基于CCI-LC数据的甘南和川西北地区土地覆盖类型时空动态分布及草地面积变化驱动力研究

土地覆盖变化是评价生态系统健康的关键,并对可持续发展有重要意义。遥感技术是实现快速动态监测大面积土地覆盖变化的有效方法。结合野外实测土地类型数据和Landsat 8 OLI影像,对欧空局全球土地覆盖产品(CCI-LC)在甘南和川西北地区分类精度评价的基础上,分析了研究区1992-2015年土地覆盖类型的时空动态变化特征,并从自然和人为两方面因素出发,研究了该地区草地面积变化的驱动力。结果表明:1)CCI-LC产品在甘南和川西北地区的总体精度为76.79%,在六大土地覆盖类型中(草地、林地、裸地、水体、永久冰雪和人类占用地),草地的用户精度最高(94.88%)。2)在1992-2015年,草地面积整体上呈减少趋势,且在1994-2001年发生了较大的变化,减少了6760.53 km~2,动态度为-0.53%·年~(-1)。3)1992-2000年研究区主要发生草地、林地和人类占用地三者之间的相互转化,其中草地以转出为主;2000-2010年研究区土地覆盖类型的变化多样,草地仍以转出为主,但转出面积较上一时间段大幅度减少;2010-2015年间研究区地物类型的转换关系更加复杂,其中草地以转入为主,转入来源仅为林地和人类占用地。4)农业GDP和牧业GDP是甘南和川西北地区草地面积变化的主要驱动因素,且两者均与草地面积呈负相关关系。提供了一种宏观、快速、低成本分析长时间序列土地覆盖类型动态变化的遥感监测方法。     

甘南地区MODIS土地覆盖产品精度评价

以甘南州为研究区,参考2004年TM遥感影像目视解译分类图,评估了2004年MODIS土地覆盖产品MCD12Q1的分类精度。研究结果表明:1)MCD12Q1产品的IGBP、UMD、LAI/FPAR、PFT 4种土地覆盖分类图像中,UMD分类图像的总体精度最高,为61.03%,草地分类制图精度达91.61%,用户精度达61.53%。2)该产品分类误差主要为林地漏测误差和草地多测误差,其中LAI/FPAR图像的林地漏测误差和草地多测误差最高,分别达85.04%和38.90%。3)统计计算2001-2005年UMD分类图像的甘南州草地总面积,与甘南州统计年鉴的数据基本一致,能够反映甘南草地时空分布范围及面积的动态变化特征。     

甘南和川西北地区草地植被NDVI变化及其驱动因素研究

草地是甘南和川西北地区最主要的植被覆盖类型,约占研究区面积的43.91%。为探明该地区草地的生长状况变化及其驱动因素,基于MOD13A3数据,采用趋势分析、变异系数、偏相关分析和残差分析,对研究区草地归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index,NDVI）时空动态变化和稳定性进行分析,并研究了气象因素和人类活动对草地NDVI变化的影响。结果表明：2000-2018年甘南和川西北地区草地生长期NDVI呈上升趋势的面积占比为74.17%,其中17.15%通过显著性验证;研究区草地NDVI整体较高（均值为0.7096）,在19年间全区和各类型草地NDVI均呈波动上升趋势,生长状况稳定,仅有6.08%的草地波动幅度较大;温度和降水对研究区草地NDVI的变化主要呈正向驱动,且NDVI与温度呈正相关的面积（70.19%）大于降水（62.63%）,人类活动在2000-2005年对草地NDVI呈负向影响,2006-2017年呈正向影响。     

乌鲁木齐市草地面积时空变化特征及驱动力

乌鲁木齐市是新疆维吾尔自治区的首府,具有丰富的草地资源。探寻其草地面积增减的规律和特点,摸清影响其发生变化的驱动因子,掌握不同草地类型面积动态变化,对该地区草地的合理开发利用及保护具有重要意义。本研究通过单一土地利用动态度和转移矩阵对1990-2020年乌鲁木齐市草地面积时空变化特征进行研究,采用相关性分析法探讨草地面积变化的驱动因素。结果表明,30年间乌鲁木齐市：1)草地面积整体呈减少趋势,动态度为-0.31%,草地净减少595.47 km²,主要转出为未利用地;2)不同类型草地面积均发生变化,除了温性草原化荒漠类、温性荒漠草原类和温性荒漠类草地面积呈减少趋势,其他类型均呈增加趋势,面积变化最大的是温性荒漠类草地,净减少787.07 km²,主要发生在中北部,变化最小的是高寒草原草地,净增加0.36 km²,主要发生在南部;3)总播种面积与大多数草地类型面积的关联度最大,关联度系数在0.995～0.998。可见,1990-2020年人为因素是导致乌鲁木齐市草地面积减少的主要原因。     

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。     

基于土地利用/覆盖的甘肃省景观生态风险时空变化特征

甘肃省景观类型丰富多样,在中国西部地区的生态安全中起关键性作用,也为当地发展提供着重要的物质基础和生态服务。由于气候变化和人类不合理活动的影响,甘肃省部分地区生态环境的安全与稳定遭到严峻挑战。本研究基于欧洲航空局全球土地利用/覆盖数据（CCI-LC）,利用动态度、转移矩阵方法分析了2005-2019年甘肃省土地利用/覆盖变化特征;通过构建景观生态风险指数并运用空间自相关分析法分析了景观生态风险的空间分布特征。结果显示：1)2005-2019年间,裸地面积减少最多,变化率1.88%,耕地次之,变化率2.31%;草地面积增加最多,变化率1.83%,建设用地次之,变化率191.08%。2）所有土地利用/覆盖类型中,建设用地的动态度最高且在整个研究时期内变化速率都保持在较高水平,综合动态度最大的时期为2010-2019年。3）土地利用/覆盖转移矩阵主要表现为耕地、林地、草地、裸地之间的转入与转出以及其他土地类型向建设用地的转入。4)2019年整体的生态风险值较2005年明显上升。其中低风险区和较低风险区面积最多,转化最频繁;中等风险区、较高风险区和高风险区面积虽然较少,但都存在不同程度的增长。...     

基于3S技术的天祝县土地利用/土地覆盖变化研究

天祝县土地利用/土地覆盖变化对石羊河流域的环境变化影响很大,研究其变化可为天祝县及石羊河流域可持续发展提供决策依据。基于3S技术,探测了20世纪末天祝县土地利用/土地覆盖变化情况,利用土地利用变化动态度和土地利用转移矩阵分析了变化的特点。主要结果如下:耕地增加较快,主要增长方式是毁林草地和开荒;未利用地转变为林草地在空间分布上很有规律,80%以上分布于4000 m左右的高山顶部。     

近20年元上都遗址周边土地利用变化及驱动力

通过对元上都遗址周边1990、2000和2010年TM影像解译及实地调查获得其土地利用状况数据,利用单一土地动态度指数、综合土地动态度指数、土地利用程度综合指数及土地利用程度变化模型对1990―2010年间土地利用动态变化过程进行分析,并揭示其土地利用变化的驱动因素。结果表明,研究区始终以草地、耕地为主,沙地与其他土地类型镶嵌分布。草地总体呈减少趋势,所占比例减少6.28%;耕地与沙地总体呈增加趋势,所占比例分别增加1.92%和3.33%。土地利用类型变化速度较快,具有明显波动性。1990―2000年的综合动态度为0.92%,2000―2010年为0.42%。其中,沙地变化速度最为迅速,年均递增速度达3.23%。土地利用程度逐渐增大,由农牧业转变为非农牧业。气候暖干化、北缘沙地扩展、退耕还林还草、城镇化建设、农牧业、工业和旅游业发展、滥砍乱伐、过度放牧等因素的综合作用驱动了土地利用结构变化。协调土地资源与社会经济发展的关系对研究区生态环境保护与建设至关重要,是保护元上都遗址的必要途径,是传承草原文化的基本要求。     

甘南藏族自治州耕地资源时空变化及驱动力分析

本研究依据1997—2006年甘南州统计资料,运用因子分析方法和回归分析法,分析了甘南州耕地面积变化的总体趋势、空间差异和驱动因子。结果表明,甘南州耕地总体呈逐年减少态势,且空间差异显著;固定资产投资、农业总产值、农民人均纯收入和城镇化水平是影响甘南州耕地面积变化的四大因素,退耕还林(草)政策是耕地减少的阶段性因素。通过建立耕地面积与驱动因子的多元回归模型,预测出2007—2020年的甘南州耕地数量。     

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%。     

农牧交错区草地面积动态变化研究——以内蒙古太仆寺旗为例

利用1986,2000和2009年3个年份点的遥感影像,在RS与GIS支持下,解译提取内蒙古太仆寺旗20余年草地空间信息,分析该区草地时空动态及其景观格局变化。结果表明：1986-2000年,草地面积减少307．67km^2,且退化严重,大量草地转化为耕地,生态环境趋于恶化;2000-2009年,草地面积有所增加,增加的部分主要来自退耕地;20余年来,低地盐化草甸持续增加,低湿地草甸快速减少。基于分析结果,指出草地退化是自然因素与人类活动共同作用的结果,自然因素起到一定作用,人类活动干扰则是草地动态变化的主要驱动力。     

川西草原植物资源播娘蒿亚麻酸含量的研究

川西草原的十字花科植物资源比较丰富,如特用油料植物播娘蒿等。作者对川西草原所产播娘蒿及其近缘植物种子油中的亚麻酸含量作了研究,得到下列结果。在播娘蒿及其近缘高亚麻酸植物中,播娘蒿的亚麻酸含量约为37 01%,其适应力较强,引种后产量较高,有较好的利用前景。不同地区分布的播娘蒿群体中,川西草原产播娘蒿的亚麻酸含量较高,引种后生育较正常,种子产量较好,有较好的利用价值。进一步的测试表明,播娘蒿的亚麻酸主要是α-亚麻酸,有的群体的含量达37 62%。以上有关研究结果系首次报道,可供开发播娘蒿资源者参考。     

气候变化与人为活动对三江源草地生产力影响的定量研究

近数十年来在气候变化和生态工程实施的背景下,作为我国重要的生态屏障的三江源地区的气候条件和人为干扰都发生了明显的变化。本研究借助CASA模型和气候生产力模型,结合对土地利用/覆盖变化(LUCC)的分析,定量评估了气候变化、LUCC和草地管理措施对三江源草地净初级生产力(NPP)变化的影响。结果表明,1)2001-2012年间,三江源草地总面积增加了6749 km²,草地的平均NPP下降了5.47%,总NPP下降了5.00%。 2)由新增加的草地带来的NPP总量为1293.12 Gg C,由转出草地带来的NPP总量损失为215.42 Gg C。 3) 2012年气候总NPP比2001年下降了20.27%,而人为总NPP增加了41.51%。12年间气候变化的趋势不利于草地植被的生长,而人为活动对草地植被的负面影响力有明显减弱。4)由气候因素引起的草地总NPP变化量为-165.28 Tg C,而管理措施引起的总NPP变化量为140.03 Tg C; LUCC导致的草地总NPP变化量为2.22 Tg C。草地管理措施的改进对遏制草地退化起到了决定性作用。     

基于Landsat 8 OLI和MODIS数据的高寒草地盖度升尺度效应研究——以夏河县桑科草原试验区为例

基于Landsat 8OLI和MODIS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盖度数据,对草地盖度敏感的OLI波段及其组合指数进行了筛选,构建并确立了试验区基于MODIS植被指数的草地盖度反演模型,探讨了不同空间升尺度方式对草地盖度的空间效应。结果表明,1)OLI比值植被指数r(Band7/Band5)对草地盖度的响应最敏感,基于该指数的草地盖度最优反演模型为yoli=-270.064xoli+115.987(R2=0.833,P0.001);2)基于MODIS MEVI和Landsat 8OLI比值植被指数r(30m)反演的盖度重采样数据(250m)的对数模型为最优草地盖度评估模型(R~2=0.795,P0.001),其决定系数较MODIS MEVI与基于农业多光谱照相机(agricultural digital camera,ADC)的盖度数据建立的回归模型高(R~2=0.706),绝对误差和相对误差较低;3)基于OLI和MODIS植被指数的3种草地盖度回归模型(方法1~3)精度均优于直接使用MODIS植被指数建立的回归模型(方法4);方法3利用OLI比值指数r反演盖度(30m),将其升尺度至250m,再反演盖度构建的对数模型的精度最高(R~2=0.795),其次依次为方法2构建的模型(R2=0.760)、方法1构建的模型(R~2=0.730)和方法4构建的模型(R2=0.706)。     

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ADC和MODIS遥感数据的高寒草地地上生物量监测研究——以黄河源区为例

利用2015-2016年8月采集的黄河源区草地生物量数据和MODIS卫星遥感资料,结合农业多光谱相机(agricultural digital camera,ADC)获取的植被指数数据,比较分析3种_(ADC)植被指数(NDVI_(ADC)、SAVI_(ADC)和GNDVI_(ADC))与野外实测草地地上生物量(above-ground biomass,AGB)数据的相关性,筛选出适合构建草地AGB反演模型的_(ADC)植被指数;结合MODIS NDVI(记作NDVIMOD)构建草地地上生物量反演模型,采用留一法交叉验证方法评价各模型精度,确立适宜模拟研究区草地AGB的最优模型;并利用NDVI_(ADC)校正NDVI_(MOD),获得高分辨率、高精度的草地AGB遥感监测改进模型。结果表明,1)基于_(ADC)获取的3种植被指数中,NDVI_(ADC)与高寒草地地上生物量关系最为密切,其次为SAVI_(ADC),拟合效果最差的是GNDVI_(ADC);2)基于NDVI_(ADC)建立的草地AGB监测模型的精度(RMSEP介于383.55~393.18kg DW/hm2;r范围为0.65~0.66)远高于NDVI_(MOD)的模型精度(RMSEP介于421.08~427.00kg DW/hm~2;r范围为0.55~0.58),NDVI_(ADC)反演得到的草地AGB更接近于黄河源区草地实际生物量,且相较于NDVI_(ADC),NDVI_(MOD)的样本值整体偏高;3)在NDVI_(ADC)构建的4类模型中,线性和乘幂模型模拟研究区草地AGB的能力较好,但线性模型精度更高(y=3248.93×NDVI_(ADC)-305.59,RMSEP=383.55kg DW/hm~2,r=0.66),该模型为黄河源区草地生物量的估测提供了一个新型且易操作的方法;4)NDVI_(ADC)与NDVIMOD相关性较高,利用NDVI_(ADC)校正NDVI_(MOD)可以改进草地AGB遥感反演模型,优化模型为y=2455.54×NDVI_(MOD)-301.69。该模型可在大尺度范围内估测黄河源区的草地生物量,且模型精度接近于地表测量法的监测精度。