基于长时间序列NDVI资料的我国西北干旱区植被覆盖动态监测

植被是表征陆地生态系统的重要指标,气候变化对植被具有显著影响。虽然MODIS NDVI具有较高的精度,但时间序列长度有限,在年代际尺度的变化趋势研究中,仍然需要对AVHRR NDVI数据集进行时间序列的扩展和完善。本研究通过建立MODIS NDVI与AVHRR NDVI逐月线性回归模型,生成了长时间序列(1981-2013年)NDVI数据集;并以NDVI作为植被活动的指标,分析研究了近33年来西北干旱区的植被动态变化。结果表明:1)MODIS NDVI与LTDR NDVI数据具有较好的线性相关性,两者之间线性回归模型的决定系数均在0.7以上;2)近33年以来,西北干旱区的植被活动均呈现出增强的态势,其中稀疏植被区的植被活动在持续增强,植被整体状况在好转,而草地区的植被活动较为稳定,并未出现较大的变化;3)西北干旱区的气候呈现出暖湿化的特点,植被活动对气候变化较为敏感,NDVI与年平均温度和年降水量之间呈显著相关关系(P0.05)。     

新疆不同植被NDVI的变化及其与气候因子的关系

使用归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index, NDVI)和气象数据研究了全球气候变化背景下,1982-2003年新疆10种植被类型NDVI时间动态变化及其与气候因子的关系。研究区植被生长季NDVI以0.58%的年平均增长率显著增加,并且春、夏、秋三季的总体及各种植被类型NDVI都显著增加(P<0.01);通过对生长季NDVI和气候因子的相关分析,发现有5种植被类型与降水量呈显著正相关,主要是阔叶林、荒漠、草原、草丛和草甸;与温度显著相关的植被类型为针叶林、灌木、高寒沼泽和高山植被;农田生长季NDVI与降水和温度均不显著相关。通过研究各个季节不同植被类型NDVI与气候因子关系表明,春季植被NDVI与温度关系密切,夏季植被NDVI与降水呈显著正相关关系,秋季NDVI的增加是温度和降水量共同作用的结果。     

黑河下游额济纳旗植被动态遥感监测解析

选用2001～2010年的MODIS NDVI数据,采用统计学的分析方法,研究了黑河下游内蒙古额济纳旗植被10年来年度NDVI变化趋势、波动程度、植被指数差值的变化区间、面积等植被特征,分析植被指数的变化状况和地表植被长势。结果显示,10年来额济纳旗植被总体趋于好转。年度NDVI平均值趋于增加;NDVI介于(0,0.091)之间的低覆盖度植被面积趋于减少,NDVI介于(0.1,0.59)之间的高覆盖度植被面积趋于增加;空间上,约98.15%的植被长势基本保持不变,1.47%的草原面积植被状况趋于好转,0.38%的草原面积植被状况趋于恶化。     

基于GIMMS NDVI 3g.v1的近34年青海省植被生长季NDVI时空变化特征

在气候变化和人类活动的综合影响下,青海省生态环境发生了明显变化。在此背景下,以GIMMS NDVI 3g.v1为数据源,采用Sen+Mann-Kendal方法研究青海省1982-2015年植被覆盖区域NDVI时空变化,将趋势分析和R/S(rescaled range analysis)分析叠加,研究植被生长季NDVI变化的持续性特征,并揭示植被对气候变化及人类活动的响应规律。结果表明:1)近34年青海省植被NDVI整体呈从西北到东南的增加趋势;且变异系数显示,波动性较大地区集中在柴达木盆地周边和青南牧区西北部等植被NDVI较低的区域,波动性较小地区集中在祁连山东部、东部农业区和青南牧区东南部等植被NDVI较高的区域。2)近34年青海省植被NDVI整体呈增加趋势,增长率为0.38%·10a~(-1);且NDVI变化具有明显的阶段性,存在1994年和2000年两个突变点。3)近34年青海省植被改善区域(75.4%)远大于退化区域(24.6%),其中显著改善面积占植被覆盖区域面积的40.9%,退化区随时间变化在空间上表现出明显的转移现象。4)Hurst指数表明,青海省植被变化反持续性较强,趋势分析与Hurst指数叠加得出,由退化转为改善的区域占植被覆盖区面积的13.7%,由改善转为退化的区域占植被覆盖区面积的44.3%,另41.5%的区域无法确定未来变化趋势。5)青海省植被生长季NDVI受气候变化和人类活动的双重影响,且不同植被类型对气候变化的响应存在较大差异。     

镇平县植被指数变化和气象要素的关系

研究气候变化和植被覆盖的相互关系是全球变化研究的重要内容之一。利用2000～2010年的归一化植被指数(NDVI)和气候数据,研究了天山北麓各地区不同植被类型NDVI的年际变化特征及其对气候因子的响应。结果表明:(1)近30年来镇平县植被指数均在波动中有所增长;(2)不同地区所生长的主要植被类型不同;(3)不同植被类型对气候因子的响应不同;(4)平原区植被指数增幅大于山区植被指数增幅,说明植被生长不仅受自然因素影响,也受人为因素影响。     

塔里木河下游近20年植被演化特征对生态输水的响应

在塔里木河下游实施生态输水后,生态环境得到了初步改善。为评估生态输水后植被对输水水量以及地下水水位的响应,本研究以塔里木河下游的植被为研究对象,采用近20年长时间序列的植被净初级生产力(NPP)、归一化植被指数(NDVI)、蒸散量(ET)以及物种多样性Simpson指数,分析生态输水工程实施以后对下游植被生长状况的影响,运用相关分析揭示了生态输水水量与NPP、NDVI、ET以及物种多样性的相关关系。结果表明：1)生态输水的水量与NPP和NDVI之间有显著的正相关关系,生态输水主要通过影响NPP和NDVI促进植被恢复。2)干旱区人为因素干扰下,生态输水成为抬升地下水水位的有效措施。地下水抬升幅度整体大于1.38 m,且随着输水量的增多,抬升幅度增强。3)生态输水使得下游植被面积、NPP以及ET全面提升,植被物种多样性逐步趋于稳定状态。植被面积显著扩大;2011年后,植被生产能力趋于增强;植被物种多样性Simpson指数总体上升,物种结构趋于稳定;表明塔里木河下游的植被生长状况得到改善。因此,生态输水后天然植被的覆盖度上升,植被生长状况好转。研究结果可以为塔里木河下游的植被恢复提供科学参考...     

呼伦贝尔草原、湿地和森林植被对气候变化的响应

气候变化会影响区域生态系统的结构和功能。植被覆盖状况是研究不同类型植被对气候变化响应的重要指标。采用遥感与GIS技术,对1981~2012年呼伦贝尔草原不同植被类型的植被变化特征及其与气候变化因子的关系进行对比分析,以揭示植被覆盖状况对气候变化的响应规律。得出以下结论:(1)该地区的气候在1998年前后发生显著变化,在1981~1999年植被年均NDVI(Normalized Difference Vegetation Index)的波动较平缓,在2000~2012年植被年均NDVI的波动较大。(2)32年间该区森林和湿地的年均NDVI增加,且年际波动较稳定,NDVI与温度呈正相关,而与降水呈负相关;但草原的年均NDVI减少,年际波动较强烈,并与降水量呈极显著正相关(P0.01),但与温度呈极显著负相关(P0.01)。研究结果表明,草原比森林和湿地对气候变化的响应更为强烈,并受降水的影响较大,加之过度放牧的影响,其对气候变化的适应性较弱。     

基于MODIS的植被指数对估测塔里木河中下游植被盖度的适用性

以干旱荒漠区塔里木河中下游的植被为研究对象,采用长时间序列的MODIS数据构建研究区常用的4种植被指数[归一化植被指数(NDVI)、差值植被指数(DVI)、增强型植被指数(EVI)、比值植被指数(RVI)],并通过遥感方法和Image J软件获得研究区植被覆盖度,分析发现与实测的植被覆盖度有显著相关性。从Image J获得的植被覆盖度与4种植被指数的回归结果可以得出4种植被指数在研究区的适用性,从而优选出最适合此研究区的植被指数。结果表明,基于MODIS的4种植被指数与研究区实际植被覆盖度之间存在显著的正相关关系,各植被指数与研究区植被覆盖度的拟合程度由高到低依次是NDVIEVIRVIDVI,使用NDVI获取植被信息最为适宜。     

我国西北地区东部时间序列NDVI数据集重建方法比较研究

高质量、长时序归一化植被指数(NDVI)数据集不仅是连续监测陆地表面特征的基础,也是研究气候与陆地生态系统变化的重要参数。本研究以生态环境较为脆弱的西北地区东部为例,借助多种时间序列重建方法对LTDR NDVI数据集中的噪声进行拟合重建,并结合农业气象资料和高质量NDVI数据,对不同重建方法的拟合结果开展适用性评价分析,结果表明,1)下垫面类型是影响重建方法拟合效果的重要因素。根据不同植被类型或作物生长特点,每种重建方法对其噪声消除能力有所不同;2)在年均NDVI较高(NDVI≥0.3),且NDVI曲线具有明显季节变化的草地、林地以及牧草等作物种植区域内,经过D-L拟合重建的NDVI具有较高的保真能力和适应性;3)在年均NDVI较低(NDVI<0.3),且植被季节生长变化不明显或NDVI曲线不呈季节对称性变化的稀疏植被区,以及以冬小麦为典型作物种植的区域内,经过S-G滤波重建的NDVI数据表现出相对较好的保真能力和适应性。     

2000-2010年锡林郭勒草原植被覆盖时空变化格局及其气候响应

利用2000-2010年间生长季(4-10月)MODIS NDVI数据和同期气象观测数据,分析锡林郭勒草原植被覆盖度年际和季节变化趋势及其对气温和降水的响应特征.研究表明:生长季平均NDVI总体上呈增加趋势,其变化趋势主要受降水量的控制,年总降水量与NDVI的相关系数达到0.89.从不同季节植被NDVI的变化趋势看,春季NDVI呈上升趋势,夏季和秋季呈下降趋势.与气候因子的相关分析表明,春季和夏季植被覆盖变化趋势主要受降水的控制,而秋季温度的变化对植被生长的促进作用也较明显.在空间分布趋势上,阿巴嘎旗、锡林浩特市、太仆寺旗和多伦县植被覆盖总体上增加趋势较明显,而东乌珠穆沁旗东部、西乌珠穆沁旗的下降趋势最为明显,其气候影响因地区和季节而异.不同草原类型的植被具有不同的变化趋势和受温度和降水量的影响各不相同.     

三江源区土壤侵蚀变化及驱动因素分析

采用修正通用土壤流失方程(revised universal soil loss equation, RUSLE)对三江源区1997-2012年的土壤侵蚀模数和土壤侵蚀量进行定量模拟,并对其生态工程实施前、后时空变化特征进行对比分析,采用空间叠加法分析降雨侵蚀力及植被覆盖度对土壤侵蚀状况的影响,利用模型参数控制法对气候变化和生态工程对土壤侵蚀变化的贡献率进行分析。结果表明:1)生态工程实施后,三江源区土壤侵蚀增加的趋势尚未得到遏制,多年平均年土壤侵蚀模数和侵蚀量较工程实施前增加6.5%,但局部地区土壤侵蚀状况有所好转,约占总面积的45%;2)长江流域在工程实施后的土壤侵蚀量与工程实施前基本持衡;黄河流域土壤侵蚀量增加明显,增幅超过45%;澜沧江流域土壤侵蚀量有所下降,降幅为9.8%;3)降水增强导致土壤侵蚀加剧的贡献率达到180%,植被恢复对土壤侵蚀变化的贡献率为-80%。全面遏制三江源区土壤侵蚀增加趋势,仍需持续努力。     

枯落物添加对三江源区退化高寒草甸土壤碳矿化的影响

为明确高寒草甸退化后植被群落结构改变对土壤碳矿化特征的影响，以不同退化梯度高寒草甸表层土壤为研究对象，通过室内恒温培养203 d研究了不同功能群枯落物添加对土壤有机碳矿化的影响。结果表明：随退化程度加剧，土壤有机碳累积矿化量呈先增加后降低的非线性响应趋势；枯落物添加分别显著增加了未退化、轻度退化、中度退化以及重度退化草甸土壤有机碳的累积矿化量约102.04%，58.71%，70.68%和181.32%，但同一退化梯度不同枯落物添加对土壤有机碳累积矿化量的影响不存在显著差异。进一步分析发现，随着培养前土壤有机碳、总氮含量以及pH值的增加，土壤有机碳矿化累积量呈先增加后降低的趋势，而枯落物添加可以改变土壤有机碳矿化累积量对土壤本底碳氮含量以及pH值的响应程度。总之，三江源区退化高寒草甸植被群落结构的改变显著影响了土壤有机碳矿化特征。     

Effects of Litter Addition on Soil Organic Carbon Mineralization in the Degraded Alpine Meadow in the Three-River Headwaters Region北大核心CSCD

To explore the effects of plant community structure changes on soil organic carbon mineralization in the different degraded alpine meadows in the Three-River Headwaters Region, we collected topsoil from different degraded alpine meadows, and then added three kinds of litters from different functional groups (grasses, sedges, and forbs) incubated in the laboratory for 203 days. The results showed that the cumulative mineralization of soil organic carbon first increased and then decreased as the degree of soil degradation increased. Litter addition significantly increased the cumulative mineralization of soil organic carbon of non-degraded, slightly degraded, moderately degraded, and severely degraded meadow by 102.04%, 58.71%, 70.68%, and 181.32%, respectively. However, there was no significant difference among the positive effects of different functional groups. Regression analysis showed that soil organic carbon, total nitrogen, and pH of different degraded alpine meadows could better explain the changes in the cumulative mineralization of soil organic carbon. The cumulative mineralization of soil organic carbon first increased and then decreased with soil organic carbon, total nitrogen and pH increased, while the influence degree and direction were altered by litter addition. In general, the plant community structure changes in the different degraded alpine meadows in the Three-River Headwaters Region significantly influenced soil organic carbon mineralization. © 2019 Authors. All rights reserved.     

三江源地区土壤水分的地理分区遥感模型构建及时空变化

为探求三江源地区土壤水分的时空变化规律，对研究区生态保护与修复、水源涵养能力建设、气候变化与灾害预警研究具有重要的指导作用与现实意义。本研究利用影响土壤水分变化的气候、植被和土壤因素对研究区进行地理分区，分析常用光学遥感干旱指数与土壤水分的相关性，基于中分辨率成像光谱仪（Moderate resolution imaging spectroradiometer，MODIS）数据构建土壤水分遥感监测模型，反演2003—2020年5—9月土壤水分，进行地面真实性检验，分析土壤水分时空变化特征及气象因子的影响。结果表明：地理分区的设置可减少大地形、植被差异对土壤水分遥感反演精度的影响，模型绝对误差为5.3%、均方根误差为6.8%；2003—2020年平均土壤水分为20%，以0.05%·a^-1速率波动增加，且中北部和东北部局地明显趋湿、中部和东部局地变干；土壤水分变化受降水和气温的共同影响，尤其是降水影响明显。     

青藏高原退化高寒湿地植被群落结构和土壤养分变化特征

为了给青藏高原地区湿地恢复提供科学依据,在三江源黄河源区选取退化高寒河流湿地,采取空间代替时间的方法,选取不同湿地退化阶段,分析了高寒湿地退化过程中植物群落和土壤理化特征的变化,探究湿地退化的过程。结果表明:土壤呈碱性,土壤pH在各土层中变化趋势不明显,但在0~20 cm土层,退化严重的湿地土壤pH(8.5~9.0)显著高于未退化湿地的土壤pH(8.0)。随着退化程度的加剧,植被高度、盖度、生物量逐渐减少,群落结构趋向复杂;土壤盐分富集层逐渐下移,土壤含水量、全碳含量明显降低,碱解氮含量呈下降趋势,而全磷含量趋于升高,速效磷含量无显著变化。以上研究结果表明土壤含水量的变化是玛多河流湿地退化的首要原因,而退化主要影响群落的高度,随着退化程度的加剧,土壤含水量和全碳含量明显降低,土壤含水量的变化与植被群落结构的变化紧密相关。     

基于生态服务价值的三江源生态工程成本效益分析

为评价三江源生态保护和建设工程的经济效益,本研究通过核算2004年和2012年三江源区生态系统水源涵养、土壤保持、防风固沙、固碳释氧、净化大气环境、牧草供给和水供给等主要服务物质量和价值量,在采用模型模拟变量控制法厘定生态工程与气候因子对生态成效贡献率的基础上,开展了三江源生态保护和建设工程的成本效益分析。结果表明：2004-2012年间,三江源区总生态系统服务价值增加2 372.23亿元。其中自然保护区内单位面积生态系统服务价值的增加比例高于非自然保护区;生态工程的实施对防风固沙服务的影响最大,其次为土壤保持服务;三江源生态保护和建设工程的生态效益显著,使生态系统服务价值增加1 035.32亿元,占增加总量的43.64%,其投入产出比为1：13.73,净经济效益为959.92亿元。虽然三江源生态保护和建设工程一期项目的实施使得生态系统退化趋势得到初步遏制,并逐渐向良性方向发展,但生态系统全面恢复仍需一定时间。     

基于RUSLE模型的三江源高寒草地土壤侵蚀评价

探讨三江源区高寒草地生态系统土壤侵蚀问题在保障青藏高原乃至全球生态和生产功能方面具有重要意义。以¹³⁷Cs示踪法为基础,结合RUSLE (Revised Universal Soil Loss Equation)模型, 以GIS反演为手段,综合分析三江源区2001-2012年土壤侵蚀影响因子的特征和土壤侵蚀空间分布规律。结果表明,1)土壤侵蚀影响因子呈现空间异质性特征,降雨侵蚀力因子年际浮动变化较大,但总体呈上升态势;土壤可蚀性因子呈斑块化分布特征,较高可蚀性类占到总面积的95.66%;坡度坡长因子的空间分布规律受海拔显著影响;植被覆盖与管理因子在研究区自西北向东南呈现空间异质性特点,过度放牧是引起下垫面侵蚀现象严重的主要原因。2)对RUSLE模型的验证显示相关系数和平均均方根偏差分别为0.49和75.29%,RUSLE模型估算存在一定的高估,在没有形成三江源区高寒草地土壤侵蚀机理模型前,应用RUSLE模型仍然是较好的现实选择之一。3)利用RUSLE模型估算的三江源2001-2012年平均侵蚀量为3.1×10⁹ t/年,侵蚀强度分级重心转移分析表明中度侵蚀、强度和极强度侵蚀重心相对集中,侵蚀程度最高的3个地区为格尔木市唐古拉乡、治多县和兴海县。4)由土壤流失量结合市场价值法,估算出研究区2001-2012年平均有机质经济损失价值为114354元/km², 总年均经济损失达399亿元,整个研究区受土壤侵蚀现象所产生的经济损失数额巨大。因此,创新发展三江源区高寒草地“分类、分级、分段、分区”的土壤侵蚀防治措施已迫在眉睫。     

1982-2015年蒙古国植被覆盖变化及其与气候变化和人类活动的关系

基于1982-2015年间GIMMS NDVI3g数据、气象数据和植被类型数据,采用趋势分析、偏相关性分析和残差分析等方法,从不同时空尺度上分析蒙古国植被NDVI空间格局、变化趋势及其主要原因.结果表明,过去34年间蒙古国生长季平均NDVI在空间上由南向北逐渐增加,具有显著的纬度地带性分布特征,并随着海拔的升高而降低....     

近15年呼伦贝尔沙质草原植被覆盖变化对气候因子的响应

采用2000-2015年呼伦贝尔沙质草原区MODIS NDVI数据,反演该区植被覆盖状况,结合同期6个气象站点的温度和降水量数据,采用线性回归分析、相关与偏相关分析等数理统计方法,探讨植被覆盖变化对气候因子的年际、季节响应特征。结果表明：呼伦贝尔沙质草原植被覆盖较好区域主要集中在陈巴尔虎旗的东北部、鄂温克旗的中东部以及新巴尔虎左旗的东南部区域;近15年间的研究区植被覆盖状况呈逐年波动改善趋势,尤其是2010年后的植被覆盖呈明显改善趋势;2000-2009年间的年均温呈小幅波动的平稳提升趋势,降水则呈不显著降低趋势;而自2010年后,二者的变化趋势正好相反,年均降水量呈显著增加趋势;夏季气温呈不显著降低、降水则呈显著波动增加的年际变化趋势均有利于植被生长;降水是植被覆盖状况最主要的影响因子,气温对植被覆盖的影响也较大。     

基于RUE和NDVI的三江源区草地生态评价

为评价三江源区草地生态退化和恢复状况,基于降水利用效率(RUE)和归一化植被指数(NDVI)的综合评价指标体系,利用三江源区15年(2001~2015)的生长季最大NDVI数据(NDVImax)及同期65个气象站的年降水量数据为基础数据,计算每个像元的RUENDVI及其变化趋势,综合评价三江源区草地生态退化、改善趋势和空间分布。结果表明:(1)近15年三江源区草地生态呈明显好转态势,草地退化面积仅占三江源区总面积的5.85%;(2)从空间分布上地退化主要分布在三江源区中东部,呈明显的西北—东南条带状分布。在三江源区东部,草地退化呈点状分布格局;(3)三江源区RUENDVI与年降水量呈显著负相关关系,与NDVImax呈极显著正相关关系。研究基于RUE和NDVI的综合评价指标体系简单易获取,具有较强的可行性和可靠性,避免了仅利用RUE变化趋势指标引起的误判,研究结果为三江源区草地生态管理和进一步的生态建设提供了科学依据。