黑河流域2001~2017年植被变化特征及其可延续性评价

植被的变化特征是流域生态监测的重要内容和流域综合管理决策的基础信息。基于谷歌地球引擎(Google Earth Engine,GEE),利用空间分辨率为250 m的MODIS-EVI(Enhanced Vegetation Index)产品,研究2001~2017年黑河流域植被的时空变化趋势及延续性特征。结合气温、降水与河流径流量观测数据,分析黑河流域上游、中下游绿洲与非绿洲区植被变化的影响因素。结果表明:近17年来黑河流域植被年最大EVI值年均增幅为0.0039,年均新增植被面积为480.3 km^2。受气温、降水、耕地开垦、水资源管理措施及与其密切相关的地下水等因素的不同影响,上中下游表现出不同的变化特征。无论是年最大EVI值还是植被面积,中游的增加趋势最为显著,绿洲区较非绿洲区增加趋势更为明显。这种变化趋势短期内可能延续,但长时间内存在较大风险。研究为快速监测植被变化提供了示范,揭示了干旱区植被监测中长势变化与类型变化的同等重要性,流域植被变化的区域协同性对合理分水、加强地表-地下水协同管理等流域综合管理提出了更高要求。     

太湖流域植被NPP时空特征及其驱动因素研究

为了探究太湖流域植被净初级生产力(net primary productivity, NPP)2000—2019年的时空动态变化,定量识别其驱动因素并分析其影响,采用趋势分析、Hurst指数等方法研究了2000—2019年太湖流域植被NPP的时空变化特点,并结合气象、土地、人口等数据,运用相关性分析、地理探测器方法等从两方面揭示其驱动因素。结果表明：流域植被NPP多年均值呈波动上升趋势,空间上表现为西南高、中东部低的分布格局;未来流域植被NPP可能会以反持续性趋势为主,即会有所下降;气候因子与NPP的相关性不显著,土地利用变化是造成植被NPP流失的主要因素之一;单因子驱动中,土地利用变化对植被NPP的解释力最强,双因子则是以土地利用和降水因子的交互作用为主。     

利用MODIS植被指数评估分水对黑河中游的影响

为缓解黑河下游额济纳旗生态恶化的现状,国家对黑河流域实施了分水政策。在下游环境得到了充分改善的同时,中游绿洲地区的发展却受到了不同程度的限制。利用2000~2004年的MODIS归一化植被指数数据,对中游两个绿洲地区连续5 a生长季的植被覆盖面积进行监测。分析并对比其植被覆盖面积的增长趋势,对黑河流域中游地区受分水影响的程度做出评估。     

近10a新疆地区植被动态与R/S分析

利用SPOT VGT传感器的NDVI时序数据,采用时间序列谐波分析算法(HANTS)对NDVI数据进行去云预处理,基于趋势分析、Hurst指数分析等方法,研究了1999~2008年新疆植被覆盖的时空变化,分析了Hurst指数的空间分布规律及其在不同土地覆盖类型下的差异。结果表明：近10 a来,新疆植被总体呈现不显著的增加趋势且具有明显的空间差异性。R/S分析表明,新疆大部分地区植被变化将保持现在的趋势,局部地区具有反持续性。各土地覆盖类型Hurst指数均在0.63以上,沙漠、戈壁、裸地的Hurst指数明显高于其它土地覆盖类型,受人类活动影响较大的土地覆盖类型其Hurst指数较低,可持续性低于自然或半自然状态下的植被覆盖类型。     

黑河流域植被覆盖变化及其对地形的响应

针对内陆河流域植被覆盖变化对地形响应研究不够深入的问题,利用趋势线模拟和Hurst指数等方法研究了2000-2015年黑河流域植被覆盖在地形上的分布规律和演化趋势,结果显示:1)植被覆盖随经度由西向东呈先增后减的趋势,随纬度增加亦呈先增后减趋势,在99°E～101°E经度带和37.4°N～38.5°N纬度带分布最广;2)植被覆盖在海拔1 500 m左右面积最大,在北坡向及坡度为0°～5°的平坦区域植被长势较好;3)近16年,植被NDV1年均值空间变化总体呈稳中向好的趋势,在1 000～1 500 m低海拔区植被变化明显,与人类活动有着紧密联系;在北坡和东北坡植被显著变化,不同坡度变化不明显;4)Hurst指数分析显示未来该区的植被覆盖存在一定的退化风险。     

基于TVDI河北省干热风同期土壤湿度监测研究

干热风是高温低湿型的灾害性天气。河北省是干热风易发地区,进行干热风易发期土壤湿度监测研究,对于评估干热风的影响与危害具有重要意义。选用2010年河北省干热风同期5~6月Terra/MODIS8期地表反射率产品MOD09A1和地表温度(LST)产品MOD11A2,通过构建LST\|EVI特征空间,得到温度植被干旱指数(TVDI)反映的河北省各时段的土壤湿度空间分布图。另外分析TVDI值与对应气象站点降水数据变化的趋势关系和二者的定量相关关系,发现降水数据变化与TVDI有较显著的负相关性,通过α=0.05显著性检验。基于研究结果可快速有效地反映研究区土壤湿度等级与空间分布变化状况,与及时更新的气象数据(风速、气温、降水等)相结合,在根据已有指标监测到干热风发生的基础上,评估干热风的影响与危害。     

利用MODIS EVI时间序列数据分析福建省植被变化(2000~2017年)

以全国森林覆盖率最高的福建省为研究对象,利用2000~2017年夏季的MODIS EVI植被指数数据和气象与非气象因子进行协同分析,以揭示近17年福建植被的时空变化及其影响因子。结果表明:研究期内福建的EVI均值整体上升,从2000年的0.454上升至2017年的0.505,17 a间上升了11.2%,表明福建省的植被整体处于变好的状态,且在中部和西南部的变化最明显。相关分析表明,在研究期内,气象因子(气温和降水)对EVI变化的影响不显著,植被的变好主要为非气象因子的作用。EVI的提高主要得益于2003年福建省建设生态省后森林覆盖率的提高,并和2012年开始的水土流失治理有明显关系,这说明人类活动的积极作用对福建植被的变好起到了关键的作用。     

海上丝绸之路沿线区域植被覆盖变化特征

基于2000~2016年的MODIS 13C2数据,利用CVA(变化矢量分析,Change Vector Analysis)、一元线性回归、Hurst指数等方法分析海上丝绸之路沿线植被覆盖变化特征及趋势,并编制植被覆盖变化特征图谱。研究表明:研究区内植被覆盖总体呈上升趋势,显著变化区域面积比例合计占1/3,其中植被显著改善区域面积合计占28.31%,植被显著退化区域面积合计占5.33%,植被覆盖变化趋势的自相似性和持续性突出;植被显著改善区域集中于南亚与西亚地区,显著退化区域除了部分集中分布于非洲地区外,其余离散分布在近海岸线地区。分析可见植被覆盖情况受海岸带人类活动强度和区域整体经济发展的双重影响,如中国东南部与东南亚地区经济正处在发展阶段,虽然植被整体呈改善与基本不变趋势,但沿线港口约有半数表现为植被退化趋势;而欧洲地区经济发达,沿线港口植被则大多呈改善趋势。     

基于GEE的石羊河流域植被覆盖变化特征及其影响因素分析

植被作为陆地生态系统的重要组成部分，常被用作评估气候变化和生态恢复成效的指标。以石羊河流域为研究对象，基于Google Earth Engine (GEE)平台采用Theil-Sen趋势分析和MannKendall检验（TS-MK）、Hurst指数揭示植被覆盖变化特征；采用偏相关分析、残差分析和地理探测器探究植被覆盖变化的影响因素。结果表明：2001～2020年间石羊河流域植被NDVI呈现波动增长趋势，增长率为0.023/10 a；呈显著增加趋势和显著减少趋势的面积占比分别为72.32%和2.40%。未来植被NDVI变化趋势保持一致（Hurst>0.5）的面积占比为63.84%，其中持续性显著增加的面积占比最大，为47.37%。偏相关分析结果表明降水对植被生长的影响较强，而温度、太阳辐射和饱和水汽压差的影响相对较弱。残差分析结果表明气候要素和人类活动影响下植被NDVI呈显著增加趋势的面积占比分别为21.59%和60.07%，石羊河流域的植被变化主要受人类活动的积极影响。此外，地理探测器的结果表明植被NDVI的空间分布主要受水热条件分布特征的影响。该研究结果有助于深化对植被覆盖变化...     

星载激光雷达在青藏高原湖泊变迁中的应用研究

基于ICESat GLAS数据,结合气温和降水地面观测数据,利用ANUSPLINE空间内插法和Theil-Sen’s中值斜率法,分析探讨HY 2003~2010年青藏高原湖泊水位变化特点及其对气候变化的时空响应特征。结果表明:青藏高原大部分湖泊水位集中在4 500~5 000m,主要分布在青藏高原的中部和西部地区,该地区湖泊水位变化十分剧烈,部分湖泊水位上升十分明显。高原南部的打加错、羊卓雍错和高原西部的班公错的湖泊水位下降趋势显著。同时,不同流域的湖泊水位随着气温和降水的变化而呈现出不同的变化趋势,湖泊水量的增加除依靠降水的直接补给外,也会受由温度变暖引起的积雪融水增加的影响。     

黑河流域NDVI周期性分析及其与气候因子的关系

利用2007~2009年的SPOT VEGETION NDVI数据来延长1982~2006年GIMMS(Global Inventory Monitoring and Modeling Studies) NDVI数据,从而得到1982~2009年的NDVI数据,结合同时期的气象资料,利用经验模态分解方法(EMD),对黑河流域季节合成植被指数(SINDVI)、气温以及降水序列的周期性进行了分析,并进一步分析了黑河上中下游NDVI和气温、降水之间的关系。结果表明：上游SINDVI与气温、降水均存在准3 a和准6 a的相似周期,中游SINDVI与气温存在准3 a和准10 a的相似周期,而与降水存在准3 a、准6 a、准8 a和准15 a的相似周期,下游SINDVI与气温存在准3 a和准10 a的相似周期,与降水存在准3 a和准6 a的相似周期。表明在黑河流域,气温和降水均是影响植被变化的重要因子,而气候因子的周期性变化主要受大气运动的影响,进而影响植被的周期变化。因此,EMD方法在分析植被动态的周期性特征及其与气象条件周期性的关系方面具有较好的效果。     

中亚地区植被净初级生产力时空动态及其与气候因子关系

植被净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)及其对气候变化的响应是全球变化的核心研究内容之一,研究中亚地区NPP的时空格局变化对理解植被—环境的作用机理以及应对全球变化具有重要的意义。基于MOD17A3数据集、气象数据结合GIS分析方法研究中亚地区2000~2014年的植被NPP时空动态特征及其与气候因子的关系。结果表明：①中亚地区空间上NPP的变化范围在0~874 gC/m²·a之间,平均值为151.90 gC/m²·a,NPP年总量平均值为482.41TgC (1 Tg=10¹² g),NPP平均值与总量均呈现出下降趋势;②中亚地区NPP的高值区主要分布在高纬度地区和东南部高山地区,中部和南部荒漠区则为NPP的低值区;③中亚地区2000~2014年间NPP在空间上总体呈现下降趋势,达到显著下降的区域总体面积的39.89%。NPP呈下降趋势的区域主要集中在哈萨克斯坦的大部分区域,不同分区内以典型草原区最为显著;④中亚地区NPP受降水量的影响作用高于气温,荒漠草原区、典型草原区以及荒漠区主要受到降水量的控制,高山草甸区与高山林地区则受到降水和气温的共同作用。     

2001~2010年松木希错流域植被动态变化遥感研究

遥感在区域植被变化研究中具有十分重要的作用,能为大面积监测植被状况的演化过程提供技术支持。NDVI在高植被覆盖地区存在过饱和现象,对稀疏地区的植被变化尤其敏感。以古里雅冰帽南部的松木希错流域植被相对稀疏区域为研究区,基于MODIS NDVI数据和逐月气象观测数据,以及RS和GIS平台,对该区域2001~2010年主要植被变化趋势进行了初步研究,并对植被变化与气候驱动因子的关系进行了分析和探讨。结果表明:① 2001~2010年间该区域的植被活动有加强趋势;② NDVI表明研究区植被生长季较短(5~9月),NDVI浮动区间为0.11～0.13,低于全国水平(0.3～0.35),也低于全球稀疏灌丛的平均水平(0.2～0.4);③NDVI与年均气温整体上呈正相关,而与年降水量相关性不强。表明近年来持续升温是影响该区域植被活动加强的最主要原因。     

基于Google Earth Engine的中国植被覆盖度时空变化特征分析

植被覆盖时空变化是全球及区域生态环境重要研究内容之一。基于Google Earth Engine云平台,利用2000~2017年250 m分辨率的MODIS-EVI长时间序列数据,采用像元二分模型并辅以趋势分析、去趋势标准差、Hurst指数方法定量估算中国自2000年来植被覆盖度时空变化,并从省域尺度分析中国植被覆盖度近18 a以及未来趋势变化的时空分异特征。研究结果表明:①2000年以来中国植被覆盖度的变化速率为0.09%/a(P<0.01),平均植被覆盖度为44.63%,空间分布格局上整体呈现“东南高、西北低”的特点,但存在空间异质性;②从省级尺度来看,海南省平均植被覆盖度最高(79%),新疆维吾尔自治区最低(13%),山西省改善趋势最显著(0.4%/a),天津市年际波动最大(DSD=0.039),位于中国最西部的3省:新疆、西藏、青海植被覆盖度年际波动最小;③全国尺度植被覆盖度Hurst指数为0.72,未来将继续保持改善的趋势。具有改善持续性的省份基本呈“T”型分布,位于东西两侧的省份应注重加强植被生态修复与防护工作,保障区域生态文明建设的持续性。     

HJ-1A/B卫星在干旱应急监测中的应用

利用我国环境与灾害监测小卫星(HJ-1A/B)的CCD和IRS数据,提出了针对这种新数据源的适用性应用方法,基于成熟应用的植被健康指数,对2010年3月湄公河流域发生的干旱进行应急监测,结果表明湄公河流域大部分区域农田发生干旱,中国无论从旱情发生面积和干旱严重程度上都是最为严重的。着重分析流域上游中国境内的4个水电站的水面和水位的变化信息,探讨对下游干旱的影响,得出上游大坝建设与流域下游干旱并无直接关系的结论。进一步说明了环境与灾害卫星在干旱监测应用中的可行性,将为我国乃至全球决策部门提供辅助支持信息。     

基于MODIS数据的农业干旱监测方法对比分析

利用2004年4月～6月上旬的MODIS影像数据,结合实测的土壤墒情数据,对比不同深度及不同拟合方式下土壤湿度的估算精度。另外,分别选用植被供水指数(VSWI)、基于EVI的植被供水指数(E-VSWI)、归一化多波段干旱指数(NMDI)与对应的土壤湿度数据进行回归分析,并在此基础上利用最优指数实现研究区土壤湿度的估算及旱情监测。结果表明:在华北平原中部地区冬小麦生长季节,利用MODIS数据进行土壤湿度估算的最佳深度是10cm;最佳拟合方式是线性拟合方式;植被供水指数(VSWI)在研究区整个时间序列具有最好的稳定性,可为今后大区域作物生长期的干旱监测提供一个简单方法。     

基于谐波分析和线性光谱模型的耕地信息提取

耕地是重要的农业资源,如何利用遥感技术快速准确地提取耕地信息是目前研究的热点。利用2000年MODIS/EVI时间序列数据提取关中地区耕地资源信息。以不同地类的EVI时间序列数据年内变化差异为分类依据,采用时间序列谐波分析法对全年时间谱EVI数据进行重构分析,减少噪音对信息提取的影响。经最小噪声分离变换(MNF变换)、纯净像元指数(PPI)计算以及N维可视化工具进行人机交互选取植被、耕地、城镇和水体4种端元,基于线性光谱混合模型,获取该地区耕地资源分布信息。通过与同年1∶10万土地利用数据对比验证,本研究提取的耕地总体精度为83%。研究表明：基于时间序列谐波分析法对EVI数据进行重构,利用不同地类的特征差异,采用混合像元分解的方法,可以精确获取耕地资源定量信息。该方法可为长期、大范围、动态的耕地分布和变化遥感监测提供技术参考,同时为国土资源管理部门提供决策支持。     

利用GRACE重力卫星监测黑河流域水储量变化

利用CSR数据中心公布的GRACE重力测量卫星最新数据RL04,经去相关和Fan滤波处理去除误差,提高结果精度,最终反演得到黑河流域2002~2008年水储量变化趋势,并对其进行时序特征和空间分布特征分析。结果表明：黑河流域水储量有明显的季节变化,水储量增加的最大幅度出现在夏季,减少的最大幅度出现在冬季;总体上水储量呈逐年上升趋势,水储量极值与降水极值具有较明显的一致性;水储量在空间上的分布受流域地形影响显著,上、中游水储量呈增加趋势,下游水储量部分地区减少,部分地区增加。     

内蒙古荒漠化年际动态变化及与气候因子分析

荒漠化是内蒙古最为严重的生态问题之一。荒漠化是指包括气候变异和人类活动在内的种种因素造成的干旱、半干旱和亚湿润干旱地区的土地退化。通过EOS-MODIS遥感数据计算归一化植被指数(NDVI)和植被覆盖指数(Pv),求得荒漠化指数(DI)进行荒漠化地区的识别。现代荒漠化受多种因素的驱动作用,其中自然因素是非常重要的因素,利用自然因素中的气温和降水数据与荒漠化指数进行相关分析,得到的相关结果较好,可以反映出荒漠化与气温有较高的正相关,荒漠化与降水存在很好负相关。     

近14年西南地区植被季节变化及与气候关系

针对我国西南地区植被对气候的适应性及对气候反馈的问题,基于1999~2012年归一化植被指数数据,结合同期气温和降水资料,探究该区主要植被类型对气候变化的响应方式。运用GIS和RS技术,采用最大值合成和变化斜率法,从季节尺度分析该区近14年植被覆盖的时空变化特征及与气温、降水关系。结果表明:1)近14年该区植被覆盖度四季均呈现增加趋势,其中春季增加速率最快(8.7%/10a)、趋势最为显著(P0.001),秋季次之,夏季最小(4%/10a)。2)该区植被以生长季提前为主要特征,气温是影响生长季提前的主要自然因素,降水增加则促使生长季振幅增大。所有植被类型(除农林交错植被)均表现为生长季提前,农林交错植被以生长季延长为主要特征。3)植被覆盖度增加以春季为主的区域面积最大(47.39%),分析表明生长季提前是该区植被对近14年气候变化的最主要响应方式,但这种季节响应存在显著的空间差异,若尔盖高原、四川盆地、云贵高原西部及广西丘陵大部的植被主要表现为生长季提前,而四川盆地和广西丘陵中部、及云贵高原中东部表现为生长季延长。