基于地理探测器的内蒙古植被NDVI时空变化与驱动力分析

研究植被归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index,NDVI）时空变化及驱动力有助于区域生态环境保护和自然资源管理。本研究基于2000—2015年SPOT NDVI遥感数据和同时期18种自然因子与社会经济因子,分析了内蒙古植被NDVI时空变化特征,并利用地理探测器探讨其空间分异特征与驱动力。研究表明：空间尺度上,内蒙古NDVI分布呈现东北高西南低,变化格局为东部增加,中西部减少;时间尺度上,年际NDVI呈缓慢增加趋势（0.32%·a^-1）,并呈现高植被覆盖度（8.6%）和低植被覆盖度（2.8%）均增加的“两极化”特征。年降水量的解释力最高（0.75）,与土壤类型、植被类型和年均温共同主导植被NDVI时空格局;因子交互作用为增强关系,自然因子与社会经济因子交互影响力显著增强;研究时段气候因子解释力减弱,农林牧业因子略有增强。本研究探讨了不同土地利用类型的因子解释力差异及各因子促进植被生长的最适宜范围,有助于植被生长的驱动力机制研究。     

黑河中上游草地NDVI时空变化规律及其对气候因子的响应分析

植被动态监测以及与气候变化的耦合关系是陆地生态系统研究的热点,而草地NDVI时空动态以及影响其变化的关键气候因子分析,对于草地覆盖变化的动态机理研究具有重要意义。基于遥感和GIS技术,利用黑河流域1999-2007年SPOT-NDVI数据和气象站点数据,分析了黑河中上游草地植被NDVI的时空变化特征以及与气候因子的相关性。结果表明,黑河中上游草地植被NDVI在1999-2007年间呈明显增加趋势;草地植被NDVI增加和减少的面积分别占草地总面积的71.53%和19.43%;增加的区域主要分布在托来山、走廊南山、冷龙岭和河西走廊中段的典型草原和高寒草甸草地,减少的区域主要分布在托勒南山、走廊南山和冷龙岭的荒漠草地向非草地过渡区域;黑河中上游不同草地植被NDVI的年内变化均呈单峰型,7月份达最大值;草地NDVI与气温呈极显著正相关(r=0.942,P<0.01),与降水量呈显著正相关(r=0.922,P<0.05),NDVI与相对湿度呈不显著正相关,与日照时数呈负相关性,并且不同草地类型牧草生长的限制因子不同。近年来伴随西北地区气候向暖湿转型,黑河中上游草地植被覆盖明显增加,气温是影响研究区牧草生长的关键气候因子。     

气候变化对黄河源区生态环境的影响

在全球气候变暖和人类活动的共同作用下,黄河源区的生态环境受到严重干扰。目前,气候变化对黄河源生态环境的影响已经得到了很多学者的关注。本文在系统总结国内外已有研究成果的基础上,归纳了黄河源区的气候变化特征和已存在的生态环境问题,从径流量、土壤侵蚀、湿地、冻土和植被5个方面综合分析了黄河源区生态环境所面临的主要问题,讨论了气候变化对黄河源区生态环境的影响特点,并在此基础上提出了黄河源生态环境保护的治理对策。结果显示,黄河源区降水略有增加,气温显著升高。黄河源区径流有很大的年际和年代际变化,20世纪60年代中期至80年代后期相对偏丰,90年代初至2008年相对偏枯;源区年径流量距平的年际变化与年降水量距平的年际变化有很好的相关性;降水强度也是影响径流量的原因。黄河源区土壤侵蚀现象严重。湿地面积减少,沼泽和水域的斑块数、破碎度和分维数增加,优势度降低。源区多年冻土已经减薄或消失,多年冻土的边缘地带,垂直方向上形成不衔接冻土和融化夹层,多年冻土分布下界升高50~70 m。源区植被覆盖总体上保持原状,局部出现退化。在黄河源区生态环境保护方面应形成完善的生态补偿机制,加强法制建设,强化社会环保意识,提高执法队伍素质,加强部门联合,实施生态移民,大力发展生态旅游。     

青藏高原高寒草地土壤水分生态特征研究现状

从土壤水分时空异质性、植被覆盖变化对土壤水分的影响、冻土变化对土壤水分的影响、人为活动对土壤水分的影响方面研究了青藏高原高寒草地土壤水分生态特征。在该领域研究中,前人已开始在小尺度采用植物进化学的角度解释青藏高原植被覆盖变化对水分再分配的作用,但是大尺度的研究不足;初步阐明了冻土季节性冻融的生态水文效应,但还缺少其与气候和地质相关的综合性分析;反映出青藏高原全球第三极土壤水分的地理分布的特殊性,但各个区域之间土壤水分特征差异的重要影响因素尚未明确。综上,今后应综合植被类型、冻土环境、地质、气候条件以及人为活动影响,多层次多尺度研究土壤水分变化的过程,从而为研究不同尺度土壤水分变化差异性和格局演变提供科学依据。     

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。     

季节性放牧对甘南高寒草地植被和土壤理化性质的影响

为研究季节性放牧对高寒草地植被及土壤理化性质的影响,本研究在甘南玛曲县选取典型的季节性放牧和围封样地,从植被的群落组成、物种多样性及土壤理化性质等角度来评估季节性放牧对草地健康状况的影响。结果表明：与围封样地相比,季节性放牧样地植被盖度由90.5%降至79.1%,植被高度显著降低了44.1%,密度显著降低了49.5%（P<0.05）。季节性放牧减少了优质牧草的数量,增加了毒草的数量;同样减少了一年生、两年生草本的数量,增加了半灌木的分布。季节性放牧提高了高寒草地植被的Margalef指数、Shannon-Wiener指数、Simpson多样性指数与均匀度指数。与围封相比,季节性放牧使得土壤中的有机碳含量显著降低了28.3%,而全氮含量显著升高了27.5%（P<0.05）。本研究将有助于准确认识季节性放牧对高寒草地的影响,为甘南地区草地生态修复提供科学依据。     

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。     

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.     

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。     

干旱对内蒙古植被生长的累积与滞后影响评估研究

本文为探究干旱对植被的累积和时滞效应,以内蒙古为研究区,基于SPEI base v.2.5和GIMMS NDVI数据集,利用Sen式斜率、Mann-Kendall突变检验和偏相关分析方法,分析干旱对植被的累积和时滞效应。结果表明：内蒙古地区归一化植被指数（Normalized difference vegetation index,NDVI）年最大值随时间变化整体呈上升趋势,标准化降水蒸散指数（Standardized precipitation evapotranspiration index,SPEI）年平均值呈降低趋势,空间趋势变化上两者呈现一定的相似性;干旱的累积效应与内蒙古北部林区及西部荒漠戈壁区NDVI呈负相关,累积月数均在10—12个月;中部草原NDVI与干旱的累积滞后关系呈正相关,且干旱的累积影响大于滞后影响;农田植被NDVI与干旱的累积滞后效应均呈正相关,但相关性较弱;通过不同水分利用条件下干旱累积与时滞效应的相关性对比发现,干旱累积效应对植被的影响远大于时滞效应。     

高寒草地植被盖度估算及其与冻土的关系

植被覆盖度（盖度）是水文、生态、气象等研究中的一个重要因子,目前目估是野外获取盖度的传统方法。本研究利用多光谱相机拍摄的相片,分析每一个像元的归一化指数,区分植被和土壤,以获取盖度,并与目估法进行对比,评估两种方法的优缺点。结果表明,目估盖度具有较大的主观性,而多人平均值具有一定的参考性;利用多光谱相片能够快捷准确地获取盖度;归一化植被指数取0.4作为阈值较理想;利用阈值的方法区分植被和土壤需要像元所代表的空间尺度不能超过0.2 cm。分析疏勒河上游地区盖度和多年冻土分布的关系发现,多年冻土区盖度显著高于季节冻土区和过渡区(P<0.01)。     

气候和植被变化对黄土高原蒸散发的影响

基于全球涡度相关站点观测的蒸散发数据(FLUXNET ET),第三代GIMMS NDVI以及相应的气候数据,运用广义线性模型量化了1982~2011年气候和植被生长对黄土高原蒸散发的贡献程度,并探究贡献程度的季节性差异以及在植被类型之间的差异。结果表明:(1)降水和NDVI是影响黄土高原蒸散发季节性差异的重要因素,而温度对蒸散发的影响较小;(2)随着降水量的增多,降水对蒸散发的贡献程度逐渐减小,夏季和秋季表现得更为明显;(3)秋季林地、灌木、草地NDVI对整个黄土高原蒸散发的贡献普遍较高。     

疏勒河上游冻土区大型土壤动物群落调查

为了掌握疏勒河上游冻土生态系统中土壤动物的群落特征,于2010 年6-7月对这一地区不同生境中的大型土壤动物进行了调查。共捕获大型土壤动物453头,隶属3纲9目13个类群,优势类群为鞘翅目幼虫、双翅目幼虫和鞘翅目成虫。与我国西北高原地区的土壤动物群落相比,疏勒河上游地区的土壤动物数量稀少、生物多样性较低,推测极端干旱可能是导致这一现象的主要原因。尽管不同植被类型间的大型土壤动物物种组成方面有较大差别,但其生物量和多样性与植被定量指标之间无显著相关关系（P>0.05）。季节冻土和多年冻土之间,土壤动物生物量、个体数和Shannon Wiener多样性指数都无显著差异（P>0.05）,而过渡类型冻土中的土壤动物生物量和个体数却显著大于其他2种冻土类型（P<0.05）。     

基于NDVI分析渭干河流域绿洲耗水对地表径流的影响

利用NOAA/AVHRR NDVI遥感资料提取渭干河流域绿洲区1982―2006年NDVI数据,将绿洲区NDVI值和绿洲面积指标作为绿洲区以农业活动为主的人类活动综合因素,结合流域地表径流,分析了1982―2006年渭干河流域绿洲耗水与流域地表径流之间的关系。结果表明,近25年来,渭干河流域绿洲区来水量、绿洲总耗水均呈增加趋势,且绿洲总耗水在1995年发生突变,相对绿洲来水量的突变点滞后1年;流域绿洲NDVI值相对研究初期增加94%,表现为持续增加,绿洲面积相对研究初期扩张73.7%,表现为持续扩张;从流域绿洲NDVI值和地表径流变化关系看,绿洲降水对绿洲植被生长有较大作用,冰川径流起了调节绿洲来水量和维持绿洲稳定的功能;从绿洲面积和流域地表径流变化看,绿洲降水对绿洲规模的贡献为22%,冰川径流对绿洲的贡献为44%,绿洲来水量中降水径流对绿洲的贡献为34%。由气候变化和冰冻圈变化情景假设得出,未来冰川径流对绿洲贡献除气温不变外均呈减速增加趋势,绿洲降水对绿洲的贡献呈增加趋势。     

柴达木盆地气候变化对植被的影响分析

柴达木盆地地处青藏高原,全区年降水量仅为110 mm左右,生态环境比较脆弱。近年来受全球气候变暖的影响,柴达木盆地气温大幅升高,降水量明显增加,气候逐渐向暖湿化方向发展。基于柴达木盆地10个气象观测站1961-2016年逐月气温、降水等观测资料、GIMMS和MODIS 1982-2016年卫星遥感资料,利用线性趋势、综合顺序分类法等方法,分析了该地区不同区域和主要类型植被NDVI值多年变化趋势及其植被演替特征,结果表明,1982-2016年柴达木盆地四周高寒区和盆地内干旱荒漠区植被NDVI值均呈显著上升趋势,趋势系数分别为0.0090/10年、0.0011/10年;温性荒漠类、低地草甸类植被NDVI呈微弱增加趋势,趋势系数分别为0.0011/10年、0.0036/10年,而高寒草原类植被NDVI指数呈显著增加趋势,趋势系数为0.0058/10年。柴达木盆地气候极其干旱,水分是限制植被生长发育的主要因子,植被NDVI值与年降水量呈显著的正相关关系,与蒸发量呈显著的负相关关系。以气温发生突变的1987年为界,植被主要朝着温暖化和湿润化的方向发展。随着年代变化,寒温带植被类型逐渐减少,微温带植被类型逐渐增多,同时湿润度级别有所升高,尤其是进入21世纪以来,出现了微温微干和微温微润的植被类型。     

2001—2020年青藏高原草地NDVI时空变化及驱动因子分析

环境变化引起的植被变化对生态系统过程产生了重大影响。然而，目前对植被生长及其对多影响因素响应的研究仍不够深入。本文采用Theil-Sen中位数趋势分析、Mann-Kendall检验、变异系数、岭回归分析和结构方程模型等方法，探究了青藏高原草地归一化差值植被指数(Normalized difference vegetation index，NDVI)时空变化特征及其对驱动因子的响应。结果表明：青藏高原2001—2020年草地NDVI从东南向西北呈下降趋势，年际变化呈上升趋势，坡度较小区域的草地分布较集中，阴坡草地生长情况较好。另外，区域内草地受水分利用效率(Water use efficiency，WUE)升高和温度升高而生长情况变好，且草地WUE是影响草地NDVI变化的主导因子。本研究提高了我们对多变量如何共同影响草地生长的认知，也强调了WUE对草地生长的重要性。     

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。     

1982-2013年新疆不同植被生长时空变化

基于逐像元一元线性回归模型,应用MODIS NDVI数据对AVHRR-GIMMS NDVI 数据进行时间序列拓展,建立了1982-2013年间长时间序列生长季最大NDVI数据集,分析了新疆不同分区的生长季植被NDVI变化及其对气候变化的响应。结果表明,1)北疆平原地区、南疆平原地区和南疆山地地区的植被NDVI变化呈显著增长趋势,北疆山地地区的植被呈下降趋势。2)水分条件和最低气温是影响新疆植被生长的重要因素,但不同分区的影响程度不同。北疆平原地区植被受水分条件影响较大,其中最低气温对农田植被影响较大;南疆平原地区植被受气温和降水的双重作用;山地地区植被受水分条件影响较大。3)从不同植被类型来看,水分条件对草地的影响最大,其次是林地,农田植被受水分条件的限制较小,与灌溉有着直接关系。4)增温增湿的气候条件有利于植被生长;北疆山地地区植被退化趋势受气候变化、火灾、平原草地围栏保护后放牧压力向山地转移等综合因素的影响。     

玛曲草原植被ＮＤＶＩ与气候和载畜量变化的关系分析

 利用玛曲草原１９８２－２００５ 年的气候和载畜量及ＮＡＳＳ／ＧＩＭＭＳ 半月合成归一化植被指数（ＮＤＶＩ）遥感数据,分析了ＮＤＶＩ与气候因素和载畜量的年际变化关系,以及植被ＮＤＶＩ对气温和降水的时滞响应。统计了４ 个时间尺度（１～４个月）×４个时滞期（前０～３个月）共１６种组合下,植被ＮＤＶＩ与同期和前期（前１～６个月）气温和降水之间的相关系数。结果表明,春夏季ＮＤＶＩ的年际变化呈显著增加,增幅为０．０１９／１０ａ和０．０２２／１０ａ。季节和年均气温及≥０℃年积温的年际变化呈显著增加,增幅为０．５～０．７℃、０．６℃和１２１．５℃;季节和年降水量的年际变化不显著;夏季气温变化稳定,春、秋季气温和４季降水的年际变化不稳定。春季～秋季和全年各月的ＮＤＶＩ与同期气温呈极显著正相关,相关系数（R）为０．７２～０．９５和０．８７;春季、秋季和冬季及全年各月的ＮＤＶＩ与降水呈极显著正或负相关,R 为０．８４,０．７７,－０．５２及０．８０;每年ＮＤＶＩ的月均值与同期＞０℃ 年积温和家畜数量呈显著正相关,犚为０．６６和０．４５。植被ＮＤＶＩ对当月和前２月降水的累积量（时间尺度为３个月）及对当月和前１月气温（时间尺度为２个月）的响应最强,时间尺度为１～３或１～２个月,时滞期为０个月的同期气温或时滞期为１个月的降水对生长季间ＮＤＶＩ的促进效应大;早期（４月）气温升高促进植物生长,而早期和后期（８－９月）的降水累加及后期高温抑制植物生长。