2001—2020年川西高原植被EVI时空变化特征及气候因子驱动力分析

为了了解川西高原植被EVI的时空变化特征,以MODIS-EVI数据、DEM数据和气象格点数据为基础,基于相关性分析、趋势分析和最大值合成等方法,探讨了川西高原2001—2020年植被EVI时空变化特征及不同海拔高程下植被EVI分布和变化规律。在此基础上,对研究区植被EVI时空变化的气候因子驱动力进行了分析研究。结果表明:(1)川西高原20年间植被EVI均值介于0～0.88,空间分布具有明显的地域分异。(2)近20 a来,川西高原植被EVI整体增长趋势,速率为1.0%/10 a,植被EVI的相对年际变化率介于-4.26%～13.58%。有13.09%的地区植被EVI变化通过显著性检验,其中约10.18%的区域植被EVI呈增加趋势。(3)川西高原近20 a不同海拔高程下植被EVI都呈波动增加趋势,变化速率以及增加趋势的显著性都有明显的差异。在<2 500 m,2 500～3 000 m,4 500～5 000 m 3个海拔高程区间内,植被EVI增加趋势显著。(4)川西高原植被EVI与气温和降水呈正向相关的区域面积占比分别为56.42%,64.09%。在0.05显著性水平下,川西高原植被EVI变化受气候因子驱动的地区约占研究区总面积的21.87%。整体而言,近20 a来川西高原植被EVI呈增加趋势,且具有明显空间差异,EVI与气温和降水整体呈正向相关。川西高原大部分地区的植被EVI变化受非气候因子驱动。     

基于花前物候利用灰色关联分析法建立油菜花期预报模型

采用相关分析法确定与油菜始花期显著相关的冬季气候因子和用灰色关联分析法确定与始花期关联最大的花前物候期因子,分别建立多元回归线性方程,并进行回代检验,以探索简便易操作的油菜始花期预测方法。利用均方根误差（RMSE）和相对误差（RE）对模型的模拟效果进行评价。结果表明：（1）与油菜始花期显著相关的冬季气象因子为1月平均最低气温、2月平均最低气温和2月日照时数,相关系数分别为−0.404、−0.556和−0.478。三个自变量因子不存在共线性关系,建立的回归模型具有统计学意义且通过显著性检验。（2）油菜花前各物候期以抽薹期和现蕾期与始花期关联度大,相关系数分别为0.656和0.634。建立的回归模型同样具有统计学意义并通过显著性检验。（3）分别对两种方法建立的模型进行检验与评价,回代检验表明两种方法建立的模型拟合精度总体上较接近。基于气候因子的模型RMSE气候因子为7.16,RE气候因子为11.2%;基于物候因子的模型RMSE物候因子为6.50,RE物候因子为3.87%。皮尔逊相关分析表明,实际值与两种方法拟合值的相关系数R物候因子和R气候因子分别为0.738和0.658,均通过了0.01水平的显著性检验。R物候因子＞R气候因子,综合各项指标分析认为,灰色关联分析法建立的模型预测油菜始花期比利用气候因子建立的模型更可靠。     

利用HJ-1-A/B CCD2数据反演冬小麦叶面积指数

叶面积指数是十分重要的作物生理生态参数,为提高利用国产环境减灾小卫星CCD数据反演冬小麦叶面积指数的精度,该文以5种常用的植被指数(归一化差值植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI),增强植被指数(enhanced vegetation index,EVI),双波段增强植被指数(2-bands enhanced vegetation index,EVI2),比值植被指数(ratiovegetation index,RVI),土壤调节植被指数(soil-adjusted vegetation index,SAVI)为基础,结合3种常用的回归模型,按生长阶段比较分析了不同植被指数和回归模型反演叶面积指数的精度。结果表明,除生殖生长阶段外,叶面积指数和5种植被指数之间均有较强的相关关系;指数模型和一元线性模型分别为全生育期和营养生长阶段的最佳拟合模型;EVI在全生育期拟合时的表现好于其他4个指数(R2=0.9348),SAVI则是营养生长阶段表现最佳的指数(R2=0.9404)。该研究为进一步利用植被指数反演叶面积指数提供了参考。     

基于气象资料的日辐射模型在中国西北地区适用性评价

地表总辐射(Rs)是作物生长模型率定、蒸散量估算、灌溉制度制定和太阳能资源利用的重要基础数据。为有效提高辐射资源利用率,该文基于中国西北地区10个气象站点1993-2016年气象数据对9种不同日辐射模型进行适用性评价。采用非线性回归分析法对Bristow-Campbell(B-C)模型进行参数属地化修正,得到B-C校正模型。模型适用性评价结果表明:9种模型在西北地区的辐射模拟值和实测值均呈极显著相关(P0.01);基于日照时数的日辐射模型(?ngstr?m-Prescott、Ogelman、Bahel、Louche、Almorox-Hontoria、Glower-Mc Culloch,其R2介于0.875~0.954)计算精度高于基于温度的模型(Hargreaves-Samani、Annandale、Bristow-Campbell,其R2介于0.652~0.813);其中基于日照时数的模型中Bahel模型精度最高,其次是Ogelman和Glower-Mc Culloch模型,其RMSE分别为2.282、2.309和2.313 MJ/(m~2·d),n RMSE分别为14.0%、14.2%和14.2%,MAE分别为1.666、1.701和1.697 MJ/(m~2·d),Nash-Sutcliffe系数(NS)分别为0.905、0.903和0.902;基于温度的日辐射模型中B-C校正模型精度最高,其RMSE为3.819 MJ/(m~2·d),n RMSE为23.3%,MAE为2.680 MJ/(m~2·d),NS为0.741。因此,西北地区日辐射计算当仅有日照时数资料时推荐使用Bahel模型,当仅有温度资料时推荐使用Bristow-Campbell校正模型。     

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MODIS植被指数的西北农业灌溉区生物量估算

利用新疆艾比湖农业灌溉地区MODIS EVI遥感影像数据和同期野外调查获得的75个样方生物量数据,对比分析了EVI与地表生物量多个回归方程的相关系数,进而建立了EVI与农作物生物量的多元回归模型。地表农作物生物量与EVI拟合方程相关系数大小依次为:幂函数>指数方程>三次多项式方程>一元线性拟合方程,同时采用13个独立样方采样数据进行误差分析,证明幂函数模型拟合精度最高。因此采用幂函数模型对研究区农作物生物量进行估算,结果表明,在人工灌溉地区,作物生长茂盛,生物量分布于1～10 kg/m2区间;而在非浇灌地区,地表植被稀疏,多为耐旱耐盐碱植物,地表生物量多在1 kg/m2以下。西北农业灌溉地区地表生物量与土壤水分密切相关,人工灌溉是影响地表农作物生物量变化的主要因素。     

基于线性光谱混合模型的荒漠草地覆盖度估测

为了解决草地混合像元对草地植被覆盖度监测的影响,该研究以Landsat TM为数据源,探讨线性光谱混合模型进行混合像元分解的关键问题,分析混合光谱模型获得的不同组分分量与植被覆盖度之间的关系,以期建立适合天山北坡荒漠草地覆盖度监测模型。结果表明:通过光谱混合模型获得植被、沙丘以及盐碱化土壤3个基本组分,其中植被组分与覆盖度拟合效果较好(R2=0.62),与植被指数法估测草地覆盖度相比,决定系数R2均高于比值植被指数、归一化植被指数、土壤调节植被指数及修正土壤调整植被指数MSAVI。通过对所获模型精度检验,均方根误差RMSE为1.28,结果较为理想。因此,利用线性光谱混合模型解析混合像元估测天山北坡荒漠草地覆盖度具有可行性。     

天龙山灌丛生态系统土壤呼吸对水热和植被因子的响应

以太原天龙山自然保护区的 2个灌木群落(样地 1和样地 2)为研究对象,通过同步观测土壤呼吸(R )s及土壤温度(T 10)、水分(W r)、植被指数(VI),分析 R 的季节变化及其与环境因子季节变化的关系。结果表明:2个灌木群落 R s的季节变化趋势一致,最高值出现在夏季,最低值绝大多数出现在冬季,偶尔也出现在 W r较低的夏季。在季节尺度上,R s与单一环境因子的关系为:与 T 10为极显著;剔除水分低于 1/3田间持水量的数据后,R s与T10的相关性提高;R s与Wr的关系仅在样地 1显著;R s与 VI的关系均为极显著。R s与T10和Wr的复合模型能够提高土壤呼吸的解释能力。土壤呼吸温度模型的残差与 W r的关系表明,样地 1和 2受干旱胁迫的 W r下限阈值分别为田间持水量的 0.35和 0.42。在 R s与T10和Wr的复合模型中增加 VI后,拟合模型的决定系数增加,赤池信息准则(AIC)值降低,模型的拟合效果得到改善。从 AIC值看,3个 3因素模型中温度 -水分 -植被指数的指数 -双幂模型相对较好;3个植被指数中,比值植被指数模型相对较好。该研究结果可以为利用水热和植被因子精确估算灌丛土壤碳通量提供参考。     

气候变化对两种候鸟物候期的影响初探——以大丰市调查为例

选取大丰市气候(1960-2007年)及两种候鸟——家燕(Hirundo rustica)(1989-2007年)和四声杜鹃(Cuculus micropterus)(1995-2007年)的物候期资料,利用一元线性回归、多元逐步回归和M-K突变检验方法,分析了大丰市气候及两种候鸟物候期的趋势变化特征及候鸟物候期对气候变化的响应关系。结果表明:(1)近48a来大丰市年平均气温上升趋势明显,倾向率为0.18℃.10a-1(P0.01),于2004-2005年发生突变性增温;年平均风速呈极显著的下降趋势(P0.01),总日照时数、累积降水量的变化趋势不明显(P0.05);(2)物候期变化趋势表现在家燕始见期、四声杜鹃始鸣期均略有提早,家燕始、绝见期间隔时间略有延长,四声杜鹃间隔期以20.2d.10a-1的速率极显著缩短;(3)影响家燕始见期、间隔期的敏感气候因子是3月平均风速,影响其绝见期的敏感气候因子是5月平均温度;影响四声杜鹃始鸣期的敏感气候因子是5月总日照时数,影响其绝鸣期的关键气候因子是年平均风速、6月平均温度及7月累积降水量,影响间隔期的关键气候因子是年平均风速、6月平均温度及7月总日照时数。说明候鸟物候期对气候变化响应比较敏感,可作为气候变化的指示器。     

淮河中上游植被变化及其对气象因素的多时空尺度响应

[目的]植被与气象因子关系的多时空特征有助于深入理解流域生态系统,对生态环境保护具有重要意义。[方法]基于MODIS EVI数据与气象观测资料,结合趋势分析、Mann-Kendall检验和Pearson相关性分析方法,分析淮河中上游2001—2015年植被动态并探讨流域至局地尺度的植被与降水、气温的相关关系。[结果](1)流域植被整体呈明显增长趋势(p<0.05),EVI指数增长速率为0.055/10 a,冬季增速最大(0.075/10 a)、夏季最小(0.047/10 a),不同地类增速差异显著。(2)年均EVI呈增加的区域占流域总面积的93%,其中呈显著(p<0.05)及极显著(p<0.01)上升趋势约占82%,华北平原(主要为耕地)增速最大,山区、山丘区增速次之,郑州市辖区等呈显著下降(p<0.05);EVI变化的时空分布差异明显。(3)流域尺度春季EVI与同期(3—5月)和2—5月降水呈显著正相关(p<0.05),冬季EVI与同期降水呈极显著负相关(p<0.01),月EVI在3月、11月与最低气温呈显著正相关(p<0.05),在12月分...     

黑龙港流域参考作物蒸散量的时序变化和分形特征

利用位于黑龙港流域的武强、深泽、饶阳、晋州、献县5站1957-2009年日最高气温、日平均气温、日最低气温、日平均相对湿度、日平均风速、日照时数资料,采用Penman-Monteith算法,计算各站不同时间尺度ET0,采用线性趋势分析法分析其趋势倾向,并应用滑动R/S分析方法研究该流域不同时间尺度ET0时间序列的分形特征。线性趋势分析显示,各站历史上自1957年以来的ET0年总值的气候倾向率在-33.81-10.79mm.10a^-1,即均呈下降趋势,但变化倾向率不同;各月ET0倾向率在-11.27-2.02mm.10a^-1,大多数为负值,其中5、6月份各站的下降趋势最大;春、夏、秋、冬季ET0倾向率为-15.87-1.30mm.10a^-1,且夏季各站之间的差异较大,尤以饶阳站与其他4站间的差异最大。气候要素倾向率的对比分析表明,5站参考作物蒸散量总体下降趋势的基本特征主要是由于风速下降、日照时数减少、日最高最低气温上升造成的;5、6月份下降趋势明显则主要是由于风速下降、日照时数减少、日平均气温上升减缓、相对湿度上升明显造成的;饶阳站与其他4站差异较大的主要原因在于2、3、11、12月风速下降和日照时数减少以及日最高最低气温上升趋势减缓、相对湿度和气压下降明显,以致这些月份的ET0倾向率大于0,形成秋季和冬季ET0倾向率大于0,年尺度ET0年际变化下降趋势不明显。R/S分析结果显示,5站全年和各季ET0时间序列的Hurst指数均大于0.5,相关系数均在0.98以上,分维数均小于1.5,说明各站全年和各季节ET0时间序列变化趋势在未来一段时间内具有持续性,即ET0在未来将呈较明显的下降趋势,这种趋势在除饶阳外的其他站月均有不同程度的表现。     

黑龙江省马铃薯气候生产力特征及区划

利用黑龙江省81个气象站1975-2004年30 a的逐日气象资料及相应插值的网格同期逐日气象资料,采用WOFOST作物生长模型,模拟并分析了马铃薯气候生产力的空间分布特征,同时分析了各地气候生产力影响因素及分布特征;利用气候生产力的距平百分率、变异系数及与气候生产力密切相关的有关生育期的4个气候因子(平均气温、气温日较差、日平均日照时数、降水量),采用动态聚类分析方法,将黑龙江省马铃薯可能种植区初步划分为9类气候栽培区,为充分利用当地气候资源发展马铃薯生产提供参考。     

江西省域蒸发皿蒸发量变化特征及其成因

为了探讨气候变化对陆面水文过程的影响,该文利用江西省79个气象站1960－2005年的常规观测资料为基础,结合修正的Penman公式,得出了日照百分率、风速、实际水汽压、最低温度、最高温度变化对蒸发皿年蒸发量变化的贡献。结果表明：在过去46 a中,全流域的平均蒸发皿年蒸发量呈显著下降趋势,其速率为-4.57 mm/a;日照百分率和风速的减小是导致流域平均蒸发皿年蒸发量下降的主要因子,其贡献分别为-2.06、-2.58 mm/a,实际水汽压的减小、最低温度和最高温度的升高导致流域平均蒸发皿年蒸发量上升,但作用相对较小,分别为0.12、0.50、0.30 mm/a,各占观测的蒸发皿年蒸发量变化趋势的45.08%、56.46%、-2.63%、-10.94%、-6.57%。因此,影响江西省蒸发皿年蒸发量变化的气候因子的主次关系为：风速＞日照百分率＞最低温度＞最高温度＞实际水汽压。     

黄河源区青海省玛多县2000—2014年NDVI变化及气候驱动因子

[目的]研究黄河源区青海省玛多县2000-2014年NDVI的变化及其驱动因子气候的变化,为玛多县生态环境保护和土地资源规划提供决策依据.[方法]利用玛多县及其周边地区9个气象站生长季气象资料和MOD 13Q1/NDVI遥感影像数据集,采用最大值合成法、趋势分析法和相关分析方法,分析NDVI的变化及气候驱动因子.[结果]近15 a玛多县NDVI整体上呈增加趋势,增速为0.012/10 a;玛多县65.84％区域的植被覆盖保持在基本不变状态,改善区域(27.47％)大于退化区域(6.69％);NDVI与生长季气温和降水均呈正相关关系,其中生长季降水对NDVI的影响更大;研究区内NDVI变化主要受非气候因子驱动影响,占研究区面积的83.61％,受气候驱动影响的面积仅占16.39％,其中,气温降水综合驱动型占3.93％,气温驱动型占2.74％,降水驱动型占9.72％.[结论]2000-2014年非气候因素是影响玛多县植被NDVI变化的决定性因素.     

气候与下垫面变化对黄土高原蒸散发变化的影响评估

为了揭示近20年黄土高原蒸散发(evapotranspiration,ET)时空变化规律,明晰气候和下垫面变化对蒸散发的影响作用。基于黄土高原295个气象站数据、PML_V2 ET产品及MOD13A1 EVI产品,采用趋势分析和多元回归分析等统计方法,分析了2000—2018年黄土高原蒸散发时空变化特征,并评估了降雨、温度、日照时间、饱和水汽压差、植被和非植被下垫面等影响要素的相对贡献率。结果表明:(1)2000—2018年黄土高原蒸散发年际变化率为4.47 mm/a,62.8%的区域蒸散发呈显著增加趋势,主要分布在山西、青海、陕西省北部地区;不同土地覆盖ET为森林＞农田＞草地＞灌木。(2)植被显著增加是黄土高原ET变化的主导因子,其相对贡献率最大(32.1%);不同气象要素对黄土高原ET相对贡献率大小为降雨(14.6%)＞饱和水汽压差(13.2%)＞温度(12.4%)＞日照时数(10.0%);非植被下垫面变化(水土保持工程措施等)对ET变化的影响作用不容忽视。(3)气象要素和增强型植被指数(enhanced vegetation index,EVI)对林草覆被ET影响作用＞农田覆被ET,而非植被下垫面要素对农田覆被ET的影响作用较大。研究结果为黄土高原生态建设、水资源消耗恢复和水资源可持续性评价提供科学支撑。     

雅鲁藏布江流域NDVI时空分布及与站点气候因子的关系

作为反映流域植被覆盖度的一个指标,NDVI的变化受多个气候因子的影响,而降水与平均气温是重要的影响因子。对雅鲁藏布江流域NDVI时空变化特征分析的同时,根据流域站点的经纬度提取流域面上的NDVI值并与流域站点主要气候因子(降水与平均气温)的关系进行了分析。结果表明,流域站点NDVI与主要气候因子(降水、平均气温)均具有较强的季节性、时间上的一致性与较高的相关性。NDVI与降水量线性相关系数为0.77,对数相关系数为0.7;NDVI与平均气温线性相关系数为0.72,对数相关系数为0.68。     

江西省双季水稻生长季气候适宜度评价分析

通过对江西省双季水稻生长季温、光、水的需求及当地气候条件进行分析,建立了双季水稻各生育期光、温、水及气候适宜度评价模型,确定了双季水稻各生育期多年平均日照百分率达50％时的日照时数为适宜的光照状态,根据模型分别计算了1961-2010年江西省早稻和晚稻生长季各气候因子的适宜度.结果表明,双季晚稻的温、光、水及气候适宜度明显高于早稻,双季水稻各生育期以光照适宜度最大,温度次之,降水最小;降水是影响双季水稻生产的重要因素,尤其对晚稻的影响更为显著;温度是双季水稻生长发育的关键气候因子,早稻苗期和分蘖-孕穗期低温,早稻乳熟期高温以及晚稻抽穗扬花期低温是双季水稻温度适宜度偏低的主要原因.     

近50年福建省日照时数的变化特征及其影响因素

采用气候倾向率方法,对福建省64个站1961-2008年逐月日照时数以及对日照有影响的总云量、低云量、水汽压和相对湿度等资料进行了统计分析。结果表明：近50a福建省的年日照时数呈现出显著的减少趋势,平均减速为71.7h/10a,闽南地区减速最大。四季日照时数也表现出明显的减少趋势,减速为13.8～26.5h/10a,以夏季减速最大,秋季减速最小;最近30a夏季日照时数的减幅更大,春、秋季则呈增加趋势。从年代际变化看,20世纪60-70年代四季日照充足,均为正距平;80年代夏季偏多,其它三季为负距平;90年代春季正常,其它季节偏少。年日照时数异常偏多出现在1963、1971年,但从未出现过异常偏少年。年、季日照时数减少与低云量增加关系密切,而冬季日照时数的减少还与水汽压的增加有关。     

四川旱地作物水分盈亏变化及其与气候变化的关系

利用四川53个农业气象站点1971-2009年逐旬气象、土壤湿度和作物发育期资料,运用农田水量平衡原理和气候趋势分析方法,分析了5个气候子区域近40a来玉米、小麦、油菜全生育期和关键生育期水分盈亏量变化及其与气候变化的关系,结果表明:全生育期和关键生育期内,各分区小麦、油菜均为水分亏缺,但关键期亏缺量在减小;各区域温度升高、水汽压增大、风速减小、日照减少趋势明显;水分盈亏量与降水、水汽压呈正相关,与气温、日照、风速呈负相关。由此可见,四川旱地作物以水分亏缺为基本特征,但由于日照和风速的减小引起作物需水量减少,从而使水分亏缺程度有所降低。