基于MODIS数据的北京植被叶面积指数的时空变化

利用MODIS产品中分辨率为1 km的LAI数据,结合植被功能型分类,分析了2010—2012年北京植被LAI的月际变化与空间分布特征;并在GIS与Timesat软件的支持下,探讨了各种植被类型LAI的多年变化。结果表明:在2010—2012年的不同月份中,北京的植被LAI较高值均出现在西北山地、东北山地、怀柔北部等林地,并呈现从东北山地至西南向中心城区的递减分布;其次,基于LAI叠加分析的结果显示,各种植被类型LAI年平均值的波动均较小,在2010—2012年,针叶林、阔叶林、草地、作物LAI的年均值波动范围分别在1.45~1.50、1.24~1.27、0.90~0.92和0.48~0.51;此外,Savitzky-Golay平滑滤波结果表明,针叶林、阔叶林、草地、作物LAI的月际变化基本体现了植被的生长轨迹。     

基于MODIS NDVI的东北虎分布区植被变化趋势

基于2000-2010年MODIS NDVI(分辨率250 m)生长季均值数据,采用普通线性回归方法,分析了东北虎分布区——俄罗斯远东和中国东北东部地区植被的变化趋势及其与人类活动的关系.结果表明:研究期间,归一化植被指数(NDVI)显著下降像元面积占当前东北虎分布区面积的比例为9.6％,NDVI显著上升像元所占面积比例仅0.5％;NDVI显著下降像元散布于整个研究区,NDVI显著上升像元则集中在俄罗斯远东的北部中间区域;东北虎分布区内NDVI显著下降像元的面积比例稍高于其在整个研究区域的面积比例.当前东北虎分布区内土地覆盖类型的变化以渐变形式为主.NDVI显著下降的像元主要分布在海拔低、坡度缓以及距公路和铁路较近的区域;NDVI显著下降的像元先随着与居民点最近距离的增加而增多,而后持续下降,NDVI显著下降与人类活动密切相关.采取有效措施减少人类活动的干扰,可遏制该地区植被退化,进而为东北虎保护和维护该区域丰富的生物多样性提供可持续的基础.     

基于MODIS/NDVI时间序列的森林灾害快速评估方法——以贵州省为例

以2005—2008年中分辨率成像光谱仪(MODIS)的归一化植被指数(NDVI)数据集为主要数据源构建研究区时间序列,结合统计学分析方法设计一套快速有效的森林灾害评估体系,用以探测森林资源损失的空间分布范围与灾害等级,并利用森林资源雪凝灾害损失的实际调查数据对评估结果进行一致性检验。结果表明:通过计算2005—2007年研究区所有森林像元的平均值R珔2005-2007和平均绝对偏差δall,确定森林灾害阈值DT为0.048;利用该阈值,获取2008年受灾较重的森林空间分布,主要密集分布在贵州省东南部和东北部,包括了黔南自治州、黔东南自治州和铜仁市等地区;受灾森林像元数占总森林像元数的28.6%,高于凝冻灾害森林资源损失实际调查结果(17.7%);在县域尺度上,根据MODIS/NDVI关键期影像获取的森林资源损失区域和灾害等级,确定德江、沿河和都匀等11个重度受灾县(市、区)和湄潭、榕江和桐梓等10个中度受灾县(市、区),与小班调查结果具有较高的一致性,其Kappa系数为0.86。方法为大区域尺度的森林灾害快速评估提供了一种新思路。     

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。     

基于遥感数据对中国表土花粉进行植被覆盖度定量估算的研究

本文主要探讨利用现代类比法将表土花粉数据定量转换为植被覆盖度的方法,以及该方法在中国复杂地貌和气候环境中应用的可行性和可信度.陆地植被覆盖使用了卫星遥感MODIS 500×500m分辨率的栅格数据,覆盖度分类为乔木、草地和裸地三种.使用的表土花粉数据共1 127个样点,其地理分布基本能够覆盖中国的各种植被类型.用于现代类比法定量计算的化粉变量类型共64个.研究结果表明,计算获得的每个样点的植被覆盖度与MODIS实际观测值具有很好的对应性,基于花粉的覆盖度估算值与遥感实际观测值之间的相关性很高,其中裸地达到0.99,乔木达到0.97,草地为0.95.从空间分布看,利用花粉定量转换的植被覆盖样点可以清楚地识别从裸地向草地和乔木的变化区间,并且与植被分布的实际情况吻合.本研究证明,基于中国表土花粉数据对植被覆盖度的定量恢复足可行的.此外,研究发现乔木覆盖度较高的对应特征花粉较多,主要是松属、栲属、栎属(含青冈栎)、桦属、桤木属、杨梅属、冷杉属,云杉属等,而草地的对应特征花粉类型有莎草科、禾本科、蒿属、蔷薇科、豆科等,裸地主要为麻黄属和藜科等.     

基于MODIS数据的三北防护林工程区植被覆盖度提取与分析

以像元二分模型为基础,构建了基于归一化植被指数(NDVI)的植被覆盖度定量估算模型,并利用MODIS-NDVI时间序列数据,估算了三北防护林工程区2001年8月和2007年8月的植被覆盖度,分析了三北防护林工程区植被覆盖度的时空变化特征.结果表明:2001-2007年三北防护林工程区植被覆盖度变化较为明显,平均覆盖度增加了2.07%,其中吉林、山西、陕西和宁夏四省变化幅度最为显著,增加幅度分别达到27.37%、14.12%、9.29%和9.22%.研究区植被覆盖度增加的主要自然原因是降雨量的增加,主要人为原因是人们环境意识的提高以及国家实施的封山育林、退耕还林还草等一系列生态保护政策,特别是三北防护林体系建设工程.     

基于MODIS遥感监测的东南亚地区植被动态

利用2000-2008年的MODIS陆地产品MOD15A2(fPAR)与空间插值的气温和热带降雨观测卫星(TRMM)数据,分析了东南亚地区植被时空动态,主要分析了常绿阔叶林、灌丛草原、热带草丛和农田4种植被fPAR的年际变化、季节变化特征及其与气候的相关性.结果表明:(1)2000-2008年研究区植被的fPAR平均为47.58%,呈由西北向东南递增、沿海高于内陆的空间分布格局.(2)研究区87.34%的区域植被fPAR变化不显著.(3)fPAR能够反映植被时空动态,对气候变化具有较好的响应.fPAR的动态变化表明,不同区域的各植被生长年际变化各有差异,其所受气温和降水的影响程度也不同.     

东南亚沿海与内陆植被对洪水事件响应的稳定性差异

为探讨东南亚沿海与内陆地区植被对洪水事件的响应差异,基于东南亚2000-2018年MODIS卫星遥感数据和洪水数据,通过比较东南亚洪水发生区域,共确定自2000年来影响最大、破坏程度相近的2个沿海洪水事件、2个内陆洪水事件以及1个沿海内陆洪水事件。以Google Earth Engine为数据处理平台,利用Sen+Mann-Kendall趋势法分析了2000-2018年研究区NDVI变化,发现5个研究区19年间NDVI均呈现出上升趋势,平均增速为0.013/10a,沿海与内陆植被在时空演变格局上无明显差异;基于灾害植被破坏指数的分析发现,内陆与沿海植被在洪水影响下的植被破坏指数分别为0.29与-0.25,植被破坏面积分别占比为14.29%与18.11%,内陆植被破坏程度小于沿海地区。同时,排除人类干扰强烈的耕地与人造地表,沿海研究区植被生态系统对洪水事件的抵抗力指数为88.15,明显强于内陆地区的28.89。草地表现出最强的抵抗力,其次为林地;而在植被恢复力方面,表现出相反的趋势。人类活动影响降低了内陆地区洪水灾害对植被的破坏。研究东南亚沿海与内陆植被对单次洪水事件的差异响应,排除内陆与沿海地区洪水事件累计影响,能够为东南亚沿海与内陆植被抵抗洪水灾害提出有针对性的建议。     

基于MODIS植被指数的藏北高原植被物候空间分布特征

基于非对称高斯拟合算法重建了2001-2010年的MODIS EVI时间序列影像,利用动态阈值法提取2001-2010年各年藏北高原植被覆盖的关键物候参数(生长季峰值、返青期、枯黄期及生长季长度),并在此基础上分析了藏北高原植被覆盖的物候参数空间分布特征.结果表明:植被生长季EVImax、物候返青期及生长季长度均表现出从东南到西北过渡的水平地带性与东南高山峡谷区的垂直地带性相结合的空间格局;对于不同地表覆盖类型,EVImax、返青期、生长季长度均呈现农林混合区＞林灌区＞草甸＞草原＞荒漠草原的特征,枯黄期除农林混合区较迟外,其他4种地表覆盖类型时间接近;对于不同气候区划,植被生长季EVImax、返青期、生长季长度表现出半湿润区→半干旱区→干旱区的递变规律;研究区内植被物候受地形影响较大,随着海拔的升高,植被生长季EVImax降低、物候返青期推迟、生长季长度减小.     

基于MODIS的东北地区自然植被生产力对干旱的响应

干旱对全球陆地生态系统影响广泛,中国东北地区干湿分异典型,干旱面积有逐步增大趋势,为了解东北地区自然植被生产力对干旱的响应,基于MODIS公开的数据产品、降水数据和scPDSI,采用统计学方法,在明确2002—2013年东北地区干旱分布特征的基础上,分析自然植被NPP、LAI和CUE的时空变化规律,探究自然植被对独立干旱事件和持续干旱的响应,结果表明:①从2002—2013年平均水平上看,森林的NPP和LAI年平均值明显高于草地,CUE年平均值略低于草地;②森林和草地均通过降低NPP和LAI来应对独立干旱事件,森林的NPP在干旱年过后第3年显著低于干旱前,LAI在干旱年过后第2年显著高于干旱前,而且这种变化效应至少持续到干旱年过后第4年;草地的NPP和LAI仅在独立干旱年当年有显著变化;③随着干旱的持续,森林NPP增加的比例有扩大趋势,LAI_(Baseline)较低的森林在持续干旱时ΔLAI_(Dryn)增加的可能性越大;草地对持续干旱也具有一定的适用能力,而且NPP_(Baseline)、LAI_(Baseline)和CUE_(Baseline)较低的草地,在持续干旱时ΔNPP_(Dryn)、ΔLAI_(Dryn)和ΔCUE_(Dryn)增加的可能性越大;④无论是独立干旱事件还是持续干旱,森林或草地的CUE变化很少达到显著性水平,变化规律的显著性也低于NPP和LAI。该项研究将为提高干旱对自然生态系统影响的评估能力做出贡献。     

Climate controls on vegetation phenological patterns in northern mid- and high latitudes inferred from MODIS data

Recent studies using both field measurements and satellite-derived-vegetation indices have demonstrated that global warming is influencing vegetation growth and phenology. To accurately predict the future response of vegetation to climate variation, a thorough understanding of vegetation phenological cycles and their relationship to temperature and precipitation is required. In this paper, vegetation phenological transition dates identified using data from the moderate-resolution imaging spectroradiometer (MODIS) in 2001 are linked with MODIS land surface temperature (LST) data from the northern hemisphere between 35°N and 70°N. The results show well-defined patterns dependent on latitude, in which vegetation greenup gradually migrates northward starting in March, and dormancy spreads southward from late September. Among natural vegetation land-cover types, the growing-season length for forests is strongly correlated with variation in mean annual LST. For urban areas, the onset of greenup is 4–9 days earlier on average, and the onset of dormancy is about 2–16 days later, relative to adjacent natural vegetation. This difference (especially for urban vs. forests) is apparently related to urban heat island effects that result in both the average spring temperature and the mean annual temperature in urban areas being about 1–3°C higher relative to rural areas. The results also indicate that urban heat island effects on vegetation phenology are stronger in North America than in Europe and Asia. Finally, the onset of forest greenup at continental scales can be effectively described using a thermal time-chilling model, which can be used to infer the delay or advance of greenup onset in relation to climatic warming at global scale.     

Terra MODIS和Aqua MODIS波段反射率及植被指数比较

对Terra MODIS和Aqua MODIS之间单波段反射率及植被指数进行了比较.结果表明:Terra MODIS和Aqua MODIS单波段反射率及植被指数具有极显著的相关性,植被指数较单波段反射率相关性更高些;Terra MODIS单波段反射率值普遍较Aqua MODIS值低,而植被指数值普遍较Aqua MODIS值高;不同时段Terra MODIS和Aqua MODIS单波段反射率及植被指数间差异不同,植被指数在冬季差异最大,而单波段反射率则在夏秋季差异较大;不同植被类型Terra MODIS和Aqua MODIS间植被指数差异总体规律相似,但单波段反射率间差异较为复杂;草甸、草原无论是单波段反射率还是植被指数,Terra MODIS和AquaMODIS的差异均比其他几种植被类型小,而阔叶林和一年两熟作物则差异相对大些.     

Monitoring temporal dynamics of Great Artesian Basin wetland vegetation,Australia, using MODIS NDVI

The Great Artesian Basin springs (Australia) are unique groundwater dependent wetland ecosystems of great significance, but are endangered by anthropogenic water extraction from the underlying aquifers. Relationships have been established between the wetland area associated with individual springs and their discharge, providing a potential means of monitoring groundwater flow using measurements of vegetated wetland area. Previous attempts to use this relationship to monitor GAB springs have used aerial photography or high resolution satellite images and gave sporadic temporal information. These “snapshot” studies need to be placed within a longer and more regular context to better assess changes in response to aquifer draw-downs. In this study we test the potential of 8 years of Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer Normalised Difference Vegetation Index data as a long-term tracer of the temporal dynamics of wetland vegetation at the Dalhousie Springs Complex of the Great Artesian Basin. NDVI time series were extracted from MODIS images and phenologies of the main wetland vegetation species defined. Photosynthetic activity within wetlands could be discriminated from surrounding land responses in this medium resolution imagery. The study showed good correlation between wetland vegetated area and groundwater flow over the 2002–2010 period, but also the important influence of natural species phenologies, rainfall, and anthropogenic activity on the observed seasonal and inter-annual vegetation dynamics. Declining trends in the extent (km²) of vegetated wetland areas were observed between 2002 and 2009 followed by a return of wetland vegetation since 2010. This study underlines the need to continue long-term medium resolution satellite studies of the GAB to fully understand variability and trends in the spring-fed wetlands. The MODIS record allows a good understanding of variability within the wetlands, and gives a high temporal-frequency context for less frequent higher spatial resolution studies, therefore providing a strong baseline for assessment of future changes.     

基于MODIS植被指数评估洞庭湖区东方田鼠大暴发的危害

鼠害大暴发年份对受害植被分布和受害等级的快速评价,对于鼠害防治和恢复农业生产具有重要意义。研究以洞庭湖北洲子区域东方田鼠(Microtus fortis)为例,提出通过分析植被指数变动规律以确定评价时间的方法,通过植被指数对鼠害的敏感性分析,选择增强型植被指数(Enhanced vegetation index,EVI)为适宜植被指数,0.07为具有代表性的灾害阈值。运用植被指数差值法获得研究区作物危害分布图与危害等级分布图,表明东方田鼠危害区具有聚集和离大堤一定距离的特点。比较洞庭湖区实地踏查获得的东方田鼠危害图与灾害阈值确定的危害像元分布图,表明基于MODIS(Moderate-resolution imagine spectroradiometer)植被指数的鼠类暴发年份评估方法准确可行。     

Detecting soil salinity with MODIS time series VI data

Mapping of salinization using the satellite derived vegetation indices (VIs) remains difficult at broad regional scales due to the low classification accuracy. Satellite derived VIs from the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) have more potential because the MODIS balances the requirements of spatial detail, spectral and temporal density and tends to reflect vegetation responses through time. However, the relationship between MODIS data and salinity may be underestimated in previous studies because the MODIS time series data were not investigated thoroughly, especially regarding vegetation phenology. This study assessed the applicability of MODIS time series VI data for monitoring soil salinization with a series of MODIS pixels selected in the Yellow River Delta, China. The hidden information in vegetation phenology was investigated by improving the quality of VIs time series data with the Savitzky–Golay filter, extracting the phenological markers and differentiating VIs time series data based on vegetation types. The results showed that the quality of the enhanced vegetation index (EVI) time series data were improved by the Savitzky–Golay filter, which could provide more accurate thresholds of phenological stages than the empirical definition. The seasonal integral of EVI (EVI-SI) extracted from the smoothed EVI time series profile was verified as the best indicator of the degree of soil salinity. Additionally, the correlation of EVI-SI and soil salinity was highly dependent on land cover heterogeneity, and the ranges of correlation coefficients were as high as 0.59–0.92. EVI-SI was linearly correlated with EC_e in cropland with a high model fit (R² = 0.85). The relationship of EVI-SI and EC_e fit best with a binomial line and EVI-SI was able to explain 70% of the variance of EC_e. Despite the poor fit of the linear regression model in mixed sites limited by spatial resolution (R² = 0.32), MODIS time series VI data, as well as the extracted seasonal parameters, still show great potential to assess large-scale soil salinization.     

水淹频率变化对鄱阳湖增强型植被指数的影响

水淹状况是湿地植被动态的重要影响因素。该研究基于谷歌地球引擎(GEE)平台, 利用2000-03-01至2020-02-29所有覆盖研究区域的MODIS遥感影像数据, 分析20年间水淹频率(IF)、增强型植被指数(EVI)的时空变化以及湿地植被对IF变化的响应, 得出以下结论: (1) 20年来鄱阳湖水文节律发生了明显改变, 高IF (IF > 75%)水域面积呈现下降趋势, 从2000年1 435.3 km²下降至2019年的510.25 km², 降幅为64.45%; (2)区域平均EVI呈显著上升趋势, 植被扩张主要集中在中部IF下降区域; (3)分析不同总水淹频率区域中平均EVI年际变化, 发现EVI与水淹状况的变化趋势相似, 2009年之后鄱阳湖水域面积萎缩趋势缓解, EVI增长速度出现下降; (4)鄱阳湖湿地植被主要沿水域面积萎缩方向扩张, 基于像元统计20年间IF与EVI的变化趋势, 发现它们在空间分布上高度吻合, 这种空间异质性进一步证实水淹状况起到调节植被动态变化的作用。     

TVDI模型的农业旱情时空变化遥感应用

温度植被干旱指数(TVDI)是一种通过反演土壤湿度来反映农业干旱状况的重要方法,其中能量平衡和植被指数的变化是影响TVDI模型精度的主要因子。在研究比值植被指数(RVI)、归一化植被指数(NDVI)、增强型植被指数(EVI)和修正土壤调节植被指数(MSAVI)和下垫面温度(Ts)的基础上,引入DEM数据并对Ts做地形校正,减少了地形起伏对能量平衡的影响,建立不同植被指数的Ts-Ⅵ特征空间,选择与土壤湿度相关性最好的温度植被干旱指数(TVDI),获取研究区2005年作物生长季(5—9月)的干旱状况,并用同步的气象信息对干旱状况进行验证。结果表明:根据不同时期采用不同植被指数的TVDI模型,经过地形校正后能够更好地反映研究区的农业干旱状况。