三江源区植被覆盖度的定量估算与动态变化研究

植被覆盖度是衡量地表植被状况的重要指标,其时空分布和变化对政府进行区域规划和决策起着重要作用。MODIS植被指数是区域植被覆盖度提取的重要数据源。利用2000年1月到2009年10月的MODIS 250 m归一化植被指数16 d合成产品（MODIS NDVI）和其他MODIS辅助数据估算三江源区的植被覆盖度并分析时空格局变化趋势。在混合像元二分模型的基础上改进了NDVI参数的确定方法,然后利用重构后的MODIS数据估算植被覆盖度。与2007年8月的野外采样点数据比较,估算精度是8772%,相关系数r为0889 7,表明该模型估算大面积植被覆盖度是可行的。将获得的植被覆盖度分为5个等级,从年最大化植被覆盖度Mfc的角度进行10 a里植被覆盖度的年际变化趋势分析和时空格局变化分析。趋势分析结果表明,2000~2009年三江源区植被覆盖波动式变化,东北部地区得到改善,西部地区在退化,总体呈现退化趋势;时空格局变化分析结果表明,植被覆盖破碎度降低,趋于集中化分布;不同等级覆盖度分布的复杂化程度降低     

武汉城市热岛特征及其影响因素分析

正确理解城市热岛效应的形成机制及其影响因素是制定热岛效应缓解政策和研究城市生态问题的前提和基础。选用1987年9月26日的Landsat-5和2013年9月17日的Landsat-8遥感影像进行地表温度反演,分析武汉市城市热岛效应的时空演变特征;对热岛效应明显的武汉市主城区进行格网划分,提取格网内地表温度及所选影响因子指标值,运用主成分回归方法进行地表温度多因子综合分析,探讨城市热岛形成的主要影响因素。结果表明:(1)武汉市地表温度空间分布表现出典型的热岛特征,1987年和2013年分别有27.7%和39.1%的范围被"热岛"覆盖;(2)影响武汉城市热岛效应的主要因素有不透水面指数、水体面积比例、归一化建筑指数、归一化植被指数及绿地面积比例;(3)当其他影响因素稳定时,不透水面指数每增加1%,可使地表温度增温0.04℃~0.10℃;水体面积每增加1%,可降低地表温度0.03℃。     

武汉城市群夏季热岛特征及演变

利用2000~2010年共11期MODIS地表温度资料和多源多时相的遥感影像分类结果揭示武汉城市群的夏季热岛效应,反演并计算出10 a间武汉城市群日间和夜间的热岛强度变化、土地覆盖类型和城镇用地面积。在对不同时相的地表温度数据进行热岛指数归一化处理的基础上,分析了武汉城市群热岛的分布特征及年代演变,定量分析了武汉城市群以及中心城市武汉市不同热状况区面积的变化和热场的变迁。结果表明,武汉城市群夏季热岛效应较为明显,其中武汉市是主要热源和热中心;自2000年起,武汉城市群城乡温度差异逐步减小,热中心分布向外扩散,城市热岛区域急速扩张,整体热环境趋于恶化;新兴城区的开发增加了武汉市的热源分布,人工表面的增加以及自然表面的减少导致城市热岛效应不断加剧。     

两种植被指数与地表温度定量关系的比较研究——以南京市为例

加强绿化可有效缓解城市热岛（UHI）效应，但植被降温规律如何，如何科学绿化一直模糊不清。以南京市ETM+影像为数据源，经ATCOR2模块大气校正后，提取了南京城区地表温度（LST）、归一化植被指数（NDVI）和减化比值植被指数（RSR），基于实测值和同时相ASTER数据反演结果的双重验证，拟合了两种植被指数与地表温度的定量关系，并进行了对比研究。结果表明：南京市存在明显的UHI，城区水体和绿地为显著的低温区，除水体外，植被覆盖度高的区域地表温度明显低于植被稀少或无植被区；地表温度与NDVI呈显著线性负相关，与RSR呈显著幂函数负相关，后者的相关性高于前者；以〖WTBX〗RSR〖WTBZ〗=32为界，此值之前，地表温度随着植被覆盖增加而锐减，此值之后，植被覆盖继续增加，地表温度却趋于恒定，呈现植被降温效应“饱和”现象；RSR能直接说明对于不同下垫面，增加相同的植被覆盖度其降温效果存在差异，而不进行土地利用分类，NDVI无法揭示此现象     

基于HJＧ１B数据的武汉市LST反演及热环境分析

以HJ 1B CCD/IRS4为主要数据源，采用单窗算法，反演了武汉市夏季高温代表日的地表温度，并用MODIS地表温度产品对反演结果进行了验证。在此基础上，提取热场变异复合指数来分析城市热岛空间分布特征，给出了城市热岛效应的定量化描述，并就不同下垫面对热岛效应的影响进行了研究。结果如下：（1）武汉城市热岛呈现整体上交错分布而局部小聚集的不规则特点，大热岛之中存在一些温度更高的小热岛；（2）武汉市2009~2012年夏季高温日平均LST为30611 K，多数城区温度达到309～317 K；（3）主城区热场变异复合指数均超过了0015，表现为较强－极强的热岛效应；6个等级的热岛效应强度的面积比例依次下降，而对应的LST平均值则逐渐升高；(4)不同地表覆盖类型LST相差较大，其在地表类型面积构成中的比例不同。研究成果可为城市热环境监测与生态评价提供科学依据     

基于HJ-1B数据的武汉市LST反演及热环境分析

以HJ-1BCCD/IRS4为主要数据源,采用单窗算法,反演了武汉市夏季高温代表日的地表温度,并用MODIS地表温度产品对反演结果进行了验证。在此基础上,提取热场变异复合指数来分析城市热岛空间分布特征,给出了城市热岛效应的定量化描述,并就不同下垫面对热岛效应的影响进行了研究。结果如下:(1)武汉城市热岛呈现整体上交错分布而局部小聚集的不规则特点,大热岛之中存在一些温度更高的小热岛;(2)武汉市2009~2012年夏季高温日平均LST为306.11K,多数城区温度达到309~317K;(3)主城区热场变异复合指数均超过了0.015,表现为较强-极强的热岛效应;6个等级的热岛效应强度的面积比例依次下降,而对应的LST平均值则逐渐升高;(4)不同地表覆盖类型LST相差较大,其在地表类型面积构成中的比例不同。研究成果可为城市热环境监测与生态评价提供科学依据。     

基于POI数据的武汉市夏季热场主导因素多尺度分析

分析不同尺度下土地覆被、人类活动等因素对地表温度影响作用大小,可为城市生态空间布局调整优化提供参考。以兴趣点(Point of Interest, POI)数据表征人类活动强度,利用大气校正法反演2016年夏季武汉市外环线区域地表温度,借助最小二乘法在500、1 000和2 000 m 3个尺度下定量研究地表温度与POI密度、归一化植被指数和归一化水体指数的相关性及作用大小,并分析各变量对地表温度的相对重要性。研究表明:(1)3种尺度下,POI密度均与地表温度呈显著正相关关系且相关系数随尺度增大而增大;归一化植被指数和水体指数与地表温度呈显著负相关关系,归一化植被指数与地表温度相关系数随尺度增大而减小,归一化水体指数与地表温度相关系数随尺度增大而增大;(2)武汉市热场空间是自然生态环境和人类活动共同作用的结果;(3)POI对地表温度的解释作用占较大权重,是热场空间形成的重要因素。POI对于地表温度解释的相对贡献度最大,在研究城市热场影响因素中,POI可用来反映人类活动强度,对遥感信息有较好的补充作用。     

建设用地扩展对城市热环境影响研究

本文以重庆主城区为研究区,采用1988a、2000a、2002a、2007a和2010a Landsat TM遥感数据,基于人机交互解译和定量遥感技术相结合的方法,反演重庆主城区1988a、2000a、2002a、2007a、2010a地表温度和归一化建筑指数,研究重庆主城区热环境时空变化特征和建设用地扩展之间的关系。研究结果表明:1988a-2010a,重庆主城区地表温度中的高温区主要向北迁移;地表温度整体有上升趋势、呈现出同心圆分布;重庆主城区热环境问题日益严重;地表温度与建设用地呈明显的正相关关系,新增建设用地容易形成新兴的热岛区。     

三峡水库156米蓄水位消落区植被恢复遥感动态监测研究

基于2007～2009年的Landsat5 TM、HJ 1A/1B CCD遥感数据，利用像元二分法对三峡水库156 m蓄水位消落区的植被覆盖度进行了计算，分析了消落区植被恢复的时空变化特征，探讨了植被恢复时空变化的影响因子。2007、2008、2009年3 a 156 m蓄水位消落区植被覆盖度分别为512%、515%、492%，其中支流消落区的植被覆盖度高于干流，这与地形条件有关，坡度的大小决定了消落区植被覆盖的空间差异。2008年与2007年消落区植被覆盖状况基本一致，而2009年的植被覆盖度低于之前两年，这与三峡大坝水位调度方案不同有关，退水较晚时，植被生长时间较短，其植被覆盖度较低。研究结果表明，在正常的调度、一定的地形条件下，淹没数月的消落区植被具有一定的自然萌生能力。     

卧龙自然保护区植被覆盖度变化及其对地形因子的响应

通过像元二分模型在NDVI数据基础上，估算了卧龙自然保护区2000和2015年的植被覆盖度，分析了这15年间研究区域植被覆盖的变化及空间分异特征，初步揭示了植被覆盖变化与地形因子的响应关系。结果表明：（1）2000~2015年间卧龙自然保护区植被覆盖度整体良好，以中高和高植被覆盖为主，空间格局上呈现东南高、西北低的总体趋势。（2）研究时段内高覆盖度面积明显减少，而其他覆盖等级面积存在不同程度的增加，植被覆盖度均值降低。（3）研究区域各海拔范围内均以植被稳定类型为主，低海拔和高海拔地区植被退化显著，在1 500~3 250 m的高程范围内植被稳定和植被改善相对显著。（4）研究区不同坡度间植被变化类型差异不明显；不同坡向上植被变化显著，其中阳坡的植被退化分布，阴坡的植被改善分布明显，随着坡向由阴坡转阳坡，植被退化增加，改善减少。其结论有助于揭示卧龙自然保护区植被覆盖的时空变化特征，对保护区生态环境评价和改进具有重要的参考价值，同时对保护区的管理和植被恢复有一定借鉴意义。     

汉江流域生态系统服务权衡与协同关系演变

汉江流域是我国南水北调工程的水源地,也是国家重要的生态功能区,定量分析其生态系统服务关系对协调区域发展与保护环境有重要意义。综合利用RS与GIS技术对该区域2000～2015年的土壤保持、碳储量与食物供给服务进行空间制图,并基于空间采样法对3种生态系统服务间的权衡与协同关系进行研究。结果表明:(1)在2000～2015年,汉江流域土壤保持量在波动中下降,高值区位于汉江上游林地、草地交叉分布区域,低值区位于汉江中下游林地、耕地等单一聚集地类区;碳储量年际变化较小,其高低值分布与土壤保持量基本相同;食物供给量增长迅速,高值区位于中下游的平原区,低值区位于上游的山地和盆地区。(2)在权衡与协同分析中,碳储量与食物供给、土壤保持与食物供给之间以权衡关系为主,而碳储量与土壤保持以协同关系为主,各生态系统间权衡与协同关系存在空间异质性。(3)空间热点制图显示,2000～2015年0类服务热点区占比减少,主要地类为草地;1类服务热点区占比最大且呈增加趋势,主要地类为耕地,生态服务类型以食物供给为主;2类服务热点区有所减少,多分布在上游林地区域,服务类型为碳储存和土壤保持;3类服务热点区占比很少。该研究结果对揭示生态系统服务之间的区域差异有重要作用。     

流域植被水文效应的动态模拟

为了揭示森林植被水文效应的动态变化过程，将简化的简单生物圈模型与动态植被模型和流域地形指数水文模型相耦合进行长江上游梭磨河流域植被及其水文效应的动态模拟。结果表明：植被覆盖和叶面积指数的增加使植被蒸腾和冠层截留蒸发增加而使土壤蒸发减小，植被的水文效应取决于蒸发分量中这两个相反方向变化的净效应。流域主要由草地和灌木覆盖时流域总蒸发大于裸地和林地。与裸地相比较，当单位叶面积指数截留能力取值0.1 mm时，森林减小了流域总蒸发，但当单位叶面积指数截留能力取值0.2 mm时，森林增加了流域总蒸发。森林的水文效应对冠层截留能力敏感，冠层截留能力存在一个控制森林水文效应从减小总蒸发变为增加总蒸发的转折点。植被的水文效应是随时间变化的，对于给定的植被类型其叶面积指数是决定其水文效应的关键因子。     

不同土地利用类型的地表特征参量的遥感反演研究——以猫跳河流域为例

利用2007年5月Lansat5 TM数据,运用单通道算法,基于全国遥感监测土地利用/覆盖分类体系,对贵州省猫跳河流域的地表特征参量进行了反演,得到不同土地利用类型下的典型地表特征参数值。在3种主要的土地利用类型中,林地的植被指数最高、地表温度最低,农田的植被指数最低而地表温度最高,草地介乎林地和农田之间。城镇建设用地主要表现为热岛效应,而水域则主要表现为地表温度（LST）和归一化植被指数（NDVI）的双低特征。进一步对二级土地利用类型的分析表明,由于结构、功能的不同,土地利用二级类在地表特征参量方面也表现出了有规律地变化。有助于深入认识不同土地利用类型的物理特征,可以丰富主要土地利用类型的影像分类的先验知识,有望将不同土地利用方式的生态环境效应研究推进一步     

长江流域中上游植被NDVI时空变化及其地形分异效应

研究植被NDVI的时空演变及其地形分异效应,对于深入理解植被与人类活动的关系,揭示区域环境变迁,指导区域生态环境科学治理具有重要意义。以长江流域中上游作为研究区,基于1998～2015年SPOT-VEGETATION NDVI年度数据、DEM数据和基础地理信息数据,运用RS、GIS和数理统计分析等方法,探究了植被NDVI的时空演变特征及其地形分异效应,并对其影响原因进行了探讨。结果表明:(1)1998～2015年长江流域中上游地区生态环境得到极大改善,植被年均NDVI在时间上由1998年0.67增长至2015年0.75,年均增长率为0.57%。(2)植被NDVI在空间上的改善区域(48.58%)明显大于退化区域(11.1%),改善区域主要集中分布在研究区中东部地区。(3)植被NDVI在海拔500～1 000、1 000～1 500 m及坡度8°～15°、15°～25°区域改善趋势最大,在5 000 m和坡度0°～5°区域退化趋势最大;坡向对植被NDVI变化影响不显著。(4)18年间长江流域中上游地区植被NDVI变化可能是受天然林保护、退耕还林(草)等生态工程实施和人类社会经济活动共同作用的结果。该文能为长江流域中上游地区脆弱生态环境的治理和改善提供科学依据,进而筑牢长江中上游重要生态屏障,推进长江经济带绿色发展。     

云南省姚安县水土保持生态修复措施的效益研究

姚安县是“长江上中游水土保持生态修复工程”项目县，在该县的洋派河小流域修筑同样面积的4个径流小区，采取不同的生态修复措施，分别为对照地（即撂荒地）、人工补植地（人工种植澳洲金合欢）、封禁措施地、坡耕地（人工耕种的坡耕地）4种，修复中控制人类活动对自然的过度干扰和侵害，充分利用生态自我恢复能力，大面积实施生态自我修复，提高植被覆盖度减少水土流失。从植被重要值，土壤理化性质，土壤的保土保水量以及经济效益等方面进行对比分析计算，研究结果如下：生态修复后人工补植地和封禁地:①植被恢复迅速，植被覆盖度达到60%以上；②土壤的结构得到改善，封禁地全N含量最高，补植地当人工恢复达到一定年限后含N量也会增加；③土壤的保持水土量增加；④生态修复后，经济效益得到明显提高。     

金沙江流域植被覆盖时空变化特征

金沙江流域是长江上游生态脆弱地区,是长江上游水土保持重点防治工程、天然林保护工程和退耕还林工程等生态建设工程的重点实施区。首次利用遥感数据的归一化差值植被指数，采取线性相关分析方法，借助地理信息系统软件，定量化的分析金沙江流域生态建设工程对流域植被的影响。研究结果表明：1999～2008年，金沙江流域年均NDVI在波动中呈显著增加趋势，变化趋势的空间分布存在明显的区域差异，增加速率最快的是农田植被，增加趋势最显著的是灌丛植被；季节平均的NDVI空间分布与年内变化具有明显的空间分异性，不同季节NDVI的变化趋势也存在空间分异性，春、夏、秋和冬季金沙江流域NDVI呈增加趋势的像元分别占总像元的1650%、830%、1170%和1403%；春、夏和秋季都是灌丛NDVI的增加占主导地位，冬季则是草地NDVI的增加占主导地位。基于分析，在“长治”工程、天然林保护工程和退耕还林工程等生态建设工程的综合治理和气候变化的双重影响下，金沙江流域环境向有利的方向发展     

岷江上游脆弱生态环境刍论

岷江上游地区位于长江上游四川省西北部。该地区既是长江上游生态屏障的重要组成部分，又是成都平原的水源生命线。但几十年来，该区域植被的大量砍伐和土地的不合理利用，引起了一系列生态失调问题，被列为南方山地典型脆弱生态环境区。在分析岷江上游地区脆弱生态环境现状的基础上，探讨了其形成的自然因素：地质条件的不稳定性、地貌状况和地面组成物质的脆弱性以及气候类型的多样性和人为因素：土地的过度垦殖、土地资源的不合理利用以及草场的过度放牧等，提出了改善该区脆弱生态环境的对策。结果表明，科学利用与发展林草植被，提高林草植被覆盖率、加大坡耕地的坡改梯力度，合理利用土地、重视干旱河谷的治理、聚落的重建与迁建以及农村剩余劳动力的转移等既可改善该区生态环境，又可促进资源的合理利用与开发，最终使该区甚至整个川西地区的经济朝着良性循环的方向发展。     

Restoration of the lower reaches of the Tarim River in China

The middle and lower reaches of the Tarim River are areas of rich biodiversity and natural resources in the inland arid region of China. However, the Tarim River and its associated wetlands have been severely damaged and fragmented during the past several decades. To restore the deteriorated ecosystem and preserve the endangered riverine vegetation along the Tarim River, a project for releasing water from upper dams to the lower reaches of the Tarim River was initiated by China’s government in 2000. Between 2000 and 2005, we monitored the responses of groundwater levels and vegetation to this mitigation along nine transects spaced at mean intervals of 45 km along the river from Daxihaizi Reservoir, the source of water conveyance, to the Lake Taitema, the mouth of the Tarim River. We found that average groundwater levels rose significantly from 8 to 4 m below ground surface. Species diversity did not change during the 5-year period, but the total vegetation coverage and canopy size of some species significantly increased. The endangered tree species, Populus euphratica, started to regenerate. Our results indicated that species diversity might recover very slowly, even if the trial water release program became a permanent river management practice. Management decisions about allocating limited water supplies among competing uses in arid regions will ultimately determine whether degraded river ecosystems, such as the Tarim River, can be restored.     

三峡库区森林植被恢复与可持续经营研究

系统的野外调查数据和历史资料分析结果表明,三峡库区森林植被在空间上发展不均匀,无明显垂直分带,且分布分散,人为干扰严重。目前,在70多个植被类型中,森林类型占25个,江岸两侧海拔800 m以下地区森林已经很少。森林类型中,马尾松、柏木林的分布面积最大,并在许多疏林中成为主要树种,主要是飞播或人工种植。库区大于25°的坡耕地占耕地面积的17.5％。库区薪炭林仅能满足农村用能总需求量的10.78％。不合理的土地利用方式和对森林的不合理砍伐导致脆弱的土壤系统和森林生态系统的严重退化、生产力下降和严重的水土流失。库区土壤年侵蚀量达到2.9亿t。三峡工程建设和移民安置对库区森林生态系统的压力和影响将是长期的。调查结果同时表明,库区植物生物多样性丰富,植物种类在5 032种以上,而且乡土树种多。分析认为,只要抓住三峡工程建设的契机,紧密结合国家天然林保护和退耕还林工程建设,充分利用良好的生物学基础,科学地封山育林,分带逐步恢复,同时,因地制宜,退耕还林,发展森林能源,建设多目标复合和多种模式并存的林业经营体系,发展经济,就能从根本上改善森林经营环境,实现森林恢复,形成合理布局的水库森林防护系统,促进三峡库区生态环境建设和可持续发展。