基于日光诱导叶绿素荧光探测植被光合对气象干旱的响应

干旱是世界范围内最常见、最复杂的气象灾害,一定程度上会削弱陆地生态系统的碳汇功能。开展植被对干旱响应的研究并选择敏感的干旱探测因子,有助于掌握干旱对植被的影响规律、理解植被对干旱胁迫的响应过程和机理。本研究以日光诱导叶绿素荧光（SIF）数据和标准化降水蒸散发指数（SPEI）为基础,利用最大相关系数法分析中国区域内2000-2018年生长季植被光合对气象干旱的响应,比较不同干旱梯度、不同植被对干旱响应的敏感性以及SPEI响应时间尺度的变化特征。结果表明：（1）SIF与SPEI具有很好的相关性,显著正相关的面积达到75.05%,主要分布在东北、西南和青藏高原地区,且大部分地区对SPEI的响应时间尺度以中短期为主。（2）SIF在春季对SPEI显著相关的区域占比最少,夏季达到最高,秋季又略有下降。对干旱响应的时间尺度在春季以短期为主,而夏季响应时间尺度长的区域较春季有所增加。（3）半干旱区对干旱的敏感性最强,干旱区最弱,不同气候区对干旱的响应时间尺度均以短期为主。（4）研究所选植被类型均能较早地对干旱做出响应,其中,草地对干旱最敏感,林地和农田相对较弱,阔叶林比针叶林对干旱更敏感。研究结果表明...     

1982—2020年黄河流域多时间尺度气象干旱对植被影响

[目的]深入研究黄河流域不同时间尺度的气象干旱对植被的时空响应特征,为生态保护、水资源管理和气候变化适应性提供宝贵信息,能够减轻干旱引发的环境和经济问题。[方法]基于黄河流域1982—2020年的标准化降水蒸散指数SPEI和归一化植被指数NDVI,采用逐像元线性回归模型、Sen’s趋势分析和Mann-Kendall检验等方法研究黄河流域不同时间尺度气象干旱的时空分布特征及其对植被影响。[结果](1)1982—2020年黄河流域呈不显著的变干趋势,不同时间尺度SPEI变化趋势为负值的区域主要集中在黄河流域的西部龙羊峡至兰州区域、黄河流域的南部及河套平原周围区域。(2)黄河流域多年平均植被覆盖度的空间分布特征呈南高北低、由东南向西北递减的趋势,研究区内植被覆盖度呈显著增加的区域(61.94%)大于植被覆盖度呈显著减少的区域(5.43%)。(3)黄河流域大部分地区干旱状况与植被状态呈正相关,流域内呈显著正相关区域主要集中在黄河流域西北部和最北端区域,说明这些区域的植被受干旱的影响最为严重。(4)草地和耕地对6个月时间尺度的干旱响应最强,林地和未利用地较其他土地类型更易受长期干旱影响。4种地貌...     

复合干热胁迫下黄土高原夏季植被脆弱性评估

随着气候变化的加剧,高温干旱事件频发,对植被健康生长造成了严重影响。针对相关性方法难以准确刻画复合干热胁迫下植被脆弱性的问题,利用1982—2015年去趋势和标准化的归一化植被指数（detrended and standardized normalized difference vegetation index,SNDVI）、标准化降水蒸散发指数（standardized precipitation and evapotranspiration index,SPEI）和标准化气温指数（standardized temperature index,STI）,构建基于Vine Copula的复合干热胁迫下植被脆弱性评估模型,量化黄土高原不同土地利用类型和气候区植被对高温干旱的响应关系。结果表明：1）黄土高原大部分区域SNDVI与SPEI呈正相关关系,与STI呈负相关关系,草地SNDVI与SPEI、STI的相关性最高,其次为耕地,林地最低;2）相对于单一干旱或高温事件,复合干热事件进一步加剧了植被脆弱性,复合干热胁迫下黄土高原6、7、8月植被损失概率分别为0.51、0.57和0.55,较高的区域集中在陕西北部、宁夏、甘肃东部和内蒙古等地区;3）黄土高原地区不同植被类型对复合干热的脆弱性各异,脆弱性从大到小依次为草地、耕地、灌木、林地。研究结果有助于深入了解植被对气候极端事件的响应,支持应对气候变化的陆地生态系统风险管理。     

区域植被对不同时间尺度气象干旱的响应——以贵州省为例

为探究贵州省植被生长变化趋势对多时间尺度气象干旱的响应,基于2001—2020年的逐月MODIS-NDVI、EVI影像和气象数据,利用皮尔森相关系数、slope趋势性分析等方法,对贵州省20 a的植被生长状况及气象干旱时空变化特征进行了分析。结果表明:(1)贵州省不同时间尺度下的SPEI在整体上呈现出缓慢增加趋势,表明干旱程度有所降低; 空间分布上干旱化趋势表现在北部的遵义、铜仁及黔西南地区。(2)贵州省植被生长状况整体呈现出增加趋势,空间分布上的黔东南地区以降低趋势为主,毕节西部地区以增长趋势为主;(3)贵州省植被生长状况与不同时间尺度的气象干旱呈现出不同程度的正相关性,以贵州省植被在黔西南和北部地区对干旱的响应最强,其次为贵阳和毕节东部; 不同的土地利用类型中,草地对SPEI₃的响应最强,其次为耕地和林地; 生长季内的不同植被类型对SPEI₃和SPEI₁₂的响应较强。综上,贵州省植被和气象干旱时空分布特征存在一定的差异性,且不同植被类型对不同时间尺度气象干旱的响应情况也有所差别。     

华北地区干旱时空变化及其对植被NDVI的影响

采用2000-2020年华北地区90个气象站点气象观测数据构建标准化降水蒸散指数（SPEI）,选取30m空间分辨率的归一化植被指数栅格数据提取归一化植被指数（NDVI）,量化植被覆盖情况,采用Sen’s斜率估计、Mann-Kandall检验、相关性分析、Copula-Bayesian条件概率公式等对华北地区植被干旱敏感性进行分析。结果表明：（1）华北大部分地区SPEI值呈极显著增长,华北北部部分地区SPEI值呈极显著下降;华北西部及北部地区NDVI值呈极显著增长,其余地区呈极显著下降;（2）华北地区干旱与植被以不显著空间集聚为主,小部分地区出现干旱与植被呈高值集聚和低值集聚;（3）华北地区总体上年尺度SPEI与NDVI相关性较好,植被对干旱的响应速度较慢,敏感程度较低,河南部分地区月尺度SPEI与NDVI相关性较好,植被对干旱敏感程度较高,NDVI与SPEI的联合分布函数最符合Clayton Copula函数;（4）华北地区植被低覆盖度出现的可能性随着干旱程度减轻而不断减少,较低覆盖度出现的可能性在极旱至中旱时不断增加,从中旱至轻旱时不断减少,植被中覆盖度、较高覆盖度和高覆盖度的可能性...     

淮河上游植被对气象干旱的响应

淮河流域是我国重要的农业基地之一,探究植被对气象干旱的响应规律有助于指导该地区的农业生产及生态保护。基于标准化降水蒸散指数(SPEI)和植被状态指数(VCI),采用线性趋势法探讨了淮河上游王家坝以上流域2000—2014年气象干旱及植被时空变化,并通过年最大相关系数(YR_(max))和季最大相关系数(SR_(max))分析了植被在年际和不同季节对气象干旱的响应特征。结果表明:(1)研究区SPEI整体以-0.089/a速率呈非显著干旱化趋势,淮河以北地区干旱化趋势相对明显;(2)研究区VCI整体以0.053/a速率呈显著上升趋势,整体植被状况逐渐好转,VCI显著下降的区域多分布于城镇附近;(3)年际上,78.4%的区域内VCI与SPEI显著相关,不同植被受气象干旱影响程度和敏感性整体差异不大;(4)春季和冬季植被受气象干旱影响的面积较广,分别有68.9%和64.8%的区域内VCI与SPEI显著相关,分布于流域西南、南部、北部和东部。夏季和秋季分别有31.3%和15.0%的区域内VCI与SPEI显著相关,夏季集中分布于流域中部,而秋季分布则比较零散;(5)春季和冬季不同植被的SR_(max)整体差异较小,春季冬小麦和草地对气象干旱比较敏感,而冬季各类植被的敏感性差异不大。夏季和秋季各类植被的SR_(max)整体上存在一定差异,但均未表现出显著相关性,植被普遍对4个月以下尺度的气象干旱敏感。2000—2014年淮河上游地区植被对气象干旱响应特征的空间差异性较大,研究结果可为变化环境下的农业生产和生态保护政策制定提供理论支撑。     

中国草地覆盖度时空动态格局及其影响因素

为了探究近几十年来中国草地覆盖度的动态变化,基于多源遥感数据,采用像元二分模型模拟分析了1982—2016年中国草地覆盖度的时空动态格局,并从植被类型、地形要素、气候区及气候变化等角度分析了其主要影响因素。结果表明:35 a间中国草地覆盖度平均值为36.21%,呈极显著增加趋势(0.12%/a)。高山亚高山草甸、坡面草地及湿润地区、半干旱地区草地覆盖度的增加对于中国草地恢复具有重要贡献。草地覆盖度随海拔的升高呈降低趋势,DEM<500 m及3 500 m相似文献   

黄土高原植被变化对气象干旱多尺度响应特征与机制

基于黄土高原1983—2015年间的植被状况指数(VCI)与1~48个月尺度的标准化降水蒸散发指数(SPEI)和标准化降水指数(SPI),利用Pearson相关系数法、线性回归法和Mann-Kendall趋势检验法等方法研究了黄土高原地区植被对气象干旱的多时间尺度时空响应特征。结果表明:(1)1983—2015年,黄土高原植被状况整体趋于改善,但黄土高原整体干湿状况变化趋势不大。(2)黄土高原绝大部分区域植被变化与气象干旱指数呈现显著正相关关系,表明植被活动受到水分的限制较强。但是,过去几十年,黄土高原地区植被受到水分限制的影响程度有逐渐减轻的趋势。(3)黄土高原植被对短时间尺度的水分盈亏变化相对敏感,尤其是耕地和草地对1~4个月的SPEI更为敏感,而林地对SPEI的响应时间尺度较为分散。黄土高原VCI与SPEI、SPI的最大相关系数均主要出现在生长季(4—10月),表明水分条件在生长季对植被活动的影响较为显著。     

山西省2003-2012年植被时空变化格局及对气候因子的响应

利用2003—2012年卫星遥感数据归一化植被指数(NDVI)、山西省17个气象站逐日气温、降雨量资料和土地覆盖数据,分析了山西省近10a来NDVI的时空变化特征,及其对气候因子的响应。结果表明:近10a月NDVI变化呈现单峰型;7—8月份的植被整体呈中度改善;各个行政区中临汾、吕梁地区为明显改善;太原、忻州、晋中为中度改善;朔州、运城、长治、阳泉为轻度改善;大同与晋城地区基本不变;自然植被覆盖类型方面,林地、灌丛、草地3种自然植被覆盖类型都呈现改善趋势,林地为轻度改善,灌丛与草地为中度改善;山西省东南部地区的NDVI普遍高于西北部地区,且西北部的植被增长状况比东南部较好。基于月尺度的NDVI与气温呈显著正相关,而降雨量对NDVI变化存在一个阈值;基于年际尺度的NDVI与气温、降雨量的单变量相关不显著;基于月尺度的NDVI与同期的气温和降雨量的复合相关模型优于单变量相关模型。     

基于SPEI和NDVI的中国流域尺度气象干旱及植被分布时空演变

近些年中国干旱灾害频频发生且其影响不断加剧,因此探讨干旱对植被生长的影响对农业生产具有重要的意义。该文基于标准化降雨蒸散指数(standard precipitation evapotranspiration index,SPEI),应用Mann-Kendall(MK)趋势分析方法研究了流域尺度的气象干旱格局;利用新一代归一化植被指数(normalized different vegetation index,NDVI)分析了植被的生长状况;并探讨了SPEI和NDVI的相关性,结果表明:1)1982-2012年间,SPEI值在各时间尺度上都呈现为微弱下降趋势,即为微弱的干旱化;在空间上,干旱化趋势主要分布于东北、黄土高原和西南地区,而西北地区则呈现出明显的湿润化趋势;2)全国年及各季(冬季除外)NDVI序列均呈现上升趋势,空间上其下降趋势主要出现在西北内陆和东北地区部分流域,上升趋势则因季节而异;3)在年时间尺度上,SPEI与NDVI的相关分析表明,209个流域中有56个通过正相关检验(P0.05),主要分布在新疆北部、华北以及东北地区,负相关主要分布在秦岭淮河以南地区,气象干旱对植被生长的影响在干旱半干旱地区表现得更加明显。研究结果可为中国流域尺度干旱影响评估提供参考依据。     

基于降水蒸发指数的1960－2015年内蒙古干旱时空特征

内蒙古地区农业以草原畜牧业和旱作农业为主,容易受到自然灾害,特别是干旱的影响。在气候变化的背景下,研究该地区干旱时空格局特征,对当地采取适应气候变化对策具有重要意义。为了明确内蒙古地区不同时间尺度干旱特征及其对气候变化的响应,该文选取1960-2015年内蒙古地区46个气象站点逐月气象观测数据,计算不同时间尺度标准化降水蒸散指数SPEI,结合Mann-Kendall检验、经验正交函数(empirical orthogonal function,EOF)分解、旋转经验正交函数(rotated empirical orthogonal function,REOF)分解、干旱评价指标等方法,分析了内蒙古地区56 a来干旱时空格局特征,讨论了干旱特征与太平洋年代际震荡(pacific decadal oscillation,PDO)指数的关系。结果表明:从时间变化来看,内蒙古地区干旱逐渐减轻,1976年发生突变;四季均呈变湿趋势,春季显著;全区干旱强度基本为轻旱和中旱,主要为局域性干旱和全域性干旱。从空间分布来看,内蒙古地区整体上呈西部干旱缓解、东部干旱加剧的趋势;夏季整体干旱显著加重,秋季次之,春季和冬季以减轻为主。按照干旱区域敏感性强弱可将内蒙古地区分为西部区(I区)、中部区(II区)、东北部北区(III区)和东北部南区(IV区),其中I、II区干旱逐渐减轻,III、IV区呈偏干趋势。56 a来SPEI与PDO指数存在同相位关系,PDO指数冷相位时,内蒙古地区全区偏干,反之则偏湿。研究结果可为内蒙古地区水热状况的科学评估及干旱的监测预警和防灾减灾提供理论依据。     

Responses of Vegetation Activity to Drought in Northern China

With the third‐generation normalized difference vegetation index and a multiple‐timescale drought index [standardized precipitation and evapotranspiration index (SPEI)], the relationships between vegetation activity in the growing season and drought occurrences during various seasons and at different timescales were investigated in northern China. Although poorly understood previously, knowledge of these relationships is crucial for climate, vegetation and hydrological studies. Our results show that over the past three decades, vegetation activity during the growing season was significantly correlated (p  < 0⋅05) with drought occurrences over 78⋅5% of northern China and highly significantly correlated (p  < 0⋅001) in semi‐arid regions. In addition, there were spatially variable responses of vegetation activity to the seasonality of drought events across northern China. When drought events occurred in pre‐season in the northern part of Inner Mongolia and Heilongjiang, parts of Shaanxi and Shanxi, and the western part of Xinjiang, they appear to have impacted vegetation activity, as indicated by the short and medium timescales of the drought indices (SPEI‐3 and SPEI‐6, with 3 and 6 months of accumulation, respectively). In the eastern part of Inner Mongolia, eastern part of Gansu and Qinghai, and southern parts of Ningxia, droughts during the growing season played a key role in vegetation growth, as recorded by the drought indices at all four timescales (SPEI‐3, SPEI‐6, SPEI‐12 and SPEI‐24). In addition, we also observed spatial variations in the responses of vegetation activity to droughts in northern China. Copyright © 2017 John Wiley & Sons, Ltd.     

青藏高原植被生长季NDVI时空变化及对气候因子的响应分析

为了探究青藏高原植被覆盖时空演变特征及其驱动因子,对青藏高原的生态环境保护提供科学依据,基于1982—2015年青藏高原内部及其周边139个气象站点的气象数据和同期的GIMMS NDVI数据,研究了青藏高原生长季植被NDVI的时空变化特征及其与气候因子的响应关系。结果表明：(1)在研究期内,青藏高原生长季NDVI总体呈上升趋势,不同干湿地区生长季NDVI变化趋势有所差异,湿润地区植被退化面积占比相对较大,干旱地区植被改善面积占比相对较大。(2)研究区植被未来总体向改善方向发展,植被未来趋向改善面积占62.25%,趋向退化面积占37.58%。(3)研究区植被对各气候因子的响应存在一定的滞后性,草原、草甸、高山植被和灌丛4种主要植被对气温和相对湿度主要当月响应,对降水主要当月或滞后1个月响应,对日照时数主要滞后3个月响应。(4)气温、降水、相对湿度及日照时数4个气候因子对青藏高原植被NDVI变化的相对贡献率分别为37.19%,27.53%,20.30%和14.97%,其中,气温和降水是湿润/半湿润地区、半湿润地区、大部分半干旱地区及干旱地区植被NDVI变化的主要气候驱动因子,日照时数和相对...     

基于NDVI分区的全国草地生态系统覆盖区土壤水分遥感反演

为了建立土壤水分遥感反演模型,反演2016年全国草地生态系统土壤水分并分析其时空变化特征,通过结合表观热惯量(ATI)和温度植被干旱指数(TVDI)的混合模型反演2016年全国草地生态系统的土壤水分,并在实测数据与反演结果精度验证的基础上确定归一化植被指数(NDVI)阈值。结果表明:(1)NDVI≤0.2的像元区域,采用ATI模型反演精度较高; NDVI≥0.78的像元上,基于增强型植被指数(EVI)的TVDI反演精度较高; 0.2相似文献   

利用NDVI资料估算中国北方草原区牧草产量

该文利用NOAA/AVHRR归一化植被指数（NDVI）资料和牧草地面观测资料,分5种草地类型建立了牧草产量遥感模型,所有模型的相关系数均大于0.7,说明这些模型可以较好地估算中国北方草原区牧草产量。由于牧草产量地面观测资料来自于北方主要草原省,数据具有较好的代表性,利用牧草产量遥感估算模型能够将过去小区域牧草产量估算扩展到整个北方草原。通过对模型结果的空间分析表明,中国北方高产草原位于内蒙古东部、甘肃祁连山区、新疆天山和阿尔泰山地区、青藏高原东部,同时也表明遥感模型对草地资源清查也是一种很好的手段。通过对模型结果的时间分析表明,牧草产量遥感模型可以表现出牧草产量随气象条件变化的波动性,这个性质表明牧草产量遥感模型可以用于气象灾害造成的损失评估。     

1982-2019年中国北方干旱事件特征及其对植被的影响

[目的]探究中国北方干旱事件及其对植被的影响,对干旱风险评估及降低干旱对生态系统的影响具有重要意义。[方法]基于标准化降水蒸散指数(SPEI)分析了1982—2019年中国北方干旱的时空分布特征,并运用游程理论对中国北方干旱响应敏感区的典型干旱事件进行识别和表征,在时空尺度上进一步探讨了不同干旱事件对归一化植被指数(NDVI)标准化异常(SA_NDVI)的影响。[结果]38年来,中国北方的气候干旱持续加重(斜率_SPEI=-0.001 2/月,p<0.01),主要集中在新疆中东部、青海北部以及内蒙古东部。高频次、短历时、中低强度的干旱事件主要发生在中国北方的南部地区,北部地区则以低频次、长历时、高强度的干旱事件为主。中国北方干旱响应敏感区共发生10次典型干旱事件,不同干旱事件的干旱特征间存在较大差异。在干旱事件对植被生长态势的影响方面可以初步判定,对于一次干旱事件,当干旱持续时间不超过3个月时,干旱强度对植被生长过程起主要影响作用;当干旱持续时间超过3个月后,干旱烈度开始发挥主要影响作用。[结论]只有当干旱持续时间超过一定范围后,前期干旱的...