黄土高原水蚀风蚀交错带植被覆盖时空演变分析

【目的】分析近25年来黄土高原水蚀风蚀交错带植被覆盖的时空演变特征,为黄土高原生态极其脆弱区的环境发展方向及宏观决策提供依据。【方法】利用1982-2006年GIMMS（Global Inventory Modeling and Mapping Studies）归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index,NDVI）8 km/15 d分辨率数据,统计检验年、季节及月等不同时间尺度上NDVI的演变特征,在ArcGIS软件中表达10年尺度间NDVI均值的空间分布差异,并用面积累积频率曲线表达研究区NDVI值的整体分布及演变状况;同时用时间相关及空间对应法分析研究区NDVI与降水量的时空联系。【结果】近25年来,黄土高原地区水蚀风蚀交错带植被NDVI总体呈显著（P<0.05）上升趋势,秋季及9-10月NDVI分别呈极显著（P<0.01）和显著（P<0.05）上升趋势。在10年尺度上,研究区植被NDVI空间分布差异较大,持续性增加面积仅为22.3%,集中分布在陕北吴旗、志丹所在北洛河上游,安塞、延安所在延河地区以及西宁西南部。年降水量与年NDVI均值有较好的正相关关系,月尺度上则存在着明显的滞后效应;在10年尺度上,西宁西南部、吴旗-延安等NDVI持续性增加地区与降水量增加的空间分布比较吻合,而内蒙古东胜附近NDVI改善但降水量呈减少趋势,本区属于鄂尔多斯草原禁牧、退耕还林还草生态恢复区,说明生态环境建设产生了较好的生态环境效益。【结论】黄土高原水蚀风蚀交错带25年来NDVI整体呈显著改善趋势,但空间差异较大;其改善程度的空间差异性既有降水的作用,也有人为活动的影响。     

黑龙江省多年冻土区植被NDVI时空变化及其与地温的响应

利用1982—2006年NOAA AVHRR-GIMMS NDVI和2002—2010年MODIS NDVI这2种数据并结合周边13个气象站的地表温度数据,分析1982—2010年黑龙江省多年冻土区生长季植被NDVI在时间和空间上的尺度变化及其与地表温度的响应关系。结果表明,黑龙江省多年冻土区生长季GIMMS NDVI和MODIS NDVI对植被NDVI具有很好的指示作用;1988—2004年植被波动较大,2004年以后植被增长趋势逐渐放缓,趋于平稳;在1982—2006年,植被NDVI与地表温度5月为显著正相关,6月相关性很弱,7、9、10月呈低度相关,8月则相关性显著。在2002—2010年,5、10月为低度相关,6月为显著相关,7—8月相关性较弱,9月为显著相关。总体来看,植被覆盖度不断变好;植被NDVI与地表温度具有较强的相关性,年际变化总趋势较为相似,具有同期性。     

陕北地区GIMMS、SPOT--VGT和MODIS归一化植被指数的差异分析

为了选择适合监测陕北黄土高原地区植被的最佳遥感序列数据,精确监测陕北黄土高原退耕前后的植被变化,选取GIMMS、SPOT-VGT和MODIS3种常用的遥感数据,运用相关分析和均方根误差分析方法,比较3种遥感数据在陕北黄土高原植被空间分布、归一化差异植被指数(NDVI)季节变化和年际变化3个方面的异同。结果表明:1)在植被空间分布方面,GIMMS/NDVI、SPOT-VGT/NDVI和MODIS/NDVI在大范围上的空间分布格局基本一致,但通过分布图分析可以看出,MODIS遥感数据由于其地物分辨率高及NDVI动态范围大的优点,比SPOT-VGT和GIMMS数据更适合于反映植被类型多样的陕北黄土高原地区植被的空间分布。2)在季节变化方面,3种遥感数据NDVI季节变化之间存在极显著的相关关系。其中,均方根误差分析结果表明,MODIS/NDVI与GIMMS/NDVI之间的差异明显大于MODIS/NDVI与SPOT-VGT/NDVI之间的差异;不同季节3种遥感数据NDVI差异也不同,夏季由于云雨较多,3种遥感数据NDVI之间差异最大。3)在年际变化方面,MODIS和SPOT-VGT数据反映出陕北黄土高原地区NDVI在1999—2007年间呈显著增加趋势,而GIMMS/NDVI却未呈现显著变化,说明GIMMS/NDVI在反映陕北高原地区植被年际变化方面存在显著缺陷。通过相关分析可以看出,GIMMS/NDVI和MODIS/NDVI年际变化之间的相关系数随植被覆盖度的升高而降低,尤其在针阔混交林区,其NDVI相关系数甚至为负值,表明GIMMS传感器对高覆盖度植被变化的响应不太敏感,与其他两者相比更易受水气和云的干扰。因此,GIMMS/NDVI不能作为历史均值NDVI直接应用到MODIS应用模型中,尤其在反映高覆盖度植被年际变化方面。     

黄土高原地区2001-2015年植被覆盖变化及气候影响因子

为研究国家"退耕还林还草"工程实施以来黄土高原植被覆盖动态变化,以2001-2015年的MODIS NDVI为数据源,结合2001-2015年的气象数据(温度/降水),分析黄土高原地区植被NDVI、气温和降水量的空间分布特征,以及植被NDVI对气温和降水量的响应关系。结果表明,近15a黄土高原地区植被NDVI总体呈现增长趋势。黄土高原地区植被NDVI的空间分布差异显著,大体趋势是植被覆盖从西北部向东南部逐渐递增。研究区植被的空间变化也具有明显的差异特征,研究区的西安市、渭南市及豫西山地的洛阳市等地的植被退化严重,但是随着国家"退耕还林还草"计划的实施,黄土高原地区中部的植被覆盖有了明显的改善。黄土高原地区的温度年际间变化不大,而降水量起伏变化较大。降水量对植被NDVI的影响大于温度对植被NDVI的影响。     

2010-2019年甘肃省植被NDVI时空变化特征分析

[目的]分析甘肃省植被覆盖时空变化特征,为区域生态环境规划提供理论基础.[方法]基于2010-2019年MODIS NDVI产品,结合土地利用、生态功能区划分等数据,采用一元线性回归趋势分析方法和变异系数等分析方法对2010-2019年甘肃省植被覆盖时空分布特征进行阐述,对植被指数变化趋势及变化稳定性进行定量分析.[结果]甘肃省植被指数在年均月尺度上呈现单峰分布,在夏季处于高位,年均NDVI呈现稳步增长的趋势,增速平均为0.0032/a;植被指数空间分布具有明显的地域差异性,西部地区NDVI值小,可认为基本无植被生长,中东部平原和祁连山地区植被长势较好,NDVI明显较高,南部地区NDVI最高;农业耕作区的植被指数变化波动性比较大,其他地区植被覆盖变化趋于稳定.[结论]基于MODIS NDVI时间序列分析方法可为了解甘肃省土地覆盖状况、开展具有区域差异性的生态保护与修复工程等提供一定的理论依据.     

退耕还林（草）工程对黄土高原地表产沙的影响

【目的】作为陆地生态系统的重要组分,植被对流域水沙变化有深刻影响。黄土高原是世界上水土流失最严重的区域之一,自1999年退耕还林草工程实施以来,黄土高原植被覆盖呈明显增加趋势,同期黄河水沙锐减现象也日益明显。然而,以往植被覆盖变化对地表产沙影响研究多在小试验区或流域尺度上开展,以不同地貌分区为单元的研究还鲜有报道。【方法】文章基于多源卫星遥感数据,采用像元二分模型估算了1980年、2000年、2010年和2016年黄河流域植被覆盖度,通过分析黄土高原重点研究区植被覆盖的时空变化特征识别植被变化背景下不同地貌分区侵蚀产沙风险变化,以期为将来黄河水沙治理工作提供参考。【结果】黄土高原重点研究区全区植被盖度均值呈增加趋势,由1980年的34.99%提升至2016年的63.64%,且2000年退耕还林(草)工程实施后增加的速度更为显著,2010—2016年间增速相对于2000—2010年间较缓。研究期间产沙高风险区面积比例显著减小,产沙高风险和易产沙区均主要分布在研究区的北部和西北部,不产沙区和产沙微弱区主要分布在研究区东南部。自1999年实施退耕还林(草)工程以来,不同地貌分区的植被状况均持续好转。【结论】沙丘、风蚀沙化丘陵、平原、片沙黄土丘陵地貌区是未来水土保持工作需要关注的区域,植被改善工作仍需加强。     

黄河中游河龙区间植被覆盖变化与径流输沙关系研究

黄河中游河口镇至龙门区间（河龙区间）是黄河主要的多沙粗沙区,黄河泥沙主要来源于此。为揭示近10年退耕还林工程实施以来河龙区间植被覆盖恢复过程及其对河龙区间径流输沙的影响,该文基于GIMMS和SPOT VGT两种遥感数据,采用GIS空间分析方法研究了1981—2007年河龙区间植被覆盖时空变化及其与径流输沙的关系。研究发现:①1981—2003年河龙区间归一化植被指数（normal difference vegetation index, NDVI）整体呈上升趋势,位于其西北部地势平坦的沙地草滩区植被NDVI上升趋势显著,而黄土丘陵沟壑区和山地森林区的植被NDVI呈下降趋势。②退耕还林工程实施以来,1999—2007年河龙区间植被NDVI在降水偏低的背景下,仍表现出显著的上升趋势,植被覆盖恢复同势强劲。植被NDVI上升最显著区域位于黄土丘陵沟壑区,即窟野河、秃尾河、无定河中下游以及延河中下游地区。从前后两个时期对比看,后期NDVI较前期提高10%以上和20%以上的区域分别占总面积的72.5%和36.4%。③1950—2007年河龙区间产流量、产沙量呈减少趋势,尤其自20世纪80年代以来,减少趋势非常明显。与1950—1969年相比,1980—2007年产流量和产沙量分别减少了34.8×10.8 m3和6.4×10.8 t,占前期的49.4% 和64.9%。④河龙区间植被NDVI与产流量、产沙量存在正相关关系,但退耕还林工程实施后,这种同步波动关系发生扭转,表现为植被NDVI上升,产流量、产沙量下降。虽然降水偏少是河龙区间产流、产沙下降的重要原因,但植被恢复可能加剧了该趋势。      

基于MODIS NDVI的陕西省植被覆盖变化分析

【目的】分析2000-2009年陕西省植被覆盖的时空变化规律,为区域人地关系协调发展和生态建设政策的制定与实施提供理论依据。【方法】在对2000-2009年MODIS NDVI数据进行时序重建的基础上,采用最大值合成法、差值法获取NDVI时空变化信息,并结合DEM分级数据提取不同高程地区的NDVI变化信息,分析陕西省植被覆盖情况的时空变化规律。【结果】1)陕西省植被覆盖空间分布存在明显的地域特征,表现为NDVI值陕南秦巴山区>关中平原区>陕北黄土高原区。2000-2009年陕西省植被覆盖呈现改善趋势,植被覆盖变化速率表现为陕北黄土高原区高于关中平原区,关中平原区高于陕南秦巴山区。2)陕北黄土高原区不同高程地区,植被覆盖以明显增加为主。关中平原区高程<500m地区的城市附近区域,植被覆盖表现为严重退化。陕南秦巴山区高程<500m与高程>1 500m地区,植被覆盖表现为轻微减少,而500m≤高程≤1 250m地区,植被覆盖明显增加。3)2000-2009年,陕西省植被覆盖增加地区面积占全省总面积的27.8%,减少地区面积占17.0%。【结论】2000-2009年,陕北黄土高原区植被覆盖增加,是国家退耕还林还草工程实施效果的体现;关中平原区受城市化影响较大,城市周围植被覆盖出现严重退化;陕南秦巴山区植被覆盖较高,并保持稳定。     

基于ITPCAS驱动数据集的黄河源区植被变化及其与气候因子相关分析

【目的】厘清近年来黄河源区植被覆盖变化及其对驱动因子的响应,为黄河源区生态环境可持续发展与科学预估气候变化对植被格局的影响提供理论依据。【方法】基于1999-2015年SPOT VGT-NDVI数据集和中国区域高时空分辨率地面气象要素(ITPCAS)驱动数据集,运用趋势分析、Mann-Kendall非参数统计检验、R/S分析和相关分析等方法,分析了1999-2015年NDVI和气象因子的时空变化特征,并探讨温度、降水量、地表净辐射(R_n)等气象因子以及人类活动对植被覆盖变化的影响。【结果】(1)黄河源区多年平均NDVI空间分布呈东南高、西北低的格局,整体上NDVI呈增加趋势,每10年增速为1.6%,其中上升趋势的区域占研究区78.2%;NDVI在2003年附近存在突变;同时期温度和降水为振荡上升趋势,而R_n为振荡下降趋势,并且未来NDVI和各气象因子将持续这种变化趋势。(2)年平均NDVI与年平均温度呈显著正相关关系,与年平均降水量呈不显著正相关关系,而与年平均R_n呈不显著负相关关系;在偏相关分析中,NDVI与年平均温度的相关性最好。(3)NDVI对温度、降水量变化的响应滞后1个月左右,对R_n变化的响应滞后2个月左右。【结论】ITPCAS驱动数据集在黄河源区有较好的适用性;在年尺度和月尺度上,温度都是黄河源区植被生长影响最大的气象要素;黄河源区植被覆盖的增加主要归因于温度上升以及生态保护"综合性"工程的实施。     

1982—2013年内蒙古植被返青期动态监测及其对气候变化的响应

【目的】研究内蒙古植被返青期对气候变化的敏感性。【方法】基于1982—2013 年GIMMS NDVI 3g 数据,使用累积NDVI 的Logistic 曲线曲率极值法,线性趋势分析方 法,对内蒙古地区（除去荒漠植被稀少区）32 年间植被返青期进行识别和提取,分析内 蒙古植被返青期的时空变化规律,以及不同植被类型的返青期对气温、降水变化的响应。 【结果】（1）内蒙古植被返青期开始在4 月26 日至5 月23 日之间。（2）在1982—2013 年间 内蒙古植被返青期总体呈现推迟趋势,以2010 年为转折点,转折点之前返青期没有明显的 提前或推迟的现象;转折点之后,返青期呈现逐年推迟趋势。（3）内蒙古植被返青期与气象 因子的关系：4 月植被返青期与温度呈现负相关的面积占72.5%,4 月植被返青期和降水呈 现负相关的面积占55.9%,由此得出4 月温度升高和降水增加都会促进返青期提前。与降水 相比,返青期与温度的相关程度更高。（4）不同植被类型的返青期与温度、降水的相关关系： 森林区的返青期与4 月温度的相关性最为显著,通过了0.01 显著性检验水平。草地区的返 青期与4 月降水增加的相关性通过0.01 显著性检验水平。【结论】通过研究内蒙古植被返青 期的时空变化规律,探索植被返青期与气象因子的关系,为增强对气候变化的应对能力、指 导当地的农牧业生产具有重要的理论和实际价值。     

基于不同尺度NDVI定量分析的区域植被生态空间分布与演变研究——以漓江流域为例

归一化植被指数NDVI越来越广泛地应用在区域植被生态环境演变研究中,而运用不同尺度的植被指数研究同一区域的植被生态演变,其研究结论是否具有一致性是衡量该研究方法是否具有可行性和推广性的关键点。本研究运用两种不同尺度的植被指数GIMMS-NDVI和MODIS-NDVI对漓江流域进行一定周期的植被生态演变研究,研究结果表明,两种方法推演的漓江流域植被生态演变趋势是基本一致的。因此,在漓江流域MODISNDVI能延续GIMMS数据的时空特征,从而能为漓江流域长周期的生态演变研究打下良好的数据基础。     

2001-2013年黄土高原植被净初级生产力时空变化及其归因

基于光能利用率模型(CASA),利用遥感数据、气象数据和基础地理数据,测算了2001-2013年黄土高原植被净初级生产力(NPP),并辅以一元线性回归、Hurst指数及相关分析等方法,分析了2001-2013年黄土高原NPP时空变化特征、未来变化趋势及其驱动因素.结果表明,2001-2013年黄土高原植被年均NPP呈显著增加趋势,年增速为4.9 g/(m2·a).黄土高原植被NPP空间分布差异显著,表现出由东南向西北递减的趋势.黄土高原植被NPP呈增加趋势和减少趋势的面积分别占78.0%和22.0%.Hurst指数表明研究区未来植被NPP变化的正向特征显著,呈持续性和反持续性的比重分别为72.1%和28.9%.黄土高原植被NPP变化与降水、气温相关性不大,人类活动是影响植被NPP变化的重要因素,且对NPP有双重影响.     

基于NDVI-Albedo特征空间的陕西省干旱与荒漠化遥感监测

旱情与荒漠化遥感监测有助于了解时空分布特征并及时采取相应措施。以2000-2016年MODIS NDVI和地表反照度(Albedo)数据为基础,构建NDVI-Albedo特征空间,计算荒漠化差值指数(DDI)和植被条件反照度干旱指数(VCADI),利用气象站点实测10cm土壤湿度数据进行相关性验证,并利用DDI和VCADI分别分析17a间陕西省荒漠化和旱情的时空分布特征和规律;其次,利用一元线性回归和变异系数法分析陕西省荒漠化和旱情的变化趋势和稳定性;最后从降雨量、温度等自然因素和人为因素2个方面分析了陕西省荒漠化和旱情变化的原因。结果表明,DDI与土壤湿度呈正相关关系,相关系数为0.49～0.58,且通过了95%显著性检验;VCADI与土壤湿度呈负相关关系,相关系数为-0.36～-0.48,且通过了90%显著性检验,DDI和VCADI分别可作为土地荒漠化和旱情监测指标;陕西省旱情及荒漠化主要分布在关中东北部、西安市周边以及陕北黄土高原地区,呈现为自南向北逐渐加重的趋势;17a间陕西省旱情及荒漠化均呈逐渐减轻和减弱的趋势,旱情及荒漠化减轻和减弱的比例分别为67.94%、81.93%,主要分布在陕北黄土高原地区;DDI和VCADI变异系数<0.4所占比例分别为98.31%和84.05%,旱情及荒漠化呈较稳定状态,受干扰强度较小;DDI、VCADI分别与年降水量、年平均气温之间呈显著相关性的地区占陕西省面积比例均<20%,表明降水量、平均气温不是影响旱情与荒漠化变化的主导因素。     

黄土高原植被的时空变化及其驱动力分析研究

为研究气候变化及人类活动对植被的影响,本研究通过趋势分析探究黄土高原地区植被的时空变化,结合Hurst指数法以研究黄土高原植被的可持续性,采用相关分析和多元回归分析、残差分析等方法,探讨气候变化和人类活动对区域植被变化的影响。结果表明:1)黄土高原的植被在空间上由东南向西北呈现递减趋势,1982—2015年NDVI变化总体上呈弱上升趋势,2000年是NDVI时间序列的转折点,NDVI上升速度加快;2)Hurst指数表明研究区NDVI的未来变化趋势呈现持续性和反持续性的区域分别占13.70%和86.30%;3)相关分析和偏相关分析表明平均温度和降水对黄土高原NDVI均有显著影响,并且平均温度和降水对NDVI的综合影响更加明显;4)根据残差分析发现人类活动对植被的变化也有影响,改善和破坏作用并存。因此,1982—2015年黄土高原植被变化是气候变化和人类活动共同作用的结果,其中主要影响因素为人类活动,黄土高原地区气候因子对植被恢复的贡献率4.56%,非气象因子(人类活动)对植被恢复的贡献率为32.74%。     

基于断点检测的延安市富县植被变化研究

  目的  多项生态工程实施以来,陕北黄土高原地区环境明显改善,探究该区域植被的时空变化,为生态环境建设与差异化决策提供依据。  方法  以陕西省延安市富县为研究对象,利用2000—2019年生长季的Landsat TM/ETM+/OLI影像,运用DBEST算法对归一化植被指数(NDVI)时间序列进行断点检测,并提出多阶段趋势分析方法分析富县植被变化时空特征。  结果  富县植被的断点检测结果表明:66.47%的区域断点NDVI变化幅度小于0.2,主要分布在富县西部和东北地区,植被相对稳定,未发生剧烈变化;33.53%的区域断点NDVI变化幅度大于0.2,其中断点数量多于4个的区域仅占5.88%,集中分布于道路、河流沿线,变化频繁,与人为活动有关。当前阶段趋势分析表明:断点NDVI变化幅度大于0.2的区域,改善的面积占总面积的24.57%,退化面积仅占2.12%;开始时间均在2014年之前,时间分布跨度大,空间异质性强,揭示了富县植被变化的多样性及复杂性;富县有林地、疏林地、灌木林地、未成林造林地4种主要林地均趋于改善,改善面积占林地面积的96.23%。  结论  2000—2019年,富县植被整体呈现改善趋势,生态建设工程取得良好的效果;植被变化的时空特征存在差异,后续决策需因地制宜。图6表1参25     

基于Budyko理论定量分析窟野河流域植被变化对径流的影响

  目的  植被变化可影响流域下垫面条件，改变水文过程和水资源可持续利用量。揭示植被时空变化格局，明确其对径流变化的贡献是流域水资源管理规划的前提，也是植被恢复工程实施效果评价的依据。  方法  本研究以植被恢复的典型半干旱区窟野河流域为研究区，基于遥感植被指数NDVI和水文、气象数据，通过基于Budyko假设的弹性系数法，分析了1982—2015年植被变化对径流变化的影响。  结果  （1）径流突变点在1998年左右，突变点前后，径流和人类取耗水变化率分别达到?55.5%和92.3%，存在显著性差异（P < 0.05）；降水、干燥指数分别增加2.6%和1.9%，前后两个时段差异不显著（P > 0.05）。（2）流域植被指数NDVI在突变点前后差异显著，88.7%以上区域呈显著增加趋势（P < 0.001），尤以下游明显，表明植被得到了极大恢复。Budyko弹性模型中表征流域属性信息的参数最优值为2.37，拟合出来的参数系数和常数项分别为20.407和?1.868（P < 0.05），表明拟合效果较好，适用性较强。（3）植被变化对径流的贡献率达到84.9%，气候变化和人类活动影响分别为9.3%和5.8%。  结论  窟野河流域内植被得到了极大的恢复；植被变化成为决定径流变化的主导因素，其次为气候变化和人类活动。植被变化的长期生态水文效应有待进一步加强研究，本研究结果可为生态恢复工程实施和政策制定提供参考依据。      

基于遥感技术的江西省植被生态环境初探

应用美国国家航空航天局最新的全球植被变化数据(GIMMS),通过计算每月NDVI变化率,并对研究区进行一元线性回归模拟,分析了江西省1982～2006年的地面植被覆盖情况。结果表明:25年来,植被覆盖呈微弱减少趋势,表明江西省植被生态环境有微弱下降的趋势;从季节变化看,江西省植被覆盖在春季呈增加趋势,夏、秋、冬季均呈下降趋势,其中夏季对植被覆盖总变化量的贡献最大。