中国潜在自然植被NPP时空分布格局变化及其对气候和地形的响应

综合顺序分类系统(Comprehensive and Sequential Classification System,CSCS)作为一种开放式、能划分全世界潜在自然植被类型的分类系统,对全球自然植被的宏观认知和自然植被资源的适度利用与科学管理有着重要的指导意义。研究基于CSCS理论,利用中国1982-2012年的气象数据(温度和降水量)和MODIS(Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer)NDVI(Normalized Difference Vegetation Index)数据以及改进型CASA(Carnegie Ames Stanford Approach)模型模拟中国潜在自然植被NPP及其时空分布格局,并分析其对气候和地形的响应模式。研究结果表明:31年来中国潜在自然植被NPP总体上随着时间的推移呈现递增趋势,其在空间上的分布格局体现了明显的异质性,各CSCS类及类组的NPP差异较大;中国潜在自然植被NPP基本与温度、降水量和太阳辐射的时空变化保持一致,且随着高程、坡度和坡向的增加呈现出增加、降低和增加的趋势;各CSCS类型的NPP总体上体现了自然植被所需水热条件的水平和垂直地带性分布规律,与CSCS分类检索图保持一致性。研究结果对CSCS和全球变化的交叉研究具有一定的促进作用。     

基于CSCS方法的甘南自然植被NDVI时空分布特征研究

基于综合顺序分类系统(CSCS)模型,利用地理信息系统技术手段,模拟出甘南潜在自然植被类型图,并且结合国际地圈生物圈计划(IGBP)土地覆盖数据集,制作出甘南残存潜在自然植被分布图和残存潜在自然植被典型区分布图。在此基础上,利用2001-2010年MODIS数据分别研究了残存潜在自然植被分布区及其典型区的NDVI年度和月度变化特征。研究结果表明,1) 甘南残存潜在自然植被分布区面积达33 940 km²,占甘南总土地面积的92.53%;2) 残存潜在自然植被典型区主要分布在玛曲县、碌曲县及迭部县部分地区和夏河县北部,在舟曲、卓尼和临潭县分布较少;3) 甘南地区NDVI在2001-2010年期间都呈现出上升趋势,7种植被类型的月最大值出现在7-9月。     

中东亚干旱区土地覆盖变化和人类占用强度变化特征

研究中东亚干旱区2001-2013年期间土地覆盖变化特征和人类活动对潜在自然植被的影响程度,对保护生态环境和合理利用土地资源具有重要意义。本研究首先基于气象数据和综合顺序分类法(comprehensive and sequential classification system,CSCS)模型模拟了中东亚干旱区的潜在自然植被分布状况,其次基于2001-2013年的MODIS土地覆盖数据集分析了土地覆盖变化情况,最后在前两者的基础上研究了潜在自然植被的人类占用强度及其变化特征。结果表明,1)潜在自然植被以林地、草地、冻原、荒漠四大类为主;2)中东亚干旱区土地覆盖变化较大,其中中亚灌丛面积波动增加,中国华北干旱区农田面积扩张明显,蒙古国中西部灌丛和草地覆盖面积明显减少;3)研究区人类占用强度增强。其中,2010-2013年增长较为明显,4年间人类占用面积占研究区面积的比例增长了1.45%。潜在草地人类占用比例在2009-2013年间增幅最大,为2.88%;潜在林地人类占用比例在2001-2005年间增幅最大,为6.99%。4)在北哈萨克斯坦三州(北哈萨克斯坦州、阿克莫拉州、库斯塔奈州),人口迁移是潜在自然植被人类占用强度变化的主要因素,2006-2013年间人类占用强度比例增长了11.38%;中国的呼伦贝尔和山西干旱区,农业开发是人类占用强度增大的主要因素,2001-2013年间人类占用强度比例分别增长了6.62%和17.64%。     

草地综合顺序分类法研究新热点:2008-2020年回顾与展望

草地综合顺序分类法(comprehensive and sequential classification system of grassland,CSCS)经过60多年的不断探索和完善,已成为具有中国知识产权的唯一的可数量化的草地分类系统.特别是2008年任继周等在Rangeland Journal专门著文推介CSCS,开启了CSCS在国内外研究的新高潮.本研究以CSCS作为关键词从Wed of Science及中国知网等科技论文数据库检索得2008-2020年发表的中英文文献分别为48和29篇.通过系统梳理,获得最新的研究成果如下:1)将CSCS与国际公认的Holdridge Life Zone、BIOME4分类体系在全球尺度上进行对比验证,论证了CSCS在草地类型划分方面的突出优势;2)使用数字高程模型数据的坡度、坡向和坡度变化率等因子修正传统空间插值法,引入海拔、坡度等变量的多元回归和残差分析插值法,有效解决高海拔和复杂地形所带来的气候数据插值误差,提高了CSCS的模拟精度,也为深入广泛的应用提供了方法论依据;3)基于CSCS发生学特征,研究草地对全球气候变化的响应.现已在区域、全国及全球尺度上研究草地生态系统对全球气候变化的响应,为进一步的草地精细化分类管理和相关政策制定提供了数据基础;4)热量状况和水分条件的组合是草原现象和过程的本质的因素,以CSCS为理论框架,用分类指标为参数构建草地第一性生产力(NPP)分类指数模型,该模型不仅揭示草地类型与其净第一性生产力的内在联系,也为进一步研究地带性草地类型的生产潜力、草地净第一性生产力的区域分布和全球分布提供了可能.在区域、全国和全球尺度上的比较验证可知,基于CSCS的草地NPP模型已发展成为草地生态系统第一性生产力评估及碳汇计算的新工具.未来CSCS研究亟待开展的工作主要有:1)完善CSCS亚类及型的定量分类体系;2)通过开发CSCS方法在草地营养载畜量和生态服务价值评估等方面的应用,完善基于CSCS框架的草地精细化管理.     

基于GIS的中国2大草地分类系统类的兼容性分析

以植被-生境学分类(vegetation-habitat classification system of grassland,VHCS)方法为基础的定性的中国草地分类系统,以及定量的气候-土地-植被综合顺序分类系统(comprehensive and sequential classification system of grassland,CSCS)是我国常用的2大草地分类系统。在实际应用中,因“草原”和“草地”概念的重叠、混淆和交叉,以及定性分类和定量分类的差异,造成了操作上的困扰,研究结果亦不便相互交流。本研究通过2大系统一级单位-“类”的分类指标、名称和属性的对比,分析了2个系统“类”的兼容性,建立了两者间的对应关系,并利用基本同期的CSCS分类图和数字化的中国草地资源图(VHCS),以内蒙古自治区和甘肃省为例,在ArcGIS平台上进行了验证分析。研究结果表明:1)以广义草原或草地概念为基础的CSCS是一个大系统,兼容了以中国为例的VHCS分类系统;2)兼容VHCS的CSCS的类,两者在分类指标、名称和属性方面均能达到统一;3)空间叠置分析表明,若不考虑森林和非地带性类,内蒙古和甘肃区域2个分类系统分类结果的兼容性分别达到61.4%和61.1%;有差异的区域,基本上表现出草地实际调查结果(VHCS)是比原生潜在草地(CSCS)在更恶劣气候条件下的低分类级别的草地类,说明人为干扰已超过了原生草地生态系统的生存阈限,导致草地逆行演替;4)对CSCS与VHCS分类结果的对比分析研究,可科学地揭示人为干扰下草地的演替状态,并明确草地恢复和重建的目标。     

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。     

基于GIS系统的云南省岩溶地区石漠化草地分布分析

本文旨在研究云南省岩溶地区石漠化草地的分布范围及特征。利用Arc GIS 10.1地理信息系统下的空间分析工具将云南省石漠化分布图与云南省草地植被类型图,通过空间关联操作得到云南省石漠化草地植被类型图。分别用石漠化草地植被类型图与云南数字高程影像(DEM)、行政区划图进行空间关联分析,获取石漠化草地植被类型的垂直和水平分布特征,并基于此特征分析云南省岩溶地区石漠化草地的成因。     

基于CSCS的黑河上游潜在植被NPP及其水热关系研究

潜在植被NPP空间分布格局是植被长期适应自然的结果,是NPP与外界环境关系的反映,通过这种关系有助于理解地表碳循环发生的环境背景。本研究利用综合顺序分类法(CSCS)对黑河上游潜在植被进行模拟,通过植被反演计算潜在植被NPP总量以及累积量,探讨了潜在植被NPP与水热因子之间的相关性。结果表明,黑河上游潜在植被类型共有8个类,且具有明显的垂直地带性分布特征。潜在植被NPP积累量分布特征为河流流经的地区高于其他地区,在山区中,随着海拔的上升,NPP积累量呈先上升后下降的趋势,潜在植被的NPP积累量由黑河上游水热分布条件决定的。NPP积累量与≥0℃年积温在寒冷和寒温级内呈正相关,在微温级内呈负相关;与湿润度在干旱、微干、微润和湿润4个等级内呈正相关,在潮湿级内呈负相关。这种分布格局反映了潜在植被对生境和气候变化的多元适应性结构。     

基于草原综合顺序分类法的中国山地草地亚类分类研究北大核心CSCD

草地作为陆地生态系统的重要组成部分,精准界定草地类型对草地资源研究具有重要意义。本研究基于数字高程模型(DEM),采用草原综合顺序分类法(CSCS),对中国山地草地亚类进行定量划分,并分析了草地亚类在山地区域的空间分布特征。结果表明:1)山地亚类共划分为20种,以小起伏山地亚类为主,面积分布最广泛;丘陵、中起伏山地亚类面积分布相当;大起伏和极大起伏山地亚类面积分布较少;2)原则上每种草地类型可划分为20种草地亚类,由于山地水热条件的空间差异,在特定环境下某些草地亚类并不存在;3)寒冷潮湿多雨冻原、高山草甸类(ⅠF36)的山地亚类面积分布最大;寒温潮湿寒温性针叶林类(ⅡF37)的山地亚类面积占第二位;暖热潮湿落叶-常绿阔叶林类(ⅤF40)的山地亚类面积居第三;亚热极干亚热带荒漠类(ⅥA6)的山地亚类面积分布最小。该研究结果可为草原开发利用、培育保护和经营管理,以及畜牧业的发展提供一定科学依据。     

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。     

伊犁河谷天然草地退化现状及修复措施

利用"3S"技术,查清伊犁河谷不同类型退化草地的空间分布、发生规模、退化程度及退化成因,绘制伊犁河谷退化草地分布图.调查结果表明:伊犁河谷天然草地退化严重,退化面积221.07万hm2,占伊犁河谷天然草地总面积的64.65%,占可利用面积的71.21%.退化主要表现在毒害草蔓延,植被盖度降低,地上生物现存量减少,草层变矮;草地退化的主要原因为放牧强度过大、利用方式和利用时间不合理、乱垦乱挖等人为破坏严重.退化草地的修复应根据草地的不同退化形式和退化程度因地制宜的采取措施,以草地生态恢复为基础,保护和合理地利用草地.     

近百年全球草地生态系统净初级生产力时空动态对气候变化的响应

气候变化是影响生态系统空间地理分布、结构和功能的主要因素。为了从长时间序列大空间尺度上了解气候变化对草地生态系统的影响及其反馈机制,本研究利用综合顺序分类法及分段模型分别模拟了1911-2010年间全球草地生态系统及净初级生产力(NPP)的时空动态,并通过相关性分析揭示草地NPP对不同气候因子的响应。结果表明,在过去的百年间,全球草地面积从1920s的5175.73万km²下降到1990s的5102.16万km²,其中冻原与高山草地类组的面积下降最多,为192.35万 km²,荒漠草地类组、典型草地类组和温带湿润草地类组的面积分别下降了14.31、34.15和70.81万km²,而热带萨王纳类组的面积增加了238.06万km²。在气候变化的影响下,大多数草地类组的重心均向北方移动,在北半球尤为明显。全球草地NPP从1920s的25.93 Pg DW/年增加到1990s的26.67 Pg DW/年。就各草地类组而言,冻原与高山草地类组、荒漠草地类组、典型草地类组、温带湿润草地类组的NPP均呈现下降趋势,分别下降了709.57、24.98、115.74和291.56 Tg DW/年,而热带萨王纳类组的NPP则增加了1887.37 Tg DW/年。从全球尺度来看,降水是影响草地NPP的主要气候因子。总的来说,近百年气候变化对全球草地生态系统产生了深刻的影响,尽管草地NPP呈现增加的趋势,但暖湿化的气候变化对草地生态系统的结构和空间分布产生了不利的影响。     

植被光合有效辐射吸收分量及最大光能利用率算法的改进

植被冠层对入射光有效辐射的吸收系数 (FPAR) 和最大光能利用率是NPP模拟的重要参数。利用光量子仪实测了典型草原植被类型关键生育期光合有效辐射值,根据NDVI与FPAR之间的良好相关性,建立了2个FAPR估算模型。结果表明,实测的FPAR值与模型估算的FPAR之间的相关性均达到极显著水平,2个模型的估测值之间没有显著性差异。因此,本研究中采取求均值后计算了我国草原的FPAR,并与NASA-FPAR产品进行了嵌套和互补,形成全国完整的草原FPAR空间分布图。同时,基于归一化植被指数和叶面积指数,以中国草原18大类分类结果为基础单元,对中国草原18大类的最大光能利用率进行调整,调整后的最大光能利用率输入NPP模型后,改善了NPP估算精度,在大类尺度上,总体预测精度为85.71%。     

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。