天山北坡植被NPP时空格局及气候因子驱动分析

【目的】研究天山北坡植被净初级生产力(NPP)的时空格局,分析NPP与气候因子的关系,为天山北坡自然资源的合理开发利用与管理提供科学依据。【方法】利用CASA模型估算天山北坡植被的NPP,分析其年内时空变化特征,采用相关性分析法研究天山北坡NPP与气候因子的关系。【结果】(1)2015年天山北坡NPP总量为34.57 TgC,平均值为173.34 gC/(m²·a),中西部区域NPP占天山北坡总量的82.25%,是天山北坡NPP的主要供给区,山地区域的NPP平均值最高。(2)不同植被类型的NPP差异较大,林地、耕地、草地、未利用地分别为534.47、333.47、174.20和124.18 gC/(m²·a)。(3)天山北坡NPP月总量波动在0.29~3.00 TgC/mon,6月NPP达到一年中最大值,为7.39 TgC/mon。草地NPP随季节的波动幅度最大,林地随季节波动幅度最小。NPP季节变化表现为夏季>春季>秋季>冬季。(4)温度对天山北坡不同植被类型的影响大于降水。NPP的变化受气候因子驱动影响的区域占66.06%,主要集中在天山北坡中西部区域;非气候因子的影响占33.94%,主要集中在天山北坡中东部以北地区。【结论】天山北坡NPP总体上呈现西高东低的趋势,不同植被类型随季节的变化趋势不同,温度是天山北坡NPP年内变化的主要影响因素。     

乌鲁木齐市天然草地不同类型群落年际动态变化初报

[目的]研究天然草地不同垂直带草地类型群落年际动态变化规律.[方法]以野外地面调查取样、室内分析结合3S技术应用为研究手段,通过3 a的动态测定,分析乌鲁木齐市天山北坡中段天然草地垂直带7种主要草地类型植物生育节律、群落生物量动态.[结果]乌鲁木齐市7种典型草地类型草地群落的年际变化差异不大,但是各月的变化趋势有差别,出现峰值的月份不同,盖度和高度的峰值都出现在7和8月.[结论]正常年份,可以根据7月的生物量大小来决定载畜量.高草草甸草地的生物量最大,草原化荒漠的生物量最小.     

乌鲁木齐市不同草地类型三年载畜量的变化及效益分析

[目的]预测不同草地类型载畜量,为草畜平衡提供技术支撑.[方法]以野外地面调查取样、室内分析结合为研究手段,对2006～2008年三年间乌鲁木齐市天山北坡中段天然草地垂直带7种主要草地类型的载畜量进行动态研究和生产效益进行分析.[结果]乌鲁木齐市7种典型草地类型草地群落的合理载畜量差异大,山地高草草甸草地合理载畜量最大,荒漠草原草地合理载畜量最小.三年中,气候变化决定了草地生产效益的最高年份.[结论]亚高山高草草甸草原的草地资源环境容量居于前列,亚高山低草草甸草原、草甸草原和干草原的草地资源环境容量居于其次,高寒草甸草原、荒漠草原和草原化荒漠居中,荒漠的草地资源环境容量最小.     

基于PROSAIL模型的山地草原叶面积指数高光谱反演

【目的】 研究基于PROSAIL模型监测天然草地的动态变化,掌握草地的质量与数量。【方法】 研究使用地物光谱仪连续3年在天山北坡中段的2个山地草原样区采集光谱数据和配套数据,基于PROSAIL模型进行冠层LAI的高光谱反演,重点研究应用不同代价函数、植被种类变化对反演精度的影响。【结果】 多数代价函数反演LAI的决定系数(R²)在0.54~0.55,均方根误差(RMSE)在0.23~0.25,归一化均方根误差(NRMSE)在17~19。在9个来自不同统计类型的代价函数中,常用的RMSE代价函数的反演精度相对不高。将获取的427个样方数据依据种类数分成组,然后用PROSAIL进行LAI反演。种类数越多,RMSE在增大,R²在减少,反演精度越差。但精度的下降幅度不是均匀的,种类数≤2的组和种类数≤3的组之间精度差异最大。【结论】 在利用物理模型反演天然草地的叶面积指数时,不同代价函数获得的反演精度差别比较大;随着植被种类数量的增多,反演的精度是下降的。     

天山北坡典型草地封育围栏效果及其光谱特征分析

[目的]结合地上生物量及盖度分析光谱曲线来研究围栏封育的效果及其光谱的特征.[方法]研究选取了天山北坡荒漠草原草地围栏内外、山地低草草甸草地围栏内外4种类型,采用SVC HR 768地物光谱仪测量草地冠层的光谱反射率,生成光谱曲线;利用目测法测定植被的盖度,利用样方测定的方法测定植被的地上生物量.[结果]围栏封育一定时间后,围栏内的盖度及地上生物量均远远大于围栏外的;2011和2012年荒漠草原草地围栏内及2012年山地低草草甸草地围栏内外的光谱曲线均具有明显的绿色植物的光谱特征,而荒漠草原草地围栏外的反射峰和水分吸收谷都不太明显.[结论]围栏封育对植被恢复具有一定的效果;不同草地类型的光谱曲线存在很大的差异;相同草地围栏内外的光谱曲线也不相同.     

天山北坡植被生长季气候因子变化特点

依据中国天山北坡研究区5个气象台站1990—2004年的气温及降水资料,建立研究区域的平均气温、降水量序列,利用滑动平均、线性回归等方法,分析天山研究区近15a来气候变化的基本特征。结果表明:1990—1999年的10a间生长季气温变化趋势为0.081℃/a;1990—2004年的15a间生长季气温变化趋势为0.04℃/a。研究区域2000—2004年生长季节气温变化总体特点有别于1991—1999年前10a的变化特点,通过了显著性检验。天山北坡2000—2004年的月均温特点:近5a的生长季节气温变化趋势性质为-0.26℃/a的负方向变化。1990—1999年的10a生长季降水变化趋势为6.968mm/a;1990—2004年的15a生长季降水变化趋势为1.483mm/a;2000—2004年的生长季降水变化趋势为-4.21mm/a。总体上来看,天山北坡2000—2004年生长季节的降水量变化趋势性质为正方向变化。但是相比较15a来降水的变化特点,2000—2004年的生长季降水是偏少的。     

Analysis on Application of Principle Component Transformation Method in Leaf Area Index Inversion

[目的]通过模型模拟数据和地面实测数据的分析,确定主成分变换方法在叶面积指数反演中的作用.[方法]通过PROSPECT模型和SAIL模型针对LANDSAT_5TM数据进行不同叶面积指数状态下的模拟,通过模拟数据分析主成分变换方法相较于传统植被指数的优势,并通过地面实测数据进行精度验证.[结果]在一定范围内,随着叶面积指数的增大,主成分变换的方法可以在有效减弱饱和现象影响的同时取得较好的反演效果,在2009年冬小麦和玉米的叶面积指数反演中主成分变换方法反演精度达到78％和91％,获得了较高的反演精度.[结论]主成分变换方法在叶面积指数反演方面具有较好的应用前景.     

天山北坡典型草地土壤呼吸特征及其对环境因子的响应

为揭示天山北坡不同类型草地的土壤呼吸规律,采用土壤碳通量测量系统LI-840A对天山北坡荒漠草原和灌丛草甸土壤呼吸（soil respiration,R_s）日变化和季节动态进行监测,并利用多元回归模型分析温度和水分对草地土壤呼吸的协同影响。结果表明,2种草地类型生长季土壤呼吸速率均表现为日间先增高后降低,夜间较平缓的日变化趋势,日最大排放速率出现在12:00—16:00,最小值出现在6:00—7:00左右;灌丛草甸生长季各个月份的土壤呼吸速率均高于荒漠草原。2种草地类型土壤呼吸速率与温度均呈指数相关;土壤含水量与灌丛草甸土壤呼吸速率的相关性高于与荒漠草原土壤呼吸速率的相关性;土壤呼吸速率受5 cm土壤温度（T）和5 cm土壤含水量（W）的影响显著,荒漠草原土壤呼吸速率与二者之间满足最佳拟合模型R_s=130.515e^0.031TW^2.513,灌丛草甸满足最佳拟合模型R_s =-1.290+0.010T+28.007W+1.199TW。研究结果揭示了荒漠草原和灌丛草甸土壤呼吸的变化规律,为天山北坡草地碳循环研究提供基础数据和理论支持。     

天山中部近10年森林质量变化分析——以乌鲁木齐河流域为例

[目的]为天山中部天然林保护工程实施效果的定量评定和区域环境保护提供可靠依据.[方法]以天山中部乌鲁木齐河流域雪岭云杉天然林分布区为研究区,基于2003年Landsat 5 TM和2013年Landsat 8OLI数据、2009年SPOT-5数据以及2009年研究区实地调查数据,使用监督分类和像元二分模型,分析实施天然林保护后,研究区2003至2013年天然林的质量变化.[结果]自2000年天山中部天然保护工程实施以来,研究区林地面积增加0.94;;在研究区中南部人类活动干扰较小的中高海拔区,中等郁闭林地、密林分别增加了39.33;和5.55;,草地面积增加5.98;.研究区其它地类(耕地、建设用地)面积增加150.22;,水体面积减少29.39;.[结论]天然林保护工程实施,使天山中部天然林保护区森林质量和生境质量向良好方向改善,但应控制建设用地的增加并采取有效措施保护水域,使区域环境均衡、持续发展.     

新疆潜在蒸散分形特征与R/S趋势分析

[目的]分析新疆潜在蒸散的时间序列,判断时间序列的分形结构,对新疆潜在蒸散的变化趋势进行预测.[方法]应用Penman-Monteith模型计算了新疆53个气象台站1955～2008年的潜在蒸散量时间序列,并采用配分函数(统计矩)判定该时间序列的分形结构,再利用重标极差分析法(R/S)对新疆潜在蒸散变化趋势进行预测.[结果]配分函数τ(q)与q的线性关系非常明显,对于高阶q取值为10,20,…,100时也成立,依然有较好的线性关系.三个区域年平均潜在蒸散量时间序列存在明显的Hurst现象,Hurst指数分别为0.896 0、0.719 4、0.788 9.[结论]南疆区、北疆区、天山山区1955～2008年潜在蒸散时间序列是一个单分形结构.新疆潜在蒸散变化存在着持续性.其中,南疆区潜在蒸散的持续性最强,天山山区次之,北疆地区最弱.     

气候变化对阿勒泰地区自然植被净第一性生产力的影响

[目的]建立阿勒泰地区自然植被净第一性生产力与年平均气温和年降水量的统计关系,在此基础上,估算未来气候变化对自然植被净第一性生产力的可能影响.[方法]利用新疆阿勒泰地区7个气象台站1961～2008年的历史气候资料对年平均气温和年降水量变化规律进行统计分析的基础上,采用周广胜等[1]的自然植被净第一性生产力模型,计算了近48年阿勒泰地区自然植被净第一性生产力的变化特征.[结果]48年来,阿勒泰地区年平均气温以0.475℃/10 a的倾向率上升,降水量以11.495 mm/10 a的倾向率增多,年平均气温和年降水量分别于1975和1986年发生了突变性的上升;受其影响,自然植被净第一性生产力以0.2 t/hm2/10 a的倾向率增长,并于1985年发生了突变性的增大.[结论]未来气候的"暖湿化"变化对提高阿勒泰地区自然植被净第一性生产力将产生积极影响,平均而言,在其它条件不变的前提下,年降水量每增多10;,自然植被净第一性生产力将增加7;～9;.年平均气温每升高1℃;自然植被净第一性生产力将增加0.06;～1.56;.     

半干旱牧区天然打草场生产力时空变化及对气候响应分析

【目的】定量评估半干旱牧区天然打草场的生产能力,分析天然打草场的退化程度,明确气候因子对打草场生长过程的影响。【方法】利用Miami和Tharnthwaite Memorial模型计算2000—2017年半干旱牧区天然打草场气候生产潜力,并结合近18年的中分辨率成像光谱仪(MODIS)净初级生产力(NPP)产品(MOD17A2H)进行分析。【结果】2000—2017年半干旱牧区天然打草场实际生产力与潜在生产力均随降水增加呈上升趋势,天然打草场18年平均实际生产力和潜在生产力分别为295.24和557.79 g C·m^-2·a^-1。按不同草地类型分析,气候生产潜力与实际生产潜力均以草甸草原最高,分别为589.68 g C·m^-2·a^-1和349.78 g C·m^-2·a^-1,山地草甸的气候生产潜力最低,为518.72 g C·m^-2·a^-1,而实际生产潜力以典型草原最低,仅为269.52 g C·m^-2<...     

近20 a新疆北疆天然草地植被覆盖度时空变化及其与气象因子的关系

【目的】研究新疆北疆1998～2018年天然草地植被覆盖度时空变化及其与气象因子的关系,为退化草地的生态修复提供技术支持。【方法】基于多年连续的MODIS–NDVI产品数据和气象数据,利用像元二分模型对近20 a新疆北疆天然草地覆盖度进行反演,分析该区域草地植被覆盖度的时空变化及与温度、降水相关性,研究北疆天然草地植被覆盖度与气象因子的关系。【结果】(1)近20 a来,北疆天然草地植被覆盖度总体上呈现为中部和东部较低,北部、西部和南部较高的空间分布趋势。(2)天然草地变化率呈增加趋势的占比为57.51%,天然草地变化率呈降低趋势的占比为42.49%。(3)近20 a来,北疆天然草地植被覆盖度与年均降水量呈正相关的比例为81.27%,呈负相关的比例为18.73%;北疆天然草地植被覆盖度与年均气温呈负相关性所占比例为39.48%,呈正相关的比例为60.52%。【结论】新疆北疆天然草地植被覆盖度与年均降水量的相关性高于年均气温。     

1992—2015年呼伦贝尔草原区不同草地类型分布时空变化遥感分析

【背景】呼伦贝尔草原作为我国温性草原的重要组成部分,其独特的地理位置、典型的生态及气候特点、代表性的生产方式决定其在草原畜牧业生产中的重要地位,同时也是我国北方的绿色生态屏障,发挥着生态缓冲区功能。草地作为重要的陆地生态系统之一,在农牧业生产、生态及环境保护、气候变化等方面具有重要的意义。【目的】明确不同草地类型的空间分布及变化规律,为草地研究及管理提供依据。【方法】以呼伦贝尔草原区不同草地及地物类型为研究对象,以1992年、2015年遥感影像为数据源,采用支持向量机、面对对象分类法获得研究区地物类型空间分布数据,以地统计方法分析时空变化特征,结合植物-生境学分类法划分地带性草地类型潜在分布、社会统计数据、地物类型转化过程分析气候变化、人类活动对草地类型分布的影响。【结果】研究区耕地、林地、沙地碱地、人工表面4种地物类型面积增加,草地、水体面积减少。草地作为研究区最大的覆盖类型,1992年、2015年分布面积为7 601 258 hm²、7 148 085 hm²,减少幅度5.96%。研究区分布典型草原、草甸草原、低地草甸、山地草甸及沼泽,前...     

内蒙古中东部地区耕地物候动态研究

 【目的】采用遥感手段监测内蒙古中东部地区耕地物候变化,探讨气候变化导致耕地物候变化进而对耕地生产力的影响。【方法】采用趋势分析监测研究区耕地物候变化及生产力变化,根据空间相关分析及显著性检验分析气候变化导致生长季变动对耕地生产力的影响。【结果】研究区内耕地生长季明显延长;生长季提前开始且延迟结束区域最大,其次为生长季延迟开始且提前结束区域;研究区耕地物候受温度、降水影响明显;空间上,耕地生长季缩短受降水负相关影响显著,并且受降水影响显著的耕地净初级生产力增幅较小且波动较大,而受温度影响显著耕地的净初级生产力稳定且明显提高。【结论】遥感技术能够整体把握区域耕地物候空间特征;物候对于温度和降水的响应均较明显,气候变化改变耕地物候进而影响生产力。     

银川盆地净初级生产力估算和趋势分析

【目的】基于2000-2010年间的遥感数据、气象数据,利用净初级生产力(NPP)估算模型模拟银川盆地NPP,分别从逐月、逐年对其时空变化过程进行分析,并进行预测分析,阐述11年期间银川盆地植被NPP的时空格局与变化特征,探讨NPP与植被健康指数(VHI)之间的耦合关系。【方法】选取2000-2010年间的SPOT VEGETATION数据、归一化植被指数（NDVI）、遥感数据、考虑了研究地区内及其周边气象站点数据等,利用CASA 模型,一元线性回归、奇异值分解等方法对银川盆地NPP空间分布进行估算与分析。【结果】2000-2010年,银川盆地逐月NPP平均值呈现小幅度增长,月均增加0.51 gC·m^-2,以7月、10月NPP值增长最为显著;2000-2010年,银川盆地逐年NPP平均值也呈小幅度增长,年均增加0.24 gC·m^-2,NPP 年平均值总体呈波动趋势,以2007、2009年NPP增长最为显著,降水直接导致了2005、2006年的NPP值出现低值;2000-2010年,从银川盆地NPP空间变化来看,行政区域年平均NPP物质量大小依次为：大武口区＞永宁县＞灵武市＞西夏区＞青铜峡市＞利通区＞平罗县＞贺兰县＞惠农区＞兴庆区＞金凤区。银川盆地NPP 平均值表现出“南北高中间低、东高西低”的空间格局,其中NPP低值集中在西夏区、兴庆区、金凤区等区域;NPP趋势的好坏与村镇点数量大小、人口数量呈异步变化关系;银川盆地的VHI变高（低）时,NPP随之变低（高）,第一模态左右场的相关系数为-0.69,呈现异步耦合关系。【结论】采用光能利用模型对银川盆地的NPP进行估算模拟和实测验证,发现其模拟结果与实测数据接近,该模型测算银川盆地的NPP较为合理;银川盆地NPP总体趋于良好,但局部区域出现恶化情况;银川盆地NPP波动明显,主要受土壤湿度的影响,因此NPP对干旱具有一定的指示作用。     

石河子绿洲植被净第一性生产力遥感估算研究

[目的]探索适合西北绿洲区的NPP遥感模型,估算石河子绿洲区植被净第一性生产力.[方法]在GIS的支持下,利用卫星遥感数据和气象数据,以光能利用率模型为基础进行研究.[结果]构建了绿洲区植被净第一性生产力NPP估算模型,以1989～2001年的石河子绿洲区植被为例,对13年间的植被净初级生产力进行了估算,得到石河子绿洲区植被净第一性生产力13年平均值为2.086 TgC/a,其年均变化量为0.049 TgC/a,绿洲植被碳密度在237.3～309.3 gC/m2变化.[结论]研究时段内NPP总体呈现增长的趋势,这主要是近年来该区降水、气温以及土地利用方式改变的影响结果.     

基于马尔科夫模型的石河子垦区土地利用动态变化研究

【目的】研究石河子垦区近年来土地动态变化,为该地区生态环境保护提供依据。【方法】以遥感数据、土地资源调查数据为基础,基于马尔科夫模型,研究石河子垦区土地利用动态变化。【结果】2010年后土地利用变化的趋势是草地和未利用地减少明显,其中未利用地减少幅度仍为最大;耕地、建设用地逐年增加,其中耕地的增长幅度最大,建设用地变化速度缓慢;其他土地面积均有所增加,只是增幅也较缓慢。【结论】影响石河子垦区土地利用变化的主要驱动因素是经济快速发展和政府决策等社会因素。