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。     

退耕还林(草)过程中陕北地区NDVI时空变异及其驱动因子的地理探测

地表植被作为生态环境变化的敏感因子,对维持区域生态稳定性具有重要作用.基于退耕还林(草)生态工程实施过程中2000-2019年陕北地区的MODIS NDVI数据,结合地形、地貌、气候、土壤和植被等环境因子,探究NDVI时空变异特征,并运用地理探测器模型对植被NDVI影响因子及其影响程度进行探测,最终确定主要环境因子对N...     

1982-2016年东北黑土区植被NDVI动态及其对气候变化的响应

植被是陆地生态系统的重要组成部分,在调节气候、水土保持等方面具有重要作用,因此,监测植被生长变化并探讨其与气候变化之间的关系,在全球变化研究中具有重要意义。基于MODIS NDVI和GIMMS NDVI数据集,并通过一致性检验,在区域和像元两个空间尺度上,利用一元线性回归模型,研究东北黑土区1982-2016年植被生长动态,分析植被生长对气温和降水量的响应程度。结果表明：区域尺度上,1982-2016年东北黑土区植被生长季NDVI变化分为3个阶段（先增加继而减少最后再增加）,区域植被的生长在气温、降水量的共同作用下,呈现出明显季节差异;像元尺度上,1982-2016年东北黑土区NDVI总体趋势为改善状态,主要改善植被类型为草原、森林和农业植被,鹤岗市、绥化市和长春市改善面积较大;多年平均NDVI值与同期气温和降水量具有一定的相关关系,平原地区植被NDVI与气温主要呈显著正相关关系,植被类型主要为耕地;平原地区边缘和山地地区的植被NDVI与降水量以显著正相关关系为主,主要植被类型为森林和草地。     

陕北地区不同植被改善方案对环境影响的数值模拟

植被一直是地气相互作用研究的重点。数值模拟是目前研究植被对大气反馈作用的主要方法。全球和区域气候模式的网格距较大 ,以致于不能真实地描述地表植被覆盖差异 ,因而模拟结果存在一定的不确定性。目前 ,耦合陆面植被模式的中尺度气象模式已成为研究实际的植被建设方案影响天气过程的唯一有效手段。运用中尺度气象模式 MM5 ,模拟了陕北黄土高原地区一次区域性降雨过程及局地环境要素对两种不同的退耕还林方案的敏感性。模式的中心点定于 (37.8°N、1 0 8.8°E) ,模拟区域为(1 0 4 .0 2～ 1 1 3.5 8°E ,33.93～ 4 1 .4 8°N) ,水平分辨率 9km,垂直分层 2 3层 ,时间积分步长 30 s,以美国国家环境预测中心(NCEP)再分析资料作为大尺度背景场。模拟结果表明 ,陕北地区下垫面植被改善后 ,能够使区域降雨的雨带北移 ,降雨量增加 ,降雨过程延长 ,这对于改善陕北地区干旱的气候环境 ,扩展动植物的生存区域具有重要的意义。此外 ,陕北地区植被改善还能够使区域的地表径流减少 ,对于减少黄河输沙量 ,清洁黄河水源 ,保持当地水土具有积极的意义。由于下垫面的变化 ,局地的环境要素也发生了一些相应的变化 :空气湿度增加 ,土壤湿度在短时间内有一定程度的减少 ,长期有增加的趋势 ,气温和土壤温度有一定程度升高 ,     

基于MODIS NDVI数据的陕西省植被绿度时空变化及人类活动影响

气候和人类活动是控制和影响植被空间分布及其变化的基本驱动力。利用2001-2018年的MODIS NDVI和1999-2018年的降雨时间序列数据,分析了陕西省NDVI的时空变化规律。采用TSS-RESTREND （Time Series Segmentation and Residual Trend）算法剥离了气候要素（降雨）对植被NDVI的影响,分析了人类活动对植被变化的影响程度和区域。（1）2001-2018年间,陕西省NDVI呈显著增加,全省平均增加速率为0.006/a;（2）相比18年来的平均值,77.29%的区域大于均值。其中,陕北的榆林市、延安市大于均值的区域较大,分别为97.52%和89.03%,秦巴山区次之,为73.91%。2012年之后,NDVI高值向北逐年推进趋势明显。（3）全省NDVI增加的区域达71.77%,而陕北地区的增加量明显大于关中平原区和陕南秦巴山地,其中陕北的榆林NDVI增加区域为72.11%,延安为86.44%,均超过了全省平均水平。（4）总体上陕西全省呈变绿趋势。榆林市和延安市的变绿区域明显多于关中平原和秦巴山地,延安和榆林的剧烈增长区域分别为55.46%和34.34%,而陕南为41.03%,说明处于湿润气候区的陕南地区也有显著变绿趋势。     

黄河上游玛曲县气候变化对植被的影响研究

利用1982年至2003年NASAGIMMS逐月归一化植被指数（NDVI）数据集和玛曲县气温、降水资料,对玛曲县近22年来NDVI变化和气候变化特征及其相互关系进行分析,以揭示黄河上游地区植被对全球变暖的区域响应.结果表明：（1）玛曲县植被变化在不同时段表现出较大差异,NDVI年际变化略有增加.（2）夏季是NDVI增长最快的季节,春季NDVI在20世纪90年代后期到本世纪初呈下降趋势,秋、冬季NDVI呈下降趋势.（3）返青期和NDVI值在春季达到同一水平值的时间及夏季达到峰值的时间逐年提前,说明生长季提前是该地区植被对全球变暖的主要响应表现.（4）玛曲县近22年来植被的NDVI变化在中等盖度水平（0.3～0.5）呈增加趋势,高盖度水平（≥0.7）的植被呈下降趋势,而在年代间变化水平上,气温和降水对植被生长都有影响,其中气温要比降水更显著;玛曲县降水和气温在季节尺度上对NDVI的影响不明显,除夏季气温与夏季NDVI关系密切之外,其他季节的关系均不明显.（5）按植被变化特点,将NDVI变化斜率最大值0.005定义为返青期指标,发现该地区牧草返青期的变化主要受温度条件影响,随气候变暖,返青期提前,其变化规律为4～5月份平均气温每10年升高0.6℃,返青期每10年提前3 d.     

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。     

黄土高原与安塞县植被变化及其气候响应特征

利用1982～2003年黄土高原和安塞县归一化植被指数(NDVI)及安塞县气候资料,分析了黄土高原不同尺度范围植被的时间变异特征及其对安塞县气候变化的可能影响.结果表明:(1)22年间黄土高原植被NDVI以年均7.0×10-4增加,且春秋植被NDVI增加显著,表明黄土高原植被覆盖状况明显改善.(2)安塞县植被NDVI并未呈现显著增加趋势,且植被NDVI比黄土高原整体水平低22.93%,使得安塞县气候对黄土高原植被变化有显著的响应变化.(3)当黄土高原年际和春季植被NDVI每增加0.01,安塞县最高和最低气温分别增加0.42℃和0.26℃;生长季植被决定了黄土高原整体植被的分布,当其植被NDVI每增加0.01时,安塞县年均相对湿度增加1.14%,蒸发量和风速分别下降49.70 mm和0.06 m*s-1.可见黄土高原植被恢复对其所含县域尺度区域的气候有明显影响.     

陕北长城沿线风沙区植被指数变化及其与气候的关系

陕北长城沿线风沙区位于毛乌素沙漠东南部边沿,属毛乌素沙地向东南移动的最活跃地段,生态环境十分脆弱。使用1981～2003年23a长时间序列的NOAA/AHRR NDVI数据、气候资料,分析了陕北长城沿线风沙区植被覆盖的历史演变及其与气候因子的关系。结果表明:(1)陕北长城沿线风沙区植被覆盖状况23a来尽管有波动起伏,但是整体在持续转好,年平均NDVI增加了10.62%。低覆盖率植被面积在减少,高覆盖率植被面积在增加。夏季的NDVI值最高、波动起伏最大,其次是秋季;春、夏、秋三季的NDVI具有明显的上升趋势,季平均NDVI年增长率夏季最大,秋季次之;夏、秋季NDVI与年NDVI具有很高的相关性,这两个季节的植被状况基本决定了全年的植被分布状况。NDVI年变化曲线为单峰型,春季NDVI缓慢增加,秋季NDVI降低速度比较快。(2)年平均NDVI与温度的年际变化相关不明显,各季节NDVI与温度相关也不明显。近年来长城沿线风沙区的年降水量没有明显增加,而年平均NDVI线性增加趋势显著,降水量是引起NDVI年际波动的主要因子,非气候因素是年平均NDVI线性增加的主要原因。降水量与NDVI存在着明显的年相关和隔季相关。年降水量与年NDVI的相关,冬季降水量与春季NDVI的相关,春季降水量与夏季NDVI的相关,夏季降水量与秋季NDVI的相关性都非常高。(3)非气候因素中生态保护和环境建设等人为措施,如植树造林、草原围栏封育等是导致植被显著增加的重要原因。     

近20年来中国植被活动在增强

为阐明近20年来中国植被覆盖变化的整体状况, 利用归一化植被指数(NDVI)作为植被活动的指标, 使用第3代NOAA-AVHRR/NDVI时间序列数据, 研究了1982~1999年间中国地区NDVI的变化. 为消除地表非植被因素的影响, 参考国际惯例, 定义年NDVI≥0.1的地区为有植被覆盖地区(简称植被地区), NDVI < 0.1的地区为植被稀少地区. 结果表明, 18年来, 我国大多数地区的NDVI都呈现不同程度的增加趋势, 表明我国的植被活动在增强. 与80年代初相比, 90年代末植被地区的面积增加3.5%, 植被稀少地区的面积下降了18.1%. 全国平均年NDVI增加了7.4%. 生长季节的延长和生长加速是我国NDVI增加的主要原因, 而温度上升和夏季降水量的增加以及农业活动的加强可能是其主要的驱动因子. 我国NDVI变化趋势显示了较大的空间异质性: 东部沿海地区呈下降趋势或变化不明显; 农业产区和西部地区增加显著. 这种空间异质性是由于城市化过程、农业生产活动、区域气候特征以及植被对气候变化的区域响应等综合因素作用的结果.     

2000-2010年陕西北部不同类型草地面积及其覆盖度变化

利用生态系统分类及生态参量数据产品,运用植被覆盖度年际变异系数、趋势斜率和退化指数等草地覆盖度变化状况评价指标,对陕西北部重大生态建设工程实施关键年份（2000-2010年）内各类型草地植被覆盖度的演替状况进行研究。结果显示：（1）延安市和榆林市的黄土沟壑区草地生态系统面积明显增加,年均植被覆盖度由2000年的27.94%增长到2010年的40.50%,草地覆盖度整体由低覆盖向中覆盖等级转变,其中温带草原和温性草丛覆盖度呈明显上升趋势。（2）陕西北部大部分草地覆盖度波动变化明显,延河以北温带草原稳定性低,延河以南温性草丛稳定性较高、波动变化较小;93.98%的草地区域覆盖度呈上升趋势,其中极显著上升区域主要分布在黄土沟壑区;3.23%的降低区域集中于榆林市西北部的温带荒漠草原分布区。（3）11年间,陕西北部退化草地得到改善恢复的面积由2000-2005年期间的9594.44 km²增加到2005-2010年期间的26 544.39 km²,远大于退化区域,草地极重度退化程度得到扭转。本研究表明陕西北部不同类型草地覆盖度均不同程度得到了缓解和改善。     

陕西省植被覆盖时空变化及其对极端气候的响应

基于2001—2018年MODIS NDVI数据,从生态分区视角分析陕西省归一化植被指数(NDVI)的时空变化特征,并结合该地区31个气象站点日值数据,探讨NDVI对极端气温和极端降水指数的响应特征。结果表明：(1)陕西省及其各生态区的NDVI变化均显著上升,整体呈南高北低的分布特点,其中秦巴山地落叶与阔叶林生态区(IV)NDVI值最高为0.86,陕北北部典型草原生态区(I)NDVI值最低为0.38。(2)年际尺度上,陕西省NDVI与极端气温暖极值(暖夜日数)和极端降水指数总体呈显著正相关(P<0.05),在陕西省北部NDVI变化主要受极端降水的影响,南部则对极端气温的敏感度更高。(3)多年月尺度上,各生态区NDVI对极端气温冷极值(最低气温、日最低气温的极低值和日最高气温的极低值)和极端气温暖极值(最高气温、日最低气温的极高值和日最高气温的极高值)存在明显的滞后性,滞后时间多为3个月;与极端降水指数(单日最大降水量和连续5日最大降水量)的滞后时间为2个月,说明陕西省内NDVI对极端气候的响应具有显著的滞后效应。     

基于MODIS NDVI的辽河保护区成立前后植被覆盖时空动态研究

以2010年成立以自然生态恢复为主的辽河保护区为研究对象,基于中分辨率成像光谱仪(MODIS)获取的500米分辨率的归一化植被指数(NDVI)数据,研究了辽河保护区成立前(2000—2009年)和成立后(2010—2015年)植被覆盖时空动态。结果表明:(1)2000—2015年NDVI呈现持续增加趋势;2000—2009年NDVI的年际增加主要发生在夏季,2010—2015年NDVI的年际增加主要发生在春季和冬季。辽河保护区成立后春季NDVI的逐年增加有利于该区域防风固沙功能的提升。(2)季节尺度上,2000—2009年春季降水量与春季和夏季NDVI显著正相关,夏季气温与夏季NDVI显著负相关;2010—2015年仅夏季NDVI动态受春季气温和夏季日照时数变化的影响。(3)月尺度上,气温是影响辽河保护区NDVI变化的主要气候因素,2000—2015年NDVI动态对气温变化的响应存在1个月的滞后期;2000—2009年NDVI动态对降水变化的响应存在1个月的滞后期,2010—2015年则无滞后效应。(4)2000—2009年影响NDVI动态的人类活动主要为农田耕作;辽河保护区成立后,河岸带封育区内的自然恢复和小型人工湿地建设促进了NDVI增加,大型人工湿地建设和人工经营牧草地对NDVI动态无显著影响。     

Spatio-temporal variations of vegetation cover in northern Shaanxi Province under the background of ecological restoration

Based on the 2000-2008 MODIS-NDVI images and using dimidiate pixel model, a dynamic evaluation was made on the vegetation coverage in northern Shaanxi Province, one of the ecologically fragile area in China, under the backgrounds of returning farmland to forestland and grassland and of the integrated management of soil and water loss. In 2000-2008, the vegetation coverage in the study area fluctuated within a year, being the highest in August and the lowest in March, and showed an increasing trend from the northwest to the southeast. The annual maximum vegetation coverage had a pronounced increase, but the area of medium and high coverage increased while that of low coverage decreased. The increased area of vegetation coverage occupied more than half of the study area, especially in the northeast. Climate features and human activities were the main causes inducing the pronounced increase of vegetation coverage, reflecting to a certain extent the effectiveness of ecological restoration efforts. The dimidiate pixel model based on the MODIS-NDVI images could well and truly simulate the spatiotemporal variation trend of the vegetation cover in northern Shaanxi, and be applicable to quantitatively estimate and evaluate the effectiveness of vegetation restoration at regional scale.     

黄土高原植被恢复成效及影响因素

黄土高原是退耕还林还草工程背景下地表格局及植被变化最为显著的地区之一,评估黄土高原的植被恢复成效及影响因素是促进区域植被恢复政策优化的关键环节。基于不同时间尺度植被覆盖度和植被净初级生产力趋势变化,提出了量化区域植被恢复成效的新方法,采用结构方程模型研究社会经济因素对植被恢复成效的影响及其随时间产生的变化,通过地理加权回归探索气候和关键社会经济因子对植被恢复成效的空间非平稳影响。研究结果刻画了2000-2015年黄土高原植被恢复的持续改善过程：截止2015年,黄土高原88.20%的面积植被恢复成效明显,高值区集中于陕北地区及山西省各县区。农村劳动力的下降使得植被恢复所受人口压力减缓,负影响由-0.95变为-0.86;农业生产力的提升是黄土高原植被恢复成效改善的重要社会经济因素。气候及社会经济因子对黄土高原植被恢复成效的影响呈现显著的空间差异：多年平均降水对黄土高原东部29.30%的地区影响最大,且为促进作用,平均温度是北部和西部风沙草地植被恢复成效的主导影响因子（占总面积20.93%）;黄土高原中西部47.02%的地区则受社会经济因素的影响更加明显。当前研究揭示了黄土高原的植被恢复效果及关键影响因子,可为区域植被恢复政策的优化提供科学支撑。     

利用遥感信息研究西藏地区主要植被年内和年际变化规律

利用1982～2000年NOAA-AVHRR月合成NDVI遥感资料和相关气象台站数据对我国西藏地区的稀疏草地、浓密草地和Tebit森林等主要植被的变化进行了初探。利用月合成NDVI的多年平均值分析了植被指数年内季节性变化规律及其与气候因子的关系,利用多年月合成NDVI的标准差描述了NDVI年际间波动情况。结果表明,在西藏地区,浓密草地和Tebit森林的NDVI植被指数年内变化规律呈明显的季节性,而稀疏草地则不明显;在年际变化方面,浓密草地月合成NDVI值波动幅度最大,Tebit森林次之,稀疏草地最小,且波动幅度较大的月份集中在NDVI值较高的植被生长季节6～10月份。     

2001-2015年天山北坡植被覆盖动态变化研究

利用天山北坡2001-2015年植被生长比较旺盛月份（6-9月）的MODIS NDVI产品数据,结合像元二分法进行植被覆盖度提取,并对其空间分布特征、随时间及地形的动态变化和面积加权重心进行分析。研究表明：（1）天山北坡6-9月多年平均植被覆盖度介于0.4-0.5,以低、中低植被覆盖度为主,各等级植被覆盖度大致呈西北-东南向相间分布;（2）2001-2015年间,植被覆盖度有逐渐上升的趋势;植被覆盖改善区域（54.42%）大于退化区域（45.58%）,西部较东部改善更为明显;植被覆盖度变异类型以弱变异和中等变异为主,植被覆盖度变化类型以稳定型为主;（3）天山北坡区域植被覆盖度变化受海拔高度影响明显：随着海拔高度的上升,较低植被覆盖度比例呈现先上升后下降再次上升趋势,较高植被覆盖度则与之相反;海拔3880 m以上低植被覆盖度占绝对优势,较高的植被覆盖度占比逐渐下降直至几乎绝迹;（4）各等级植被覆盖度面积加权重心集中在沙湾县、石河子市、玛纳斯县及呼图壁县;并呈现由集中到相对分散的趋势。