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Landsat TM的澳门城市热场影响因素分析

利用2004年10月19日Landsat TM数据提取澳门城区城市用地类型信息,反演城市地表温度,在此基础上通过主成分回归方法分析澳门城市热场的影响因素.结果表明,澳门城市热场受到硬化地表指数的影响较大,其次为植被比例.地表温度与硬化地表指数、道路密度呈显著正相关(P＜0.05),与归一化植被指数、植被比例及水体比例呈显著负相关(P＜0.05).     

半干旱煤炭开采沉陷区植被扰动响应的时间特征

利用2005—2012年MODIS影像和TM影像的月均归一化差分植被指数(NDVI)时间序列数据以及神东矿区大柳塔地区气象数据,采用基于Loess算法的时间序列季节和趋势成分分解法(STL)、时滞互相关分析和改进后的残差分析等方法,探讨大柳塔地区2005—2012年植被NDVI随降雨和温度变化而变化的时间规律,以及植被NDVI因采矿等人类活动而变化的时间规律。结果表明:大柳塔地区植被NDVI对降雨和温度变化的响应滞后时间为1个月,与最近2个月降雨和的相关性最高;开采对植被NDVI具有负面影响,植被NDVI响应滞后时间短于1个月。     

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。     

1994—2008年河南省植被净第一性生产力及其时空变化

基于地理信息系统和卫星遥感技术,利用地面气象数据、遥感数据和土地分类等数据,根据河南省实际植被覆盖和自然地理情况,应用改进的CASA模型估算了1994—2008年间河南省植被净第一性生产力及其时空变化。结果表明：河南省植被净第一性生产力与年均温度的相关性好于植被年净第一性生产力与年降水量和年均太阳辐射之间的相关性,温度是限制河南省植被净第一性生产力的主要因子;15年来河南省植被净第一性生产力呈增加趋势,但不明显;河南省主要植被类型的净第一性生产力从大到小依次为林地、灌丛、耕地、草地、其它植被,它们随时间的变化趋势极为一致。     

天山植被NPP时空特征及其对气候要素的响应

为探讨近十几年来新疆天山地区植被净初级生产力时空格局及其对气候要素的响应机制,基于资源平衡的观点和光能利用率的概念,利用改进的光能利用率模型估算2001—2013年天山植被NPP,利用RS和GIS技术逐像元分析天山植被NPP时空分布特征及其与气候要素的相关关系,进而了解天山地区植被NPP对气候变化的响应机制,为天山地区生态环境保护和管理提供科学依据。具体方法包括:(1)将2001—2003年新疆地区MODIS-NDVI月产品数据、天山26个气象台站插值数据和2005年土地利用-覆盖数据进行预处理后作为参数输入到CASA模型中,估算出13 a天山地区植被NPP;(2)通过与其他研究NPP模拟结果进行对比,验证该文所采用的模型的模拟精度。研究结果表明,天山地区植被NPP总体呈西高东低,由北向南递减的空间分布特征;13 a平均植被NPP(以C计,下同)和NPP总量分别为156.63 g·m-2·a~(-1)、93.2 Tg·a~(-1)(1Tg=1012 g);2001—2013年天山植被NPP总体呈缓慢增长趋势,NPP快速增长区零星分布在天山北坡的林地和耕地区,增长速率为25~55 g·m~(-2)·a~(-1),草地NPP总量波动较为明显,林地和耕地NPP总量呈缓慢上升趋势,而荒漠NPP总量波动趋于平缓;植被NPP与年降雨量、年均温的平均相关系数分别为0.383和-0.189,天山地区植被NPP与年降雨量的相关性更强,降雨量是影响天山植被NPP的重要因子;不同类型植被NPP对气候要素的响应情况存在明显差异:天山林地、草地和荒漠植被NPP主要受降雨量影响,而耕地植被NPP同时受到降雨量和气温的限制。     

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。     

蔚县矿区植被净初级生产力时空变化特征及影响因素

以国产高分辨率影像数据作为数据源,结合气象站点观测数据,利用光能利用率模型对蔚县煤矿区2013—2015年各季节的植被净初级生产力(net primary productivity,NPP)进行估算。分析该区域NPP的季节性变化以及各年7月的土地利用变化情况,对NPP与各气象因子进行相关性分析,探究研究区域不同植被类型NPP季节性变化的影响因素。结果表明,在中部和南部人文居住环境区,降水量为NPP的主导影响因素;而在北部无人为干扰的山区,太阳辐射和温度为其主导因素。     

三江源地区基于植被生长季的NDVI对气候因子响应的差异性研究

采用1999—2008年NDVI和三江源地区及周边31个气象站点的温度和降水旬数据,在确定每年5月中旬至9月底作为三江源地区植被生长季（14旬）的基础上,分析NDVI对气候因子变化响应的区域差异。结果显示：以巴颜喀拉山为界,三江源西部生长季内NDVI指数对温度、降水的线性相关性明显比中东部普遍,同时,不同海拔地段响应程度存在着明显的差异,且海拔5300m左右为线性响应的最高限,NDVI对气候因子的线性响应主要表现为对温度正相关和降水负相关。因此,对三江源生长季内植被生长而言,水条件明显好于温度条件,并且温度对植被覆盖的影响通过直接正相关和降水负相关表现出来,温度是三江源地区植被生长的主导因子。     

基于地理探测器的喀斯特植被NPP定量归因

植被净第一性生产力(NPP)作为生态系统功能的重要指标,既可以反映植被的生长状况,又是生物圈内碳循环的重要分量。喀斯特地区植被NPP的研究是植被建设和生态系统恢复的重要基础,其影响因素的定量识别对喀斯特地区的生态恢复与区域可持续发展具有重要意义。在高精度NDVI数据反演的基础上,运用CASA模型模拟贵州省典型峰丛洼地区三岔河流域2015年区域尺度的植被NPP,分析喀斯特地区植被NPP的空间变化特征,综合海拔、坡度、降水、温度、植被覆盖度和土地利用类型等影响因子,应用地理探测器方法在不同地貌形态类型区内进行喀斯特植被NPP空间异质性的定量归因研究。结果表明:植被覆盖度与温度是植被NPP的显著控制因子,其交互作用对NPP的解释力为77.8%;地貌形态类型对植被NPP的空间分布具有宏观控制作用,土地利用类型在相对平缓的平原、台地地区对NPP的解释力是山地丘陵等地势起伏较大地区解释力的近两倍;海拔因子在小起伏中山和中起伏中山等山地地区对NPP的解释力强于较平缓地区;各个地貌形态类型区内因子的层间差异均随地貌特征的变化而显现出不同程度的差异性。双因子的交互作用均能增强对植被NPP空间分布的解释力,且在各个地貌形态类型区中,解释力排在前三位的主导交互作用方式均为植被覆盖度因子与另一影响因子的叠加。因此,在喀斯特地区未来的发展过程中,应考虑多种环境因子之间的交互作用,从多视角、多维度探究环境因子对植被NPP的影响,为喀斯特石漠化的治理工作提供参考依据。     

近代黄河三角洲植被覆盖度时空变化分析

为了深化研究近代黄河三角洲植被演化规律与机理,指导该地区合理开发和保护植被资源,选用Landsat等卫星遥感数据结合野外调查数据,利用像元二分模型估算并分析了该地区1986—2015年长时间序列植被覆盖度时空变化过程及影响因素(水分条件、盐分条件、人类活动)。结果表明,该地区近30年植被覆盖度时空变化明显,(1)空间变化上,植被覆盖度呈现由西南向东北递减,由河流两岸向沿海递减的趋势,并且随着时间变化,这两种趋势越来越明显。随着人类活动加强,植被覆盖破碎化显著。(2)时间变化上,1986—2015年该地区植被覆盖度总体呈上升趋势,由1986年的36.77%上升为2015年的37.83%。中高、高植被覆盖面积增幅最大,达到314.96 km~2。低植被覆盖度区逐渐转为高植被覆盖度区,特别是2001—2015年,随着研究区生态环境逐渐变化,转化速度逐渐加快。(3)环境因子与植被覆盖度具有一定的相关性,采用基于像元的空间分析法分析不同时滞月降水量与近代黄河三角洲植被覆盖度相关性,发现月降水量与植被覆盖度有较大关系。通过遥感指数构建土壤反演模型,得到盐分空间分布,并进行相关性分析,发现土壤盐分与植被覆盖度相关性系数为-0.331(P0.02),近代黄河三角洲盐碱化对植被生长有一定阻碍作用。人类活动对植被覆盖度的影响主要以农业为主,通过对植被覆盖度与耕地进行相关性分析,得相关性系数为0.452(P0.02),近代黄河三角洲耕地的开发,在一定程度上促进了该地区植被覆盖度的恢复。     

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。     

秦巴山区增强植被指数长时间序列变化及其自然影响因素分析

秦巴山区是横跨我国南北地区的重要地理过渡带,为全面了解秦巴山区近20年的生态变迁及影响因素,基于MODIS-EVI数据,结合气温、降水和DEM数据,利用最大值合成法、趋势分析法和偏相关分析,以海拔为基础,分析了秦巴山区2000—2020年不同海拔高度上不同类型植被增强指数(EVI)的时空变化及其与气温、降水的相关性。研究结果表明：(1)2000—2020年秦巴山区植被年均EVI呈现波动上升趋势,有80.67%和13.29%的区域EVI呈现明显改善和轻微改善趋势,在海拔1 600～1 800 m处EVI变化处于相对稳定状态,较适宜植被生长。(2)栽培植被和阔叶林为秦巴山区主要植被类型,各植被类型EVI值由大到小依次为阔叶林、灌丛、针叶林、草地、栽培植被和其他,在1 000～2 000 m海拔区间植被面积占大多数,1 600～1 800 m为适宜植被自然生长的区间。(3)2000—2020年秦巴山区向暖湿方向发展,EVI与气温相关性在区域分布上较均匀,降水对植被EVI的影响强度要高于气温对其的影响强度;随着海拔高度的上升,植被EVI与气温的相关性总体上高于其与降水的相关性。     

基于多源遥感指数监测山区植被动态及其驱动因子的不确定性分析——以尼泊尔地区为例

准确获取山区植被动态数据对山区生态系统研究及其保护有着重要意义。卫星遥感数据作为获取大尺度山区植被动态的重要数据源,已被制作成各种植被监测产品并被应用于植被绿度、覆盖度以及生产力等研究。然而,不同遥感指数监测山区植被动态及其驱动因子的一致性尚不确定。以尼泊尔地区为例,基于5种遥感指数(MODIS NDVI、MODIS EVI、MODIS LAI、MODIS NPP和OCO-2 GOSIF)和5种气候因子(温度、降水、气压、太阳净辐射和CO₂浓度)数据,采用趋势分析和两种残差分析法(多元回归法和一阶偏导法),系统分析了不同遥感指数监测尼泊尔地区植被动态及其驱动因子的不确定性。结果表明：1)2000—2020年尼泊尔地区5种遥感指数均呈现增加趋势,但不同遥感指数空间分布存在差异,MODIS NPP在中山带增加趋势更明显,其他遥感指数在低海拔地区增加态势更明显。2)不同残差分析方法所估算的气候变化对植被变化贡献率差异极大,多元回归法可能严重低估了气候变化的贡献,而一阶偏导法可能高估气候变化的影响。3)基于不同遥感指数的归因结果差异大,气候变化对OCO-2 GOSIF的贡...     

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。     

长株潭城市群土地利用/覆被变化对碳效应的影响

基于1990、1995、2000、2005、2010年长株潭城市群土地利用数据及植被类型图、土壤类型图,借助Arc GIS10.0软件,从土地利用类型的结构、转变方向、转变带来的碳排放强度及碳汇空间分布的区域差异性等方面,分析20 a间研究区土地利用/覆被变化引起的碳效应。结果表明:(1)1990—2010年间,长株潭城市群土地利用类型变化的显著特征为耕地与林地间的相互转变以及耕地、林地向建设用地的转变;(2)长株潭城市群碳效应变化呈倒"U"形趋势,整体碳汇能力减弱,碳效应空间分异明显。与其他区县相比,长沙、株洲、湘潭3市市区及望城县、长沙县这5个区县的土地利用转变碳效应及碳汇能力变化更明显,差异性大,这与区域人口密度及经济发展的不均衡直接相关;(3)可考虑通过限制林地及草地转出、优化土地利用结构及经济布局、防止生境破碎化及生态系统退化等措施来控制土地利用碳排放。     

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。     

中国南部样带植被NPP与气候的关系

以全球变暖为背景,以中国南部区域18.00°～7.50°N,108.50°～112.50°E样带为研究对象,以纬度为梯度,应用CRU(Climate Research Unit)全球观测数据集和CO2体积分数倍增后的2050年模拟气候状况作为平衡态陆地生物圈模型BIOME4的气候驱动,对中国南部样带历史100 a和未来50 a间的潜在植被净初级生产力(net primary production,NPP)和叶面积指数(leaf area index,LAI)变化进行模拟和统计分析.结果显示样带内影响NPP的主要因素为年最低温度和年均降雨量,影响LAI的主要因素为年均温度和年均降雨量.植被类型变化与气候变化所造成的NPP、LAI变化略有不同.样带较高纬度地区,植被类型变化与气候变化造成的NPP均值差异较小而LAI则差异较大.未来气候状况下NPP、LAI都有大幅度的增加,但不同纬度增幅不同.     

西北地区昼夜增温的不对称性对植被动态的影响

全球变暖有很大的差异性,表现在昼夜增温速度和各个季节的温度增加的速率具有不一致性,夜间增温的速度要快于白天增温的速度,夜间气温的增温对植被变化的影响更为明显。文章利用34年逐月最高温、最低温以及降水量数据,用一元线性回归分析法、反距离权重插值以及二阶偏相关分析法,分析了西北地区白天和夜间气温的非对称时空变化和非对称增温趋势对植被动态的影响,结果表明:西北地区昼夜温度都呈现出上升的趋势,且上升趋势比较明显,白天增温的速度和夜间增温的速度呈现出不对称性,夜间温度升高的速率是白天温度升高速率的1.2倍,昼夜的温差呈现出减小的趋势;西北地区昼夜增温趋势存在不一致性,白天气温的增温速率在-0.02-0.11℃?a-1,夜间气温的增温速率在-0.06-0.2℃?a-1。tmax和tmin在绝大部分地区都呈现上升趋势,但在空间变化的区域上具有不对称性;西北地区植被生长对昼夜增温的响应具有明显的空间差异性,大部分地区的植被对昼夜增温表现为积极的响应,夜间增温对植被的影响要比白天增温对植被的影响是比较明显的;白天和夜间增温的不对称性影响着不同类型的植被,白天气温的升高有利于针叶林植被、草地和阔叶林植被的生长,而夜间气温的升高对灌丛和荒漠植被的生长有积极的影响。     

基于GIMMS与SPOT vegetation的中亚物候变化趋势及对比

植被物候是反映生态系统受全球气候变化影响的重要证据。作为生态与水资源系统最为脆弱的地区之一,中亚干旱区植被物候对气候变化的响应情况是当前的全球环境变化研究热点。文章以GIMMS和SPOT vegetation数据为基础,在TIMESAT物候信息提取软件的支持下,以动态阈值法提取了1982─2006年和1999─2012年中亚地区植被物候空间信息。结合Mann-Kendall趋势分析方法,对中亚地区2个时期的植被开始期,停止期和生长季长度的3种典型物候参数的历史变化情况和空间分布进行识别;同时,通过二维散点图和最小二乘一维线性回归的统计分析方法,开展了对1999─2006年8年重叠期期间GIMMS和SPOT vegetation所提取的3种物候数据对比分析。结果表明:1中亚研究区在1982─2006年和1999─2012年2个分段时期没有发生显著的整体性植被物候变化,其未发生显著性变化面积分别占研究区总面积的90%和95%;2农作物种植区域是中亚地区植被物候发生显著变化的主要区域;3对GIMMS与SPOT vegetation数据提取3种物候参数进行空间相关性分析结果表明,GIMMS和SPOT vegetation在提取的物候数据存在差异,开始期,停止期和生长季长度的相关性分别为[0.36,0.56],[0.32,0.49]和[0.28,0.45],且植被覆盖度高的区域要比覆盖度低的区域差异小,这也说明了不同遥感数据源在中亚干旱区植被物候信息提取一致性较差,其原因可能尺度差异和土壤背景值的严重影响。