基于遥感技术的高寒草地覆盖度变化

摘要：本研究在像元二分法模型的基础上,利用改进归一化植被指数的植被覆盖度定量模型,采用MODIS卫星8天合成地表反射率数据产品（MOD09A1）,结合3S技术（GIS、RS、GPS）空间分析功能,以甘南州高寒草地为对象,分5个等级分别计算得到了甘南2000、2004和2008年的草地植被覆盖度,分析了甘南2000-2008年植被覆盖度变化的大致演变过程和趋势。结果表明,从2000-2008年,甘南植被覆盖度质量总体呈下降趋势,一级盖度植被退化比较严重,草地植被的演变情况主要由优等植被覆盖（一、二级）向低等植被覆盖（四、五级）演变。研究结果揭示了甘南州草地退化状况的动态趋势及严重程度,为相关政府和研究部门的草地管理决策提供了有效参考依据。     

近15年新疆伊犁河谷草地退化时空变化特征

以伊犁河谷为研究区,利用MODIS NDVI数据及像元二分模型,反演草地植被覆盖度,以草地植被覆盖度为评价标准,结合数字高程模型(digital elevation model,DEM)数据及Getis-Ord Gi*冷/热点分析方法,对伊犁河谷2001-2015年草地退化的时空特征进行了分析。结果表明,1)受持续过度放牧及气候条件影响,2001-2015年伊犁河谷草地整体持续退化,15年内退化草地比例达46.18%,但退化以轻度为主;2)空间上退化草地的分布范围逐步向高海拔区域扩展,海拔1 500-3 000 m的中山和中高山区退化草地扩张最明显;3)草地生态保护政策的实施减缓了草地退化速度,草地退化与改善的空间差异逐渐明显,以退化为主的单一变化趋势有所改变;4)利用NDVI反演植被覆盖度对草地退化进行评价的方法存在对高植被覆盖区域草地退化敏感性相对较弱的缺陷。     

河西干旱区植被覆盖度时空格局分析

以河西地区草地植被为研究对象,基于长时间序列的MODIS和野外实测数据,探讨了现有的3种植被覆盖度反演模型在研究区的适用性,并以此为基础分析了2001–2015年河西地区草地植被覆盖度时空分布特征。研究结果表明,基于TVI的经验模型能够在大范围内较好地估算植被覆盖度;河西地区草地生长季植被最大覆盖度空间分布差异明显,植被覆盖度由东南向西北逐渐降低;2001–2015年间研究区植被覆盖度总体上呈现出极显著增加的趋势(P 0.01),但在空间分布上存在一定的异质性;植被恢复的区域主要集中在中、西部地区;退化草地零星分布在马鬃山北部、石羊河流域西部以及祁连山东段地区。     

２００１－２０１１年甘南草地植被覆盖度动态变化分析

 植被覆盖度是衡量草地植被生长状况的重要指标,对评价分析植被恢复状况具有重要意义。利用２００１－２０１１年每年５－１０月的Ｔｅｒｒａ／ＭＯＤＩＳ月植被指数数据,结合２００６－２００９年甘南草地调查资料建立了甘南州草地生长季的植被覆盖度遥感反演模型,对比研究了不同草地植被覆盖度模型的精度,模拟分析了甘南州２００１－２０１１年草地生长季期间不同等级的草地植被盖度时空分布特征及面积变化动态。研究结果表明,ＭＯＤＩＳ－ＥＶＩ可以 最大限度地减少环境因子的影响,在植被覆盖度高的地区使用更具优势,能很好地反映各类植被覆盖度的空间和时间差异性。ＭＯＤＩＳ增强型植被指数ＥＶＩ的对数函数（y ＝３３．６５８ｌｎx＋１１２．６５）可以较好地模拟甘南州草地植被盖度分布状况,总精度可达９３．３１％。近１１年甘南州的草地植被盖度总体呈波动上升趋势,其中２００１年、２００３年和２００８年草地植被覆盖明显偏低,２００５年植被覆盖度最高,平均达７８．４３％。甘南州中西部及西南部地区的草地植被覆盖度较东部更好。甘南州近１１年以来草地植被均以高和较高植被覆盖度为主,其余等级的草地植被覆盖度所占比例相对较小（６．９８％）且稳定。总体上,甘南草地具有由高植被盖度向较高植被盖度转换的趋势。     

中国新疆及中亚五国干旱区草地覆盖度反演与分析

干旱区的草地覆盖度较低,在光谱信息中表现较弱,增加了反演的难度。本研究在中国新疆及中亚五国干旱区对比4种植被覆盖度反演模型发现,像元二分模型能够较好地提取大范围内的植被覆盖度信息。在此基础上,反演2000―2013年中国新疆及中亚五国干旱区草地覆盖度并分析草地状况。研究发现,中国新疆及中亚五国草地覆盖度区域性差异较大,整体呈现退化趋势,退化区域主要分布在哈萨克斯坦的北部和西北部地区以及部分流域地区。不同等级草地覆盖度变化趋势为中等、中高和高植被覆盖度的草地有向低、中低植被覆盖度的草地转换。从国家及地区角度分析,哈萨克斯坦草地显著退化,而中国中国新疆的草地覆盖度均值在平稳中显著增长。     

基于NDVI的植被覆盖度的变化分析——以甘肃省张掖市甘州区为例

为了分析张掖市甘州区自1987-2006年19年间的植被覆盖的变化,以归一化植被指数(NDVI)和植被覆盖度遥感定量模型为基础,以1987年、2006年2期的TM影像和张掖市1∶10万地形图为数据基础,提取两期的植被覆盖等级图,定量的分析该地区植被覆盖度的变化情况。结果表明：近19年来,该区的植被盖度总体略呈下降趋势,荒漠化草地等植被覆盖状况较差的地区植被退化较为严重,绿洲地区的植被覆盖较为稳定,部分地区植被盖度呈上升趋势。     

西藏班戈县草地退化动态变化及其驱动力分析

为了监测班戈县近20年(1990-2009年)草地退化状况,利用3个时相的TM和ETM数据,以及CEBERS数据,分别提取了班戈县的植被指数,并通过植被指数转化模型计算出植被覆盖度。按植被覆盖度将草地划分为4个不同退化等级,比较了班戈县近20年草地退化情况,分析了草地退化的原因。结果表明:草地退化面积前10年(1990-1999年)呈增加趋势,后10年(2000-2009年)呈减少趋势,从总体变化趋势看,草地退化面积在不断增加。造成草地退化的原因包括自然原因如气候高寒、干旱,土壤贫瘠、鼠虫害,以及人为因素如超载、不合理的开采活动以及滥挖药材等。     

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。     

基于小型无人机与MODIS数据的草地植被覆盖度研究——以甘南州为例

以甘南州为研究区,采用Canon数码相机和小型无人机搭载相机在不同大小样方上获取草地植被覆盖度数码照片,结合2015年5月-10月的Terra/MODIS植被指数产品MOD13Q1,分析了增强型植被指数(EVI)和归一化植被指数(NDVI)与草地植被覆盖度之间的相关性,建立了研究区草地植被覆盖度的回归模型,并对模型进行了精度评价,筛选出甘南州草地植被覆盖度最优遥感反演模型,并对草地生长季时期覆盖度时空上的动态特征进行分析。结果表明,1)利用小型无人机搭载相机获取草地大样方植被数码照片的方法能用于地面草地覆盖度数据的获取;2)与NDVI相比,用EVI估算草地覆盖度更优,因此确定基于EVI构建的对数模型为甘南州草地植被覆盖度最优反演模型,模型精度可达88.00%;3)研究区2015年生长季草地植被覆盖度除了低平地草甸在8月达到最大值外,其它草地类型均在7月达到最大值;4)甘南州以中高植被覆盖度为主,主要分布在玛曲、碌曲、夏河以及合作四县市。整体而言,中西部和西南部区域草地覆盖度高于东部。通过精确草地植被覆盖度模型的建立,不仅有利于及时准确的了解草地植被覆盖度的时空分布状况和季节性动态变化,也有利于维护甘南州草地生态系统的持续稳定发展。     

基于遥感监测的天山新疆段草地退化时空特征及其与气候因子的关系

以植被覆盖度作为草地退化的遥感监测指标,基于2001-2020年天山新疆段MODIS NDVI和气象遥感资料,采用像元二分模型、草地退化指数、冷/热点分析、变异系数和相关性分析等方法,分析草地退化时空特征及其与气候因子的关系,结果表明：1) 2001-2020年平均草地退化面积占总面积的34.04%,草地退化指数为1.67,处于轻度退化水平。2)空间上,轻度退化草地空间分异特征明显,主要集中分布在天山西部和中段山区,中度退化和重度退化草地面积较小且不集中,95%以上的区域草地植被覆盖度变异系数小于0.2,总体上覆盖度的年际波动小,变化相对稳定。3) 2001-2020年草地植被覆盖度受气候因子驱动的区域占总面积的44.23%,主要分布在天山西部和东部,受非气候因子驱动的区域占总面积的55.77%,在山区和南北两侧地势较平缓的区域均有分布,说明非气候因子在天山新疆段草地的变化中起到主导作用。该研究结论可为当地草地资源保护与利用提供科学依据。     

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 = 0.524 9,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。     

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.     

河北省草地资源分布及植被特征动态

根据河北省2005-2007年草地地面调查,结合1979-1984年河北省草地调查资料,确定了河北省草地类型、面积、分布及物种组成特征,并对河北省草地盖度、高度和产草量年际变化动态进行了监测研究。结果表明,1)草地类型、面积及分布:河北省有温性草甸草原、温性草原、暖性灌草丛、暖性草丛、山地草甸草原、低地草甸、沼泽草地等7个草地类型;草地分布分为坝上高原区、山地丘陵区草地及滨海平原区;2)草地产量(干草):暖性灌草丛(5 133.35 kg/hm²)＞暖性草丛(4 182.22 kg/hm²)＞山地草甸(坝上高原区)(3 268.35 kg/hm²)＞温性草甸草原(2 665.94 kg/hm²)＞山地草甸(山地丘陵区)(2 111.55 kg/hm²)＞低地草甸(1 872.44 kg/hm²)＞温性草原(1 103.29 kg/hm²),暖性灌草丛产量最高,温性草原产量最低。3)草地植被盖度:山地草甸(坝上高原区)(93.97%)＞山地草甸(山地丘陵区)(82.60%)＞低地草甸(82.26%)＞暖性灌草丛(79.70%)＞暖性草丛(76.91%)＞温性草甸草原(71.59%)＞温性草原(57.63%),山地草甸的植被盖度最大,温性草原的植被盖度最小。4)草地植被高度:暖性草丛(49.25 cm)＞暖性灌草丛(34.18 cm)＞山地草甸(坝上高原区)(28.88 cm)＞温性草甸(26.22 cm)＞山地草甸(山地丘陵区)(21.98 cm)＞温性草原(19.77 cm)＞低地草甸(18.77 cm),暖性草丛草地植被高度最高,低地草甸草地植被高度最低。5)草地植被动态:2006年草地植被基本以正向波动为主,2005和2007年基本以负向波动为主,其中2007年植被负向波动率大于2005年植被负向波动率。按草地类型,暖性草丛类草地年际波动幅度最大,温性草原草地次之,温性草甸草地的年际波动幅度最小,其他类草地年际波动幅度介于暖性草丛类草地、温性草原类草地与低地草甸类草地之间。     

天然草原生育期遥感估测方法研究——以锡林郭勒盟草原为例

研究利用2005年MODIS-NDVI数据集定义,提取内蒙古锡林郭勒盟草甸草原、典型草原、沙地草原和荒漠草原4种草地类的2个关键生育期,并与生育期地面观测资料对比,从而评价应用归一化植被值指数(NDVI)数据集识别草原生育期的能力.研究结果初步表明,利用NDVI的旬度变化可以准确鉴别出2个关键生育期,即返青期和最高生物量期.     

高寒生态脆弱区不同扰动类型草地植被群落状况

通过实地调查及实验室方法测定天祝高寒生态脆弱区5种扰动生境(一年生草地、多年生草地、围栏草地、牧道草地及"黑土滩"草地)的植被群落状况。结果表明,植物群落组成在一年生草地中99%为燕麦、多年生草地中80%为垂穗披碱草和无芒雀麦、3种天然草地中以嵩草、苔草、针茅、珠芽蓼、棘豆、委陵菜为主。群落高度、植被盖度及地上生物量在一年生草地中都相对较大,是人为因素(如农耕)干扰最强,其优势度随时间推移而上升,生境内植物种类多样性下降;而优势度在"黑土滩"草地中呈现低水平,是自然环境压力包括生物因素(如鼠类)干扰最强,原始植被破坏程度高,需要进行大量植被恢复工作,其群落高度、植被盖度及地上生物量也相对较低;其他生境的优势度随着放牧程度的增加而减小。由此可见,放牧和鼠害仍然是高寒草甸生态破坏的一个最重要原因。     

祁连山高寒牧区不同类型草地植被特征与土壤养分及其相关性研究

为探究祁连山高寒牧区不同类型草地植被特征、土壤养分及其相关性,以山地草原、高山草原、高寒草甸草原草原3个类型草地为研究对象,采用野外调查、室内测定和数据统计分析相结合的方法,研究了3个类型草地的植被特征、土壤养分特征及其之间的相关性。结果表明：不同类型草地群落盖度、地上生物量差异明显,均为高山草原>山地草原>高寒草甸草原（P<0.05）;群落多样性、草本植物高度差异明显,均为山地草原 > 高山草原 > 高寒草甸草原（P<0.05）;小灌木平均高度差异明显,为高寒草甸草原 > 高山草原 > 山地草原（P<0.05）;不同类型草地土壤有机质含量变幅较大,其中以高寒草甸草原最为丰富;pH值变幅较大,变化趋势与有机质相反,即有机质含量越高,则土壤pH值低,反之亦然;全氮含量较高,都为1~2级（> 0.2%）;全钾含量居中,山地草原为2级（2.5%~3.0%）,高山草原和高寒草甸草原为3级（2.0%~2.5%）;全磷含量最低,均为3~4级（0.05%~0.10%）,全量养分表现出以低磷高氮富钾为特征;速效养分以贫磷为特征;土壤保肥能力较强;各类型草地土壤肥力因子间的相关性各有特点;总体看来,高山草原土壤养分含量最高,其群落的生产力也最高,但群落物种多样性最低。磷在祁连山高寒牧区很缺乏,建议在进行草原管理和人工饲草种植时补充磷素。     

三江源区玛多县草地植被覆盖动态变化研究

在建立玛多县草地植被覆盖遥感监测和评价指标体系的基础上,运用地理信息系统软件和基于植被指数的象元二分法模型,反演了玛多县1985～1988年、1995～1998年和2005～2008年3个时期的草地盖度影像,分析了玛多县不同时期草地植被覆盖的动态变化.结果表明:1985～1988年到1995～1998年高覆盖和中高覆盖...     

草原关键生育期遥感模式与信息提取方法

利用2005年中分辨率光谱辐射仪(MODIS)数据,提取植被指数(NDVI)数据集,并定义、提取内蒙古锡林郭勒盟草原4种草地类型(草甸草原、典型草原、沙地草原和荒漠草原)的关键生育期。通过与生育期观测资料对比来评价应用NDVI数据集识别和预测不同草地类型出现返青期和成熟期的能力。研究结果表明,在锡林郭勒草原,利用NDVI的旬度变化可以鉴别出2个关键生育期(返青期和抽穗期)。遥感估测结果与地面观测和历史资料比较接近,说明10 d合成250 m分辨率NDVI数据集可以用来监测草原生育期。