青藏高原草地降水利用效率时空动态及对气候变化的响应

本研究利用CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型模拟了2000—2013年青藏高原草地净植被生产力(Net Primary Production，NPP)，结合实测数据、气象数据和土地覆被数据计算了草地降水利用效率（PUE），探究其时空分布特征，以及不同草地类型PUE及其对气候变化的响应。结果表明：青藏高原草地PUE在研究年限内呈现波动增加趋势，增加速率为每年0.0035 g·m^-2·mm^-1，14 a的平均值为0.38 g·m^-2·mm^-1。PUE的空间分布具有明显的异质性，呈现东部高、中西部低的基本格局。PUE分布在0.2～0.4 g·m^-2·mm^-1之间的比例最大，占青藏高原总面积的55.63%，呈减少趋势的区域主要分布在青藏高原的北部和西部，以及东部的边界地区，呈增加趋势的地区集中在研究区的中部和南部。研究年限内PUE的变异系数分布在0.07～0.85之间，变化稳定的区域所占面积最大，为总面积的43.43%，主要分布在唐古拉山脉和横断山脉附近。不同草地类型间PUE均值存在差异，具体表现为：草甸（1.06 g·m^-2·mm^-1）>坡面草地（0.80 g·m^-2·mm^-1）>平原草地（0.30 g·m^-2·mm^-1）>高山与亚高山草甸（0.29 g·m^-2·mm^-1）>荒漠草地（0.23 g·m^-2·mm^-1）>高山与亚高山草地（0.094 g·m^-2·mm^-1）。总体上，青藏高原草地PUE与降水成负相关关系，而与气温呈正相关，PUE的变化对降水响应更加敏感。     

基于时间序列遥感数据的陕西省2004—2014年干旱变化特征分析

利用MODIS归一化植被指数（NDVI）产品MODLT1M和MODIS地表温度产品MODND1M,计算2004—2014年陕西省月温度植被干旱指数（TVDI）,基于TVDI采用一元线性回归、Theil-Sen Median趋势分析、Mann-Kendall检验等方法来研究陕西省11 a来干旱的空间分布特征、时间变化特征及干旱演变趋势,并结合气象数据进一步探究引起干旱变化的气象因素。研究表明： 11 a中陕西省干旱发生频率呈现北高南低的特点,陕北、关中、陕南三大区域干旱发生的频率分别为68.2%、53.8%、22.7%,且均以轻度干旱为主; 陕西省旱情主要出现在春季,11 a春季的平均TVDI值在0.6～0.7之间波动; 陕西省11 a中干旱情况整体呈减弱趋势,TVDI值减小、不变、增大的区域分别占55.38%、42.89%、6.20%; TVDI与湿润指数对干旱的表征具有一致性,且年均TVDI值与年降水量呈显著负相关关系（P=0.019）,降水是引起TVDI下降的一个重要气象因子。     

基于TVDI的攀西地区干旱时空变化特征研究

利用MODIS地表温度数据（LST）和归一化植被指数（NDVI）构建Ts-NDVI特征空间，通过计算温度植被干旱指数（TVDI）详细分析了攀西地区2001—2020年干旱时空变化规律。结果表明：（1）从时间角度来看，20年间攀西地区TVDI年均值介于0.5481~0.5820，以-0.0001·a^-1速率缓慢减小，且在2001年和2009年出现大范围中旱。季节性干旱特点表现为冬干春旱，各季TVDI均值分别为冬季0.5618、春季0.6058、夏季0.5590、秋季0.5365，表明冬、春两季较夏、秋两季更容易形成干旱。TVDI月均最大值出现在5月份，为0.6089；最小值出现在9月份，为0.5204；每年2—6月以中旱为主；7月起旱情减轻，转为轻旱；10月起旱情逐渐加重。（2）从空间角度来看，攀西地区旱情变化趋势南北差异明显，南部干旱发生的频率和范围大于北部地区，呈现出中部、南部及西南部高，北部、西北部及东北部低的空间分布特征。（3）从典型干旱年份来看，攀西地区2001年、2006年和2011年春旱耕地在空间分布上具有一定的相似性。其中，受中旱的耕地主要分布在攀西北部和中部；而受重旱的耕地主要集中分布在攀西西南部。研究结果表明，2001—2020年攀西地区旱情稍有缓解，不同季节间干旱差异性较大，干旱范围以攀西中部和南部为主。     

干旱区典型绿洲地表温度昼夜变化特征研究——以于田绿洲为例

文中利用2012年长时间序列MODIS地表温度产品,以于田绿洲为例进行干旱区地表昼夜温差时间和空间变化特征的研究。结合MODIS土地利用数据,进一步分析了不同土地利用类型下地表昼夜温差的长时序变化特征。结果显示:研究区绿洲地表昼夜温差在0-40℃之间,其年均值小于25℃,而对于地表昼夜温差范围在0-60℃荒漠区其年均值大于25℃;并且绿洲-荒漠交错带呈现出明显的锯齿状效应。不同土地利用类型的地表昼夜温差值的大小依次是未利用土地、林地、草地、耕地及建设用地。尽管土地利用类型对地表昼夜温差有较大影响,但是其时间序列变化特征并未受到土地利用类型的明显影响;不同土地利用类型具有相似的地表昼夜温差时序特征。相比于Terra卫星,Aqua卫星观测数据能够更好的反映地表昼夜温差的变化特征。     

石羊河流域植被净初级生产力时空变化及驱动因素

利用CASA模型（Carnegie-Ames-Stanford Approach）模拟石羊河流域2000—2020年植被净初级生产力（NPP），分析流域NPP的时空变化特征、稳定性和未来变化趋势，并从气候因素、地形因素和人类活动因素3个方面探讨对NPP的变化影响。结果表明：（1）2000—2020年石羊河流域植被NPP多年平均值为291.01 g C·m-2·a-1，呈不显著增加趋势，空间分布呈南高北低的分布格局。（2）2000年以来植被NPP呈增加趋势的区域占总面积的86.4%，其中极显著增加和显著增加的区域分别占6.7%和10.1%。（3）NPP变化在中等波动以上（变异系数Cv≥0.25）的区域所占比例为50.4%。（4）从未来变化趋势看，石羊河流域植被NPP恢复的持续性较弱，呈增加并反持续的地区所占比例达到57.1%。（5）流域的植被NPP变化与气温、降水均成正相关，对气温的响应更为敏感。NPP随海拔高度和坡度增加呈现增大后减小趋势，近年来流域实施的一系列人工造林、退耕还林还草等措施对植被NPP的增加具有明显促进作用。     

青海湖沙柳河流域蒸散发时空变化特征

蒸散发(Evapotranspiration,ET)是植被和地面整体向大气输送的水汽总通量，其作为能量平衡及水循环的重要组成部分，不仅影响植物的生长发育，还可通过影响大气环流从而调节气候。本研究基于MODIS影像数据，结合数字高程模型(DEM)数据和气象数据，采用ArcGIS空间分析和数理统计方法对2000—2019年青海湖沙柳河流域近20 a的蒸散发时空特征进行了研究，并探究了流域蒸散发和气象因子的相关关系及其地形和海拔效应。结果表明：(1)青海湖沙柳河流域年均蒸散量在379.7～575.4 mm，平均蒸散量为501.9 mm，年均蒸散量呈显著的增加趋势(P<0.01)，线性斜率为5.98 mm·a^-1。(2)青海湖沙柳河流域多年平均蒸散量空间差异显著，其值表现为“中间高，两端低”的分布格局，即河源地区和下游河口三角洲地区低于中游地区。从不同植被类型带的多年平均蒸散量来看，高山草甸带>高山寒漠带>高山草原带。蒸散量较显著增加的区域主要分布在流域下游河口三角洲地区，占流域面积的9.7%，较轻微增加的区域占据流域主体，占流域81.2%。(3)年均蒸...     

基于MTVDI与DDI二元回归模型对毛乌素沙地腹部土壤表层水分的研究

采用温度植被干旱指数法(MTVDI)与荒漠化指数法(DDI)，利用2016年4月、9月的Landsat数据对毛乌素沙地腹部的土壤水分进行反演，并与实测的土壤水分进行对比检验，将所反演的土壤含水量图划分为4个等级，基于此分析了2个时期毛乌素沙地腹部的旱情土壤水分分布变化。结果显示：(1)4月份MTVDI指数与0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm土层土壤含水量的R²值分别为0.656、0.646、0.637，整体高于9月份R²值0.457、0.436、0.431，MTVDI能够较好地反映毛乌素沙地腹部土壤表层水分，且精度较高；(2)荒漠化指数DDI与MTVDI结合建立二元线性回归模型监测区域土层0~10 cm深度含水量，平均相对误差为10.95 %；(3)4月份，研究区0~10 cm表层土壤含水量5%~10%区域占总面积的53.72%以上，达到了6 256 km²，含水量偏低，需要加强当地水资源管理。     

退耕还林工程以来黄土高原植被覆盖与地表湿润状况时空演变

基于2000—2014年的MODIS数据和Landsat数据,利用温度植被干旱指数反映地表湿润状况,分析了退耕还林工程以来黄土高原地表湿润状况与植被覆盖的时空变化特征及其相互关系。(1)2001—2014年黄土高原归一化植被指数增速为6.3%·(10a)~(-1),温度植被干旱指数降速为-4.5%·(10a)~(-1),植被覆盖与地表湿润状况均呈增加趋势,分布呈"东南高、西北低"的特征,大体上可以看出两者具有正的空间相关性。(2)从TVDI和NDVI的变化趋势来看,黄土高原植被覆盖与地表湿润状况整体上呈现出增加趋势。空间分布上反映出,植被覆盖变化基本上与地表湿润状况变化分布一致,但是仍然存在区域性差异。(3)从相关系数来看,黄土高原植被覆盖与地表湿润状况呈现出正相关。从变化趋势对应关系来看,14 a间黄土高原东北—西南一线山地地区植被覆盖与地表湿润状况变化有利于生态环境改善。人类活动强烈的平原地带极不利于生态环境改善。值得注意的是,退耕还林重点区是未来生态环境变化监测和管理的重点区域,以免引起再次退化。     

策勒绿洲地下水和地表覆被时空变化的研究

策勒绿洲是新疆典型的荒漠绿洲区，地下水是维持该绿洲及过渡带植被生长的关键因素，以绿洲灌区为主体，以2008—2015年地下水时空变化为主线，采用遥感、GS+地统计学、优化K-means聚类和空间信息叠加等方法分析绿洲地下水和地表覆被的变化特征。结果表明：（1）绿洲地下水埋深变幅最大是11号井，为9.66 m；变幅最小是25号井，为0.1 m；地下水埋深存在明显的空间自相关，相关距离为11.852 km；绿洲东北部地下水埋深明显下降，下降区域面积为184.85 km²，占绿洲面积的72%；（2）对绿洲地下水埋深进行优化K-means聚类分区，结果分为4个子区，其中第一、第二聚类中心的地下水埋深均呈现下降趋势；（3）2000—2015年绿洲土地覆盖类型发生较大转变，林地面积显著性减少了26.02 km²，草地面积增加了11.15 km²，农田向东北部明显扩增；（4）绿洲不同地表覆被类型的地下水埋深从深到浅依次为：农田>林地>草地。     

塔里木河中游典型绿洲土地利用/覆被及水资源动态变化研究

运用3S技术,并采用最大似然法分别对1989年和2010年渭干河-库车河绿洲两期Landsat-TM影像数据进行分类统计,获得了该区域22年来土地利用/土地覆被变化矢量图和定量统计数据,并利用不同时期该流域地表径流和地下水资源开发利用程度、农业种植结构、城市用水、天然植被用水,分析该区域土地类型变化和水资源的关系。研究结果表明：该地区耕地面积逐年增加,22年来增加耕地面积141 573.4 hm²,平均每年增加6741.59 hm²;天然植被草地面积急剧减少,平均每年减少7 682.38 hm²,城市用水由0.41亿m³增加至4.26亿m³,加之机电井数量骤增导致地下水位下降了2.34 m;导致地下水位下降,水质矿化度增高,天然植被大量减少,流域下游生态问题极其脆弱。     

基于GIMMS NDVI的中亚干旱区植被覆盖时空变化

选用1982—2013年GIMMS NDVI数据,运用变异系数法、Theil-Sen median趋势分析耦合Mann-Kendall检验以及Hurst指数法,研究了中亚干旱区植被覆盖的空间格局、不同维度的空间变异性、时间变化特征和未来趋势预测。同时,结合CRU降水、气温资料和MODIS土地覆盖数据,对植被覆盖时空格局及其变化的驱动因素进行分析。结果表明:1 1982—2013年中亚干旱区植被覆盖有较强的空间异质性,有植被覆盖的区域占总面积的85.32%,无植被覆盖的区域占14.68%。受降水量控制,植被覆盖呈山区高平原低、西部高东部低、北部高南部低的特点;受河流和人工灌溉的影响,绿洲区的植被覆盖高于荒漠区。2近32 a全区植被覆盖的波动变化较明显,各变异程度的面积比例:中等波动变化相对较高的波动变化高波动变化相对较低的波动变化低波动变化。受降水变率和人工种植的影响,植被覆盖的高波动变化主要在荒漠区和诸流域绿洲区;低波动变化主要在植被生长良好的区域。3 32 a间全区NDVI呈增长趋势,NDVI距平的变化率为0.01·(10a)~(-1)。基于像元尺度的分析也表明,全区植被覆盖变化趋势以增加为主,各类变化趋势的面积比例:轻微增加显著增加轻微减小显著减小无法确定。植被改善是区域气候增湿增暖和绿洲土地覆盖变迁所致。4全区NDVI的Hurst指数均值为0.63,Hurst指数大于0.5的范围所占比例为75.17%,即未来全区植被覆盖的变化趋势以持续性增加为主,其中25.23%的区域未来变化趋势无法确定。     

基于TVDI的西辽河流域土壤湿度时空格局及其影响因素

土壤湿度是水文、气象和农业等领域的重要基础信息。文中基于MODIS地表温度和植被指数数据,构建Ts-NDVI特征空间,定量揭示了西辽河流域土壤湿度时空分布格局,并进一步讨论了土壤湿度的主要影响要素。研究表明:1)西辽河流域植被生长季土壤湿度总体以正常(0.4相似文献   

基于MODIS 数据的宁夏地表温度空间分布研究

在分析现有分裂窗算法的基础上,选择了一种适合于MODIS数据的简化分裂窗算法,针对MODIS的热红外波段数据,讨论了利用该分裂窗算法反演地表温度所需的亮度温度、大气透过率及地表比辐射率的计算方法,并对宁夏的地表温度进行了反演。结果表明,宁夏的地表温度从南到北表现出三个明显的区域,采用30 km×30 km的样区,对这三个区域的地表温度进行统计得出,南部山区的地表温度分布在19.7～35.3℃之间,且在这一温度段内分布均衡,平均地表温度为27.1℃;灌区的地表温度分布在25.9～37.1℃之间,且主要靠近低温区段,平均地表温度为29.3℃;中部干旱带的地表温度分布在31.2～48.9℃之间,且主要靠近高温区段,平均地表温度为45.8℃。这些特征与宁夏的陆面植被覆盖、地形特征等实际状况相符。     

黄土高原冬小麦产量潜力时空分布特征及其影响因素

研究潜在产量的时空分布特征及其影响因素，有助于定量估计区域内作物产量的可提升空间，揭示限制产量提高的因素，明确未来提高作物产量的重点区域和可行措施。利用中国科学院长武黄土高原农业生态试验站2004-2008年的冬小麦数据资料，验证了APSIM-Wheat模型在黄土高原的适用性。结合黄土高原1974-2016年逐日气候资料和农业气象站的作物观测资料，分析该区冬小麦潜在产量和雨养产量的时空变化特征，明确冬小麦不同等级产量潜力的影响因子及影响程度。研究结果表明：42 a来在品种、管理措施不变条件下，黄土高原冬小麦潜在产量和雨养产量的平均值分别是6 554.19 kg· hm^-2和3 584 kg· hm^-2，变化速率分别为每10 a下降146.59 kg· hm^-2和65.11 kg ·hm^-2。气候变化背景下，对黄土高原冬小麦潜在产量影响最大的为生长季内的最高温度和太阳辐射，分别呈负相关关系（P<0.05）和正相关关系（P<0.05），相关系数分别为0.36和0.35；而水分是决定雨养产量的关键因素，呈显著的正向效应（P<0.05），相关系数为0.47。充分灌溉条件下，甘肃东南部和山西中部属于冬小麦低产且不稳产区。雨养条件下，山西中部和东北部为冬小麦低产且不稳产区。因此，建议通过栽培技术变革或者选择新品种来提升低产不稳产地区的冬小麦产量。     

气候变化下滇中地区水稻需水量与灌溉需水指数时空变化研究

基于1961—2013年滇中地区48个气象站逐日气象数据和2014—2018年5个水稻灌溉试验站的水稻生育期观测资料，利用Penman-Monteith公式和单作物系数法，并结合线性趋势和Mann-Kendall法计算分析了近53 a滇中不同分区水稻不同生育期需水量（ET_c）、有效降雨量（P_e）、净灌溉需水（IR）和灌溉需水指数（IRI）的时空分布特征。结果表明：1961—2013年滇中地区ET_c、P_e、IR和IRI平均值分别为546.34、235.96、310.38 mm和0.57，ET_c和P_e均呈显著减少趋势，IR和IRI呈波动上升趋势，每10 a其变化幅度分别为-4.358、-6.468、1.2 mm和0.8%。ET_c减小趋势主要集中在滇中I-2区和干热河谷Ⅵ区，P_e减小趋势主要集中在滇中I-3区和滇中I-4区，IRI上升趋势主要集中在滇中I-3区和滇中I-4区，ET_c、P_e和IRI显著变化主要出现在拔节孕穗期、分蘖期和乳熟期。1961—2013年滇中水稻ET_c呈分蘖期>抽穗开花期>乳熟期>拔节孕穗期>返青期>黄熟期，P_e呈抽穗开花期>分蘖期>拔节孕穗期>乳熟期>返青期>黄熟期，IRI呈返青期>分蘖期>黄熟期>乳熟期>拔节孕穗期>抽穗开花期。滇中水稻不同生育期ET_c呈现中北高中东低，减小幅度高值区主要分布在中北部，上升幅度高值区主要分布在中东部，P_e和IRI则呈相反的变化特征。P_e是影响ET_c、IR和IRI变化的主导因素。     

基于MODIS/NDVI的塔里木河流域植被覆盖变化驱动因素相对作用分析

塔里木河流域是我国生态较为脆弱的地区,过去几十年不合理的开发,导致植被覆盖遭到严重破坏。2001年以后,随着"塔里木河流域近期综合治理项目"等系列生态工程的实施,流域环境得到初步改善,植被覆盖日益好转。利用2001—2013年逐旬MODIS/NDVI数据和气象数据,通过分离气候变化对塔里木河流域植被覆盖的影响,对气候变化和人类活动对植被覆盖变化的相对作用进行定量分析。研究表明:(1)2001—2013年塔里木河流域植被覆盖总体呈增长趋势;植被覆盖呈改善趋势的区域占流域总面积的28.02%,呈退化趋势的区域占10.99%,其他区域则基本不变。(2)采用相关分析与残差法分析了气候变化和人类活动对植被覆盖变化的影响,结果表明植被覆盖变化与气候因子显著相关;人类活动对植被覆盖变化起积极作用的面积占流域总面积的61.8%,起消极作用的占38.2%。(3)通过对植被覆盖变化驱动因素进行相对作用分析,可以得出在植被改善区和植被退化区,人类活动的作用相对于气候因素更大,是植被覆盖变化的主要驱动因素。     

2000-2010年祁连山植被MODIS NDVI的时空变化及影响因素

利用2000-2010年间的MODIS/NDVI数据和对应的气候资料,研究了近10年来祁连山植被的时空变化及影响因素。结果表明:1)10年来,祁连山年最大化NDVI(MNDVI)增加了2.4%,植被改善、无变化和退化的面积分别占总面积的26.32%、66.42%和7.26%。植被改善的区域分布在冷龙岭、拉脊山、大通山、达坂山、青海南山、走廊南山、托来山等山地以及西宁盆地、湟水谷地周边地区,减少的区域分布在乌鞘岭、庄浪河、古浪河、大通河、石羊河、黑河、疏勒河等河流河谷。2)祁连山不同植被类型MNDVI的年际变化趋势不同。灌丛地、荒漠草原、高寒稀疏草甸MNDVI呈快速增加趋势,高山草原、高山灌丛草甸和高寒草甸MNDVI呈增加趋势,落叶阔叶林、针阔混交林、常绿针叶林MNDVI呈快速下降趋势。3)影响祁连山植被生长的主要因子是气温和降水,局部地区密集的人类活动也能成为影响植被生长的关键因子。     

泾河流域粮食产量与生产潜力时空分布特征及其与MODIS-GPP的关系

以黄土高原泾河流域为例，利用2001—2012年的MOD17A2H GPP数据、流域范围28个站点气象及辐射数据，以及农业统计年鉴数据，采用MK趋势检验和回归分析等方法，对流域尺度GPP、生产潜力与粮食产量的时空分布特征及相互关系进行了分析。结果表明：（1）研究时段内，泾河流域单位面积年GPP随时间呈增加趋势，流域平均GPP为519.6 g·m^-2·a^-1。GPP空间格局总体上与降雨分布特征一致，自西北向东南逐渐增加，北部为GPP低值区，两侧山地林区和河川区为GPP高值区，南部的长武、正宁、旬邑、彬县一带是GPP次高值区。（2）泾河流域光温生产潜力在空间上整体自西向东呈增加趋势，南北向呈“马鞍形”分布，范围为16 462~21 786 kg·hm^-2； 气候生产潜力在空间上自西北向东南呈增加趋势，其变化范围为4 945~12 412 kg·hm^-2；研究时段内，二者的年际变化趋势都不显著。(3)泾河流域粮食产量在空间上自西北向东南增加，2001—2012年间单位面积粮食产量逐年增加，流域内大部分县区的作物气候生产潜力与粮食产量差值在6 000 kg·hm^-2以上。（4）对各站点数据的统计分析表明，空间分布上泾河流域单位面积粮食产量、作物气候生产潜力及GPP两两之间的相关性分别达到了极显著水平；时间过程上单位面积粮食产量与GPP之间显著相关。单位面积粮食产量与MODIS-GPP时空间的极显著相关性展示了通过遥感数据估算粮食产量的有效性，有助于推进区域粮食产量的预测预报。     

准噶尔盆地地表反照率时空变化特征及其影响因素分析

地表反照率变化影响地表辐射收支与能量平衡,从而对区域和全球气候产生影响。以准噶尔盆地为研究对象,利用MODIS卫星遥感数据产品MOD09A1反演地表短波反照率,结合气象数据和植被指数分析准噶尔盆地2001—2018年荒漠草地地表反照率时空变化特征及其影响因素。结果表明:准噶尔盆地地表反照率空间分布地域差异明显,地表反照率年均值为0.303,整体呈东北高、西南低的特点;其年际变化速率呈减少趋势,平均每年为1.4×10^-4,减少面积约占总面积的52.8%;四季空间分布变化明显,春、夏、秋三季空间分布相似,冬季值最高(0.551),夏季最低(0.203)。准噶尔盆地东北缘的阿尔泰山地表反照率年内变化较为剧烈;生长季归一化植被指数(NDVI)值大小为:夏季>秋季>春季。准噶尔盆地整体地表反照率与NDVI呈负相关,大部分区域与平均气温呈负相关,与降水呈正相关,且相关性大小依次为气温>NDVI>降水。MODIS反演结果与地面实测值之间存在显著的相关性(R²=0.8908,P<0.01),均方根误差为0.014。为了解准噶尔盆地陆面特征,客观评价全球气候变化下干旱区陆面变化及其正负反馈响应机制提供一定的理论依据。     

2000-2013年海河流域植被覆盖的时空变化

基于2000-2013年SPOT VGT/NDVI数据,结合土地覆盖类型数据,采用Slope趋势分析法和Hurst指数对海河流域近14年植被覆盖的空间分布状况、时间变化特点、空间变化趋势和可持续性特征进行了分析。结果表明:1)空间分布上,流域内NDVI值总体较高,低值区只分布在环渤海湾地区及一些城市中心;2)时间变化上,近14年NDVI值在0.64-0.76之间波动,总体呈显著上升趋势;3)空间变化上,植被改善区域远大于退化区域,且以明显改善为主;4)可持续性上,植被变化正向持续性较强,且以持续改善为主,占流域面积的89.11%。结合不同土地覆盖类型来看,持续改善以林地、草地最为明显;持续严重退化的土地覆盖类型中,湿地和建设用地所占比重最高。