西南地区陆地植被生态系统NPP时空演变及驱动力分析

研究西南地区陆地植被生态系统净初级生产力(NPP)的时空演变特征及其驱动力,对区域生态环境保护具有重要的现实意义.利用2000～2021年MODIS NPP、1999～2021年基于站点的气象数据和2000～2020年土地利用类型等数据,结合主成分分析、残差分析、Theil-Sen Median趋势分析和偏相关分析等方法,研究西南地区陆地植被生态系统NPP时空演变及其对驱动力的响应特征.结果表明,时间上,2000～2021年西南地区植被NPP呈波动上升趋势,速率为3.54g·(m²·a)^-1.气候变化和人类活动影响下,农田、草地和森林生态系统NPP均呈上升趋势,但农田生态系统NPP的上升趋势最为显著.空间上,西南地区植被NPP呈上升趋势的面积占比为89.06%,显著上升和极显著上升的区域主要分布在广西南部、四川东部、重庆西部,以及云南和贵州交界处.气候变化和人类活动对西南地区植被生长具有双重影响,气候变化和人类活动影响下农田生态系统NPP呈上升趋势的面积占比均高于草地和森林生态系统.西南地区植被NPP与各气象因子的相关性呈明显地域差异.区域尺...     

遥感数据结合Biome-BGC模型估算黄淮海地区生态系统生产力

植被净生态系统生产力(NEP)和净第一性生产力(NPP)作为表征植被活动的关键变量,在全球变化研究及区域生态环境评价中起着很重要的作用。Biome-BGC是一个模拟生态系统植被和土壤中的能量、水、碳、氮的流动和存储的生物地球化学循环模型。论文利用2004年时间序列MODIS LAI遥感产品和气象数据,对黄淮海地区的NEP和NPP进行了模拟估算,由于Biome-BGC模型没有农作物生理生态参数,农作物模拟通过修改草地生理生态参数,并在增加施肥、灌溉和收割代码基础上实现。结果表明,2004年黄淮海地区NEP、NPP呈现南部大于北部的空间分布特征;不同植被类型平均NEP和NPP大小顺序分别为:混交林>落叶阔叶林>常绿针叶林>农作物>灌木>草地、混交林>农作物>落叶阔叶林>常绿针叶林>灌木>草地;与观测数据、MODIS NPP产品和统计数据进行对比,表明Biome-BGC模型可较好用于区域植被生产力的模拟,农作物模拟结果与统计数据的决定系数达到0.612 3,且模拟得到的黄淮海地区农作物NPP比MODIS NPP产品更接近统计值。     

基于多源RS数据的多尺度青藏高原冻土监测

青藏高原作为世界上中低纬度海拔最高、面积最大的多年冻土区域,其冻土环境变化会对中国东部乃至东亚气候的形成、变化和发展造成重大影响。RS技术对于冻土环境动态监测具有特别优势。针对青藏高原冻土的特点,提出一种基于多源RS监测数据的融合技术反演地表温度,实现不同空间尺度条件下冻土分类的自动提取方法。该技术方法先利用MODIS全年温度产品数据集,结合地表覆盖类型数据,使用TTOP模型反演得到1 km空间分辨率的冻土分布;然后对Landsat数据源采取PSC反演算法获得30 m空间分辨率的地表温度数据;最后利用多项式拟合技术,将Landsat反演地表温度与MODIS温度数据相互融合,以提高Landsat反演地表温度的准确度,并据此数据利用TTOP模型提取30 m空间分辨率的冻土分布,实现了小尺度精细化的冻土分类与制图。结果验证分析表明:本文的技术方法具有较好的可信度。     

基于GIS和RS的市域尺度下的植被NPP研究

在GIS和RS支持下,利用土地利用类型数据、地面气象数据和遥感影像数据,以青岛市为例,研究了市域尺度下的植被NPP空间分布特征.结果表明:青岛市NPP值为0~288 g·m-2·a-2,林地NPP值较高,耕地次之,建成区等区域最小.在小尺度区域内,NPP分布受土地利用类型影响较大,受气象因素影响较小.NPP模块在数据获取上比较容易,仅利用土地利用类型数据、地面气象数据和遥感数据就可以对陆地植被NPP进行计算,实际应用可操作性强.30 m分辨率植被NPP计算值更适宜于在市级小尺度区域内应用.     

西南地区不同类型植被NPP时空演变及影响因素探究

研究植被净初级生产力(NPP)时空变化规律并探明其驱动影响因素,对于深入了解植被时空变化,指导因地制宜的生态恢复与管理工程具有重要的现实意义.以MODIS NPP数据为基础,结合基于站点的气象数据、土地利用数据和植被类型数据,通过Theil-Sen Median斜率估计和Mann-Kendall显著性检验探究西南地区不同类型植被NPP时空演变特征,并结合稳定性分析和地理探测器揭示不同类型植被NPP空间分异的影响因素及影响因素间的交互作用.结果表明：(1)时间上,2000～2021年西南地区植被NPP、 NPP_Pre(仅气候变化影响下植被NPP)和NPP_Res(仅人类活动影响下植被NPP)均呈波动上升趋势.在不同类型植被中,除乔木类植被NPP_Res以-0.183 g·(m²·a)^-1的速率呈微弱下降趋势外,其余类型植被NPP、 NPP_Pre和NPP_Res均呈上升趋势,其中,经济类植被NPP、 NPP_Pre和NPP<...     

基于空间尺度效应的西南地区植被NPP影响因子探测

植被净初级生产力(NPP)是评价陆地生态系统质量的重要参数,研究植被NPP时空演变特征及其驱动力对区域生态环境保护和可持续发展具有重大意义.基于MODIS NPP数据、气象数据、 DEM数据、人口密度数据、 GDP数据和土地利用类型数据,采用一元线性回归分析、 R/S分析和地理探测器模型,分析西南地区及其六大地貌单元植被NPP时空演变特征及未来变化趋势,探究植被NPP空间分异的影响因子.结果表明,2000～2020年西南地区植被NPP整体呈极显著上升趋势.地貌单元中,除青藏高原南部外,其余地貌单元植被NPP均表现为改善态势,其中四川盆地和云贵高原表现为极显著改善.西南地区的植被NPP变化斜率整体呈现“东高西低”的分布格局.西南地区及各地貌单元植被NPP呈上升趋势的区域面积均大于呈下降趋势的区域面积,但未来植被NPP变化趋势均以下降为主.地理探测器结果表明,除云贵高原植被NPP空间分异主要受气温影响外,海拔是西南地区及各地貌单元植被NPP空间分异的主导因子.交互探测结果表明,影响因子之间的交互作用均表现为双因子增强或非线性增强,其中,海拔∩温度对西南地区植被NPP空间分异的解释力最大.地...     

俄罗斯布里亚特共和国植被NPP对气候变化的时空响应

以遥感和气象数据为主要数据源,运用改进后的CASA模型,估算了俄罗斯布里亚特共和国2000-2008年的植被NPP,并验证了模型的精度,分析了该地区植被NPP的时空变化规律及其与气候因子的相互关系。研究结果表明:时间上,植被NPP年际上呈现为在波动中上升,月份上表现为先升后降的趋势;空间上,植被NPP随经度的增加而增大,随纬度的增加而减小,由西南到东北逐渐递增的趋势;不同植被类型的NPP也不同,从大到小依此为:草地与沼泽林>森林>森林与草原>稀树草原>高山植被。其变化主要受气温和降水量变化的作用。改进后的CASA模型运用于布里亚特共和国植被NPP估算的精度较高。该研究对中国北方植被NPP估算和生态跨境研究具有借鉴意义。     

厦门市绿色植被降温服务功能核算及其时空动态特征

为了准确核算厦门市绿色植被降温服务功能,收集厦门市2010年和2015年18个气象站点数据,采用30 m空间分辨率Landsat卫星数据和250 m空间分辨率、16 d合成的MODIS植被指数产品,在已有基于能量平衡估算模型的基础上,通过考虑植被覆盖及降温服务时长,构建了绿色植被降温服务功能核算的改进模型,并对厦门市2010—2015年绿色植被降温服务功能时空动态特征进行分析.结果表明:①改进模型能够较为准确且合理地描述绿色植被降温服务功能的时空变化特征.②厦门市北部山区由于高植被覆盖度降温服务功能高于南部城市建成区,而城市建成区中的城市绿地也具有明显的降温作用.③2010—2015年各区降温服务功能实物量整体呈增加趋势.其中,同安区降温服务功能实物量变化量最多,为166.12×106 kW·h;湖里区变化量最少,为9.72×106 kW·h;其余各区变化量都在40×106~75×106 kW·h范围内.④森林在降温服务中贡献最大,达60%以上.相比2010年,2015年降温服务功能实物量除了灌木林地变化率为-4.29%外,其余绿色植被类型均呈增长趋势,如森林和农田的增长率为11.97%、14.23%,草地和城市绿地的增长率为87.45%、92.11%.研究显示,厦门市2010—2015年的绿色植被降温服务功能总体呈明显增强趋势,其中城市绿地的降温服务功能增强尤为明显.      

成都平原及其周边区域植被覆盖动态监测

利用Landsat TM/OLI遥感数据、DEM和地貌数据,基于像元二分模型、遥感与GIS技术对2007~2013年成都平原及周边区域的植被覆盖动态变化进行了估算,并结合高程、坡度、坡向和地貌数据,定量分析了汶川地震前、后植被受损与恢复的空间动态格局变化。研究表明:(1)植被覆盖总体良好,近一半区域的植被覆盖度均在中、高度以上,空间格局上呈现由西部的龙门山区向中部的平原区域降低的总体趋势;(2)地震造成植被受损面积约6.91×105 hm~2,集中分布于海拔324~800 m、坡度20°、东坡、南坡和西坡及山地地貌部位;(3)震后5 a,植被恢复面积约4.88×105 hm~2,主要分布海拔324~1 000 m、坡度30°、平缓坡、南坡、东坡和西坡、丘陵和大起伏山地以下区域;(4)高程、坡度和地貌对植被损毁与恢复的影响明显高于坡向。     

利用CASA模型估算黑河流域净第一性生产力

陆地生态系统是维系生物圈乃至人类存在与发展的生命支持系统。该系统净第一性生产力估算研究有助于寻找陆地植被从大气中固定碳的数量及影响其时空分布的驱动因子。基于CASA(Carnegie Ames Stanford Approach)模型,结合多光谱遥感数据和气候数据,模拟干旱半干旱典型区黑河流域1998~2002年净第一性生产力的时空分布,并分析和探讨了上、中、下游NPP的驱动因子。研究结果证明CASA模型适用于内陆河流域范围内NPP研究;通过分析黑河流域上、中、下游的NPP变化与气温、降水、太阳辐射和NDVI的相关关系,发现上游山区NPP与热量相关性显著,中游地区由于人工绿洲对水资源的截留用于作物灌溉,NPP相对稳定,下游的NPP受热量和水分因素共同复杂控制。     

资源三号卫星多光谱数据自动反演香港地区气溶胶光学厚度

利用ZY-3卫星数据高分辨率的特点,提出了一种基于图像自身的阴坡植被暗像元气溶胶光学厚度自动反演算法.首先,分区优选阴坡植被暗像元,基于程辐射信息估算红、蓝波段的气溶胶散射相函数、散射比.其次,在Gilabert算法基础上,增加地表漫反射项的考虑,利用简化的辐射传输方程直接解算阴坡植被及浓密植被暗像元气溶胶光学厚度.最后采用克里金插值,将多个暗像元气溶胶光学厚度推算到整景图像的分布,进而进行大气纠正.结果表明,香港地区ZY-3数据AOD反演结果与MODIS气溶胶C051产品趋势一致,ZY-3数据AOD结果在揭示繁华都市区内部的AOD差异,以及识别城市内部污染源方面更具优势.ZY-3数据大气纠正后,图像清晰度、对比度增强,统计结果显示水体及浓密植被的光谱特征与先验知识相符.     

武陵山区植被净初级生产力遥感模拟与分析

论文利用碳水耦合的BEPS遥感过程模型对2010年武陵山区植被NPP进行模拟估算,并利用森林样点实测数据、各县粮食产量统计资料、MODIS NPP产品和已发表文献中各植被类型的NPP模拟值与实测值进行验证。在分析了NPP空间分布格局及其年内变化趋势的基础上,文中还重点分析了NPP与高程、坡度和坡向等主要地形因子间的关系。结果表明：① 2010年武陵山区植被NPP平均值为555.17 g C/(m²·a),年总NPP为92.96 Tg C,与MODIS NPP产品相比,论文模拟的NPP高低值分布更加合理,而且包含了更多地形信息;② 月NPP随季节而变化,2010年研究区所有植被类型的NPP季节变化均呈双峰形态,其中灌丛和常绿阔叶林的季节变化幅度最大,农作物的变化幅度最小;③ NPP随高程增加有着明显的先增后减的变化趋势,NPP随坡度增加则呈现出先增后减然后再上升的规律,而在所有坡向中,南坡的平均NPP最高,北坡的NPP最低。     

基于Sentinel-1A极化SAR数据与面向对象方法的山区地表覆被分类

地表覆被分类对国土资源调查评估及全球变化具有基础性和关键性意义,但山区由于地形和云雾等的影响,可利用光学遥感影像和其他资源十分稀缺。因此,论文以渝东南山区为研究区,基于Sentinel-1A极化合成孔径雷达（SAR）数据,通过系列预处理,得到后向散射系数值,同时对各类地物的VV/VH极化后向散射系数、纹理、高程和坡度等特征值统计分析,综合这些特征值运用面向对象分类方法对单时相与多时相SAR数据进行地表覆被分类,最后将这两种分类方法与Landsat 8 OLI数据分类作对比。研究表明：1）在同时运用面向对象分类方法的前提下,单时相SAR数据分类和Landsat 8 OLI数据分类精度相当,多时相SAR数据面向对象分类精度最高,总精度为85.65%,Kappa系数为0.829 9;2）与光学数据相比,SAR数据对阔叶林、人工建筑提取有优势,精度提高了10%以上,多时相特征有利于耕地和针阔混交林提取,分类精度比单时相提高了9%左右;3）研究区土地覆被类型以林地为主,占总面积的42.68%,耕地、草灌次之,人工建筑、草地与河流占地面积较少。     

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.     

基于MODIS的长江源植被NPP时空变化特征及其水文效应

植被净初级生产力是反映植被生态系统对气候变化响应的重要指标。基于2000—2010年MODIS NPP数据,结合同期年径流、气温、降水数据,运用趋势分析法、相关分析法以及径流过程指标法等方法,研究了长江源区2000—2010年植被aNPP的时空变化特征及其水文效应。研究结果表明：1） 近11 a来,长江源区植被aNPP呈增加的趋势,增加趋势不显著,线性增长率为48.22 gC/m²;在水热条件的影响下,植被aNPP增长呈现出空间异质性,增加幅度由东南向西北逐渐减少。2） 不同植被类型的aNPP增长趋势不同,其中针叶林、灌丛、高寒草甸和高寒草原的aNPP增长率分别为3.03、2.68、1.43和0.85 gC/(m²·a)。3） 植被aNPP与6—9月的气温、5—8月的降水量呈显著相关。4） 径流系数和水源涵养指数的增大进一步验证植被aNPP的增加趋势,并对源区的水资源量产生有利影响。     

渭河流域植被WUE遥感估算及其时空特征

论文基于估算NPP的CASA模型和估算ET的三角形模型对水分限制因子算法进行改进的基础上,构建了由NPP子模型和ET子模型组成的WUE遥感估算模型,以2010年相关MODIS影像和气象参量为数据源,实现了渭河流域WUE的估算,并对WUE的时空特征及其与年内气温、降雨的关系进行了分析。研究表明：1）WUE模拟结果与通量观测数据以及生态系统模型模拟结果均具有一定的可比性,各模型模拟结果存在差异可能与WUE定义、模拟区域、使用数据源以及使用植被覆盖分类底图等存在差异有关;2）渭河流域WUE年内分布呈现微“双峰”型格局,以8月最高,春、夏、秋、冬四季WUE分别为0.57、1.05、0.66、0.12 gC·m^-2·mm^-1,呈现夏季>秋季>春季>冬季的特征;3）渭河流域WUE空间分布呈现子午岭、黄龙山、六盘山以及秦岭北坡等林区高,西安市建成区、子流域上游低植被覆盖区以及局部旱作农业区低的分异特征;4）渭河流域尺度上,WUE随年内气温和降雨的变化均呈现5阶段的变化特征,但变化形式存在差异。     

近20 a陕北地区耕地变化及其对农田生产力的影响

陕北地区耕地开垦和生态保护与建设工程等对耕地资源的空间分布格局产生了重要影响,并进一步影响农田生产力。论文基于中高分辨率卫星遥感数据,经人机交互目视解译和实地验证,生成陕北地区1990、2000和2010年耕地现状以及前后两个10 a耕地动态数据集。利用光能利用率遥感模型,结合中分辨率、长时间序列卫星遥感数据估算陕北地区农田净初级生产力,分析耕地变化对农田生产力的影响。结果表明,陕北地区耕地面积及其生产力在研究期前10 a小幅增长,后10 a明显减少。耕地减少的最主要原因是生态退耕,城市化也是耕地减少的原因之一。总体而言,20 a来,陕北地区耕地资源总面积净减少42.56%;受耕地面积变化的影响,同期农田净初级生产力下降了41.90%。研究对于评估陕北地区耕地安全和粮食安全,指导区域土地利用科学规划,具有重要意义。