基于MODIS数据的草地净初级生产力模型探讨

在光能利用率模型的基础上,考虑了温度和地面水气压差的影响,建立了基于MODIS数据的草地净初级生产力遥感估算模型.模型所需参数,除月平均日照百分率外,均由MODIS数据反演获得.利用2003年的1km分辨率的MODIS1B数据和全国586个气象站点的累年月平均日照百分率数据,计算了我国草地逐月净初级生产力(NPP),然后累加得到全年NPP,计算得我国草地年平均NPP为239.02gcm-2a-1,与实测数据较为接近.     

松嫩平原西部草地净初级生产力遥感估算与验证

在CASA模型基础上,根据松嫩平原西部自身特点对模型参数获取方法进行改进.以MODIS NDVI数据和气象数据为主要数据源,估算2000～2009年松嫩平原西部草地净初级生产力,并通过多种方法对估算结果进行精度验证.结果表明:利用气候经验模型估算的太阳总辐射及改进后的水分胁迫因子计算结果精度较高,所作改进在保留原始CASA模型生理生态学基础上简化了模型输入参数,对本研究区是可行的.通过与实测数据(实测值与估算值之间R2 =0.64,P＜0.05)、通量观测数据(估算精度为72％;相关系数R=0.9,P＜0.05)、MODIS NPP产品(总体精度为81.41％)及他人估算结果对比发现,本研究估算的松嫩西部草地NPP结果精度较高.2000～2009年松嫩平原西部草地年NPP总量介于8.46～11.22 TgC之间,平均值为9.92 Tg C.空间上,各年NPP均呈南低北高的分布格局;受气候因素和土壤条件影响,松嫩平原西部黑龙江省部分的草地NPP高于吉林省部分.过去10年间,松嫩西部草地NPP按降序排列依次为:2008＞2005＞2002＞2007＞2003＞2004＞2006＞2009＞2000＞2001.     

基于MODIS植被指数的甘南草地净初级生产力时空变化研究

利用甘南地区2006-2007年的外业实测样方草地干物质产量和MODIS植被指数数据,建立了草地地上部分干物质产量遥感反演模型,根据根冠比和干物质转碳率对2006-2008年甘南地区草地净初级生产力(NPP,net primary productivity)进行了估算,绘制了甘南草地NPP年累积量空间分布格局图和NPP月度变化动态图,对不同草地植被类型的NPP差异进行了评价。研究结果表明,2006-2008年甘南草地年NPP分别达637.04,599.98和566.59 g C/m²,其空间分布具有自西南向东北逐渐减少的趋势;年内不同草地类型的NPP均在7-8月达到最大累积量;NPP累积量最高的3种草地类型是沼泽、高寒灌丛草甸和高寒草甸,3年中最大月NPP的平均值分别达到1 137.28,553.76和527.66 g C/m²;2006-2008年甘南草地NPP持续下降,年草地NPP总量的减少速率为1.2 Tg/a,尤其是沼泽湿地的NPP下降明显,年平均减少速率达到了125.92 g C/m²。     

基于涡度相关法的中国草地生态系统碳通量研究进展

草地生态系统碳循环研究是全球碳循环研究的热点,涡度相关法使草地生态系统碳通量的长期和连续观测成为可能。本研究介绍了以涡度相关法为手段的中国草地生态系统碳通量的研究进展,重点阐述了中国草地生态系统碳通量在不同时间尺度上的变化特征,同时概括了不同的环境因子对草地生态系统碳通量控制机理方面的研究成果,并在此基础上对今后中国草地生态系统碳通量研究提出了建议。     

基于遥感数据的呼伦贝尔草原放牧强度研究

呼伦贝尔草甸草原是我国主要的畜牧业基地,放牧强度直接影响着该草原生态系统的稳定和可持续发展。本文首先建立了研究区草地地上生物量的遥感估算经验模型,然后结合净初级生产力(NPP),研究了草地放牧强度估算方法;基于该方法,利用2014年6月到7月多期Landsat遥感数据计算谢尔塔拉牧场草地地上生物量变化和放牧强度。研究结果表明:所使用方法可较好用于放牧强度的估算,估算结果与实际情况基本吻合,决定系数R²达0.7996;谢尔塔拉牧场的公共放牧区放牧强度范围为1~2.5 Au/hm²,属于过度放牧状态,重度放牧区多位于小型湖泊周围和草地面积较少但牛相对较多的生产队,轻度放牧区多位于围封地;将尺度扩展到海拉尔区分析:所使用方法能够准确地将轻度、中度和重度放牧区分开,且海拉尔区东北方向的放牧强度明显高于西南地区。     

锡林郭勒草原遥感植被物候的地面照相验证

利用内蒙古锡林郭勒整个生长季节的草地物候照相观测数据和不同的卫星遥感数据,分析了二者之间的统计关系。结果表明,1)MODIS可见光波段的反射率与地面照相观测的平均亮度值之间呈显著正相关(P0.05),其中,500m空间分辨率的MODIS反射率与地面照相平均亮度值之间的相关性最高,而TM/ETM+反射率与地面照相平均亮度值之间的相关不显著(P0.05);2)MODIS归一化植被指数(NDVI)与地面照相相对绿度指数(G%)之间的正相关明显高于其他植被指数与绿度指数之间的相关性;3)基于遥感与地面照相数据提取的物候发生日期之间的误差大多在7d之内。由此可见,通过地面照相可以客观地评价遥感物候监测的可靠性,这对于选择适宜的遥感数据源和物候监测指标,具有重要的意义。     

基于光能利用率模型的内蒙古天然草原植被净初级生产力动态监测与气候因子的响应

利用光能利用率模型和MODIS数据对内蒙古天然草原2000-2018年植被生长期草原净初级生产力进行连续动态监测,并在像元尺度利用最小二乘法分析了近20年植被净初级生产力(NPP)时空变化规律。结果表明:近20年中,内蒙古天然草原NPP在空间上呈由西向东递增分布规律,年均NPP为198.04 g C·m-2·a-1,潜在草地退化面积16.22万km 2,其中重度、较重度面积分别为0.20万和1.11万km 2,主要分布于人类活动密集区域,如矿区、建设用地及周边;在草地类型上,温性草原、温性草甸草原、温性荒漠以及温性荒漠草原潜在退化面积分别为5.22万、1.40万、4.04万和2.21万km 2。通过分析NPP与气候因子的相关性表明:近20年,内蒙古草原NPP与降水具有显著相关性,与温度无相关性;温性草甸草原NPP对降水的响应最敏感,温性荒漠草原其次,温性草原对降水响应最低。研究还根据上述结果,围绕草地生态保护提出了建议。     

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。     

基于单时相MODIS数据的草地退化遥感监测研究

以草地NPP减少的相对百分数（由实际NPP和潜在NPP计算）为主要监测指标，提出了一个基于单时相MODIS数据的草地退化遥感监测方法。介绍了利用MODIS数据反演实际NPP的方法，并提出了一个根据实际NPP和草地类型分布图确定潜在NPP的方法。对2003年中国北方草地的监测结果表明，中国北方草地退化严重，退化程度的空间差异性较大，草地退化程度与草地类型密切相关。     

基于MODIS数据的黄河源区近地表气温遥感反演

为探讨应用MODIS数据反演近地表气温的可行性,建立遥感反演实验区近地表温度方程,对比不同下垫面对反演结果的影响,利用2007年全年的MODIS地表温度产品和HOBO气象站实测的气温资料,对黄河源区4种典型草地近地表温度进行研究。结果表明,直接应用MODIS LST反演近地表气温是可行的,分白天和夜间分别建立模拟方程并对方程反演结果进行验证发现,白天和夜间反演平均误差分别为3.47 K和2.12 K,反演精度都较高,但白天反演精度不如夜间。不同草地类型对反演结果没有明显影响。     

基于CBERS和MODIS数据的草地资源监测评价研究

在编制《草地资源遥感调查大纲》、《草地资源区划界定操作细则》、《草地资源区划界定图形数据及制图要求》等系列规范、细则,以及包括基础地理信息、草地资源信息等多个方面的综合调查分类指标体系及数据字典的基础上,研究和探索了一整套利用CBERS数据建立草地资源遥感解译标志,采用人机交互的方式在GIS软件中对草地资源类型图进行更新,并以CBERS数据更新后的草地资源专业图件作为背景,应用EOS/MODIS数据实现草地植被的遥感动态监测与评价。     

基于MODIS数据的新疆草地物候提取方法及变化趋势分析

基于遥感手段监测植被物候涉及两个重要步骤,一是植被指数的重构方法,二是植被物候参数提取方法的选择。不同区域植被物候重构与提取方法的优劣尚无定论,有必要开展不同方法之间的对比分析,从而找到适合某区域最优的遥感提取方法。本研究基于非对称性高斯函数拟合法（asymmetric gaussian,A-G）、双逻辑斯蒂函数拟合法（double logistic,D-L）、Savitzky-Golay滤波法（S-G）和土地覆盖动态产品（MCD12Q2）4种方法反演了2001-2019年新疆地区草地的返青期（start of growing season,SOS）,通过4种方法提取结果对比,找到了适合提取新疆地区返青期的最优模型,并以此对新疆草地返青期时空变化进行研究。结果表明：1）A-G方法反演的新疆草地返青期的结果最佳。A-G和实测点的返青期相关性（R=0.879）较高,均方根误差较小（RMSE=16.395 d）。空间上,A-G方法提取的返青期标准差（<30 d）的面积比例最多,达到82.19%。2）近19年,新疆草地返青期主要集中在第60~140天,且具有自北向南逐渐推迟的明显地域差异。北部准噶尔盆地和伊犁河谷区域的草地返青时间最早,早于第80天,而阿尔泰山、天山中部及昆仑山等区域的草地返青时间最晚,晚于第140天。不同草地类型返青期存在明显的差异,高寒草甸与高寒草原的返青时间最晚,而温性荒漠返青时间最早。3）2001-2019年新疆草地返青期总体呈现微弱的推迟趋势,推迟的面积比例约为53.07%。其中,低地草甸、温性荒漠和高寒荒漠的返青期呈现推迟的变化趋势,而温性草原、高寒草原及高寒草甸的返青期表现为提前趋势。     

基于MOD 09GA数据的新疆草地生长状况遥感监测研究

以新疆全区草地为研究对象,利用2010-2014年天然草地地上生物量实测数据(above-ground biomass,AGB)和EOS Terra MODIS每日地表反射率产品MOD 09GA,采用空间分析方法分别计算了生长季(4-10月)草地NDVI_max,MSAVI_max,PVI_max,NDVI_mean,MSAVI_mean和PVI_mean 6种植被指数,探讨了NDVI_max,MSAVI_max,PVI_max与草地地上生物量之间的遥感反演模型,分析了新疆草地生长季多年NDVI_mean,MSAVI_mean和PVI_mean空间分布特征和空间变化特征。根据所选的最优模型反演了新疆2005-2014年的草地地上生物量,统计分析了地上生物量的空间变化特征。结果表明,新疆草地2010-2014年NDVI_mean,MSAVI_mean和PVI_mean总体上均具有由北向南、由西向东逐渐递减的空间分布特点,不同草地类型的生物量差异显著。2005-2014年低地草甸类的生物量最高,高寒荒漠类最低。统计分析2010-2014年的NDVI_mean,MSAVI_mean和PVI_mean变化趋势发现,北疆有28%以上草地处于改善状态,南疆草地则以稳定为主;全疆14个地、州、市草地以稳定为主,处于稳定比重的草地大于40%,博尔塔拉蒙古自治州、哈密地区、塔城地区、巴音郭楞蒙古自治州草地处于改善状态的草地超过15%,阿勒泰地区、博尔塔拉蒙古自治州、伊犁哈萨克自治州直属、克拉玛依市、昌吉回族自治州、克孜勒苏柯尔克孜自治州、阿克苏地区和乌鲁木齐市轻度改善的草地比重大于10%;除吐鲁番市和乌鲁木齐市外,其余地、州、市恶化草地比重低于10%,全疆草地整体改善以稳定为主,总体趋于良好。     

基于MODIS逐日地表反射率数据的青南地区草地生长状况遥感监测研究

大范围草地生长状况遥感监测对研究草地变化动态和草地畜牧业的管理具有重要意义。利用2010-2013年的草地外业调查数据和EOS Terra MODIS每日地表反射率产品MOD09GA,采用空间分析方法分别计算了生长季(5-9月)草地NDVI_max, EVI_max, NDVI_mean和EVI_mean4种植被指数,探讨了这4种植被指数与草地地上生物量之间的遥感反演模型,分析了青南地区草地生长季多年NDVI平均值空间分布特征;根据所选的最优模型反演了青南牧区近10年(2004-2013年)的草地地上生物量,统计分析了地上生物量的空间变化特征。结果表明,青南地区多年NDVI平均值和草地地上生物量总体上均具有由西北向东南逐渐增加的空间分布特点。不同草地类型的生物量差异显著。近10年来山地草甸类的生物量最高,达1280 kg DW/hm²;其次为高寒草甸类、温性草原类、温性荒漠类和沼泽类,生物量介于244.9~902.4 kg DW/hm²;高寒草甸草原类、高寒荒漠类和高寒荒漠草原类生物量较小,在65 kg DW/hm²以下。海拔对生物量具有明显的影响,在3500 m以上地区的草地生物量随海拔的升高而减小。当海拔介于3500~4000 m,最大生物量达1358.8 kg DW/hm²;海拔介于4000~4500 m,生物量小于920 kg DW/hm²;海拔介于4500~5000 m,生物量为574.2 kg DW/hm²;海拔大于5500 m,生物量仅为94.4 kg DW/hm²。统计分析近10年间的NDVI变化趋势发现,三江源地区的黄河、长江和湄公河三大流域及各行政区的草地植被生长状况以轻度改善和改善为主,总体趋于良好。     

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。     

基于野外观测和TM数据的锡林浩特典型草原MODIS/LAI产品验证

通过2008年夏季生长季的3期LAI野外观测和TM图像的处理分析,对锡林浩特国家观象台附近24 km²典型草原区的MODIS/LAI产品精度从时空2种维度进行了评估。结果显示,在时间维度上,MODIS/LAI产品可以较为准确的体现草地植被生长轨迹;在空间维度上,MODIS/LAI产品与TM/LAI反演结果有相似的变化趋势。以TM/LAI结果为参考真值,MODIS/LAI产品的相对均方根误差约为24%,并存在10.8%的正偏差,表明有一定程度的高估。误差分析结果显示,MODIS/LAI产品精度主要受到土壤背景光谱以及地表均匀程度的影响,在LAI较小的区域,以及在草地空间异质性因受人类活动而增强的7月初和8月末,MODIS/LAI产品误差更大。     

近二十年中外文草地遥感研究热点及前沿演进——基于CiteSpace的数据可视化分析

本文以Web of Science和CNKI数据库中检索到的2000—2019年有关草地遥感研究的1 388篇文献为数据源,运用CiteSpace Ⅴ软件从发文趋势、期刊、学科、国家、机构、作者、研究热点、活力等角度,定性定量地开展文献可视化分析。结果表明：草地遥感研究具有多领域、多学科交叉融合特点,中外文发文量均随年份的增加呈上升趋势,核心期刊以Remote Sensing为首;中国在该领域有较高的积极性,但影响力低于美国和德国;共有83个国家的488个科研机构就草地遥感领域的研究展开了793次合作,各机构国内合作交流较国际间频繁;核心作者间未形成稳定的作者群,且普通作者形成的合作群体内部交流合作远多于群体之间;中外文研究热点共同集中在草原生态治理和资源利用上,相比于外文,中文研究更加集中在解决当前草原生态问题;高被引文献半衰期较短（2.5~3.5年）,文献老化速度较快。     

基于UAV技术和MODIS遥感数据的高寒草地盖度动态变化监测研究—以黄河源东部地区为例

利用黄河源东部地区野外实测样地数据和MODIS卫星遥感资料,结合农业多光谱相机(agricultural digital camera,ADC)、普通数码相机(Canon)、无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)等设备获取的高寒草地盖度数据,构建了基于MODIS NDVI、EVI的草地盖度反演模型,比较分析了不同草地盖度监测方法的精度,确立了黄河源区草地盖度遥感监测的最优反演模型,并分析了研究区近16年草地植被盖度的动态变化。结果表明,1) MODIS NDVI与基于UAV相片计算的草地盖度间的相关性优于MODIS EVI,而MODIS EVI与ADC和Canon照片计算的草地盖度之间的相关性则优于MODIS NDVI;2) 就Canon和ADC方法构建的草地盖度反演模型而言,前者精度远高于后者,普通数码相机方法更适宜于高寒草地植被盖度的估算;3) 对比分析两种植被指数与Canon相机、ADC和大疆(DJI)无人机航拍(航高30和100 m两种方法)相片计算的草地盖度之间的关系表明,MODIS NDVI对航高30 m UAV航拍相片计算的盖度数据的响应最敏感,基于UAV航高30 m的相片和NDVI构建的草地盖度反演模型最优;4) 黄河源东部地区2000-2015年间草地盖度稳定不变的区域达71.46%,多分布在东南部;呈增加趋势的区域占研究区草地面积的22.01%,由西向东、由北向南增加幅度呈减少趋势;盖度减少区域零星分布在黄河源北部和南部的部分地区,仅占研究区草地面积的6.53%。     

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。     

基于多源遥感数据的高寒草地生物量反演模型精度——以夏河县桑科草原试验区为例

基于MODIS、Landsat-8 OLI和HJ-1A/1B CCD卫星遥感资料,结合2013-2014年甘南州夏河县桑科草原试验区野外实测数据,建立了高寒草地地上生物量遥感反演模型,筛选出基于不同遥感资料植被指数的生物量最优反演模型,比较分析了生物量最优模型的空间效应。同时,分析了2000-2013年基于MODIS植被指数估算的试验区产草量的年际变化特征。结果表明,草地生物量最优反演模型为基于Landsat-8 OLI NDVI数据的对数模型(y=727.54lnx1+495.23,R2=0.772,RMSE=31.333 kg DM·hm-2);在30和250 m空间分辨率下,基于MODIS NDVI及EVI、Landsat-8 OLI NDVI和HJ-1A/1B CCD NDVI最优模型估算的生物量均高于实测生物量,其中Landsat-8 OLI NDVI数据估算的草地生物量与实测生物量值最接近;2000-2013年试验区草地总生物量整体上具有显著增加的趋势(R2=0.590 7,P0.001),平均增加速率达50.57 kg DM·hm-2·a-1。