吕梁山地区常绿植被物候的提取和分布差异

山西省吕梁山地区气候、地形多变,常绿植被分布较多,其物候对环境变化敏感,提取和研究常绿植被物候能为全球变化和常绿植被的其他研究提供基础。利用MODIS NDVI数据,通过Savitzky-Golay滤波和动态阈值法提取吕梁山常绿植被物候,并运用趋势分析法定量分析了植被物候在空间和地形的差异。结果表明:(1)吕梁山地区常绿植被生长季开始日期(SOS)在第95～130天之间,生长季结束日期(EOS)在第280～320天之间,生长季长度(LOS)在第160～230天之间。(2)研究区常绿植被物候与纬度关系密切,随着纬度由南向北升高,植被SOS显著推迟(R²=0.9265,P<0.001),EOS显著提前(R2=0.9265,P<0.001),EOS显著提前(R²=0.8656,P<0.01),LOS显著缩短(R2=0.8656,P<0.01),LOS显著缩短(R²=0.9620,P<0.001)。(3)常绿植被物候在地形上的差异明显。海拔升高,植被SOS显著推迟、EOS显著提前、LOS显著缩短;坡度变大,植被SOS显著推迟,EOS显著提前,LOS显著缩短;各坡向的植被物候差异明显,植被SOS最大相差2.6 d,植被EOS最大相差3.6 d,植被LOS最大相差5.2 d。所提取的吕梁山地区常绿植被物候与其他研究结果相近,植被物候在空间和地形上存在显著差异。     

吕梁山地区常绿植被物候的提取和分布差异

山西省吕梁山地区气候、地形多变,常绿植被分布较多,其物候对环境变化敏感,提取和研究常绿植被物候能为全球变化和常绿植被的其他研究提供基础.利用MODIS NDVI数据,通过Savitzky-Golay滤波和动态阈值法提取吕梁山常绿植被物候,并运用趋势分析法定量分析了植被物候在空间和地形的差异.结果表明:(1)吕梁山地区常绿植被生长季开始日期(SOS)在第95～130天之间,生长季结束日期(EOS)在第280～320天之间,生长季长度(LOS)在第160～230天之间.(2)研究区常绿植被物候与纬度关系密切,随着纬度由南向北升高,植被SOS显著推迟(R2=0.9265,P<0.001),EOS显著提前(R2=0.8656,P<0.01),LOS显著缩短(R2=0.9620,P<0.001).(3)常绿植被物候在地形上的差异明显.海拔升高,植被SOS显著推迟、EOS显著提前、LOS显著缩短;坡度变大,植被SOS显著推迟,EOS显著提前,LOS显著缩短;各坡向的植被物候差异明显,植被SOS最大相差2.6 d,植被EOS最大相差3.6 d,植被LOS最大相差5.2 d.所提取的吕梁山地区常绿植被物候与其他研究结果相近,植被物候在空间和地形上存在显著差异.     

基于MODIS遥感数据的贵州省森林物候监测

以贵州省森林植被为研究对象，基于对MODIS卫星遥感影像的分析，探讨了遥感监测手段在区域尺度上提高森林植被物候监测精细程度的可能性。结果表明：通过分析比较归一化植被指数(NDVI)、增强植被指数(EVI)、相对绿度指数(Gcc)、绝对绿度指数(ExG)等不同植被指数，发现增强型植被指数(EVI)更能表达森林植被物候变化趋势；采用S-G滤波及动态阈值法提取物候关键期，发现贵州省森林植被物候变化趋势呈现西部地区植被生长开始期晚于东部地区，结束期早于东部地区，整个植被生长季长度西部短于东部；基于EVI的贵州省森林物候空间分异规律总体上不明显，仅纬度与生长开始期(SOS)和生长季长度(LOS)相关性显著，经度海陆地带性及海拔垂直地带性差异不显著。     

小兴安岭森林植被物候对气候变化的响应

【目的】采用遥感提取植被物候的方法，以小兴安岭为研究区，构建森林植被物候时空变化，分析森林植被物候变化对气候变化的响应。【方法】基于GIMMS NDVI 3g影像，运用一元六次多项式拟合植被生长曲线，并结合逐像元动态阈值法提取小兴安岭1982-2015年森林植被生长开始期(SOS)、生长结束期(EOS)和生长季长度(LOS)共3种物候参数；利用ArcGIS软件，将气温、降水以及日照时数数据与植被物候参数逐像元分析，得到物候参数与气象因子偏相关系数的空间分布特征。【结果】(1)植被物候多年平均值空间分布特征呈现由西北向东南方向，植被SOS逐渐提前，植被EOS逐渐推迟，植被LOS逐渐延长的规律。(2)小兴安岭森林植被SOS集中在日序第112.1～128.3天，年际变化在1998年前后出现转折，1998年前呈显著提前趋势(R²=0.284,P=0.028),1998年后呈不显著推迟趋势(R²=0.002,P=0.86)，导致整个时间段(1982-2015年)变化不显著，变化幅度为每10年提前0.12 d(R²=0.001,P=...     

长白山阔叶红松林不同演替阶段冠层光谱特征及其与气温的关系

  目的  通过遥感数据分析长白山阔叶红松林不同演替阶段冠层光谱变化特征,为揭示长白山群落内部种间变化以及植被生产力对气候因子的响应机制提供理论依据。  方法  通过Google Earth Engine平台提取1984—2019年长白山原始阔叶红松林与次生白桦林Landsat和Sentinel多年冠层光谱数据并计算植被绿度参数,分析二者冠层光谱特征季节变化、植被绿度的季节与年际变化,计算植被年际绿度变化与同期月均温的Pearson相关系数。  结果  （1）原始林与次生林冠层可见光反射率在非生长季较高,生长季下降,而近红外光变化趋势则与此相反。在生长旺盛季节（5—10月底）原始林与次生林可见光波段冠层反射率相近,近红外波段差异明显,次生林冠层反射率更高。二者都具有明显的“红谷”、 “绿峰”、 “蓝谷”和“红边”现象,原始林冠层光谱反射率年变化幅度小于次生林。（2）原始林与次生林的绿度表现为相同的变化趋势,即春季展叶期间增长、秋季落叶期衰减。非生长季,原始林植被指数变化较为稳定且大于次生林,次生林林下透光度高。生长季,次生林增强植被指数（EVI）和哨兵二号红边位置（S2REP）均大于原始林,植被冠层生理活动更为旺盛,不同的卫星影像数据表现一致,且次生林的EVI峰值比原始林出现得略早。（3）1985—2019年的35年期间,长白山气温呈上升趋势,植被绿度也随之变化,即:二者EVI在增加,且夏季（生长季）增长幅度大于其他季节,春、秋季的年际差异较大。（4）与原始林相比,次生林EVI年际变化受春季气温影响较大,在生长季初期,二者的EVI与气温呈显著正相关;在整个生长季期间,当气温增加达到一定阈值后,EVI增长显著。  结论  长时间的连续冠层光谱变化监测与分析,可有效反映原始林与次生林植被物候变化差异。气温上升可能是引起长白山阔叶红松林绿度变化的重要因素之一。      

基于MODIS的河南省植被指数提取与分析

利用MODIS数据提取河南省的植被指数数据,分析了不同植被类型下NDVI和EVI的特点和其时间变化的特征,探究了河南省植被的空间分布特征。研究表明,NDVI始终都较EVI高,而EVI曲线较NDVI更为平滑,2种指数变化趋势及空间分布格局基本一致,都能很好地反映河南省植被的空间分布和季节的演替。     

干旱影响下光能利用率模型模拟常绿针叶林总初级生产力的比较

  目的  研究干旱影响下不同光能利用率模型估算常绿针叶林总初级生产力(GPP)的能力,为精准模拟北半球常绿针叶林的GPP提供参考依据。  方法  采用MODIS数据和通量站点观测数据,在8 d尺度上对常绿针叶林的GPP进行参数化建模。首先利用皮尔逊相关系数和随机森林因子评价方法分析GPP各个驱动因子的重要性。使用降水量和潜在蒸散量(PET)构造干湿度指数,对各个站点进行干湿分类。其次在植被光合模型(VPM)的基础上,去除其中的水分参数,得到改进的植被光合模型(VPMsw)。最后定量比较各站点在不同干湿类型下,VPM模型与VPMsw模型拟合GPP的精度。  结果  ①由驱动因子分析可知:GPP与温度、PET相关性较强,与陆表水指数(LSWI)相关性较弱,温度对GPP的重要性大于水分。②与VPM模型相比,VPMsw模型在干旱和半干旱站点拟合GPP的精度有所提高,均方根误差分别减少6.5%和23.4%,在半干旱地区精度提升效果更明显。  结论  干旱影响下,LSWI不能较好地反映干旱和半干旱地区常绿针叶林的水分情况,所以在干旱和半干旱地区,VPMsw模型拟合GPP的精度更高。图3表3参25     

基于MODIS／EVI时间序列数据分析冰冻灾害对植被绿叶始期的影响

在全球气候变化的研究中,植被物候与气候的关系是一个重要的课题,它显示陆地生态系统对全球变化的响应。笔者用2005～2008年1～7月每8d时间序列的MODIS／EVI数据及其相应的地面数据,运用时间序列谐波分析（HANTS）算法对EVI数据进行去云处理。对处理后的结果,采用动态阈值法获取该区域2005～2008年植被物候（生长始期）及其分布格局,并将冰冻灾害年份跟正常年份植被物候分布格局进行对比,分析冰冻灾害对该地区植被物候的影响。结果表明,处理后的EVI数据能较好地反映冰冻灾害对植被物候的影响,准确地反映了冰冻灾害的实际影响范围。该研究结果说明,通过HANTS法分析卫星遥感数据可较为准确地反映植被的生态特征。     

基于TVDI 与荧光的呼伦贝尔市干旱时空动态监测研究

【目的】呼伦贝尔地区降水量少,年际和年内分布不均,灌溉条件不发达,干旱对当地农业和畜牧业生产造成了严重影响,结合干旱监模型与荧光数据可对呼伦贝尔干旱情况进行有效监测。【方法】文章使用MODIS归一化植被指数(NDVI)和地表温度(LST)产品,建立Ts-NDVI特征空间,计算温度植被干旱指数(TVDI),同时结合GOME-2 L2级荧光产品,综合分析评价2017—2018年呼伦贝尔地区干旱时空变化特征。【结果】该文建立的干旱指数模型能有效监测呼伦贝尔市干旱状况,干旱等级划分结果表明,2017—2018年呼伦贝尔地区存在不同程度的干旱问题,此模型在该研究区干旱监测上具有很好的适用性;通过SIF与NDVI的变化过程对比分析发现,SIF对水分胁迫等植被生理变化比较敏感,SIF较NDVI而言,能更有效地反映植物受胁迫状况。【结论】通过MODIS产品与GOME-2 L2荧光产品相结合,可以更准确地监测分析该研究区内的干旱时空动态变化,为呼伦贝尔市的旱情监测提供重要参考。     

FY-3A/MERSI植被指数区域适用性比较

为确定适用于宁夏不同类型区域的植被指数,基于研究区多时相FY-3A/MERSI和TERRA/MODIS数据,通过频率统计、误差分析方法比较了NDVI与EVI的适用性。结果表明:①宁夏全区,在低植被区EVI更有优势,在高植被区NDVI更有优势;②中部干旱带、南部山区、草地、旱地,在中度植被区,NDVI更有优势;③基于FY-3A/MERSI与TERRA/MODIS的EVI相关性高于NDVI、误差低于NDVI。比较FY-3A植被指数区域适用性为科学认识宁夏植被长势提供参考。     

多种时序NDVI重建方法比较与应用分析

【目的】NDVI时序数列能够模拟植物的生长过程,反映其生长状况。目前重建NDVI时序数列的方法有很多,由于模型和参数的不同导致结果存在不确定性以及偏差。本研究旨在对比3种模型（Whittaker平滑、HANTS和Savitzky-Golay滤波）在物候提取和复种指数提取中的应用,以探讨各模型的优缺点。【方法】采用16 d间隔的MODIS MOD13Q1 2000-2012年陕西地区影像,利用3种模型拟合重建NDVI时序数列。首先,将研究区划分为3个气候区,每区分别选择林地和耕地两个采样点,视觉比较各采样点3种模型拟合效果。其次,通过均方根误差、相关系数和信噪比对比各模型拟合精度,并探讨不同植被类型之间拟合精度的差异。然后,采用动态阈值法提取13年植被物候参数（生长开始日期SOS、生长结束日期EOS、生长周期LOS）,对比模型提取不同植被类型物候参数均值和标准差的差异。最后,利用二次差分算法和提取规则获取陕西13年复种指数,对比3种模型提取和统计年鉴计算复种指数之间的差异。【结果】Savitzky-Golay滤波拟合精度较高,复种指数提取精度较高,但是提取物候参数方面存在较大误差;HANTS提取物候参数效果较好,但参数设置复杂以及精度较差;Whittaker平滑参数设置简单,能有效降低原始影像的信噪比,在精度和物候参数提取均表现良好;均方根误差和相关系数作为精度检验的标准,二者存在负相关,相关系数比均方根误差更灵敏。【结论】Whittaker平滑能够很好地平衡NDVI时序数列的保真度和粗糙度,在提取物候参数方面表现良好,在提取复种指数方面还有待进一步研究。     

山东省植被指数影像数据库的设计与实现

利用ENVI软件分析处理高时空分辨率的MODIS数据,得到山东省的归一化植被指数（NDVI）与增强型植被指数（EVI）影像数据,在对影像数据进行分块、编码和建立索引的基础上,建立山东省NDVI和EVI植被指数影像数据库,并可提供局域网内的数据下载服务。     

多时相MODIS影像的浙江省水稻种植面积信息提取方法研究

    为准确获取水稻种植面积,以浙江省为研究区,利用8 d合成MODIS陆地表面反射率数据的特点和水稻典型物候特征,选取水稻种植前的休耕期、秧苗移栽期、生长期和成熟期等多时像MODIS地表反射率影像数据,通过归一化植被指数、增强植被指数及利用对土壤湿度和植被水分含量较为敏感的短波红外波段计算得到的陆地表面水指数进行水稻种植面积信息获取,将提取结果同现状水田与MODIS影像共同提取的数据以及浙江省统计年鉴数据进行对比分析.结果表明,利用MODIS影像的8 d合成地表反射率数据进行平原区域水稻种植面积提取,精度可达90%以上.因此,采用MODIS影像数据进行平原区域水稻遥感监测可以为政府决策部门提供信息服务.     

基于EOS/MODIS资料的江西省水稻长势遥感监测

基于2010年的MODIS数据,进行江西省水稻长势遥感监测指标的研究,提取了4种植被指数作为遥感参数,即比值植被指数RVI、归一化植被指数NDVI、植被状态指数VCI和增强植被指数EVI,并利用植被指数进行叶面积指数LAI的反演,建立了植被指数VI-LAI模型。在VI-LAI模型中EVI、NDVI与LAI的相关性较好。利用LAI的预测值和地面实测数据进行精度的分析,结果显示EVI的三次方(Cubic)模型在各方面都优于其他植被指数和其他模型,因此选择EVI作为水稻的长势遥感监测指标。     

北京城市森林生态系统能量分配的季节动态研究

  目的  森林是陆地生态系统的主要组成部分,对全球碳水循环和能量交换过程有重大影响,然而对城市森林生态系统能量交换过程的了解仍很有限,本文在北方城市森林开展生态系统水热通量的机理研究,对制定科学合理的人工林水分管理策略具有重要意义。  方法  本研究利用涡度协方差观测法,探讨了2018年北京奥林匹克森林公园各表面能量组分的日变化和季节变化,以及控制能量分配的主要生物物理因子。  结果  全年日均净辐射通量（R_n）为133 W/m2,日均感热通量（H）为23.6 W/m2,日均潜热通量（LE）为26.9 W/m2。波文比（β = H/LE）为0.88。在非生长季,感热通量大于潜热通量,在生长季开始,潜热通量逐渐超过感热通量,占据主导地位。Priestley-Taylor系数（α系数）、冠层导度（g_s）和解耦系数（Ω）都与土壤含水量（VWC）和归一化植被指数（NDVI）呈正相关的关系,与饱和水汽压差（VPD）则呈现先上升后下降的关系。β与VWC、VPD和NDVI都呈现负相关的关系。VWC和VPD通过影响冠层导度,控制潜热通量及能量分配。  结论  本研究结果表明:干旱条件能显著降低生态系统冠层导度,从而降低潜热通量,影响能量分配。此外,为提高潜热通量比例,最大化城市绿地的降温功能及其价值,在冠层构建期和生长季干旱期进行一定程度的灌溉是一项合理的用水管理措施。      

山西省植被指数时空变化特征及其对气候变化的响应

基于2001-2013年山西省中分辨率成像光谱仪(MODIS)植被指数产品(MOD 13Q1)和气象数据(气温、降水量),利用斜率分析法、相关系数分析法等方法 ,研究近13年来植被指数(增强型植被指数EVI、归一化植被指数NDVI)的时空变化特征,以及植被覆盖变化对气候变化的响应。结果表明,年际变化方面,整体EVI和NDVI年均值显著增加,每个月均值也呈递增趋势,其中7月份的年际增长变化最为显著(EVI、NDVI的线性增长率分别为0.003 8和0.005 7);空间分布上,植被覆盖较茂密的地区主要分布在山区一带,植被稀疏区主要位于盆地附近;植被指数与年均降水量呈显著正相关,与年均气温整体上呈负相关,显著性并不明显,表明植被覆盖受降水变化影响较大,对其变化响应较强,受温度变化影响较小,呈弱响应关系。     

4种遥感数据时空融合模型生成高分辨率归一化植被指数的对比分析

  目的  针对时空融合方法在遥感植被状况调查及动态变化监测中的应用,比对时空自适应反射率融合模型(STARFM)、增强型时空自适应反射率融合模型(ESTARFM)、回归拟合空间滤波和残差补偿模型(Fit-FC)和规则集回归树融合模型(RPRTM)等4种时空融合模型对归一化植被指数(NDVI)的融合效果。  方法  以三江源地区2块具有差异性地表特征的区域为研究样地,采用上述4种时空融合方法,融合空间分辨率30 m的Landsat 8影像和250 m时间步长16 d的MODIS NDVI数据,生成步长为16 d的30 m空间分辨率的NDVI数据。基于Landsat NDVI影像通过定性的目视判别和定量的统计分析来评价不同融合模型结果的空间特征模拟效果,并以真实的MODIS NDVI时间动态为参考,分析了不同融合方法对地表植被动态特征的拟合效果。  结果  ①关于空间特征的捕捉,在地表覆盖状况较复杂的区域,RPRTM融合效果最佳(R2=0.82);而对于输入影像差异较大的区域,ESTARFM融合效果最佳(R2=0.95)。②关于时间动态的捕捉,RPRTM针对不同的植被型均取得了最佳效果(R2为0.97~0.99)。③相对于模型输入数据的时空可比性,地表异质性对STARFM和ESTARFM融合效果的影响更大。  结论  4种时空融合模型能有效用于生成高时空分辨率的NDVI数据,不同模型其融合效果各有不同,RPRTM在复杂地表区域与模拟植被生长动态变化中均有较好表现。图4表1参38     

植被指数对藏北高寒草甸干旱的敏感性分析

近几十年来,干旱事件的频繁发生已成为全球环境问题中最为严峻的问题之一,大多数植物遭受干旱逆境后的各个生理过程都会受到不同程度的影响。通过遥感手段获取的归一化差值植被指数(NDVI)、增强型植被指数(EVI)等与植被生长有关的植被指数被广泛用于干旱的监测与评估;然而,利用植被水分指数,例如地表水分指数(LSWI)等对干旱事件发生的响应及其严重程度评估的研究目前还较少。利用中分辨率成像光谱仪(MODIS)反射率数据,提取2004—2012年8年尺度的拉萨当雄高寒草甸观测站点中心像元的NDVI、EVI与LSWI,结合同时相内地面观测的降水数据与土壤湿度数据,分析植被指数对藏北高寒草甸干旱的敏感性。结果表明,研究区内年尺度上NDVI和EVI对降水的敏感性基本一致,LSWI的敏感性较NDVI与EVI略高,3种植被指数在干旱年份(2006年)减小幅度基本相同;月时间尺度上LSWI与降水的距平相关性最大,R~2达到0.32(P0.001),NDVI、EVI对降水的响应均存在滞后现象;健康植被的LSWI大于0,干旱植被的LSWI小于0,干旱年份植被生长季LSWI小于0的天数多于湿润年份;相比于NDVI、EVI,利用LSWI对干旱进行分级更适用于高寒草甸干旱的监测与评估。     

黄土高原水蚀风蚀交错区退耕还林工程前后NDVI时空变化特征

【目的】探究黄土高原退耕还林工程实施前后植被覆盖变化特征,评估生态修复效果,对于制定更为有效的生态修复战略政策具有重要意义。【方法】该研究以黄土高原水蚀风蚀交错区为研究区,以EOT算法为核心,基于GIMMS NDVI数据集和MODIS NDVI数据集的重叠时期数据,构建1982—2000年1 km分辨率的NDVI数据集（EOT NDVI）,并联合MODIS NDVI数据（2001—2019年）,形成1982—2019年逐月1 km NDVI数据集（EM NDVI）,以探究研究区的NDVI时空动态变化。【结果】（1）EOT算法对GIMMS NDVI降采样应用是合理的,同时期EOT NDVI与MODIS NDVI之间的平均误差（ME）、平均值绝对误差（MAE）、均方根误差（RMSE）均较小,且决定系数（R2）较高;（2）1982—2019年年均NDVI呈现先下降后上升趋势,年均NDVI增长速率为0.007 8;（3）1982—2019年植被增长速率呈现空间异质性,且退耕还林工程实施前（1982—2000年）年均NDVI呈下降趋势的地区是退耕还林工程实施后（2001—2019年）年均NDVI增加趋势显著的地区。【结论】研究成果可为评估生态恢复措施实施效果和未来生态环境建设提供理论依据和数据支撑。      

林下植被和凋落物对我国寒温带天然林土壤CO2通量的短期影响

  目的  为研究林下植被和凋落物对我国寒温带天然林土壤CO₂通量的影响,对不同处理下CO₂通量排放特征进行分析探究,为大兴安岭地区森林生态系统的经营管理和土壤温室气体研究提供参考。  方法  在2019年5—9月采用静态箱?气相色谱法对大兴安岭北部4种主要林型（白桦林、山杨林、樟子松林和兴安落叶松林）土壤CO₂通量排放特征进行原位监测研究。  结果  4种林型不同处理后的土壤CO₂通量都呈现相似的单峰曲线变化趋势,峰值出现在7月或8月。去除凋落物会提高阔叶林土壤呼吸,降低针叶林土壤呼吸,但变化幅度较小,没有达到显著水平（P > 0.05）。与自然状态相比,去除林下植被后,白桦林、山杨林和兴安落叶松林的CO₂通量均值分别升高了27.57%、15.84%和24.13%,达到显著水平（P < 0.05）,但樟子松林则下降了0.68%（P > 0.05）。去除林下植被和凋落物状态下,白桦林、山杨林和兴安落叶松林土壤CO₂通量均值升高了20.05% ~ 25.34%,但樟子松林则下降了12.36%,且去除林下植被和凋落物的阔叶林的平均通量显著大于针叶林（P < 0.05）。  结论  凋落物和林下植被的存在与否会对土壤CO₂通量产生不同影响,且影响程度因林型而异,科学合理的林下管理对调控森林生态系统CO₂排放和生态环境保护都有着重大的作用。