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%。     

基于遥感技术的甘南牧区草地植被状况多年动态

结合遥感技术的草地植被监测是区域植被变化研究的重要组成部分和研究热点,为了能够更好地监测甘南牧区多年的草地动态变化,本研究以甘南牧区的草地为研究对象,引入了垂直植被指数(Perpendicular Vegetation Index,PVI),探讨了其在甘南草地遥感监测中的适用性及其精度,并以草地植被盖度、草地面积和草地地上生物量为主要监测指标,对2001-2012年间甘南草地的变化做全面连续的研究,从草地的生态和资源属性两方面说明甘南草地的变化状况,期望为甘南牧区生态保护和畜牧生产提供帮助。结果表明,1)在运用MODIS数据对地表植被覆盖度进行估算时,使用归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)的像元二分模型对植被覆盖度的模拟较垂直植被指数PVI更准确,其精度可达88.14%。2)盖度分级结果显示,植被盖度最大和最小分别为2010年的76.63%和2002年的73.21%,12年间的变异系数(Coefficient of Variability,CV)为1.25%,年际变化很小;3)对草地面积动态变化的研究结果表明,近12年平均草地面积占甘南州土地总面积的85.47%左右,且草地面积的年际变化较小。4)在高寒地区,垂直植被指数PVI的指数模型较NDVI能够更好地估算甘南州草地地上生物量,总体估产精度可达70.48%,且能很好地模拟整个生长季的生物量变化。     

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 km²,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。     

2000-2018年间青藏高原植被覆盖变化及其与气候因素的关系分析

探讨全球气候变化背景下青藏高原地区植被覆盖变化及其驱动因素,对加深全球气候变化的认识和生态环境保护具有重要的生态价值和现实意义。本研究利用2000-2018年中尺度分辨率成像光谱归一化植被指数（Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer Normalized Difference Vegetation Index,MODIS NDVI）1 km·月^-1分辨率数据以及气象观测数据,采用最大合成法、趋势性分析以及相关分析方法,探讨了青藏高原地区NDVI的时空变化趋势及其与气温、降水的关系。结果表明,近19a来,青藏高原地区NDVI呈增加趋势。从地理单元来看,低植被覆盖区主要分布于西藏大部、新疆南部和甘南局部以及青海西北部;中植被覆盖区主要位于青海与甘肃、西藏、四川和云南的交汇区域;高植被覆盖区主要分布在四川和云南西北部、青海和甘南以及藏东南局地。除局部地区植被有所退化,大部地区植被生长良好,且植被改善的面积大于植被退化。因此,青藏高原植被整体呈稳定恢复状态。青藏高原地区NDVI与同期气温和降水均显著相关,但与气温的关系更密切。气温每升高1℃,NDVI增加0.128;降水每增加100 mm,NDVI增加0.172。     

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。     

内蒙古草地生态系统近10年NPP时空变化及其与气候的关系

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。通过改进的光能利用率模型(CASA模型),利用MODIS NDVI数据、土地覆盖分类数据、气象数据等,逐像元模拟2001-2010 年内蒙古草地生态系统NPP的时空变化,分析其对气候因子变化的响应关系。结果表明,1)2001-2010年内蒙古草地多年平均NPP为281.3 g C/(m²·a),空间分布呈由西南向东北递增的趋势,草甸草原、典型草原和荒漠草原平均NPP分别为431.8,288.7和123.5 g C/(m²·a);2) 2001-2010年间内蒙古草地NPP总体上呈上升趋势。NPP上升趋势最明显的草地主要分布在毛乌素沙地、浑善达克沙地、科尔沁沙地、呼伦贝尔盟和大兴安岭南麓地区,而下降趋势最明显的草地主要分布在阴山山脉和锡林郭勒盟中部的典型草原区;3) 总体而言,降水量是内蒙古草地净初级生产力的主要影响因素。草甸草原NPP与降水量、温度的关系均很密切,而且与温度的相关性更强;典型草原和荒漠草原NPP则主要受降水量控制,其中荒漠草原NPP与降水量的关系更密切。     

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。     

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。     

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。     

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RS和GIS的甘南草地生产力估测模型构建及其降水量空间分布模式的确立

利用遥感（Remote Sensing)、地理信息系统(Geographic Information System)并结合植被生态学基本原理，以甘南藏簇自治州高寒草甸生态系统为研究对象，进行了草地生产力估测模型构建与降水量空间分布模式确立的方法研究。以归一化植被指数NDVI和降水数据库为例，具体论述了草地GIS数据库的形成过程。通过遥感气象卫星NOAA数据在ERDAS图像软件中进行处理，提取了甘南全州的NDVI值，并结合实际采样点的植物地上部分生物量鲜重实测数据，进行统计回归分析（线性回归和指数回归），建立了生产力估测模型，证实了NDVI值与地面初级生产力之间的正相关关系。利用甘南全州及周围共61个气象站和水文站的多年平均降水资料，形成了甘南多年平均降水等值线图。在分析降水数据时，采用了SPLINE、IDW、TREND、KRIGING4种插值法，对4种插值方法进行分析，发现SPLINE方法比较适合甘南降水资料的插值模拟。     

艾比湖保护区荒漠植被时空过程变化及其植被指数影响因素分析

利用1990-2011年Landsat数据,结合了4个气象站点的年降水量、年均温数据,基于垂直地带性特征和荒漠植被指数对艾比湖保护区的遥感图像进行了专家知识决策树分类。研究了典型绿洲-荒漠交错带的荒漠草地等地物近20年的面积变化、NDVI及其与气候因子的关系。结果表明,1)近20年间植被类型的NDVI值大致呈山前荒漠>荒漠草原>盐生草甸>草本沼泽>荒漠的规律。2)近20年降水量与温度都呈上升趋势,植被NDVI和气温主体呈不显著负相关,与降水主体呈显著正相关。3)研究区在保护区建立前,荒漠植被退化十分严重,荒漠植被面积大量减小,大多向不可用地类转化,保护区建立后的生态环境有了很大改善。可见政府的政策导向对荒漠生态环境具有重要作用。     

基于3S技术的甘南草地覆盖度动态变化研究

以像元二分法模型为基础,构建了基于改进归一化植被指数(NDVI)的植被覆盖度定量估算模型,并利用MODIS卫星遥感数据,基于3S技术(GIS,RS,GPS)空间分析功能,分级计算得到了甘南2002,2004,2006,2008年的草地植被覆盖度,分析了甘南2002-2008年植被覆盖度变化的空间动态演变过程和趋势。结果表明,2002-2008年,甘南植被覆盖度质量总体呈下降趋势,一级盖度植被的退化比较严重,草地植被的演变情况主要由优等植被覆盖(一、二级)向低等植被覆盖(四、五级)演变。研究结果揭示了甘南州草地退化状况日趋严重的事实,为相关研究和政府草地管理提供了有效依据。     

基于CSCS的中国现存自然植被分布研究

植被类型是研究自然植被的基础,CSCS模型的模拟结果反映潜在自然植被的类型及其空间分布。因此,进一步研究基于CSCS模型的现存自然植被类型的空间分布,对CSCS模型在天然草地资源动态监测与评价、草地畜牧业生产管理等方面的应用具有现实意义。在基于CSCS模型确定的中国潜在自然植被图的基础上,结合1∶100万中国植被图和DEM数据,研究了现存自然植被分布范围,并划分了现存自然植被典型区,首次制作出基于CSCS的中国现存自然植被分布图和现存自然植被典型区分布图,对指导CSCS草地类型外业调查样点位置的选择及不同类型植物生物学特征的研究具有重要作用。     

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。     

甘肃省草原产草量动态监测模型

利用MODIS数据和地面实测资料,研究了甘肃省不同草原区的最适草原生物量遥感估算模型,并反演了甘肃省2005-2009年的草原产草量,分析了其空间分布特征。结果表明,不同草原区适合的植被指数和反演模型类型存异,其中河西走廊高平原荒漠草原区适合的植被指数是RVI、模型类型为对数模型,甘南高原草甸草原区适合的植被指数是EVI、模型类型为指数模型,而黄土高原温性草原区适合的植被指数是NDVI、模型类型为二次多项式模型。甘肃省2009年草原总产鲜草3 718.30万t,整体呈现东北低、西南高的空间变化过程,形成3个高产中心,分别是甘南高原、祁连山北麓中东段和陇南南部。与1985年相比,2005年草原明显减产(相对变化率V=19.34%),但2005-2009年间甘肃省草原产草量有总体上升的趋势。     

2000-2015年青海省不同功能区NDVI时空变化分析

基于2000-2015年MOD13Q1的NDVI陆地专题的产品,揭示了青海省不同功能区植被时空分布特征及变化规律,应用趋势分析法阐述过去16年不同功能区NDVI的变化规律,及利用变异系数揭示NDV1稳定性分布规律.结果表明:青海省植被NDVI表现为东南偏高,西北偏低,由东南向西北、由东向西逐渐递减的分布特征.三江源地区NDVI频度分布呈“M”型的双峰模型,柴达木盆地为频度分布最低的单峰模型,东部农业区与环湖地区相似且频度略高的单峰模型.从CV分析,高稳定性地区分布在东部农业区和环湖地区,低稳定性地区分布在柴达木盆地边缘和青海湖南部.由趋势分析可知,过去16年青海省NDVI呈波动性缓慢上升趋势,变化率为0.012·10a-1.东部农业区和柴达木盆地增加趋势显著.本文揭示了气候变化和人为因素双重作用下青海省不同功能区植被NDVI变化规律,为各区生态保护提供基础数据和科学参考.