温度植被干旱指数在蒙古高原干旱监测中的应用

以蒙古高原为研究区,选择2000—2019年植物生长季的MODIS归一化植被指数(NDVI)和陆地表面温度(LST)构建NDVI-LST特征空间,由该特征空间计算蒙古高原温度植被干旱指数(TVDI);利用Theil-Sen Median趋势分析、Mann-Kendall检验及Hurst指数方法分析蒙古高原TVDI的时空变化特征和未来的变化趋势,利用偏相关分析法探究气象因子与蒙古高原TVDI之间的关系。结果表明: 2000—2019年,蒙古高原TVDI以0.0001·a^-1呈增大趋势,期间,蒙古高原的干旱情况小幅加重,其中,草甸草原和典型草原干旱情况逐渐减轻,而荒漠草原和高山草地干旱情况加重。蒙古高原TVDI的Hurst指数均值为0.45,小于0.5的地区面积占比为71.5%,说明大部分地区2000—2019年的TVDI变化趋势与过去相反。中部的荒漠草原地区和东部的草甸草原地区未来干旱情况可能加重;典型草原的大部分地区以及内蒙古境内的荒漠草原未来干旱可能减轻;高山草地地区的干旱变化无法确定。蒙古高原有33.6%的地区TVDI与气温呈显著正相关,34.8%的地区TVDI与降水量呈显著负相关,其中,典型草原受气象因子的影响最显著。     

西南地区不同植被类型归一化植被指数与气候因子的相关分析

基于中国西南地区1982—2006年的归一化植被指数(NDVI)遥感数据集和气象数据,运用GIS技术对年均气温、年降水量和干旱指数进行插值,分析了西南地区不同植被类型(沼泽、灌丛、草丛、草原、草甸、针叶林、阔叶林、高山植被、栽培植被)NDVI的年际变化及其与气候因子的相关性.结果表明:研究期间,西南地区NDVI、年均气温、年降水量总体呈上升趋势,其中,年均气温的上升趋势达极显著水平,干旱指数则呈下降趋势;在9种植被类型中,沼泽和草丛NDVI呈下降趋势,且草丛的下降趋势达显著水平,其他7种植被类型的NDVI均呈上升趋势,且针叶林、草甸和高山植被的NDVI上升趋势达显著水平,灌丛NDVI呈极显著上升趋势.9种植被类型所在地区的年均气温均显著上升;年降水量的变化均不显著;沼泽、草丛和栽培植被所在地区的干旱指数呈上升趋势,草甸和高山植被所在地区的干旱指数显著下降,其他4种植被类型所在地区的干旱指数呈不明显的下降趋势.研究区灌丛和针叶林NDVI与年均气温呈显著正相关,灌丛和草甸NDVI与干旱指数呈显著负相关.在保持其他2个气候因子不变的情况下,针叶林、阔叶林、高山植被NDVI与年均气温的相关性最大,草丛NDVI与年降水...     

2000-2015年长江上游NDVI时空变化及驱动力——以宜宾市为例

选取长江上游地区生态环境相对脆弱的宜宾市为典型案例,分析其16年来NDVI所表征的植被生长动态变化。以MODIS MOD 13Q1为数据源,采用Sen+Manna-Kendall非参数检验方法和Hurst指数模型,分析NDVI时间变化特征、变化趋势与未来可持续特征,并应用空间转移矩阵和重心迁移模型分析其空间变化特征,最后应用地理探测器模型探测影响NDVI空间分布的主导因素,进一步揭示NDVI分异特征及其驱动力。结果表明：（1）2000-2015年宜宾市植被覆盖整体状况良好,自北向南逐渐优化,多年平均NDVI大于0.6的区域占52.06%。年际NDVI以极显著趋势波动增长,平均年际变化率达到0.007/a,极显著增长区域面积达70.18%。与此同时,NDVI增长整体持续性不强,未来可能出现波动的区域占53.65%。（2）2000-2015年间宜宾市植被生长以正向演进为主,演进过程和已有生态建设工程成效研究结论相符,生态环境不断优化。（3）宜宾市NDVI主要受一系列地表差异,包括海拔、年均温、土地利用类型、人口密度所决定,其因子解释力均超过25%,自然环境因素与人类活动共同作用对NDVI影响更加显著。     

2000-2010年黄河流域植被覆盖的时空变化

黄河流域位于干旱、半干旱和半湿润地区,生态环境脆弱,近年来,在气候变化和人类活动影响下,植被覆盖状况发生了变化。因此需要对黄河流域植被覆盖的变化进行监测,进而掌握流域植被的动态变化特征。在此背景下,利用2000-2010年的250 m分辨率的MOD13Q1数据来研究黄河流域植被覆盖区域的NDVI时空变化特征。采用Theil-Sen Median趋势分析和Mann-Kendall检验来研究NDVI的变化趋势特征,通过对Theil-Sen Median趋势分析和Mann-Kendall检验的结果和Hurst指数的结果的叠加,来研究NDVI的可持续特征。研究表明：1）从空间分布上看,黄河流域NDVI呈现出西部和东南部高,北部低的特征;2）从时间变化特征上看,2000-2010年植被覆盖区域年均NDVI均值在0.3-0.4之间波动,其中2000-2004年NDVI波动较大,但自2005年以来NDVI呈现快速增长的趋势;3）从变化趋势上看,2000-2010年黄河流域植被改善的区域远远大于退化的区域,改善的区域占植被覆盖区域总面积的62.9%,退化的区域占27.7%,9.4%的区域NDVI稳定不变;4）从可持续性来看,86.0%的植被覆盖区域NDVI呈现正向可持续性,即NDVI的可持续性较强;由变化趋势与Hurst指数的耦合信息得出,持续改善的面积占植被覆盖区域总面积的53.7%,持续稳定不变的区域占7.8%,持续退化的区域占24.5%,另外14.0%的区域未来变化趋势无法确定,持续退化和未来变化趋势无法确定区域的植被变化状况需要研究人员继续关注。     

基于地理探测器的河南省植被NDVI时空变化及驱动力分析

植被作为陆地生态系统的主体,能够有效反映全球或区域尺度下的生态环境变化状况。分析植被覆盖时空动态变化特征及驱动力因素,对区域生态系统可持续发展具有重要意义。本文利用归一化植被指数(NDVI)作为指标,研究2000—2019年河南省植被时空动态变化特征,基于地理探测器模型分析河南省植被的空间异质性及其驱动力,并通过Hurst指数分析植被的未来趋势。结果表明：2000—2019年河南省NDVI整体呈现波动上升趋势,增长速度为0.016 10 a^-1,其中2009—2019年增长速度减缓并出现减小趋势;土壤类型、土地利用类型、GDP和人口密度4类因子对NDVI空间分布的影响程度最大;单一因子影响力均低于任两个因子的交互解释力,其中,自然和人为因子的交互作用对NDVI空间分布有明显的影响;由Hurst指数分析发现,河南省未来NDVI变化呈现反可持续性特征,Hurst指数<0.5区域占整个研究区域的植被覆盖度百分比为58.3%,整个研究区未来主要呈现下降趋势。     

2000—2016年宁夏植被覆盖度的时空变化及其驱动力

基于MODIS NDVI遥感数据及同期的气象数据,采用趋势分析、变异系数及Hurst指数等方法反演了2000-2016年宁夏地区植被的动态变化特征.结果表明:宁夏地表植被覆盖总体为增加趋势,呈现显著的地域性特征,南北差异很大.植被年际变化受自然和人为的影响具有明显的阶段特征,2000-2016年整体为增长趋势,2000-2005和2006-2011年间增长显著,2012-2016年植被退化,降水量和湿润指数对植被生长的响应最为显著.生长季植被显著增加的面积占79.88%,春、夏、秋季NDVI分别以0.026·10 a^-1、0.07·10 a^-1和0.049·10 a^-1的速率增加.宁夏大部分地区植被变化将保持现有的生长趋势,但局部将有反持续性的变化,62.13%的植被NDVI呈现持续改善的趋势,且南部林区持续改善的面积大于北部引黄灌区.     

基于NDVI的米仓山植被覆盖变化趋势分析

基于1998年4月至2009年12月的SPOT-VEGETATION逐旬NDVI数据,采用MVC(最大值合成法)获得月NDVI值,用均值法计算各季及年均NDVI值;对5种植被类型的年均NDVIy和生长季NDVIg进行一元线性回归,辅助以趋势线分析定量描述研究区植被覆盖动态变化,并采用R/S分析(重标极差法)动态预测米仓山植被覆盖未来变化趋势。结果表明:研究区12年间NDVI整体呈上升趋势,相对于前期(1999~2001年)、中期(2003~2005年)和后期(2007~2009年)的NDVI增加显著;年最大NDVI≥0.70的区域占总面积的98.95%,年均NDVI≥0.70的区域占93.69%,且植被覆盖增加的面积远大于减少的面积;划分的5种植被类型中,阔叶林类NDVI值最高,人工植被类NDVI值最低;R/S法计算结果显示,Hurst指数(H)为0.876 8,表现为很强的持续性,预示未来一定时限内米仓山植被覆盖将有稳定的增加趋势。     

喀斯特关键带植被时空变化及其驱动因素

中国南方喀斯特地区广泛面临着生态问题,植被的保护与恢复倍受关注,对这一区域植被覆盖的进行监测和预测是非常必要的。以MODIS-NDVI为数据源,分析2000—2016年间,研究区不同地质背景,多种土地覆被类型的NDVI时空变化特征及驱动因素。结果表明:(1)从2000—2016年间,研究区植被覆盖整体呈增长趋势;其中喀斯特区域增长情况略优于非喀斯特区域。植被覆盖在空间上呈现东高西低;其中林地的NDVI值最高,耕地次之,依次草地,居民用地,水域,未利用地最低;在林地和耕地中,非喀斯特区域的NDVI值比喀斯特高,其余的土地覆被类型中都比喀斯特区域低。(2)研究区植被覆盖改善的地区占60.19%,退化地区占17.06%;草地,耕地区改善明显,退化主要在水域和建设用地; Hurst指数显示在研究区持续性改善的NDVI大于持续性退化;相比非喀斯特区域,喀斯特区域改善及持续性改善情况更佳。(3)整体而言,海拔对NDVI的空间分布影响力最大,温度次之,依次为降雨,夜间灯光指数;相比而言,非喀斯特区域NDVI空间分布更易受地形因子影响;喀斯特区域NDVI空间分布更易受气候差异及人类活动影响。(4)研究区分别有49%,45%,61%的NDVI与气温,降雨,日照的相关系数通过a=0.05的显著性检验;相比非喀斯特而言,喀斯特区域植被生长更易受气候变化的影响。     

基于MODIS/NDVI的陕北地区植被动态监测与评价

陕北地区从1999年退耕还林试点工程实施以来,区域植被发生很大变化,退耕前后植被动态变化监测成为退耕还林工程评价任务之一,而当前植被恢复监测评价的难点在于如何确定哪些是由于退耕而引起的植被变化。针对此问题,选取适合陕北地区植被变化监测的MODIS/NDVI数据,利用均值变化及趋势分析方法,从不同土地利用/覆被类型和不同坡度植被指数动态变化两方面分析退耕还林对植被动态变化的影响。结论如下:(1)陕北地区平均NDVI从2000-2008年呈现较明显的增长趋势,坡耕地和草地NDVI增长速度相对较快;(2)趋势分析结果显示,陕北绝大部分地区植被恢复良好,植被指数呈明显改善的面积占整个地区面积的64.96%,中度改善占18.58%,其中又以坡耕地、草地植被明显改善面积分别占陕北地区明显改善面积的45.43%和17.10%,坡耕地对陕北地区植被明显改善面积贡献最大;(3)7 15°、15 25°及25 35°坡度植被明显改善面积分别占总改善面积的39.91%、25.81%、2.28%,其中7 25°坡度植被明显改善面积占总面积的65.72%;(4)基于陕北地区近年气候呈暖干化发展趋势,同期降雨并未呈现显著变化,说明非气候因子中退耕还林等人为因素是引起NDVI增长的主要因素,退耕还林对于陕北地区植被恢复有明显促进作用。     

近20年辽宁省植被动态特征及其对气候变化的响应

区域归一化植被指数(NDVI)变化特征对环境容量和生态发展方向有重要指示作用。基于SPOT/VEGETATION NDVI数据和ESA CCI-LC植被分类数据，利用Theil-Sen+Mann-Kendall、变异系数、Hurst指数和相关性分析方法，对辽宁省2000—2019年不同植被类型归一化植被指数时空变化特征和气候因子之间的响应关系进行分析。结果表明：(1)NDVI均值呈现从乔木到草原逐渐降低的趋势，不同植被类型在生长季具有不同的生长习性；(2)各植被类型都呈增加趋势，结合Hurst指数和Sen趋势，辽宁省36.26%的植被将趋于改善，约有61.51%的植被将趋于退化；(3)变异系数结果表明：所有植被类型中以乔木植被最为稳定，草原型植被最不稳定。(4)辽宁省各植被类型NDVI与降水显著正相关，与气温相关性相对较低。结果可为辽宁省生态评价和碳循环研究提供植被覆盖动态参考。     

基于SPOT-VGT NDVI的陕北植被覆盖时空变化

利用1998-2010年SPOT-VGT NDVI影像对陕北地区植被的时空变化进行分析.结果表明:研究期间,陕北地区归一化植被指数(NDVI)的季相变化明显,月均最高值出现在8月、最小值出现在1月,月均值的变化幅度在0.14 ～0.46,NDVI月均值为0.28,其年均值总体呈上升趋势;在空间上,植被改善地区集中于陕北中南部,生态环境退化区域集中在长城以北风沙区;气温和降水是影响植被变化的重要气候因子,其与NDVI变化的相关系数分别为0.72和0.58;植被改善明显的区域主要位于坡度15° ～25°的地区,反映出国家退耕还林还草工程对陕北地区生态环境的恢复和改善起到了巨大作用.     

基于地理探测的黄土高原植被生长对气候的响应

为探讨黄土高原不同植被类型对气候变化的响应机制,以2002-2019年黄土高原归一化植被指数(NDVI)数据为基础,利用趋势分析、Hurst指数、地理探测器等方法分析不同植被类型NDVI变化趋势及其与气象因子的关系.结果 表明:2002-2019年,黄土高原不同植被类型NDVI以增长趋势和同向中持续性为主,仅栽培植被在...     

华北地区2001-2014年植被变化对SPEI气象干旱指数多尺度的响应

近年降水量的减少以及全球气候变暖的影响导致我国华北区域干旱程度加剧,影响植被生长状况,使得区域生态环境恶化。基于华北地区2001-2014年的TRMM及MODIS数据,以归一化植被指数NDVI、净初级生产力NPP、植被状态指数VCI作为植被状况表征指数,以标准化降水蒸散指数SPEI作为气象干旱表征指数,对华北地区近年的气象干旱及植被状况时空变化进行评价,并分析植被对干旱的多尺度响应。结果表明：（1）华北地区干旱在西南部地区呈明显加重趋势,东北部地区干旱状况有所好转;针对不同时间尺度的SPEI表示干旱的变化趋势,得出月份尺度干旱呈现干湿交替特征,选取SPEI时间尺度越长,干旱化趋势越明显;（2）NDVI与NPP所反馈的植被长势空间分布略有差异,总体而言华北地区植被状况大部分地区呈好转趋势,但研究区中部部分地区及部分沿海地区植被状况转差;（3）植被状况指数与SPEI指数在大部分地区呈正相关,NPP与SPEI的相关性强于NDVI与SPEI的相关性,且相关程度在草原地区及中高海拔地区最高,林地对干旱的敏感度最弱;各植被类型在植被生长季的多数月份对SPEI-3响应最明显,且在夏季相关程度最高,夏季及其前期的季尺度干旱更易影响植被生长状况,SPEI-12对植被的影响主要表现为影响植被生长季初期的植被状态。     

京津冀城市群地区植被覆盖动态变化时空分析

基于MODIS NDVI遥感数据,采用线性回归分析、稳定性分析、重新标度极差分析等数理方法,反演了2005—2015年京津冀地区植被覆盖时空演变趋势和稳定性,并在此基础上对植被未来变化趋势进行评估和预测。结果表明:(1)2005—2015年京津冀地区植被覆盖度呈上升趋势(增长速率0.065/10年),增长过程经历两次飞跃期后,进入平稳波动阶段;(2)京津冀地区植被恢复以显著改善为主(47.45%),不显著变化区域占全区面积的三分之一(33.9%),主要以华北平原为中心展布,退化区域比重为6.8%,零星散布于各大城市周边;(3)京津冀地区植被持续恢复为主,植被覆盖持续改善区域比重超过一半以上(58.8%),反持续性改善比重为34.4%,主要集中在张家口、沧州以及保定东南地区;持续退化比重为4.8%,主要分布在天津、廊坊、沧州一带。研究结果将有助于辨识京津冀城市群地区的植被动态演化和生态网络连通性现状和趋势。     

基于NDVI的云南省2009-2010年干旱遗产效应研究

气候变化正导致干旱事件发生的强度、频度显著改变,极端气候事件发生的不确定性直接影响陆地生态系统关键生态过程。我国西南地区在2009-2010年发生百年一遇的极端干旱,目前关于植被生长在长时间尺度对此次干旱事件的响应尚不明确。以云南省为研究区,基于多年Normalized difference vegetation index(NDVI)影像数据以及长时间序列气象资料对此次极端事件的干旱遗产效应开展研究,分析了干旱遗产效应的持续时间以及不同植被类型的响应差异。结果表明:1)云南省植被生长在极端干旱事件发生后受到的抑制时间大约持续1-2年,受影响区域主要集中在遭遇降水严重减少的地区;2)海拔2000 m附近为植被对干旱响应最为敏感的区域,海拔高于4000 m的植被生长几乎未受到干旱影响;3)较之草地和农田,森林植被受到的抑制作用更为强烈。研究揭示了极端干旱对云南省植被生长造成的影响,为该地区未来应对极端干旱并有效开展植被恢复提供理论依据。     

西南山地流域NDVI变化特征及降水敏感性——以贵州沅江流域为例

归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)是反映植被生长的重要指标,探究其时空变化特征,对生态保护、退耕还林和灾害防治具有重要意义。选取2000—2015年贵州沅江流域典型年份NDVI,采用重心分析、标准差椭圆、地理加权回归等方法,从干旱视角探究流域NDVI变化和降水敏感性。得出以下结论:(1)2000—2015年贵州沅江流域NDVI总体处于上升趋势,植被正在改善,期间西部植被改善最为明显,退耕还林还草取得较好成果。(2)2000—2015年贵州沅江流域干旱年与正常年NDVI空间变化趋势不一致,干旱程度对植被影响具有区域差异。(3)贵州沅江流域NDVI与降水呈负相关,空间敏感性自西向东递增,降水对流域西部喀斯特山区NDVI影响更明显。(4)2000—2015年贵州沅江流域NDVI时段变化与降水主要为负相关,降水越多NDVI时段变化敏感性越弱,退耕还林还草工程应重点放在负敏感区。研究结果可为退耕还林还草和干旱灾害防治提供科学参考。     

恢复力视角下生态型城市植被恢复空间分异及其影响因素——以陕南商洛市为例

植被恢复是建设生态型城市的重要途径,通过明晰植被恢复空间分异与潜在的植被恢复力,有助于指导可持续性生态城市的建设。以商洛市为例,基于MODIS归一化植被指数(NDVI)数据,利用Sen+Mann-Kendall模型和Hurst模型研究2000—2013年商洛市植被恢复趋势及未来持续能力,并采用地理加权回归模型(GWR)分析市域尺度内植被恢复空间分布的影响因素。结果表明:(1)2000—2013年商洛市的植被恢复效果明显,植被覆盖增大的区域占总面积的82.5%,减小的区域占总面积的9.4%;(2)2000—2013年,受城镇的距离及土地集约程度等人文因素的影响,西北部植被恢复略好于东南部。(3)Hurst指数显示,商洛市未来植被恢复的持续性不强。48.0%的区域未来植被覆盖可能会呈现由改善变退化的现象,而持续增大的区域仅占36.7%,植被恢复力仍有待加强。(4)市域尺度上,植被恢复趋势空间差异形成的自然因素包括高程、坡度、坡向、与水体的距离,而人文因素则由距离城镇的距离和土地利用集约度所主导。地理加权回归显示各区县植被恢复趋势的空间影响因素及其强度并不一致,充分说明人地关系变化对植被恢复作用机理的复杂性。     

气候变化和人类活动对中国北方旱区植被变绿的定量贡献

气候变化和大规模的生态恢复使中国北方旱区植被发生了显著变化，量化气候变化和人类活动对植被动态的相对贡献，对于旱区生态系统管理和应对未来气候变化具有重要意义。目前，中国北方旱区植被变化影响因素的时间动态（2000年大规模生态恢复工程实施前后）和空间异质性（沿干旱梯度）仍需进一步的定量研究。基于多源数据，采用趋势分析、偏相关分析和随机森林模型等方法，分析了1981-2018年中国北方旱区气候和植被的时空变化规律，量化了2000年前后气候变化和人类活动对植被动态的相对贡献并分析其在干旱梯度上的空间差异性。结果表明：（1）1981-2018年期间，中国北方旱区的叶面积指数（LAI）平均增加速率为（0.0037±0.0443） a^-1，且增加速率沿干旱梯度增大。2000年前仅10.46%（P<0.05）的地区显著变绿，而2000年后达到36.84%，且植被变绿主要归因于非树木植被。（2）2000年后降水对植被变绿的正效应在不同干旱梯度均增加，而在半干旱区和亚湿润干旱区，温度对植被变绿由正向促进转为负向抑制，而辐射在干旱区由负效应转向正效应。（3）2000年前后，气候变化均主导着植被的动态，贡献率分别为96.07%和73.72%，人类活动的贡献在2000年后进一步增强（从3.93%增加到26.28%），且沿着干旱梯度而增加，其中人类活动对植被变绿的贡献在半干旱地区增加最显著（+0.0289 m² m^-2 a^-1，P<0.05）。研究结果可为未来气候变化下中国北方旱区的植被恢复和可持续发展提供科学依据。     

浙江省植被覆盖时空动态及其与生态气候指标的关系

对1982-2006年间浙江省归一化植被指数（NDVI）的时空变化及其与关键生态气候指标（生物热量指数和生物干湿度指数）的相关性进行了研究.结果表明：研究期间,浙江省植被覆盖总体呈缓慢下降趋势,NDVI显著减少的地区约占全省面积的30.71%;生态气候指标与滞后一年的NDVI显著相关,其中生物热量指数与NDVI呈显著负相关,生物干湿度指数与NDVI呈显著正相关,说明研究区湿度的增加可促进植被长势,而过高的热量对植被生长则具有明显的抑制作用.     

人类活动对植被退化/恢复影响的空间格局——以陕西省为例

基于陕西省1998～2005年SPOTVEG NDVI月数据和月降水序列的相关性分析,构建修正的归一化植被指数(C-NDVI)剔除降水量对NDVI的影响,探讨了人类活动对植被影响的空间格局.主要结论:①陕西省NDVI和降水量间存在显著的相关性,相关系数呈现出北高南低中间最低的空间格局,与所处气候带和土地利用状况的差异有关;② 1998～2005年人类活动对植被的影响表现出显著的空间差异性,北部地区以植被恢复为主,年增长率在2.1%～4.1%,其驱动力主要是退耕还林(草)、防沙治沙工程中对植被的保护和恢复性措施;中部平原区水浇地、城镇用地集中分布,表现出水浇地区人为活动对植被变化基本无影响,而城镇用地扩展区导致植被退化;中北部、南部林地分布区地形坡度大、降水量相对丰富,人类活动对植被的影响表现为植被退化,可能是经济林、用材林的周期性采伐所致.研究可为区域优化土地利用结构,合理规划和调整生态建设布局提供依据.