基于小型无人机与MODIS数据的草地植被覆盖度研究——以甘南州为例

以甘南州为研究区,采用Canon数码相机和小型无人机搭载相机在不同大小样方上获取草地植被覆盖度数码照片,结合2015年5月-10月的Terra/MODIS植被指数产品MOD13Q1,分析了增强型植被指数(EVI)和归一化植被指数(NDVI)与草地植被覆盖度之间的相关性,建立了研究区草地植被覆盖度的回归模型,并对模型进行了精度评价,筛选出甘南州草地植被覆盖度最优遥感反演模型,并对草地生长季时期覆盖度时空上的动态特征进行分析。结果表明,1)利用小型无人机搭载相机获取草地大样方植被数码照片的方法能用于地面草地覆盖度数据的获取;2)与NDVI相比,用EVI估算草地覆盖度更优,因此确定基于EVI构建的对数模型为甘南州草地植被覆盖度最优反演模型,模型精度可达88.00%;3)研究区2015年生长季草地植被覆盖度除了低平地草甸在8月达到最大值外,其它草地类型均在7月达到最大值;4)甘南州以中高植被覆盖度为主,主要分布在玛曲、碌曲、夏河以及合作四县市。整体而言,中西部和西南部区域草地覆盖度高于东部。通过精确草地植被覆盖度模型的建立,不仅有利于及时准确的了解草地植被覆盖度的时空分布状况和季节性动态变化,也有利于维护甘南州草地生态系统的持续稳定发展。     

基于不同阶微分高光谱植被指数的牧区草场地上生物量估算

利用高光谱遥感技术能快速、无损、高效地获取草地地上生物量信息,对牧区牧草高效管理、草畜供求关系平衡以及放牧制度优化等方面具有重要意义。为了寻求估算生长旺盛期草地地上生物量最适宜的微分光谱阶数,本研究在内蒙古天然草场通过原位试验采集了高光谱反射率与地上生物量数据,对原始光谱反射率数据进行一至四阶微分处理,在全波段范围内挑选最佳波段构建简单比值植被指数（Simple ratio vegetation index,SRVI）、归一化植被指数（Normalized difference vegetation index,NDVI）、土壤调节植被指数（Soil adjusted vegetation index,SAVI）和增强型植被指数（Enhanced vegetation index,EVI）4种高光谱植被指数,建立相应地上生物量估算模型并对比评价各模型精度。结果表明：对原始高光谱反射率进行微分处理,有助于提高敏感波段与地上生物量的相关性;红边波段与近红外波段是构建最佳植被指数的重要组成波段,占所有优选波段的82%;基于二阶微分光谱的最佳SRVI和NDVI模型精度最好,R²分别为0.69和0.70,RMSE分别为196.60 g·m^-2和196.65 g·m^-2,过高的微分阶数反而会降低估算模型的精度。本研究能为利用不同阶微分高光谱估算草地地上生物量提供科学借鉴,为精准快速的牧区天然草场遥感监测提供技术和方法支持。     

青藏高原草地生物量遥感动态监测

利用青海省2006年8月地面样点实测的生物量,结合相应月份的MODIS植被指数数据,提取与样点对应的EVI和NDVI值,建立生物量与两种植被指数之间的关系模型,并分析模型的精度。结果表明,1)EVI与草地地上生物量的相关性强于NDVI。2)在不同盖度下,植被指数与生物量的相关性随着盖度的增大而增强。3)利用最优模型反演不同草地类型的逐月生物量,并分析研究区2002-2008年不同草地类型生物量的年季动态变化,发现草地生产力水平越高,草地生物量的年季变化越剧烈,说明该种类型的草地受气候变化的影响越大;生产力水平越低的草地类型,则对气候变化的敏感度较低。     

基于UAV技术和MODIS遥感数据的高寒草地盖度动态变化监测研究—以黄河源东部地区为例

利用黄河源东部地区野外实测样地数据和MODIS卫星遥感资料,结合农业多光谱相机(agricultural digital camera,ADC)、普通数码相机(Canon)、无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)等设备获取的高寒草地盖度数据,构建了基于MODIS NDVI、EVI的草地盖度反演模型,比较分析了不同草地盖度监测方法的精度,确立了黄河源区草地盖度遥感监测的最优反演模型,并分析了研究区近16年草地植被盖度的动态变化。结果表明,1) MODIS NDVI与基于UAV相片计算的草地盖度间的相关性优于MODIS EVI,而MODIS EVI与ADC和Canon照片计算的草地盖度之间的相关性则优于MODIS NDVI;2) 就Canon和ADC方法构建的草地盖度反演模型而言,前者精度远高于后者,普通数码相机方法更适宜于高寒草地植被盖度的估算;3) 对比分析两种植被指数与Canon相机、ADC和大疆(DJI)无人机航拍(航高30和100 m两种方法)相片计算的草地盖度之间的关系表明,MODIS NDVI对航高30 m UAV航拍相片计算的盖度数据的响应最敏感,基于UAV航高30 m的相片和NDVI构建的草地盖度反演模型最优;4) 黄河源东部地区2000-2015年间草地盖度稳定不变的区域达71.46%,多分布在东南部;呈增加趋势的区域占研究区草地面积的22.01%,由西向东、由北向南增加幅度呈减少趋势;盖度减少区域零星分布在黄河源北部和南部的部分地区,仅占研究区草地面积的6.53%。     

基于MODIS数据的伊犁地区草地地上生物量反演

为伊犁草地资源监测、保护及合理利用提供参考依据,利用新疆伊犁地区2012年7-8月野外草地地上生物量采样数据和同期的MODIS数据,分析了增强型植被指数(EVI)、归一化植被指数(NDVI)与实测草地地上生物量的一元线性、指数和二次多项式回归模型,并对各种回归模型进行分析比较.利用优选模型的反演结果分析了伊犁地区地上生物量的空间分布.结果表明:各植被指数都与实测生物量有较好的相关性,但以EVI指数建立的二次多项式回归模型(y = 14759x²-4758x + 1346,R²= 0.8402)较优,拟合模型平均估产精度达到 92.19%,可作为该区域草地地上生物量遥感反演模型;伊犁地区2012年平均产草量为1817 kg·hm^-2,总产草量达70.59×10⁸ kg,并且产草量随高程增加呈现先增加后减少的特征.     

甘南州高寒天然草地生长状况遥感监测

以甘南州高寒天然草地为研究对象,利用2016-2019年草地地上生物量实测数据和MOD13Q1植被指数产品,构建了甘南州草地地上生物量遥感反演模型,分析了近20年(2000-2019年)甘南州高寒天然草地地上生物量的时空分布特征.结果表明:1)MODIS EVI植被指数适宜于甘南州高寒天然草地地上生物量变化监测研究,模型决定系数R2=0.5249,均方根误差RMSE=527.9 kg·hm-2;2)20年间甘南州高寒草甸和山地草甸的地上生物量均呈增加趋势,而沼泽类草地地上生物量呈减少趋势;3)近20年来甘南州草地呈现出整体恢复、局部恶化的趋势,全州66.04％的草地呈稳定或恢复趋势,33.96％的草地地上生物量呈减少趋势,其中18.08％的草地呈持续性恶化趋势.研究结果为甘南州草地植被动态监测和高寒草地退化修复提供了数据支持.     

甘南州高寒天然草地生长状况遥感监测

以甘南州高寒天然草地为研究对象,利用2016−2019年草地地上生物量实测数据和MOD13Q1植被指数产品,构建了甘南州草地地上生物量遥感反演模型,分析了近20年(2000−2019年)甘南州高寒天然草地地上生物量的时空分布特征。结果表明：1) MODIS EVI植被指数适宜于甘南州高寒天然草地地上生物量变化监测研究,...     

祁连山高寒草原土壤水分与植被盖度的关系

为了揭示高寒草原土壤水分与植被盖度的关系,提高植被盖度与土壤水分快测的精度,本研究在祁连山北麓中段高寒草原—甘肃马鹿冬季牧场,设置放牧率分别为1.00、1.45、2.45、3.45、4.85、6.90 AUM·hm^-2的6个样地,通过逐月测定生长季植被盖度和土壤水分,结合Landsat5多光谱影像与SPOT2全色影像融合而成的SPOT-TM影像,分析土壤水分与植被盖度、归一化植被指数(NDVI)的关系,并在此基础上,确定植被盖度随土壤水分的变化阶段。除醉马草、银灰旋花、乳白黄耆外,其他种群盖度对表层土壤水分均响应敏感,在3%~7%至17%~26%的土壤水分范围内,种群盖度随土壤水分的增加呈反比例函数递增趋势,且增幅逐渐缩小;群落盖度对表层土壤水分的响应敏感,在1.1%~10.0%的土壤水分范围内,群落盖度随土壤水分的增加亦呈反比例函数递增趋势,并逐渐趋于饱和。研究结果对探讨干旱半干旱草原植被物种、种群、群落的抗旱性、水分利用效率具有一定意义,为草原植被和土壤水分管理提供科学依据。     

Pa、SPI和SPEI干旱指数对青藏高原东部高寒草地干旱的响应比较

利用甘南州及周边地区33个气象台站1965-2013年的降水和温度数据,比较分析了降水距平指数(Pa)、标准化降水指数(SPI)和标准化降水蒸散指数(SPEI)对高寒草地干旱响应的有效性,并结合历史旱灾统计资料进行了结果验证。结果表明,从Pa指数、SPI指数、SPEI指数与草地NDVI的相关分析可以看出,SPI_6和SPEI_6与草地NDVI关系较好,Pa、SPI_1、SPEI_1、SPI_3、SPEI_3不足是波动不稳定,SPI_(12)、SPEI_(12)对干旱的反应表现出一定的滞后性。SPI_6和SPEI_6均适于定量研究高寒草地的干旱状况,结合历史统计资料验证,两项干旱指数监测效果相对较好。本研究结果将为有关青藏高原高寒草地的干旱研究提供有益的参考。     

新疆伊犁地区草地植被地上生物量遥感反演

本文以伊犁地区146个草地样地调查数据为基础,结合遥感及气象数据,进行草地植被地上生物量与NDVI、EVI、海拔、年均降水、年均气温、积温、干燥度、湿润指数等因子的回归分析。并通过各因子对地上生物量影响权重参数分析和加权融合,运用ArcGIS软件,反演分析了新疆伊犁地区草地植被地上生物量的空间分布特征。结果表明,新疆伊犁地区草地平均产草量约为704.96 kg/hm²,与20世纪80年代全国草地调查数据相比,产草量有所下降。草地植被地上生物量与各项因子具有较好的相关性,反演结果与伊犁地区的地形、地貌、气候特征基本吻合,反映了伊犁地区草地植被的空间分布特征。地上生物量反演结果得到验证,预测值与实测值之间相关系数(R²)为0.8532;均方根误差(RMSE)为216.559 kg/hm²,偏离度为22.92%,可以为新疆伊犁地区草地资源合理利用与评价提供参考。     

高寒草地生长季/非生长季植被盖度遥感反演

植被盖度是刻画陆地生态系统植被覆盖的重要生态参量。以当雄县Landsat-8OLI为数据源,从10种常用植被指数中筛选出适合反演高寒草地生长季/非生长季草地植被盖度的植被指数,引入像元三分法确定端元特征值,通过不同植被指数基于像元二分模型反演植被盖度的对比分析,确定适合生长季/非生长季植被盖度最优植被指数,根据反演结果分析了研究区草地生长季/非生长季植被盖度的时空变化特征。结果表明：1）由可见光-近红外波段构建的植被指数适用生长季植被盖度反演,由短波红外构建的植被指数适用于非生长季植被盖度反演。2）基于MSACRI的像元二分模型适合非生长季植被盖度反演,基于NDVI的像元二分模型则最适用于生长季植被盖度的反演。3）研究区草地植被盖度随海拔增加呈现先增加后减少的单峰变化格局,草地集中分布于海拔4300~5100 m处。生长季植被盖度主要集中于20%~80%,非生长季绝大部分的草地盖度小于40%。研究结果可为草地生态系统碳存储、植被生产力、土壤侵蚀、生态水文等研究提供参考依据。     

新疆荒漠草地亮柔伪步甲虫害与草地变化关系研究—以昌吉州南山草场为例

探索亮柔伪步甲虫害发生与草地退化的耦合关系,定量分析虫害发生对草地植被的影响,为草原部门科学有效地防治虫害提供理论依据。本研究基于环境一号遥感影像、土地覆盖产品数据、气象数据分别反演草地植被覆盖度、土地利用状态、气候要素等环境变量,结合野外调查数据,使用线性趋势分析、叠加分析、土地利用状态转移矩阵、相关分析、方差分析等方法,分析亮柔伪步甲发生水平与草地植被覆盖度、气候等环境因素相互作用关系,总结亮柔伪步甲虫害的发生机制。结果表明：亮柔伪步甲虫口密度与归一化植被指数（NDVI）呈显著负相关性,NDVI随虫害发生程度的加重呈降低趋势：level 3（重度发生）相似文献   

基于MODIS数据的新疆地区土壤湿度反演

以新疆地区为研究对象,选取2016年5和6月的植被指数产品数据和地表温度产品数据,构建新疆地区NDVI-Ts和EVI-Ts特征空间,分析新疆地区土壤干湿状况的空间分布格局及土壤水分的影响因素。结合野外同步重复采样获得的土壤含水量对TVDI进行验证,并分析EVI和Ts所包含的旱情信息。结果表明:(1)构建NDVI-Ts和EVI-Ts特征空间,其散点图符合三角形的关系。(2)新疆地区5和6月土壤湿度总体以干旱(0.6相似文献   

短期围栏封育对藏北3类退化高寒草地群落特征的影响

为了解藏北地区退化高寒草地植物群落对短期围栏的响应,本研究以当地的3类高寒草地植被为研究对象,分析了围栏封育对草地群落的影响.结果表明,围栏封育措施能显著提高3类草地群落高度、盖度和地上生物量,物种数也有不同程度的增加.高寒荒漠植被群落盖度、高度变化对围封措施响应较快,但物种数变化的响应较慢;高寒草原和高寒草甸群落盖度...     

Grassland quality response to climate change in Xinjiang and predicted future trends北大核心CSCD

Grassland is a major vegetation type in Xinjiang Province,and is an important component of carbon source-sink calculations. It is therefore important to ecological management decisions to understand the factors driving changes in grassland quality and likely future trends in those changes. We used geographic information maps to eliminate the interference of human activities and determine changes in grassland status and areas of stable grassland from 1980 to 2020,and analyzed changes in grassland quality and its response to climate change using data such as normalized vegetation index（NDVI）,vegetation net primary productivity（NPP）,and meteorological data,among others. We here estimate changes in grassland quality in Xinjiang and predict grassland quality changes from 2021 to 2040 using the Thornthwaite Memorial model and other models. We found that：1） The grassland quality in Xinjiang was generally increasing,with a statistically significant rate of ongoing increase. The grassland cover and quality in mountainous areas of Xinjiang was high,while that at the desert edge was low. 2）The main driving forces for grassland quality changes in Xinjiang are temperature and precipitation. The correlation between grassland quality and precipitation was positive. Temperatures exceeding a certain limit were found to inhibit grassland quality. Sensitivity to temperature and precipitation decline was found to be greater when vegetation cover was lower. 3）The grassland quality and its temporal and spatial changes in Xinjiang can be reflected by climatic productivity. The lower the grassland cover,the stronger was the link between grassland quality and climate factors. 4）Under currently predicted climate change scenarios,the quality of low-cover grassland will be improved in the future,while the quality of other categories will tend to decrease. This information on grassland quality in Xinjiang and its predicted future trends can assist in formulating ecological protection measures and in other ways,such as compilation of carbon stock inventories. © 2022 Editorial Office of Acta Prataculturae Sinica. All rights reserved.     

Influences of Groundwater and Climatic Factors on Grassland in Xiliao River Plain,Northern China

Grassland is an important natural resource in the Xiliao River Plain, Northern China because of its ecological and economic importance. The overexploitation of groundwater makes it necessary to understand the influence of groundwater decline on grassland vegetation growth in this region, especially in the context of climatic change. We aimed to identify the main factor affecting the grassland growth through integrated analysis of grassland impact factors. Changes in normalized difference vegetation index, groundwater depth, precipitation, and temperature were analyzed during 1982 ? 2013 in Xiliao River Plain. A correlation analysis was conducted among groundwater depth, precipitation, temperature, and normalized difference vegetation index using Pearson correlation equations. Results indicated that precipitation became the main influencing factor of grassland growth instead of groundwater depth due to the increase of groundwater depth after 1999. This shift might pose a threat to the survival of grassland growth during a long drought period. Therefore, groundwater change issues should be gradually integrated into future policies and strategies for grassland development and management.     

不同退化程度高寒草地植物群落与土壤性质变化及相关性分析

为探究退化高寒草地植物群落组成及土壤性质的变化规律,本研究选择铁卜加、河南县不同退化程度高寒草地为研究对象,对轻、中、重度退化高寒草地的植物群落结构组成和土壤理化性质进行了分析研究。结果表明：随退化程度加剧,植被群落优势种由莎草科为主逐渐转变为杂类草为主;植被高度、盖度、地上-地下生物量逐渐减小;Patrick指数、Shannon-Wiener指数、Simpson多样性指数与Pielou指数呈先增后减趋势;土壤含水量、全碳、有机碳、硝态氮含量明显减小且土壤pH值逐渐偏弱碱性,促使土壤养分含量不断流失,贫瘠化加剧;经相关系数矩阵图分析,退化草地群落植被生物量受土壤含水率和氮含量变化影响较为严重。总之,高寒草地退化接替过程中,杂类草逐渐占植物群落组成的主导地位,土壤含水率和氮含量变化是致使这2个地方草地退化的关键性因子。     

2000-2019年青海地区植被总初级生产力遥感估算及时空变化分析

青海作为三江源所在地,监测其生态系统变化对我国的生态文明建设具有战略意义。植被总初级生产力（GPP）是陆地生态系统碳循环的重要组分。采用MODIS卫星遥感数据和土壤背景校正NIRv模型,结合３个地面站点的通量观测数据,估算了2000-2019年青海地区的GPP,并结合土地利用数据和气象数据分析了其时空分异特征及对气候变化的响应。结果表明：1）土壤背景校正NIRv模型估算的青海地区GPP与地面实测GPP数据呈良好线性关系（R²=0.91, P<0.001）,相较于MODIS GPP产品,估算的GPP在青海地区更具有适用性。2）2000-2019年青海地区植被GPP多年平均值为140.5 Tg C·yr^-1,年均GPP整体处于上升趋势,年增长率为1.25 Tg C·yr^-1 （P<0.05）。3）青海地区GPP空间分布呈由西向东显著增加趋势,不同植被类型的GPP值年际变化表现出较大差异。4）整体上,年均气温与GPP变化的相关性高于平均降水量,气象因素对不同植被GPP的影响存在明显空间异质性。     

干旱对内蒙古植被生长的累积与滞后影响评估研究

本文为探究干旱对植被的累积和时滞效应,以内蒙古为研究区,基于SPEI base v.2.5和GIMMS NDVI数据集,利用Sen式斜率、Mann-Kendall突变检验和偏相关分析方法,分析干旱对植被的累积和时滞效应。结果表明：内蒙古地区归一化植被指数（Normalized difference vegetation index,NDVI）年最大值随时间变化整体呈上升趋势,标准化降水蒸散指数（Standardized precipitation evapotranspiration index,SPEI）年平均值呈降低趋势,空间趋势变化上两者呈现一定的相似性;干旱的累积效应与内蒙古北部林区及西部荒漠戈壁区NDVI呈负相关,累积月数均在10—12个月;中部草原NDVI与干旱的累积滞后关系呈正相关,且干旱的累积影响大于滞后影响;农田植被NDVI与干旱的累积滞后效应均呈正相关,但相关性较弱;通过不同水分利用条件下干旱累积与时滞效应的相关性对比发现,干旱累积效应对植被的影响远大于时滞效应。     

天山北坡草地盖度高光谱遥感估算

以天山北坡乌鲁木齐县甘沟乡为研究区,利用美国SVC HR-768便携式光谱仪采集25块样方的高光谱数据,并测定对应样方中草地盖度,分析草地盖度与原始光谱、一阶微分光谱和高光谱特征变量之间的相关关系;采用回归统计的方法,基于高光谱位置变量、高光谱面积变量和高光谱植被指数变量构建草地盖度的估测模型,并进行模型精度评价。结果表明,研究区草地盖度与植被冠层光谱反射率相关性较强的波段范围为354-704、1 420-1 481和1 904-2 512nm;基于一阶微分光谱和高光谱植被指数构建的估测模型能更好地反演草地盖度。通过模型检验,确定基于560nm的光谱一阶微分模型y=-384.153x+72.096可作为草地盖度的最优估测模型,模型均方根误差为7.344%,估算精度为90.343%。