塔里木河流域草地净初级生产力时空分异特征研究

采用MODIS数据和改进的光能利用率模型(CASA模型)对2006-2016年塔里木河流域植被生长季草地净初级生产力(NPP)进行估算,通过一元线性回归趋势分析、变异系数、Hurst指数等方法,分别从时间特征、空间特征、空间稳定性和未来变化趋势4个方面对其时空变化过程进行分析,阐述了2006-2016年塔里木河流域草地NPP的时空格局与变化特征。结论如下:1)时间特征上,2006-2016年塔里木河流域草地NPP总体呈波动上升趋势,其中增长区域占64.1%,负增长区域占35.9%,NPP总量平均增长速度为1.31×10¹¹ g C·m^-2·yr^-1;6-8月为流域内草地的主要生长期,NPP总量占生长季总量的47.3%。2)空间特征上,2006-2016年塔里木河流域草地NPP分布呈现明显空间分异特征,总体分布特征为西北向东南呈递减趋势,草地NPP多年平均值为13.62 g C·m^-2·yr^-1。在垂直变化(海拔)上,呈现出随海拔升高NPP呈“降低-升高-降低”的特点;在水平变化上(经、纬度),草地NPP变化没有明显特征。3)空间稳定性上,塔里木河流域草地NPP变异系数介于0.19~3.17。草地NPP存在明显的空间差异性,草地NPP变异系数大部分地区均属于低值区,其中变异系数在0.5以下的占总面积的94.6%。高波动区域主要集中在“四源一干”和车尔臣诸小河流域。4)未来变化趋势上,塔里木河流域草地NPP Hurst指数介于0.10~0.97,均值为0.57。未来变化趋势呈持续性特征面积占71.6%,反持续性特征面积占28.4%,除开孔河流域北部及车尔臣诸小河西南大部呈反持续性特征,其余草地均呈现出持续性特征,预示着流域草地NPP未来处于持续增加趋势。草地NPP时空分布特征显示,塔里木河流域草地生态系统健康状况总体好转,局部恶化。     

松嫩平原西部草地净初级生产力时空格局

基于改进CASA模型估算得到的草地NPP,分析了2000～2009年松嫩平原西部草地NPP时空分布特征及变化趋势.结果表明:2000～2009年松嫩平原西部草地NPP总量在8.46～11.22Tg C之间,平均值为9.92Tg C,呈波动上升趋势;受气温、降水及太阳辐射季节变化的影响,NPP存在明显的季节变化,积累期主要集中在水热条件搭配较好的4～10月,占年度NPP总量的99.60％;2000～2009年,春、夏、秋、冬四季草地NPP平均值分别为6.82gC· m-2·a-1、79.68gC· m-2·a-1、13.57gC·m-2·a-1、0.09gC·m-2·a-1,即夏季＞秋季＞春季＞冬季.空间上,松嫩平原西部草地NPP由南向北呈明显增加趋势,最低值分布在吉林省境内的中部地区;2000～2009年,黑龙江省各年草地NPP均高于吉林省,说明在松嫩平原西部黑龙江省草地长势优于吉林省;基于像元的NPP年际变化趋势分析表明,占研究区总面积3/4的草地NPP表现为增加趋势,NPP显著增加的草地面积是显著降低面积的7.6倍,说明2000～2009年间松嫩平原西部草地长势呈明显好转趋势.     

内蒙古不同类型草地NPP时空动态特征及其气候影响因素分析

为揭示内蒙古不同类型草地净初级生产力(NPP)时空动态,探究其与气候因子的相关性,利用2001～2016年遥感数据,气象数据和20世纪80年代中国草地分类数据,采用光能利用率(CASA)模型,模拟获取2001～2016年内蒙古草地NPP,并分析了不同类型草地NPP的时空动态及其对气候因子的响应。结果表明:(1)2001～2016年,内蒙古草地年均NPP为163.9 gC/(m^2·a),空间上呈现东北部高西南部低的特征,年均NPP总量为31.6 TgC/a(1Tg=10¹²g);(2)试验的16年,内蒙古草地年均NPP呈增加趋势增加量为2.1 gC/(m^2·a),年际波动较大;(3)温性草甸草原、热性草丛、低地草甸、山地草甸和沼泽的年均NPP呈显著增加趋势,其他5类呈显著减少趋势;(4)NPP与年均温和年总降水量的相关系数分别为-0.01和0.4;(5)除温性荒漠草原和温性草原化荒漠外,其他类型草地NPP均与温度呈负相关关系,所有类型草地NPP与降水量均呈正相关关系。降水是影响内蒙古草地NPP最主要的气候因子。     

基于CASA模型和MODIS数据的甘南草地NPP时空动态变化研究

植被净初级生产力(net primary productivity, NPP)在全球气候变化及碳循环研究中扮演着重要的角色,精准快速的估算NPP对评估区域生态系统承载力以及合理利用自然资源具有重要的意义。利用2011-2014年甘南地面实测草地地上生物量(aboveground biomass, AGB)数据和根冠比系数计算的草地NPP数据,分别验证了MOD17A3 NPP产品和基于CASA(Carnegie-Ames-Stanford approach)模型估算的草地NPP的精度,分析了2000-2016年甘南地区草地NPP的时空动态变化。结果表明:基于CASA模型模拟的草地NPP精度整体上高于MOD17A3 NPP产品的精度,其均方根误差(root mean square error, RMSE)较MOD17A3 NPP小9.94 g C·m^-2;CASA模型分析的甘南地区草地NPP总体上呈现由西南向东北逐渐减少的趋势;对不同草地类型而言,沼泽类的平均NPP最高(469.07 g C·m^-2),温性草原类最低(324.18 g C·m^-2),而占研究区草地总面积比例较大的高寒草甸类和高寒灌丛草甸类草地的平均NPP分别为449.22和465.27 g C·m^-2;2000-2016年间,甘南地区大部分草地NPP稳定不变,其面积占研究区草地总面积的75.31%,NPP呈增加趋势的区域占草地面积的22.63%,而NPP呈减少趋势的区域占比最小,仅为2.06%。以上研究结果表明CASA模型在高寒地区草地NPP评估、草地资源合理利用与管理方面具有重要的应用价值。     

甘肃省草地NPP时空变化及对气候因子的响应

本研究利用MOD17A3 NPP和气象数据对甘肃省天然草原2000—2019年净初级生产力(net primary productivity,NPP)进行动态监测,并利用趋势分析法和变异系数法研究近20年草地NPP时空变化规律与气候因子的响应。结果表明:近20年,甘肃省草地NPP呈波动上升趋势,增速达4.72 gC·m^-2·a^-1·(10a)^-1,草地NPP分布由东南向西北递减;20年间草地NPP呈显著增加趋势的面积占甘肃省草地的75.70%,主要分布在陇中黄土高原、河西走廊、祁连山地大部以及陇南山地;草地NPP变异系数小于0.15的面积仅占40.31%,以山地草甸、低地草甸和高寒草甸为主,草地NPP整体呈现高波动性;草地NPP与降水量的相关性最高,温性草原NPP对降水量的响应最敏感,温性荒漠草原次之,高寒草原对降水响应最低。综上所述,甘肃省草地NPP呈现增长趋势但稳定性低,对降水量的响应强于气温,生态工程对草地NPP具有促进作用,需长期实施。     

近30年中国天然草地物候时空变化特征分析

基于遥感的大面积长时序草地物候监测是物候生态学的重要领域,也是全球变化研究的重要方向。基于30年(1986-2015年)时间序列GIMMS 3g归一化植被指数(NDVI),利用Savitzky-Golay滤波法进行时间序列重建,并用动态阈值法提取中国天然草地物候参数[生长季始期(SOS)、生长季末期(EOS)、生长季长度(LOS)],然后以1998年为时间分界点,利用提取的3种物候参数对前后两个时间段内的草地物候特征的时间演化趋势及空间分异进行分析。结果表明:1)全国草地年平均SOS、EOS和LOS分别主要集中在第100～140天、260～290天和130～170天;2)物候趋势在30年时间尺度上没有显著变化,幅度为-0.3～0.3 d·yr~(-1);3)在1998年之前,全国草地SOS平均提前速率为0.37 d·yr~(-1),EOS平均推迟速率0.43 d·yr~(-1),且空间差异较大,在1998年之后草地物候变化趋势出现转变,草地SOS变化幅度最大,平均推迟速率为0.28 d·yr~(-1);4)高山亚高山草甸、山地草原、平地草原和高山亚高山平地草原在1998年后物候特征变化趋势出现与之前完全相反的转折。提取物候结果与观测资料和相关研究结果较为一致。     

2000-2014年博斯腾湖流域NPP时空变化特征及影响因子分析

植被净初级生产力(net primary productivity,NPP)是反映陆地生态系统对气候变化响应的重要指标.本研究利用2000-2014年MODIS的MOD17A3、MOD12Q1产品,采用GWR(地理加权回归分析方法)建模法反演的近地气温数据以及TRMM降水量数据,通过逐像元的斜率、偏相关和复相关分析,分析新疆博斯腾湖流域净初级生产力和降水、近地气温等气候要素的时空变化趋势,探讨NPP的时空格局及其影响因素.结果表明,1)各月气温地理加权回归模型(geographical weighted regression,GWR)的决定系数(R2)均高于0.85,估算得到的近地表气温与实测气温的验证结果R2均高于0.9,能满足本研究的精度需求.2)在研究时间内,博斯腾湖流域NPP的年均值在205.12～235.7g·(m2·a)-1波动,多年NPP平均值为221.52 9·(m2·a)-1,整体上NPP呈减少趋势.3)NPP变化斜率介于—18～26 g·(m2·a)-1,减少趋势主要分布在山区,占总面积的35.23％;增长趋势主要分布在平原绿洲区,占总面积的16.99％.4)博斯腾湖流域39.81％的植被NPP的变化受气候因素影响,山区和平原区都有分布;受非气候因素影响的区域占总面积的16.57％,主要分布在人类居住的平原绿洲区域,说明研究区NPP的时空变化是气候变化和人类活动的共同结果,但气候因素的影响较大.     

新疆地区草地植被物候时空变化

植被物候是反映环境条件和气候变化最客观、最敏感的指示器,研究新疆草地物候变化对于深入理解和预测陆地生态系统的动态变化具有重要的意义。利用土地覆盖动态产品(MCD12Q2)物候数据对新疆地区2001-2014年间草地物候的时空变化进行了研究,主要结论如下:1)草地植被物候多年均值由低海拔到高海拔呈明显的区域性差异。海拔每升高1000m,返青期推迟13d,枯黄期提前7d,生长季长度缩短20d;2)新疆不同草地类型的返青期在第100~136天,枯黄期在第256~291天,生长季长度为122~190d;3)新疆草地返青期整体呈提前趋势,提前速率为0.11d·yr~(-1),草地枯黄期呈推迟趋势,推迟速率为0.14d·yr~(-1),生长季长度呈延长趋势,延长速率为0.25d·yr~(-1)。     

青海湖流域草地时空变化特征初探

本文利用遥感手段获取流域内的草地空间分布及变化信息,结合Markov模型和动态变化度对草地状况的时空变化特征进行分析。研究表明,2013年青海湖流域草地状况良好,未退化草地占草地总面积44.68%。未退化草甸是流域内的优势草地类别,主要分布在流域中部及环湖流域西南部,动态变化度为-0.49%,时空变化稳定。2000~2013年期间流域内未变化草地占草地面积53.56%,主要分布在流域中部。草地发生退化面积略大于恢复面积,总体呈退化趋势。在近13a内草地状况变化经历了幅度较小的退化、恢复、退化的过程。草地恢复主要分布在青海湖西北及北部地区,草地发生退化主要分布在流域西北地区。     

基于GIMMS NDVI 3g.v1的近34年青海省植被生长季NDVI时空变化特征

在气候变化和人类活动的综合影响下,青海省生态环境发生了明显变化。在此背景下,以GIMMS NDVI 3g.v1为数据源,采用Sen+Mann-Kendal方法研究青海省1982-2015年植被覆盖区域NDVI时空变化,将趋势分析和R/S(rescaled range analysis)分析叠加,研究植被生长季NDVI变化的持续性特征,并揭示植被对气候变化及人类活动的响应规律。结果表明:1)近34年青海省植被NDVI整体呈从西北到东南的增加趋势;且变异系数显示,波动性较大地区集中在柴达木盆地周边和青南牧区西北部等植被NDVI较低的区域,波动性较小地区集中在祁连山东部、东部农业区和青南牧区东南部等植被NDVI较高的区域。2)近34年青海省植被NDVI整体呈增加趋势,增长率为0.38%·10a~(-1);且NDVI变化具有明显的阶段性,存在1994年和2000年两个突变点。3)近34年青海省植被改善区域(75.4%)远大于退化区域(24.6%),其中显著改善面积占植被覆盖区域面积的40.9%,退化区随时间变化在空间上表现出明显的转移现象。4)Hurst指数表明,青海省植被变化反持续性较强,趋势分析与Hurst指数叠加得出,由退化转为改善的区域占植被覆盖区面积的13.7%,由改善转为退化的区域占植被覆盖区面积的44.3%,另41.5%的区域无法确定未来变化趋势。5)青海省植被生长季NDVI受气候变化和人类活动的双重影响,且不同植被类型对气候变化的响应存在较大差异。     

青海省草地生产力变化及其驱动因素北大核心CSCD

近年来受到气候变化和人类活动的影响,青海省草地生产力发生明显的变化。本研究基于MOD17A3HGF.006数据产品,以草地净初级生产力(NPP)为指标,采用Sen-MK趋势分析、相关分析和残差分析等方法构建决策树,分析青海省2001-2017年草地NPP变化趋势,并探究其驱动因素的空间异质性。结果表明:1)近17年来青海省草地NPP发生显著(P<0.05)变化的面积为11.41×10^(4)km^(2),其中NPP极显著(P<0.01)增加、显著(0.01≤P<0.05)增加、显著减少和极显著减少的草地分别占全省草地面积的11.88%、17.25%、0.20%和0.08%;全省草地生产力明显提高。2)草地NPP显著变化的不同主导因素类型中,气温主导的区域最大,占草地NPP显著变化面积的60.66%;其次是人类活动和人类活动+气温,分别占23.45%和9.49%;气温和人类活动是引起青海省草地NPP显著变化的主要因素。3)气温、降水和人类活动对青海省草地NPP变化的作用均以促进为主;同时,人类活动又是草地退化的主要因素,其贡献了草地NPP减少趋势区域的77.49%;而在青海省主要的生态工程区内,人类活动对草地的保护和治理成效明显。     

基于NPP与EVI的三江源生态状况评估

为了探究2001-2019年三江源生态状况在时空上的变化特征,基于Mann-Kendall检验法从时空角度对2001-2019年生长季累计增强型植被指数(Enhanced Vegetation Index,EVI),植被净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)进行趋势变化分析,对三江源生态状况进行评估;通过土地利用类型转移情况对趋势分析研究结果展开进一步验证;最后对NPP与EVI、气候因子(温度和降水)进行相关性分析,探讨NPP变化的主要限制因素.结果 表明:时间尺度上,2001-2019年研究区内NPP和EVI总体呈波动上升趋势;空间尺度上,区域内NPP和EVI明显改善面积占比分别为86.06％和34.26％,大部分区域生态状况得到明显改善.2001-2019年研究区草地面积增加了645.89 km2,植被覆盖度增加,这与EVI趋势分析结果一致.NPP与EVI、温度、降水量均成正相关,其中EVI与NPP相关性最强.     

2000-2016年新疆伊犁河谷草地NDVI变化趋势分析

草地是伊犁河谷生态系统的主要组成,为探明其植被覆盖的变化特征,选用2000-2016年MODIS NDVI时间序列数据,应用Mann-Kendall检验、Theil-Sen Median趋势分析及R/S分析,对伊犁河谷近17年草地NDVI变化趋势进行分析。结果表明：2000-2016年伊犁河谷草地NDVI总体呈显著下降趋势,空间上88.07%草地NDVI出现下降,其中49.62%达到显著水平;各草地类型中,山地草甸NDVI平均值最高,面积最广,NDVI平均降低速率最高,其95.76%面积的NDVI出现下降,且73.10%达到显著水平;伊犁河谷97.77%草地NDVI变化趋势呈现正持续性,未来一定时期内绝大部分草地的NDVI仍将继续下降;与气温相比,伊犁河谷降水的年际变化与草地NDVI年变化的相关性更高。     

基于CASA模型的甘南地区草地净初级生产力时空动态遥感模拟

植被净初级生产力(net primary productivity,NPP)及其对气候变化的响应研究是全球变化的核心内容之一。基于地理信息系统和卫星遥感应用技术,利用CASA模型估算了2001-2008年甘南草地NPP,在模型验证的基础上,分析了甘南草地NPP空间分布格局和时间分布特征。结果表明,1)2001-2008年甘南草地多年平均NPP为483.41 g C/(m²·a),大体呈现由西南向东北逐渐减少的趋势,单位面积多年平均NPP在海拔3 000~3 500 m最高,达到497.07 g C/(m²·a);2)甘南草地植被生长季节变化明显,主要生长期集中在第177~240天;3)甘南草地NPP呈现增加趋势,增长趋势最明显的草地类型是低平地草甸类,而沼泽的变幅最小,通过与8年间温度和降水的分析可以看出,影响甘南草地NPP变化的主要驱动力是降水量。     

内蒙古草地生态系统近10年NPP时空变化及其与气候的关系

植被净初级生产力(net primary productivity, NPP)及其对气候变化的响应研究是全球变化的核心内容之一。通过改进的光能利用率模型(CASA模型),利用MODIS NDVI数据、土地覆盖分类数据、气象数据等,逐像元模拟2001-2010 年内蒙古草地生态系统NPP的时空变化,分析其对气候因子变化的响应关系。结果表明,1)2001-2010年内蒙古草地多年平均NPP为281.3 g C/(m²·a),空间分布呈由西南向东北递增的趋势,草甸草原、典型草原和荒漠草原平均NPP分别为431.8,288.7和123.5 g C/(m²·a);2) 2001-2010年间内蒙古草地NPP总体上呈上升趋势。NPP上升趋势最明显的草地主要分布在毛乌素沙地、浑善达克沙地、科尔沁沙地、呼伦贝尔盟和大兴安岭南麓地区,而下降趋势最明显的草地主要分布在阴山山脉和锡林郭勒盟中部的典型草原区;3) 总体而言,降水量是内蒙古草地净初级生产力的主要影响因素。草甸草原NPP与降水量、温度的关系均很密切,而且与温度的相关性更强;典型草原和荒漠草原NPP则主要受降水量控制,其中荒漠草原NPP与降水量的关系更密切。     

中国天然草地净初级生产力时空分布

利用基于草原综合顺序分类系统（CSCS）的改进CASA模型,估算2004-2008年中国草地净初级生产力并分析其时空分布特征。结果表明：2004-2008年中国草地NPP年平均为489.4 g C·m^-2·a^-1,5年里草地NPP总体呈现增加趋势。草地NPP的积累期主要发生在水、热搭配较好的4-10月,占了全年总量的89.1%。春（3月-5月）、夏（6月-8月）、秋（9月-11月）、冬（12月-2月）四季的草地NPP各自占全年总量的18.6%,59.6%,17.4%和4.5%。由年际、月份—空间和季节—空间的NPP变化可知,适宜的水热搭配是草地NPP积累的关键。中国草地NPP随经度的递增而逐渐增大,随纬度的增大而逐渐减小,但存在一定的波动性,其变化规律与水、热状况的地带性规律相一致。     

基于Daycent模型的三江源地区草地NPP估算及其对气候变化的响应

【目的】探求1971-2020年草地NPP的时空变化特征及其与气候因子的关系。【方法】基于Daycent模型估算三江源地区草地NPP,结合同期温度和降水数据,运用多元回归分析法进行分析。【结果】1)三江源地区草地NPP多年的年平均值为168.10 gC/m²,空间上呈现东高西低,南高北低的格局。2)高寒草甸类年均NPP为227.44 gC/m²,高寒草原类年均NPP为117.23 gC/m²。3)当降水量小于450 mm时,温度与草地NPP呈正相关;当降水量大于450 mm时,温度与草地NPP呈负相关。【结论】三江源地区草地NPP呈自东南向西北递减的空间格局;不同草地类型中,高寒草甸类年均NPP大于高寒草原类年均NPP,且高寒草原类年均NPP有显著的增加趋势;三江源地区的草地NPP与降水量呈显著相关关系,温度对该地区的草地NPP也有影响。     

甘南藏族自治州植被净初级生产力时空变化及驱动力

自2003年开始甘南藏族自治州推行了“退耕还草”等一系列生态保护政策,对区域植被状态产生了一定的影响。目前针对甘南州不同植被类型下植被净初级生产力(NPP)与归一化植被指数(NDVI)、太阳辐射、气温、降水间响应机制的研究尚不明晰,且关于该区域植被NPP时空特征变化及重心迁移的探讨尚少。本研究基于MODIS遥感数据、气象数据、植被类型数据,利用Carnegie-Ames-Stanford Approach (CASA)模型估算了甘南州2000-2019年植被NPP,分析了NPP时空变化特征,探讨了不同植被类型下植被NPP与NDVI、气温、降水以及太阳辐射之间的响应关系。结果表明：1) 2000-2019年植被NPP年均值为621.79 g·m^-2,96.63%区域呈现为增长趋势。2) 2000-2019年植被NPP重心整体呈现西北向东南迁移,东南部植被NPP增速高于西北部。3)植被NPP与气温、降水、太阳辐射间整体上呈明显的正相关关系,北部边缘及东部中心地带呈负相关关系。4)林地、灌丛、草地的NPP均呈稳定增长,湿地类型下除NPP外气温亦呈明显增长。本研究可为评价...     

我国北方草地净初级生产力时空动态特征及其与水热因子的关系

为探讨我国北方草地净初级生产力（Net primary productivity,NPP）的变化及其影响因子,本研究利用光能利用率模型（Carnegie-ames-stanford approach,CASA）和遥感数据,模拟了2000—2015年我国北方地区的草地NPP时空动态格局,并对其动态变化的稳定性、持续性及其与气象因子的相关关系进行分析。结果表明：2000—2015年间我国北方草地NPP呈显著增长趋势,空间上表现为由东北向西北逐渐降低;草地NPP高值区主要集中在青藏高原东部、新疆北部,低值集中在青海省西南部及内蒙古中部等地;青海东部、甘肃南部和陕北地区的草地NPP呈显著增加,而新疆北部草地NPP显著减少;不同类型草地NPP在研究期限内均呈波动增加的趋势,其中坡面草地增长率最高;我国北方大部分地区草地NPP处于中等波动状态,青藏高原东北部的草地NPP较为稳定;未来青海省南部及东部,黄土高原中部和新疆北部地区的草地NPP将持续显著增加。总体而言,我国北方草地NPP与气温呈负相关关系,与降水呈显著正相关性关系。     

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.