地覆盖产品,运用GIS和相关统计方法,对中国长时间较为稳定的8种典型植被覆盖类型(常绿阔叶林、落叶阔叶林、混交林、开放灌丛、多树的草原、草原、作物以及作物和自然植被的镶嵌体)NDVI与气温和降水的时空响应特征进行研究。结果表明,除西南部分地区和西北小部分裸地或低植被覆盖地区外,其他地区多年生长季平均NDVI与平均气温呈显著正相关;西藏南部和华南大部分地区植被NDVI与降水呈负相关,强降水会对植物生长产生一定阻碍作用,其他地区多年生长季平均NDVI与平均降水呈显著正相关;从植被覆盖类型上看,除常绿阔叶林和多树的草原外,其他植被覆盖类型与气温、降水均呈正相关关系,其中落叶阔叶林、开放灌丛和草原与气温和降水均呈较高的正相关,且对气温的响应比对降水强烈;NDVI对气温和降水的响应具有空间异质性,不同植被覆盖类型NDVI与气温和降水的相关性不同,相同植被覆盖类型NDVI在不同地区的相关性也不同,分布在西南地区的常绿阔叶林NDVI与气温呈正相关,而分布在华南、台湾地区的常绿阔叶林NDVI与气温呈负相关,暖湿西南季风可能是造成差异的原因;植被NDVI对气温、降水的响应存在时滞效应,对降水的时滞效应更为显著,不同植被覆盖类型NDVI对气温和降水的滞后期不同,在生长季末期,落叶阔叶林NDVI对气温的响应滞后期约为1个月,西南开放灌丛和华北草原带NDVI对降水的响应滞后期为1—2个月。研究结果可为中国陆地生态环境建设及保护提供理论依据。     

天山东部西伯利亚落叶松径向生长对气候的响应及其物候模拟

运用树轮气候学方法,探讨天山东部不同海拔西伯利亚落叶松(Larix sibirica)径向生长与气候因素和气候生态指标的关系,并借助VS-oscilloscope模型对落叶松的生长季物候进行模拟研究.结果显示:(1)上限树木径向生长与3月降水呈显著正相关,与7、8月气温呈显著负相关(P 0.05),下限树木径向生长与8、9月气温呈显著负相关(P 0.05),与降水相关性不显著.(2)上下限树木生长与春季降水和夏季气温的相关性分别呈显著正相关和显著负相关(P 0.05),与湿润指数的相关性呈显著正相关(P 0.05).(3)VS-oscilloscope模型模拟结果显示:上下限落叶松平均每年生长季开始都提前了0.39 d,生长季结束都推迟了0.21 d,生长季长度都延长了0.60 d,上下限树木径向生长与生长季开始和结束的相关性分别是0.361(P 0.01)和0.318(P 0.05).(4)上下限树木生长季开始时间大多与气温呈负相关,而结束时间大多与气温呈正相关,降水对树木生长季物候的影响并不显著(P 0.05).本研究表明海拔差异明显影响树木径向生长对单月气候的响应,而对季节性气候因子和气候生态指数的响应影响不明显;温度对树木生长季物候的影响较为明显,且海拔差异不能影响温度对树木生长季物候的限制;本研究结果有助于更加深入地了解气候变化对森林生态系统的影响,可为天山地区气候因子重建提供一定生理背景支持.(图8表5参48)     

基于GIS的祁连山植被NDVI对气温降水的旬响应分析

利用祁连山地区SPOTVGT-NDVI数据和气象站点旬平均气温、降水资料,运用最大化合成、趋势线分析和相关分析方法分析了祁连山植被的时空变化趋势,并从旬时间尺度上分析了祁连山植被对气温和降水的响应特征。结果表明:近10年来,祁连山年最大化植被NDVI增加了3.1%,植被改善、无变化和退化的面积分别占总面积的70.21%、21.44%和8.35%。祁连山植被NDVI对气温变化的响应大于降水,对气温和降水变化的最大响应滞后都为2旬左右。秋季植被NDVI对气温和降水变化响应最大,夏季植被NDVI对气温和降水响应的滞后期长于春季和秋季。祁连山植被NDVI对气温和降水变化的旬最大响应表现为中段大于东段和西段,NDVI对气温和降水变化的最大响应滞后期呈现出西段中段东段的空间分布特征。     

去趋势方法对建立不同海拔鱼鳞云杉-气候关系的影响

为探讨不同去趋势方法对建立不同海拔梯度鱼鳞云杉年表与气候因子关系的影响,完善鱼鳞云杉气候响应机制研究,以长白山北坡不同海拔鱼鳞云杉(Picea jezoenssis var.komarovii)为研究对象,采用保守曲线(NEP or LINE)、样条函数(CSS,35年步长)和区域曲线(RCS)3种去趋势方法建立树轮宽度年表.结果表明:(1)3种去趋势得到的年表对气候因子的响应特征具有一定的相似性,长白山北坡不同海拔鱼鳞云杉均与当年5月气温显著正相关(P0.05).(2)去趋势方法对鱼鳞云杉生长-气候关系的影响在不同海拔梯度上有所差别.去趋势方法对低海拔鱼鳞云杉样本年表信号影响最明显,对中高海拔鱼鳞云杉样本年表信号无明显影响.利用区域曲线法得到的年表对降水更为敏感,利用保守曲线法和样条函数法得到的年表则对温度更敏感.(3)中海拔(AZYL处)鱼鳞云杉年表在多项指标上明显优于其他两个海拔梯度,且表现出与当年生长季初期温度显著正相关(P0.05),与上年生长季温度、当年春季和生长季降水显著负相关(P0.05).低海拔主要受到生长季温度的影响,而高海拔鱼鳞云杉主要受到上年生长季降水的作用,且与当年8月降水显著负相关(P0.05).综上,去趋势方法对建立年表-气候关系的影响与年表自身气候敏感性有关,长白山不同海拔鱼鳞云杉去趋势方法研究中,区域曲线去趋势法总体上要优于保守曲线法和样条函数法,使用区域曲线去趋势方法有利于在年表中保留较多与降水相关的气候信号.     

西南喀斯特地区植被变化及其与气候因子关系研究

受气候变化和退耕还林还草工程实施的影响,植被分布产生一定的变化,厘清气候因子与植被生长的关系,可以为生态维护与治理提供参考依据,为生态保护成效评估提供科学基础。选择环江喀斯特区,以中分辨率卫星成像光谱仪(MODIS)卫星遥感250m空间分辨率植被指数NDVI,分析2000-2017年该地区植被变化趋势,利用多元线性回归分析累积降水、温度、辐射等气候因子的影响范围和程度,以残差趋势法厘定植被变化中的人为贡献。结果表明,(1)2000-2017年,环江地区87%的地区植被年均NDVI呈现不同程度的增加趋势,增长率为0.4%a~(-1);主要植被类型农田、森林、草地年均NDVI持续改善,其中森林的改善状况最好。(2)环江地区气候变化整体呈冷湿化。温度、累积降水、辐射对植被年均NDVI的影响情况不同,就环江地区而言,温度、辐射对年均NDVI表现出正影响,且温度影响最大;累积降水与年均NDVI呈负相关。(3)不同植被类型受气候因素的影响不同,在气候因素对植被年均NDVI的解释度较高的地区,农田主要受温度影响,森林和草地主要受辐射和温度的共同影响。(4)环江地区气候因素可以解释8.5%的年均NDVI的变化情况。(5)环江地区除气候因素以外的其他因素对NDVI影响更大。     

基于GIS的祁连山植被NDVI对气温降水的旬响应分析

利用祁连山地区SPOTVGT-NDVI数据和气象站点旬平均气温、降水资料,运用最大化合成、趋势线分析和相关分析方法分析了祁连山植被的时空变化趋势,并从旬时间尺度上分析了祁连山植被对气温和降水的响应特征。结果表明：近10年来．祁连山年最大化植被NDVI增加了3．1％,植被改善、无变化和退化的面积分别占总面积的70．21％、21．44％和8．35％。祁连山植被NDVI对气温变化的响应大于降水,对气温和降水变化的最大响应滞后都为2句左右。秋季植被NDⅥ对气温和降水变化响应最大,夏季植被NDVI对气温和降水响应的滞后期长于春季和秋季。祁连山植被NDVI对气温和降水变化的旬最大响应表现为中段大于东段和西段,NDVI对气温和降水变化的最大响应滞后期呈现出西段〉中段〉东段的空间分布特征。     

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。     

天津地区各季植被NDVI年际动态及其对气候因子的响应

探索植被覆盖与气候变化相互关系是全球变化研究的重要内容之一.研究特定地区植被时间动态及其对气候因子的响应,对植被重建和生态环境恢复具有重要作用.利用1982-2003年8 km×8 km的NASA/GIMMS半月合成的归一化植被指数(NDVI)和气候数据,研究了天津地区各季NDVI年际变化特征及其对气候因子的响应.结果表明:近20年来天津市春季、夏季及冬季平均气温呈显著的升高趋势(P<0.05),而秋季变化不明显;春季和夏季降水呈降低趋势,而秋、冬两季呈微弱增加趋势,但均没有达到显著性水平(P>0.05).从四季NDVI年际变化趋势来看,春、秋两季呈微弱上升趋势,而夏季显著降低(P<0.01),冬季变化不明显.近20年四季NDVI与同期平均气温及降水的回归分析表明,除冬季外,NDVI与温度及降水均有显著的正相关关系,其中春、秋两季NDVI与温度及降水的关系均达到极显著水平(P<0.001).本研究结果证实天津地区各季NDVI的年际变化特征存在明显差异,而且气温和降水共同决定了植被NDVI的变化.     

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。     

长白山东坡植被指数变化及其对气候变化的响应

长白山地处温带针阔混交林的中心地带,对气候变化较为敏感.因此,探讨长白山区落叶松(Larix olgensis)树轮宽度和森林归一化植被指数(NDVI)与气候因子的关系,对于了解全球气候变暖背景下陆地生态系统的响应具有重要意义.以长白山自然保护区东坡为研究地点,利用东坡落叶松树轮宽度指数和选取1982-2006年UMD GIMMS NDVI数据及天池气候数据,在分析树轮宽度及NDVI与气候因子关系的基础上,重点探讨长白山东坡落叶松径向生长与NDVI之间的关系,并利用多元回归分析建立落叶松树轮指数与气候因子及年生物量生长量与NDVI的模拟回归方程.结果显示:(1)1957年以来该区温度呈极显著上升趋势,冬季升温最为显著,降水呈微弱下降趋势.(2)1982-2006年年均、夏季和生长季NDVI均呈缓慢下降趋势.(3)长白落叶松年表特征分析表明其生长对气候敏感,适用于进行年轮气候学分析.(4)NDVI与月平均温度相关性较强,且多以正相关为主,与月降水量多为负相关性.(5)落叶松径向生长受当年生长季的气候因子的影响强于上年,但是显著相关的月份略有差异,并且降水的影响要优于温度.(6)落叶松树轮宽度和年生物量生长量与NDVI以负相关为主,生长季NDVI与树轮年表相关性较差,而非生长季NDVI与年表相关性较好.(7)林分单位面积地上生物量为240.72 t/hm2,2009年林分生物量生长量约为2.91 t hm-2 a-1,即每公顷每年固碳约1.46 t,表明该地区老龄落叶松林仍具有较强的固碳能力.综上所述,在长白山地区,长时间序列的年轮宽度数据并不能很好地反映NDVI的长时期变化,利用树轮宽度指数重建该区NDVI有待进一步研究.     

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。     

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。     

1982-2006年华北植被覆盖变化及其与气候变化的关系

利用1982-2006年GIMMSNDVI数据反映华北地区植被覆盖变化状况,结合1982--2006年该地区85个气象站点的气温和降水数据,分别从年际变化、季节变化和月变化三个时间尺度分析华北地区植被覆盖变化及其与气候变化的关系。结果表明,从年际变化来看,华北植被变化与气温变化关系较与降水关系密切;从季节变化来看,华北地区植被生长在不同季节对水热条件变化的响应不同,春季和秋季植被生长与气温的关系较与降水的关系密切,而夏季植被生长主要受降水的影响;从月变化来看,4月和5月植被变化受气温变化影响较明显,一定程度上说明4月和5月植被生长的NDVI值增加可能是由于气候变暖引起的植被生长季提前产生的;6-9月植被生长与前2个月降水变化关系密切,说明植被生长对降水变化具有一定的滞后性。     

1980—2015年青藏高原植被变化研究

青藏高原地形复杂,气候类型独特,是北半球气候变化的调节器。全球气候变化直接影响植被变化,探讨植被变化对了解青藏高原的环境状况及环境保护与恢复具有重要意义。选取青藏高原作为研究区域,基于1980年和2015年的1 km土地利用数据利用转移矩阵研究植被的转换变化,利用1981—2015年的GIMMS-NDVI数据借助趋势分析法分析土地利用未变化区域的植被覆被变化,并通过相关分析法研究植被变化与气候因子的关系。研究表明:1980—2015年,青藏高原植被的转换变化表现为转入面积大于转出面积,植被面积整体增加。植被类型变化的主要表现形式为农作物和草地面积增加,乔木林地和灌木林面积减少;草地的面积变化最大,农作物、乔木林地和灌木林面积变化很小。从不同植被类型和生态分区来看,植被覆被变化表现为农作物面积较小,分布于半干旱地区,NDVI呈上升趋势;乔木林地位于东南部湿润半湿润地区,生长状况呈现退化趋势;灌木林位于东部边缘和东南部的湿润半湿润和半干旱地区,呈退化趋势;草地分布范围最大,生长情况趋于改善。近35年来,青藏高原的植被覆盖整体趋于好转,低覆盖度、干旱半干旱地区趋于改善,高覆盖度、湿润半湿润地区出现退化。研究时段内,青藏高原趋于暖湿化,NDVI变化与年平均气温、年降水量变化呈正相关,对降水变化更为敏感。不同植被类型对气候变化响应不同,农作物相关系数最高。乔木林地与气温和降水变化呈负相关,农作物和草地则呈正相关,灌木林与降水变化呈正相关,与气温变化呈负相关。     

广东省NDVI时空变化特征及其对气候因子的响应

广东省植被类型丰富、气候条件复杂,开展气候因子对植被的影响研究,对于全省保护生态环境、应对气候变化具有重要意义。利用MODIS NDVI数据和地面气象观测数据,基于变化趋势分析、空间自相关分析、相关性分析等方法,研究广东省NDVI时空分布特征及其对气温、降水、日照时数等气候因子的响应。结果表明,2000—2018年广东省NDVI平均值为0.62,总体呈上升趋势,平均年增长值为0.005 3,正增长区面积占比达94.50%。全省73.72%的区域植被呈现显著空间集聚性,其中高值集聚区面积占比48.19%,低值集聚区面积占比25.53%。不同类型植被的NDVI均呈增加趋势,其中常绿阔叶林、常绿针叶林、混交林的NDVI平均值最大,而农田、矮树灌木、混交林平均年增长值最大。NDVI具有明显的季节变化规律,夏季NDVI值最大、年增长值最小,冬季NDVI值最小、年增长值最大。年内NDVI最低值出现在2月,最高值出现在9月。月平均NDVI与气温、降水、日照时数相关性显著,其最大相关系数分别为0.863 7、0.639 4、0.605 7。NDVI对日照时数的响应不存在滞后,对气温存在1个月的滞后,对降水存在1—2个月的滞后。日照时数对NDVI的影响仅持续1个月左右,温度、降水对NDVI的影响可持续4—5个月。     

1982—2006年中国半干旱、干旱区气候与植被覆盖的时空变化

利用1982-2006年英国CRU(Climatic Research Unit)全球气温降水数据和NOAA/NASA归一化植被指数(theNormalized Difference Vegetation Index,NDVI)数据,分析了中国内陆半干旱和干旱区的气候、植被覆盖的时空变化。结果表明,虽然中国内陆半干旱和干旱区的部分区域降水减少,但整体上向暖湿化发展。在暖湿化背景下,中国内陆半干旱和干旱区的植被总体以改善为主(>1%.(10a)-1),特别是新疆西北部和青海东南部;但局部有微弱的减少趋势[(0~-1)%.(10a)-1],如新疆南部和东部、甘肃西北部。最后,以乌鲁木齐为例,分析发现气温增加导致植被生长季延长和降水的增加,使得过去25年乌鲁木齐的植被覆盖有明显的改善。