基于MODIS和Landsat的青藏高原两代GIMMS NDVI性能评价

由于AVHRR NDVI数据集本质上具有动态变化的特点,使得数据重叠时段(1981-2006年)的第1代GIMMS NDVIg(简称NDVIg)数据集与第3代GIMMS NDVI3g(简称NDVI3g)数据集也不完全相同。如何理解、对待这些差异,是综合利用两代数据集的研究成果、科学客观地评估地表植被历史变化状况、预测未来变化趋势、指导生态保护与建设工作的前提和基础。该文利用MODIS NDVI和Landsat数据,评估了青藏高原两代GIMMS数据集的性能,并对比分析了区域尺度和像元尺度两代数据集在监测植被长期动态变化方面的异同。结果表明,NDVI3g捕获植被物候变化的能力与NDVIg相当,但NDVI数值明显大于NDVIg,甚至大于MODIS NDVI;与NDVI3g相比,在NDVI分布格局和动态变化方面,NDVIg与MODIS NDVI和Landsat更为相似;尽管两代GIMMS数据集1982-2006年生长季NDVI变化趋势类似,但GIMMS NDVIg倾向于检测到更多的显著变化区域;夏季和秋季的结果与生长季类似,但春季GIMMS NDVI3g则检测到了更大范围的NDVI显著增加,与NDVIg结果的差异主要集中在青藏高原腹地。NDVI数据集是众多生态模型的基础数据,NDVI数据集之间的差异可能会导致模拟结果出现偏差。在使用NDVI数据之前,对NDVI数据的适用性进行评估,是获取更符合当地实际情况、更为客观真实结果的前提。     

基于MODIS和NOAA数据尺度转换的若尔盖植被变化研究

为获得若尔盖地区较长时间序列的遥感植被指数,采用重采样技术和一元线性回归方法实现了GIMMS NDVI和MODIS NDVI的空间尺度转换和时间尺度外推。结果表明:（1）不同重采样方法对MODIS NDVI数据的影响与空间尺度有关,对GIMMS NDVI数据的影响则与空间尺度关系不大;（2）空间分辨率2.5 km,对不同植被类型可建立GIMMS NDVI和MODIS NDVI数据的一元线性转换关系,利用GIMMS NDVI拟合的结果与MODIS数据的差值统计符合正态分布;（3）1982—2013年,以1998年为节点若尔盖地区的植被先退化后逐渐恢复,尽管近几年植被指数平均水平高于研究初期,但局部地区的植被退化形势仍然比较严峻。     

1982-2014年祁连山植被生长季NDVI变化及其对气候的响应

祁连山是西北地区重要的生态功能区和河西绿洲的水源涵养地,全面了解植被的生长变化有助于制定合理的气候变化对策。利用1982-1999年的GIMMS NDVI数据和2000-2014年的MODIS NDVI数据,采用最大值合成法、均值法、斜率法、相关分析法等,对祁连山近35年生长季植被变化及其对气候变化的响应进行了深入研究。结果表明:1982-2014年,祁连山植被NDVI整体呈增加趋势,但变化趋势并不明显;近35年,祁连山植被NDVI呈增加趋势的面积比呈降低趋势的面积大,表明植被覆盖状况有所改善,植被NDVI增加的区域集中于中西部,而植被NDVI降低的区域集中于东部;气候的年际变化对祁连山植被NDVI有一定的影响,植被NDVI对气温和降水存在一定的滞后性响应。气温升高和降水增加有助于祁连山植被覆盖增加,生态环境得到改善。     

塔克拉玛干西部别里库姆沙漠NDVI时空变化特征

基于GIS技术和统计手段,利用GIMMS NDVI和MODIS NDVI数据集,并结合气温和降水0.5°×0.5°格网数据集,分析1981—2014年塔塔克拉玛干西部别里库姆沙漠NDVI时空变化特征。结果表明:(1)研究区NDVI半月值呈下降趋势,NDVI春冬季值整体为上升趋势,NDVI夏秋季值整体为下降趋势,NDVI年均值呈上升趋势;(2)1982—2014年NDVI值增加区域大于减少区域,整体上空间分布向南部移动,NDVI较大值主要在南坡和西坡;(3)植被覆盖度分布在0~0.004 3。     

生态工程背景下黄土高原植被变化时空特征及其驱动力

[目的]分析1990—2015年黄土高原植被的时空演变规律,并从气候变化和人类活动两个方面分析该地区植被变化的驱动力,以期为生态环境保护相关政策的制定和区域可持续发展提供理论依据。[方法]基于GIMMS NDVI和MODIS NDVI建立长时间序列NDVI数据集,采用线性趋势分析、多元线性回归和改进的人类残差等分析方法,以NDVI为指标,辅助土地利用数据,对黄土高原地区1990—2015年期间植被时空变化特征及其影响因素进行了定量分析。[结果]①在1990到2015年期间,黄土高原地区植被的NDVI总体表现为上升趋势,且变化趋势较明显的分为两个时期,其中2000年以后NDVI上升速率较快;②2000年以后,黄土高原植被NDVI迅速上升,上升区域面积达到总面积的91.90%,其中NDVI显著上升面积比为65.78%;③黄土高原地区植被面积总体表现为增加,且主要来自于耕地的转入;④人类活动促使的植被恢复区域占黄土高原总面积的21.74%,主要分布在内蒙古的东部和北部、甘肃和宁夏的南部,以及陕西和山西的中部地区。[结论]随着退耕还林还草政策的实施,黄土高原地区植被面积持续增加,且植被生长状况持续变好,黄土高原植被恢复的原因主要是气候和人类共同影响,其中人类影响的程度较大。     

天山北麓中段植被NDVI变化及其对气侯因子的响应

研究特定地区植被覆盖动态及其对气候因子的响应,对植被重建和生态环境恢复具有重要作用。利用1982—2005年NASA/GIMMS半月合成的归一化植被指数（NDVI）和气象数据,分析天山北麓中段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25 a来天山北麓中段各地区植被指数均在波动中有所增长,且总体变化趋势保持一致,其变化趋势有利于生态环境的改善;（2）不同地区生长的主要植被类型不同,对整体植被覆盖的贡献不同;（3）不同植被类型对气候因子的响应程度不同,但都与气温和降水存在正相关关系,表明气温和降水是影响植被指数的两个重要自然因素;（4）平原区植被指数增幅大于山区,说明植被生长不仅受自然因素影响,也受人为因素影响。     

1982-2015年中国北方草地NDVI时空动态及其对气候变化的响应

了解草地覆盖动态在生态环境保护和建设上有重要意义.基于GIMMS NDVI3g数据、气象数据和高程数据分析了1982—2015年中国北方草地NDVI时空动态及对气候变化的响应.结果表明:(1)1982—2015年中国北方草地NDVI以增加趋势为主(占76％),增速为0.002/10 a.其中,坡地草地的增加速率最大(增...     

近40年中国植被NDVI时空演变格局及主导驱动因子的差异分析

[目的] 揭示中国不同子区、不同历史时期的植被NDVI演变主导驱动因子的差异性，为不同区域植被生态系统的保护和恢复提供决策支持。 [方法] 基于GIMMS NDVI，MODIS NDVI及气象站点数据等，引入重心模型和地理探测器等，在地理分区视角下分析和探讨了中国植被NDVI时空演变格局及驱动机制。 [结果] ①1981-2019年近40 a中国植被NDVI重心向南迁移，表明南方地区的植被NDVI增量与增速要高于北方地区; ②植被NDVI与气温呈正相关区域主要分布于黄土高原地区、四川盆地的中部、云贵高原以及长江中下游地区，植被NDVI与降水呈负相关区域则主要分布于云贵高原和长江中下游等地区； ③1981-2019年不同分区、不同历史时期的植被NDVI演变主导驱动因子存在显著差异，随着人类活动干扰强度的增加，土地利用∩其他因子逐渐成为各子区植被生态系统演变的主导因子。 [结论] 近40 a中国植被状况总体上呈现改善趋势，而人类活动在植被生态系统演变过程中贡献率已高于自然因子。     

退耕还林还草工程实施对洛河流域土壤侵蚀的影响

退耕还林还草工程是中国实施的重要生态环境建设与保护工程,对区域植被覆盖及土壤侵蚀产生重要影响。以洛河流域（陕北黄土高原部分）为研究对象,利用流域通用土壤侵蚀方程（RUSLE）,结合流域降雨、土壤类型、DEM、植被覆盖等数据,定量分析了2000—2010年退耕还林还草工程实施对流域土壤侵蚀的影响。结果表明:（1）洛河流域2000—2010年耕地面积减少,林地、草地面积增加,土地利用变化主要发生在2000—2005年;（2）洛河流域2000—2010年土地利用变化导致植被NDVI平均值增大,耕地变化区域植被NDVI值增加幅度高于耕地未变化区域,表明耕地变化区域植被NDVI增加对耕地区域总体植被NDVI值增加贡献较大;（3）降雨侵蚀力和退耕还林还草工程实施对土壤侵蚀具有明显的影响。受降雨侵蚀力增大影响,2000—2010年洛河流域土壤侵蚀呈增加趋势;不考虑降雨侵蚀力变化情况下,洛河流域土壤侵蚀呈减少趋势,反映出退耕还林还草工程实施对土壤侵蚀的减缓作用。     

黄河流域植被指数对气候变化的响应及其与水沙变化的关系

[目地]研究流域植被对气候变化的响应及其与水沙的关系,为黄河流域生态环境政策调整提供科学依据。[方法]基于归一化植被指数(GIMMS NDVI)、气温、降水和径流量、输沙量数据,利用线性回归和相关分析方法分析了黄河流域NDVI时空变化和对气温与降水的响应,及其与径流量和输沙量关系。[结果]①1982—2015年黄河流域及上、中游流域NDVI均呈显著线性增加趋势,中游流域增速最快,显著增加区域面积也最大。②1982—2015年黄河流域NDVI与年平均气温、年降水量呈显著正相关面积分别占22.39%和21.99%,集中分布在中北部区域。③2000—2015年黄河流域总体和上游流域年径流量均表现出增加趋势,上游和中游流域输沙量呈下降趋势。黄河流域水沙关系变化是多种因素共同作用的结果。[结论]气候变化背景下黄河流域1982—2015年植被总体呈改善趋势,但具有明显空间差异特征,植被变化与河流径流和输沙变化关系尚待进一步研究。     

新疆玛纳斯河流域植被变化的特征与归因

植被覆盖是旱区生态环境状况的重要表征和直接反馈。气候变化和人类活动干扰加剧的背景下,亟需明确植被覆盖的变化状况和归因,但当前研究缺乏对各驱动因子贡献率的量化。为此,选取新疆玛纳斯河流域为研究区域,基于1982—2015年NDVI和气候数据,在分析植被时空变化格局的基础上,量化了气候变化和人类活动的贡献率。1982—2015年,流域年均NDVI值呈东高西低、北高南低的空间分布格局。34年间NDVI呈显著上升趋势（+0.60%/10 a）,但存在年际变异;1995年发生突变,1982—1995年NDVI显著上升（+1.50%/10 a）,而1996—2015年显著下降（-0.40%/10 a）。较1982—1995年,1996—2015年的植被变化是气候变化和人类活动共同作用的结果,其对植被变化的贡献率分别为52%和48%。采取的贡献率量化方法有效地甄别了不同因子对植被变化的影响,量化的结果表明玛纳斯河亟需采取措施进行植被管理以提升其生态环境状况。     

基于长时间序列NDVI的黄土高原延河流域及其沟壑区植被覆盖变化分析

为探究退耕还林(草)等生态工程实施后延河流域坡面与沟壑地貌区的植被恢复情况,基于长时间序列NDVI和降雨数据,采用趋势分析法、Pettitt突变点分析和残差分析以及人工交互样本法对2000—2019年延河流域以及流域坡面和沟壑区植被NDVI变化特征进行了分析。结果表明：(1) 2000—2019年延河流域植被恢复明显(年均趋势率为1.30%),但呈现分段特征,其中2000—2008年植被覆盖恢复迅速(年均趋势率为2.00%);2009—2019年植被覆盖恢复速度有所减缓(年均趋势率为0.70%),且部分区域出现退化。(2) 2000—2019年延河流域的沟壑区域NDVI随着坡面区域NDVI的增加而增加,且相关性较强(R²=0.967),沟壑区域NDVI与坡面区域NDVI数据值相近。(3) 2000—2019年延河流域NDVI变化与降雨量的相关性较弱,降雨不是该地区NDVI变化的主导因子。人类活动与延河流域NDVI变化呈正相关关系,相关性较强;人类活动对NDVI年均贡献率为1.29%。研究表明“退耕还林”等生态工程对植被恢复起到了重要作用,且沟壑区植被覆盖随着坡面植...     

2000-2016年黄河源区植被NDVI变化趋势及影响因素

NDVI是研究区域植被变化的重要表征性指数。基于2000—2016年的MODIS NDVI遥感数据和同时期地面气象数据,采用非参数检验方法曼—肯德尔法（Mann-Kendall）检验法、斜率变化趋势分析法、复直线回归分析法等多种时间与空间分析方法,研究了黄河源区生长季植被覆盖时空变化及其与气候因子的相关性,探索黄河源区植被与气候变化的时空耦合关系,分析了气候因素及人类活动对植被覆盖的影响。结果表明:黄河源区NDVI在2000—2016年期间没有特别明显的突变年份;源区70.4%的区域植被NDVI是增加的,增长率大部分处于0～0.004/a。复直线回归分析显示气象因素对源区植被生长变化起到主要的促进作用,99%的区域NDVI气候因素贡献值为正值。人类活动促使植被NDVI增加的区域占总面积的比例是55%,说明人类活动等因素对黄河源区的生态环境产生一定的积极影响,但仍有接近50%的区域人类活动使NDVI减少,高寒草地的退化的趋势没有得到有效遏制。     

中国大陆植被覆盖对降水与温度变化的响应

应用GIMMS NDVI时间序列遥感数据集合中国大陆188个气象站的温度与降水资料,基于时滞互相关方法和GIS工具,利用中国生态地理区划图分析了中国大陆不同生态地理区植被NDVI的变化趋势及其与温度、降水年内变化的时滞响应及其空间特征.结果表明,1982-2000年中国大陆气温升高,降水量减少,NDVI呈现增加趋势.中温带和北亚热带植被NDVI略有减少,边缘热带、高原亚寒带和高原温带植被NDVI增加速度显著.植被NDVI与降水和温度之间有较显著的相关性.中国大陆植被NDVI对气温和降水有滞后效应,并且滞后水平存在着明显的空间差异.     

气候变化下珠穆朗玛峰自然保护区南北坡植被变化差异

在全球气候变化背景下,为探究珠穆朗玛峰自然保护区南北坡植被变化差异,采用样方调查数据,MODIS/NDVI数据和气候数据,基于TS趋势分析和偏相关分析研究了珠峰保护区2000—2018年南北坡植被变化及其对气候变化的响应,并预测了其未来植被变化。结果表明：(1)总体上,保护区植被NDVI在2000—2009年呈下降趋势,2009—2018年呈上升趋势,且年内NDVI与温度相关性强于降水。(2)南坡地区NDVI值大于0.6且变化稳定,主要分布着喜马拉雅冷杉(Abies spectabilis)等高大乔木;北坡地区NDVI值小于0.4且易波动,主要分布着苔草(Artemisia younghusbandii)等灌草丛。(3)南坡地区NDVI在整个2000—2018年均呈轻微上升趋势;北坡地区NDVI在2000—2009年下降,在2009—2018年上升,且Hurst指数预测未来NDVI变化不稳定,大部分区域可能会出现下降趋势。(4)南坡地区NDVI与气候因子相关性弱,北坡地区NDVI与温度呈负相关,与降水呈正相关;北坡定日和定结县居民地附近区域植被对人类活动较为敏感。研究为当地可持续发展和...     

黄土高原植被覆盖时空变化及原因

研究黄土高原地区植被覆盖动态变化及其与人类活动和气象因子的关系对评价区域生态环境质量及生态过程具有重要意义。以黄土高原1982—2018年NDVI(1982—2011年GIMMS NDVI和2000—2018年MODIS NDVI)数据为基础,利用像元二分模型对植被覆盖度进行估算,借助植被绿度、相关分析和多元回归残差法分析了黄土高原植被覆盖度时空变化规律及其对人类活动和气象因子的响应特征。结果表明:(1)过去37年,黄土高原春、夏、秋和生长季植被覆盖度呈现升高趋势,且各季节FVC增加速率逐年升高,尤其以夏季和生长季增加速率的变化最为明显;(2)空间上,春、夏、秋和生长季FVC呈由西北向东南递增的趋势,且大部分地区呈显著上升趋势,植被呈现改善趋势的面积要大于呈现退化趋势的面积;(3)春、夏、秋和生长季人类活动对FVC主要以正面影响为主,且夏季人类活动对于FVC影响更为显著。在气象因素方面,FVC与平均气温在夏季和生长季呈现显著正相关的区域面积占比较大,FVC与总降水量在春季和秋季呈现显著正相关的区域面积占比较大。退耕还林(草)等生态工程的实施,使得黄土高原植被状态得到明显改善,但是城市扩...     

气候与人类活动对丹江口水源区植被覆盖变化的影响

植被覆盖状况直接影响到区域生态环境质量,动态监测区域植被覆盖变化,分析其影响因素,对有效开展生态工程建设、实现生态环境的可持续发展具有重要意义。丹江口水库作为南水北调中线工程核心水源区,其生态环境状况直接影响到水源区的水质和水量,目前此区域植被覆盖动态变化研究存在研究时间较短,人类活动定量评估不足等问题。该研究以丹江口水源地为研究区,以GIMMS NDVI和MODIS NDVI为数据源,运用经验正交遥相关EOT(empirical orthogonal teleconnections)算法对1982—2018年归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)数据进行重构,分析此区域植被覆盖时空变化特征。在此基础上,分析气候和人类活动因素对区域植被覆盖变化的综合贡献情况。结果表明:1982—2018年间NDVI呈现波动上升趋势。空间上,89.93%的像元年均NDVI呈现增加趋势,10.06%的像元年均NDVI呈现减小趋势。气温与NDVI呈现显著正相关,相关系数为0.792 (P0.05),降水量与NDVI呈现显著负相关,相关系数为-0.43 (P0.05),气温对植被的影响大于降水。气候因素对植被的影响呈现明显的空间异质性,在海拔较高的山地区域,植被生长受降水和气温的综合作用影响;而在地势较为低平的盆地和河谷区,NDVI与气温呈现显著的正相关关系,与降水则呈现显著负相关关系。人类活动对区域植被覆盖影响具有双重作用,研究区67.74%区域人类活动对植被覆盖产生正面影响,正向作用表现在为恢复生态环境实施的一系列生态保护与建设工程措施;32.26%区域人类活动对植被覆盖产生负面影响,负向作用表现在为发展社会经济进行的一系列不合理的生产活动。采用残差法分离气候因素和人为因素对区域植被覆盖影响,气候因素对区域植被覆盖变化的综合贡献度为92.14%,人类活动因素的综合贡献度为7.86%,气候因素是影响区域植被覆盖整体变化的主导因素。空间上,在生态措施实施以及中心城市周围等人类活动程度较高的区域,人类活动逐渐成为NDVI变化的关键因素。     

1981-2016年黄土高原植被NDVI变化及对气候和人类活动的响应

探析黄土高原植被覆盖演变及其驱动因素,有助于了解黄土高原生态现状,剖析植被变化和驱动因素,以期为区域生态环境治理和规划提供科学依据。基于黄土高原NDVI、气温、降水数据,采用变化趋势率分析、多元回归残差分析等方法,研究了1981—2016年黄土高原区植被NDVI变化特征及对气候和人类活动的响应。结果表明：(1) 1981—2016年,黄土高原区植被NDVI呈东南高西北低的空间格局,整体上升率高,生态恢复效果显著;在选择的45个地州市中,榆林、铜川、延安和渭南等地植被NDVI增加最快,兰西城市群和内蒙古部分区域植被呈减小趋势。(2)气候变化和人类活动的共同作用是近35年来黄土高原区植被NDVI整体快速增加和巨大空间差异的主要原因。气候变化对黄土高原NDVI变化的影响主要以轻微促进和中度促进为主,而农村人类活动、城市人类活动的影响主要为明显抑制和轻微抑制。(3)气候变化、农村人类活动和城市人类活动对黄土高原区植被NDVI增加的贡献率分别为82.03%,11.68%和6.29%;气候变化贡献率大于60%的区域占黄土高原的76.9%,主要集中在黄土高原的东部和中部,人类活动对NDVI的影响主要...     

青藏高原NDVI变化趋势及其对气候的响应

高原脆弱生态区对全球变化具有放大镜效应,利用长时序遥感数据及气象观测资料探索青藏高原对全球气候变化的响应具有重要意义。以1982—2012年GIMMS NDVI数据及同时期气象观测数据为数据源,借助于最大值合成、相关性分析和线性回归等数据分析技术,分析了青藏高原4 000m高海拔区域的NDVI的变化趋势以及气候响应。结果表明:(1)近31年来,青藏高原对全球变化响应明显,年降水量、温度均呈显著增长趋势(p0.05),NDVI年变化率为正值、植被覆盖度呈增长趋势,均表明近年来青藏高原植被长势渐变良好。(2)青藏高原NDVI与降水、温度弱相关,温度对高海拔地区NDVI的影响超过降水,且降水对青藏高原NDVI的影响具有滞后性。(3)从青藏高原不同区域海拔高度和NDVI等值线的分布来看,地势对NDVI具有显著影响,海拔高度较高的区域NDVI值普遍较小。     

1981-2010年中国北方风蚀气候侵蚀力演变与植被动态响应

风蚀气候侵蚀力演变是影响植被生长的重要因素,基于GIMMS NDVI3gV1.0数据以及气候数据,并结合多情景分析法、敏感性分析法,分析了1981-2010年中国北方风蚀气候侵蚀力演变及其对植被变化的影响。结果表明:（1）1981-2010年,风蚀气候因子指数多介于10~100,均值为29.4,侵蚀力水平一般。其基本特征是由东至西逐渐减弱,由南至北逐渐减弱。（2）1981-2010年,中国北方风蚀气候侵蚀力整体上呈下降趋势,其变化主要受风速影响,二者相关系数高达0.95。（3）植被动态对风蚀气候侵蚀力演变的响应具有典型的空间异质性,多数沙区表现为风蚀气候侵蚀力减少导致植被增加。（4）不同沙区植被变化对风蚀气候侵蚀力演变的响应程度不同,河套平原、塔里木盆地等沙区植被动态对风蚀气候侵蚀力演变较为敏感,伊犁盆地、乌兰察布以及阿拉善高原等沙区则敏感性较小。