1970—2013年西北干旱区空中水汽含量时空变化与降水量的关系

论文基于1970—2013年西北干旱区高空和地面气象资料,采用多种统计学方法,分析了西北干旱区空中水汽含量的时空变化特征及其与降水量的关系。结果表明：1）1970—2002年,西北干旱区空中水汽含量呈显著的增加趋势,速率为0.835 mm/10 a（P<0.01）,其中以夏季增速最高（1.709 mm/10 a,P<0.01）;而降水效率基本稳定,仅春、冬季节略增。在空间上,1970—2002年水汽含量变化速率大小依次为北疆>南疆>河西走廊,其中冬、春季节以北疆水汽增速最大,夏、秋季节以南疆水汽增速最高。2）2003—2013年,西北干旱区水汽含量呈不显著下降趋势（-2.061 mm/10 a）;而降水效率明显增加,速率为0.136%/10 a,这说明近年来空中水汽转化为降水的效率明显提升。同时,北疆降水效率增加幅度明显高于其他地区。3）西北干旱区各季节的降水效率与降水量均呈显著正相关性,而水汽含量与降水量的相关性则表现出明显的季节性差异：春季>夏季>秋季>冬季。另外,新疆降水变化与水汽含量和降水效率均呈显著正相关性,而河西走廊降水量与降水效率的关系更为密切。     

黄土丘陵区典型植被枯落物坡面分布及混入土壤对土壤性状的影响

黄土丘陵区植被的恢复可能影响枯落物分布特征,进而对土壤性状产生影响。论文选取刺槐（Robinia pseudoacacia）人工林、柠条（Caragana intermedia）人工林、铁杆蒿（Artemisia gmelini）群落和白羊草（Bothriochloa ischaemum）群落4种典型植被样地,研究其枯落物坡面（坡长40~80 m）分布特征及自然条件混入土壤中对土壤理化性状的影响。结果表明：1）4种典型植被样地地表枯落物蓄积量（143.89~833.04 g/m²）、盖度（0.36~0.63）和厚度（0.77~2.03 cm）均表现为刺槐人工林>柠条人工林>铁杆蒿群落>白羊草群落;土壤中枯落物混入量（178.80~657.21 g/m²）和混入深度（1.33~2.29 cm）均表现为刺槐人工林>铁杆蒿群落>柠条人工林>白羊草群落;土壤中枯落物混入量占枯落物总蓄积量的比例（45.91%~74.02%）表现为铁杆蒿群落>柠条人工林>白羊草群落>刺槐人工林。2）4种典型植被样地地表枯落物蓄积量和土壤中枯落物混入量均为坡下高于坡上,受径流冲刷和泥沙分离—输移—沉积过程的影响,枯落物地表蓄积量和土壤混入量在坡中波动较大;随枯落物地表盖度的增加,地表枯落物蓄积量呈指数函数增加（P<0.01）,且随地表枯落物蓄积量的增加,土壤中枯落物混入量呈对数函数增加（P<0.01）。3）土壤容重、粘结力和水稳性团聚体几何平均直径（WAS-GMD）随土壤中枯落物混入量的增大而线性降低（P<0.01）,土壤有机碳和全氮含量在铁杆蒿群落和白羊草群落中均随土壤中枯落物混入量的增大而线性增加（P<0.05）。该研究将为评价黄土高原退耕还林还（草）工程生态成效、修正土壤侵蚀预报模型提供重要依据。     

1982—2015年长江流域植被覆盖度时空变化分析

量化植被覆盖变化及其与气候变化之间的关系,是当前全球变化和陆地表层生态系统研究领域的热点和难点。论文基于GIMMS-NDVI数据和气象数据,运用趋势分析、突变分析、偏相关分析以及残差分析,探讨长江流域植被覆盖度时空变化特征及其对气候和人类活动干扰的响应机制。结果表明：1）1982—2015年间长江流域除岷-沱江和太湖流域植被覆盖度为下降趋势外,其余均呈上升趋势,呈上升趋势的区域占流域总面积的69.77%,其中45.09%的区域呈显著上升趋势（P<0.1）;2）基于Mann-Kendall突变分析发现,1982—2015年间长江流域植被覆盖度年际变化存在突变现象,且区域差异性显著;3）气温与植被覆盖度的偏相关系数绝对值最大的像元占研究区总面积的43.31%,表明气温是长江流域近30 a植被覆盖度年际变化的主要影响因素;4）人类活动对长江流域植被覆盖度的影响力以持续增强为主,人类活动减弱的区域主要分布在金沙江流域、岷-沱江流域、汉水流域局部区域以及各大省会城市区域。     

2000—2015年青藏高原植被NPP时空变化格局及其对气候变化的响应

全球变化背景下,青藏高原作为我国乃至全球气候变化的“天然实验室”,植被生态系统发生了深刻变化。引入重心模型等方法分析和探讨2000—2015年青藏高原植被NPP时空变化格局及其驱动机理,并定量区分NPP变化过程中气候变化和人类活动的相对作用。研究发现：（1）2000—2015年,青藏高原植被NPP年均值总体上呈现从东南向西北递减的趋势。在年际变化方面,近16年植被NPP呈现波动上升趋势,其中在2005年出现上升陡坡,并在2005—2015年表现为高位波动的态势。（2）青藏高原植被NPP增加区（变化率>10%）主要集中于三江源地区、横断山区北部、雅鲁藏布江中下游以及那曲地区的中东部,而植被NPP减小区（变化率<-10%）则主要分布于雅鲁藏布江上游和阿里高原。（3）近16年青藏高原植被NPP重心总体向西南方向移动,表明西南部植被NPP在增量和增速上大于东北部。（4）青藏高原植被NPP与气候因子相关性的地区差异显著,其中植被NPP与降水显著相关的区域主要位于青藏高原中部、青藏高原东南部及雅鲁藏布江流域中下游,而植被NPP与气温显著相关的区域主要位于藏南地区、横断山区北部、青藏高原中部和北部。（5）气候变化和人类活动在青藏高原植被NPP变化过程中的相对作用存在显著的时空差异性,在空间上呈现“四线—五区”的格局。研究成果能够为揭示青藏高原区域生态系统对全球变化的响应机制提供理论和方法支撑。     

1985—2015年陕西黄土台塬表层土壤有机碳空间分布

中尺度范围土壤有机碳的长期动态变化状态对大气温室气体的浓度、当地环境的生态效应至关重要。论文研究了陕西黄土台塬近30 a表层（0~20 cm）土壤有机碳密度的空间分布特征,并探讨了气候、地形、土壤类型、土地利用与土壤有机碳密度和储量的关系。结果表明：1）近30 a黄土台塬土壤有机碳密度和储量呈增加趋势,且增加幅度愈来愈明显,其中,1985—2000年有机碳密度和储量的增量分别为0.20 kg/m²和1.46×10⁶ t,2000—2015年分别为0.75 kg/m²和10.87×10⁶ t。2）1985—2015年有机碳密度随气温和降水量的增加而增加,随高程和坡度的增加呈现先增加后减少的趋势,在高程679~779 m、坡度10°~20°范围达到最大值。3）大多数土壤类型有机碳密度和储量随时间延长呈增长趋势,其中,黑垆土有机碳密度增加最大（1.59 kg/m²）,黄绵土储量增量最多（5.64×10⁶ t）;不同土地利用类型有机碳密度和储量随时间延长也呈增加趋势,林草地有机碳密度增加量明显大于耕地。4）研究区表层土壤有机碳密度与气温、土壤类型、土地利用类型在P<0.001水平上相关性显著,与降水在P<0.05水平上显著相关。     

2000-2013年塔里木河流域生长季NDVI时空变化特征及其影响因素分析

受塔里木河流域综合治理工程实施和近期气候变化的影响,流域植被覆被时空分布产生一定的变化,厘清植被覆被与流域气候变化及人类活动的关系可以为塔里木河流域生态维护与治理提供科学参考依据。为此,论文以NDVI为指示因子,运用趋势分析、R/S分析、偏相关分析以及残差分析等方法,分析了2000-2013年综合治理工程期间NDVI的时空变化特征,并探讨及区分降水、气温气候因子以及人类活动对植被覆被变化的影响范围和程度,结果表明：1）2000-2013年,塔里木河流域植被生长季NDVI总体呈现增加趋势,增加速率为0.8%/10 a,平原区增速明显高于山区;且开都河-孔雀河流域山区、塔里木河干流的上、中游部分地区呈现比较明显的退化趋势。与此同时,塔里木河干流下游生长季NDVI持续改善。2）山区植被覆被变化主要受气候变化的影响,其中温度是高山区植被生长的主要限制因子,温度的增加促进植被的生长;中低山区以及出山口平原地区植被生长季NDVI变化是降水和温度共同作用的结果,且主要受降水的影响。降水与植被生长季NDVI变化呈正相关,温度与植被生长季NDVI变化呈负相关。3）平原绿洲区植被生长季NDVI增加主要是绿洲灌区面积不断增加以及塔里木河流域生态治理工程对植被恢复的结果,人类活动是该区域植被生长的主要驱动力。4）塔里木河干流生态闸工程在恢复下游植被的同时,也在一定程度上影响了上、中游地区的用水,尤其是导致中游植被出现退化趋势,退化速率约为0.1%/10 a。相关部门应进一步加强水资源的合理配置,充分发挥生态闸工程的水资源调度调控作用。     

1982-2013年潞安矿区NDVI3g变化趋势及气候响应

为了揭示全球变化背景下矿业开发活动对矿区生态环境的影响,采用长时序GIMMS AVHRR NDVI3g（1982-2013年）全球植被指数数据集和气候信息（年均降水量和气温数据）,运用IDL编程实现数据合成运算、线性回归和趋势拟合,从时间、空间、气候三方面对矿区、缓冲区（10 km、20 km）、校验区的NDVI平均值和总值进行比较研究,并推算出生长期变化趋势.时序分析表明,32 a来矿区NDVI总量随开采年限延长呈先增后减/波动中下降的趋势,下降速率为0.18/（10 a）.矿区植被返青期滞后3 d,枯黄期提前30 d,生长期缩短33 d,缩减速率为10.3 d/（10 a）.空间分析表明,除潞安矿区外其他三区生长季均有所延长,研究区平均NDVI年增长率依次为矿区（1.09%） < 10 km缓冲区（2.16%） < 20 km缓冲区（8.86%） < 校验区（9.87%）,矿区NDVI总量自1995年后开始减少,非开采区NDVI总量呈增加趋势.气候变化分析表明,校验区NDVI对温度敏感性高于降水量,矿区NDVI对降水量敏感性高于温度,其中温度对两区植被生长有明显滞后性.研究显示,矿业开发活动抑制了矿区及周边区域NDVI的增长,NDVI年增长率远低于校验区,受温度升高、降水量减少共同作用,自然生态下校验区NDVI呈增加趋势,生长季延长;而受开采扰动影响下的矿区植被活动呈减弱趋势,生长期也有所缩短.      

2000—2015年江汉平原农田生态系统NPP时空变化特征

基于MODIS数据和VPM（Vegetation Photosynthesis Model）模型估算2000—2015年江汉平原农田NPP,利用空间自相关和Sen趋势分析方法,分析16年间江汉平原农田NPP的时空变化特征及其影响因素。结果表明：（1）江汉平原农田年均NPP在2000—2005年呈上升趋势,2005—2009年呈波动性下降趋势,2009—2015年呈上升趋势;农田年NPP总量在2000—2015年整体上趋于平稳。（2）高中低产田面积占比分别为66.03%、27.04%和6.93%。2000—2015年NPP具有很强的空间聚集性且呈逐年增强趋势,并随空间距离增加聚集性减弱;江汉平原NPP主要呈高—高聚集和低—低聚集特征。（3）江汉平原农田NPP显著上升、无显著变化和显著下降区域面积分别占1.30%、69.50%和29.20%。     

海州露天煤矿复垦排土场不同土地利用土壤优先流特征研究

复垦排土场土壤的大孔隙、管状通道和植物根系是形成优先流的主要原因。论文采用野外染色示踪试验和室内理化分析等研究方法,系统研究不同土地利用方式土壤优先流的形态特征与变化规律,揭示排土场复垦植被恢复过程中优先流的形成机理及影响因素。结果表明：1）排土场各样地土壤优先流多发生在0~40 cm土层,占整个0~60 cm土壤层的93%以上;不同样地土壤优先流特征存在差异,0~5 cm土层染色面积比依次为榆树林地（90.37%）>刺槐林地（79.84%）>混交林地（65.37%）>农地（44.36%）>灌木林地（41.54%）>荒草地（38.38%）,均表现为乔木林地大于灌木林地和草地;2）各样地0~60 cm土层染色面积比大小依次为刺槐林地（26.48%）>榆树林地（20.12%）>混交林地（17.32%）>农地（15.06%）>灌木林地（13.97%）>荒草地（10.07%）,染色面积比与土层深度之间具有较好的线性关系;3）选取土壤因子、水分因子、植物因子3大类环境因子与染色面积比进行Spearman相关分析,其染色面积比与砾石含量、大孔隙平均半径、饱和导水率、根重密度和<1 mm根长密度呈极显著正相关（P<0.01）,与容重和含水率呈极显著负相关（P<0.01）,与1~2 mm和2~5 mm根长密度呈显著性正相关（P<0.05）。研究结果为认识排土场优先流的形成机制、完善优先流研究体系以及排土场植被恢复与重建提供科学依据。     

秦岭植被覆盖时空变化及其对气候变化与人类活动的双重响应

论文基于MODIS-NDVI数据、DEM及气象数据,辅以趋势分析、多元回归残差法、偏最小二乘回归法,反演了秦岭地区2000—2015年植被覆盖度及分析了其“格局—过程—趋势”的变化特征,探究了其对气候变化与人类活动的双重响应机制。结果表明：1）秦岭地区近16 a来植被覆盖度呈显著上升趋势,增速为2.77%/10 a,呈“中间高、周边低,西部高、东部低,南坡高、北坡低”的空间格局,植被覆盖度随海拔的升高在2 200 m左右达到最大,700~3 200 m达0.7以上,1 300~2 700 m达0.9以上,3 400 m以上为0.5以下的低值区;2）秦岭地区的植被覆盖与气候因子的响应关系存在明显的空间差异,对气温的响应总体上没有明显的时滞效应,而与降水的响应存在以滞后1个月为主的时滞效应;3）人类活动对秦岭地区植被变化的作用日趋增强,且以正向作用为主,主要分布在东部地区,而负向作用则分布于中部和西部地区;4）秦岭地区植被变化是气候变化和人类活动共同作用的结果,影响因子对植被覆盖变化的解释能力依次为人类活动>降水>气温>潜在蒸散量。     

2000~2014年黄土高原植被覆盖时空变化特征及其归因

基于MODIS-NDVI数据,辅以一元线性回归分析、Mann-Kendall检验、Hurst指数等方法,分析了2000~2014年黄土高原植被覆盖时空演变特征及其驱动因素.研究表明:近15年黄土高原NDVI呈显著增加趋势,增速为6.93%/10a(P<0.01);空间上,植被归一化指数,或归一化值被指数Normalized Difference Vegetation Index(NDVI)呈由东南向西北递减的分布格局,高值区主要分布在东南部的土石山区、河谷平原区;同时,500m以下和3500米左右的NDVI值最高;在趋势上,NDVI呈现增加和减小趋势的面积比重分别为88.24%和11.76%;Hurst指数表明研究区未来NDVI变化趋势呈持续性和反持续的比重分别为50.07%和49.93%,其中持续改善和由改善变为退化的面积分别占43.98%和44.28%;降水是影响NDVI变化的主要驱动因子,表现为NDVI随降水的增加而增加;人类活动也是影响NDVI的重要因素,且对NDVI有双重影响.     

2000~2020年黄河流域植被时空演化驱动机制

以归一化植被指数（NDVI）作为植被覆盖及生长状况指标,基于2000～2020年MODIS NDVI数据及同时期气象数据,采用Theil-Sen斜率估算、Mann-Kendall检验、相关性分析和残差分析等方法研究了2000～2020黄河流域植被时空演化驱动机制.结果表明,2000～2020年黄河流域生长季NDVI均值以0.005 a^-1的速率波动上升,植被明显改善的区域主要分布于流域中游的秦岭山系、陕北高原和吕梁山系;黄河流域生长季NDVI与降水和气温的偏相关系数均值分别为0.57和0.49,降水对植被的影响高于气温;人类活动对植被生长起明显改善的区域主要分布在流域中部的陕北高原、吕梁山系和宁夏南部等区域,对植被生长起抑制作用的区域主要分布在银川、包头、西安、洛阳、郑州和太原等人类活动强烈的城市区域;人类活动和气候变化分别对黄河流域植被变化贡献了72%和28%,在人类活动和气候变化的驱动下,黄河流域植被生长得到改善的面积占流域面积的96.4%,其中人类活动贡献率大于80%的区域面积占34.3%,主要分布在流域中部和东南部.气候变化贡献率大于80%的区域面积占4....     

1982-2006年中国东部秋季植被覆盖变化过程的区域差异

为进一步认识1982-2006年中国东部秋季植被覆盖变化过程及其区域差异,论文分析了1982-2006年9-10月归一化差值植被指数(NDVI)的多年平均状况和年际变化,并通过聚类分析辨识了NDVI变化过程的主要模态,进而探讨了它们与温度和降水变化的相关关系。结果表明:(1)中国东部秋季森林的覆盖度最高,农田次之,草原最低,并表现出1998年之前趋于增加、此后趋于锐减的变化特征;(2)不同区域植被覆盖变化过程不尽相同,整个研究区植被覆盖变化过程可以分为6种模态,其中①东北地区呈波动上升趋势,②内蒙古高原东北部1982-1998年波动上升、1998年后陡然降低,③华北北部-东北南部呈现跃迁式上升,跃迁年份为1994年,④华北南部表现为先降低后略微增加,趋势转折出现在2000年,⑤江淮地区呈现为1982-1992年波动增加、1992-2006年波动降低,⑥长江及其以南地区表现为陡然下降,突变始于2000年;(3)除了内蒙古高原东北部降水变化能够解释植被覆盖度年际变率的66%以外,华北北部-东北南部的植被覆盖与降水具有正相关关系,秦岭-大巴山-长江中下游及以南地区的植被覆盖与同期温度呈显著正相关,但是降水或温度仅能够解释植被覆盖年际变率的21%,其余地区植被覆盖与气候变化没有显著的相关关系。     

基于Google Earth Engine分析黄土高原植被覆盖变化及原因

为探明黄土高原植被覆盖时空变化及其原因,基于Google Earth Engine（GEE）,采用Landsat Surface Reflectance data（陆地卫星地表反射率数据）分析了黄土高原1987~2015年间植被覆盖度的时空变化规律,并借助累积量斜率变化率方法对引起植被覆盖度变化的气候和人为因素进行了量化分析.结果表明：黄土高原年均植被覆盖度由1987年的41.78%增加到2015年的53.23%,增速为0.38%/a（P<0.05）.其中,1987~1999年年均植被覆盖度变化趋势不显著（P>0.05）;而退耕还林还草工程实施以来（2000~2015年）,年均植被覆盖度显著增加（P<0.05）,增速达到0.59%/a.由像元尺度分析,黄土高原72.93%的区域植被覆盖度呈增加趋势,其中38.31%的区域增加趋势显著（P<0.05）.植被覆盖度的变化受气候和人为因素的共同影响,以1987~1999年为基准期,气候变化和人类活动对黄土高原2000~2015年间植被覆盖度变化的相对贡献率分别为23.77%、76.23%,人类活动为引起黄土高原植被覆盖度变化的主要原因.退耕还林还草工程极大地改善了黄土高原的植被覆盖状况,但是城市的扩张使得部分地区的植被覆盖呈显著退化现象.     

基于Sentinel-2A影像估算黄土高原光合/非光合植被盖度

以黄土高原为例,基于Sentinel-2A影像和地表实测地物光谱与盖度数据,分别在模拟混合场景和野外实测混合场景中,评估4种NPV植被指数(NPVI):SWIR32(短波红外比值指数)、DFI(干枯燃料指数)、STI(土壤耕作指数)和NDTI(归一化差异耕作指数)估算非光合植被盖度(f_NPV)的有效性,并利用优化法确定线性光谱混合模型的关键参数端元值,估算研究区光合植被盖度(f_PV)和f_NPV.结果表明,在模拟混合场景下,4种NPVI与模拟f_NPV线性关系的R²是0.365~0.750;在野外场景中,其相关性均有一定程度的降低,R²是0.147~0.211.研究构建NDVI-SWIR32像元三分模型,并确定了最优端元值:NDVI_PV=0.80,SWIR32_PV=0.60, NDVI_NPV=0.17,SWIR32_NPV=0.77,NDVI_BS=0.23,SWIR32_BS=0.99.模型对f_PV和f_NPV估算精度R²分别是0.817和0.463,NSE分别是0.806和0.458.利用该模型估算全区2019年4、8和12月的平均f_PV和f_NPV,分别为20.3%和59.2%,48.6%和33.1%,10.7%和59.0%.随时间推移,f_PV从东南向西北不断增加而后减小,f_NPV与之相反. NDVI-SWIR32模型可以用于Sentinel-2A影像数据来监测黄土高原地区f_PV和f_NPV的时空动态变化.     

天山北坡典型退化草地植被覆盖度监测模型构建与评价

草地退化是当今世界面临的一个极为严峻的生态问题。植被覆盖度作为草地退化监测的重要指标之一,在草地退化、荒漠化治理方面起着重要的作用。为了构建适合于天山北坡典型草地植被覆盖度监测模型,便于对草地及时、快速的监测分析,研究利用新疆阜康市2008年9月Landsat TM遥感影像数据和相应的实测数据,分别探讨5种植被指数(NDVI、RVI、GNDVI、SAVI和MSAVI)与植被覆盖度的线性和非线性(二次多项式、指数、对数以及幂函数)关系,以便获得最佳监测草地状况的植被指数和模型。研究结果表明,MSAVI和GNDVI与植被覆盖度的相关性最好(P<0.01),而NDVI和RVI较差;通过5种植被指数和植被覆盖度进行回归分析,MSAVI和GNDVI与植被覆盖度分别建立模型最佳,即:y=138.45x-1.248 2(R²=0.502 7,P<0.01)和y=2 596.66x²-561.54x+38.488(R²=0.605 3,P<0.01),精度达到90%以上。该研究结果说明不同的植被指数适用的条件不同,为今后利用3S技术深入研究荒漠退化草地植被状况的快速监测和科学管理提供支持。     

长江上游植被覆盖的时空分异季节变化及其驱动因子研究

以GIMMS/NDVl为基础,结合气候与人类活动数据,研究了1982～2003年间长江上游植被覆盖季节变化的空间分布.结果表明,近22年来,长江上游春季、夏季植被覆盖呈增加趋势,以春季最显著;秋季、冬季植被覆盖呈降低趋势,以秋季降低最显著.春季、夏季降雨与气温的同步增加,致使植被覆盖增加;秋季降雨减少,以及气温的增加导致植被覆盖降低;另外,作物播种面积的增加是春季、夏季植被覆盖增加,秋季、冬季植被覆盖减少的重要原因.春季→夏季→秋季→冬季NDVI增加的区域在窄问上大致呈现低纬度向高纬度转移的趋势.春季、夏季所有植被类型的NDVI均有增加趋势;而秋季所有植被类型的NDVI均降低;冬季植被除针叶林的NDVI略有增长外,其余植被类型的NDVI均降低.     

神东矿区AVHRR/NDVI的时空、开采强度和气候效应

研究采矿扰动区长时序、多维度NDVI变化趋势,有助于认识非自然生态区植被演替规律,对高强度开采条件下西北脆弱生态区地表植被自然修复和人工修复工作具有指导意义.研究通过设立直接影响区、间接影响区和自然生态校验区,利用长时序GIMMS AVHRR/NDVI（1981～2006）植被指数数据集,结合同期温度、降水和煤炭产量信息,从时间、空间、气候和开采强度方面开展对比分析,并以长时序MODIS NPP/NDVI（2000～2010）数据进行结果验证.时序分析表明,全球变化背景下,神东矿区植被生长季二度延长;空间分析表明,神东矿区NDVI增量低于缓冲区,缓冲区NDVI增量低于自然生态区;开采强度分析表明,随着神东矿区开采强度增强,NDVI增速放缓,增长速率低于自然生态区;气候变化分析表明,神东矿区NDVI受温度升高、降水减少共同作用,与温度相关性较高,与降水相关性较低;同期MODIS NPP/NDVI验证结果表现出与AVHRR/NDVI一致的规律性.