利用NDVI估算云覆盖地区的植被表面温度研究

干旱监测等实际应用都需要全面掌握地表温度(LST)的空间分布,而云覆盖是这种应用的重要阻碍。试图根据地表温度变化与地表植被之间的相互关系,研究遥感影像中云覆盖区域植被表面温度的估算方法。由于植被的蒸腾作用,植被茂密程度对其表面温度的空间分布有较大影响。这种影响不仅在晴朗无云区域存在,同样适用于云覆盖区域。因此,首先分析云覆盖区域周边无云植被像元的LST与植被指数NDVI之间的关系,建立方程式,然后再利用NDVI在短时间内相对稳定的特点用另一幅图像来获取云覆盖区域的NDVI值,最后根据NDVI与LST之间的关系估计云覆盖植被像元的表面温度。将这一方法应用到山东省聊城市的Landsat ETM+图像,结果表明：当云覆盖范围≤2 000个像元(约1.72 km²)时,通过NDVI来估计云覆盖区域植被表面温度的平均绝对误差<0.7 ℃,均方根误差<1.2 ℃。为了验证其实用性,又将该方法应用于安徽省蚌埠地区的TM图像,云覆盖范围在300个像元以下时,平均绝对误差小于0.1 ℃。因此,可以认为,当云覆盖范围不是很大时,利用NDVI估算云覆盖地区的植被表面温度,具有一定的可行性。     

长时间序列NDVI数据重建方法比较研究进展

长时间序列遥感数据集被广泛应用于全球或区域环境变化、植被动态变化、土地覆盖变化和植物生物物理参数反演等研究,受云、气溶胶、太阳高度角和地物二向反射等因素的影响,这些数据集本身存在很多噪声,限制了数据的深入分析和应用,因此,数据重建是应用前的重要工作。在总结归纳现有时间序列重建方法的基础上,综述了重建方法比较研究的成果,深入比较了常用重建方法对参数的设置要求,分析了目前对重建效果的评价方法以及存在的问题,同时对时间序列数据重建通用软件及其发展作了详细介绍。最后提出了时间序列重建以后的研究重点和发展方向,以期为长时间数据重建研究和应用提供帮助。     

沂蒙山区植被NDVI的时空特征及其对水热条件的响应

植被是生态环境变化的综合指示器,研究其对水热条件的响应已成为当前气候变化研究中的主要内容之一。选取北方土石山区典型代表--沂蒙山区为研究对象,基于沂蒙山区1980~2010年的气温、降水和2001~2010年MODIS\|NDVI数据,结合相关分析和最小二乘法,定量分析该区植被指数的年际、年内的时空变化及其对水热条件的响应。结果表明:①近10 a沂蒙山区NDVI max的变化斜率为0.0026;②植被显著退化区和良好区分别占研究区总面积的10.52%和28.62%;③不同季节(主要是春、夏和秋季)植被状况均呈现良性发展趋势;④台站数据显示植被年际变化与年降水和年均气温的关系并不密切,而在月时间尺度上植被与气温的相关性要强于与降水的相关性。综上所述,沂蒙山区植被状况总体呈良性发展趋势,气温可能是影响该区植被生长的主导因子。     

基于NDVI数据的江苏省植被物候变化及其影响因子分析

以气候变暖为主要特征的全球气候变化与生态系统的相互作用成为影响可持续发展的重要因素。植被作为陆地生态系统的主要组成部分,在生态环境评价及碳水循环等方面具有重要作用。以江苏省为研究区,利用长时间序列的GIMMS NDVI3g数据集和气象数据,采用Logistic函数法提取该区域过去34 a(1982~2015年)植被生长期物候(Start Of Season SOS,End Of Season EOS)变化的时空分布特征,并用相关性分析法定量确定主要气象因子(温度、降水)对物候变化的贡献。结果表明：①空间上,从江苏省南部到北部,SOS呈递增趋势,EOS呈递减趋势;②时间上,大部分(83.1%)像元的SOS提前,主要分布在江苏省中部及北部地区,大多提前1~2 d/a,69.2%像元的EOS延后,大多延后0~1 d/a;③植被生长期开始SOS/EOS对温度、降水有明显响应,70.5%像元的SOS与温度呈负相关,主要位于江苏省北部及少部分南部地区,55.5%像元的SOS与降水呈负相关,55.2%像元的EOS与温度呈正相关,71.2%像元的EOS与降水呈负相关。整体上,温度的升高导致生长期提前,降水对SOS具有双向作用,秋季物候的影响因子更为复杂,温度和降水的变化并不能导致EOS的提前或者推迟。本研究加深对气候变化与植被生态系统相互作用过程的认识,为未来植被及气候变化分析提供参考。     

基于Chen NDVI模型的NDVI尺度转换分形特性分析北大核心CSCD

空间尺度问题是定量遥感重要而基础的问题之一,文章针对“分形方法是否适用于定量遥感地表参数的尺度转换研究”的问题进行实验验证。基于传统及改进的Chen NDVI尺度转换模型,获得NDVI不同空间升尺度影像,进而利用分形尺度转换模型分析NDVI尺度转换结果,以获取“分形方法在NDVI尺度转换研究中的适用性结论”。以厦门为研究区,利用上述分形模型进行实验,结果表明:(1)若NDVI输入类型为均值,NDVI尺度转换特性更符合双对数直角坐标系下的线性函数关系,即分形特性;若NDVI输入类型为方差、方差/均值,NDVI尺度转换特性更符合直角坐标系下的对数函数关系;(2)农田在两种Chen NDVI模型及两种空间直角坐标系下所得拟合模型皆表现出显著的线性规律,尤其是其NDVI尺度转换分形特性表现显著;(3)综合而言,NDVI尺度转换结果具有分形特性,但NDVI尺度转换具有更为显著的直角坐标系下对数函数关系特性。文章所提出的融入精细地类信息的“类NDVI”地表参数通用尺度转换模型及尺度转换分形特性研究方法具有一定的代表性,值得参考。     

基于模型模拟的植被NDVI与观测天顶角和LAI的关系

利用PROSPECT和SAIL模型模拟了不同叶绿素含量、不同LAI和不同观测天顶角下的植被冠层反射率,分析了NDVI随LAI、观测天顶角和叶绿素含量的变化规律。结果表明:叶绿素影响冠层反射率主要在可见光波段,冠层反射率随叶绿素含量的增加而下降;冠层反射率随观测天顶角的增加而增加,而LAI较高时,其受观测天顶角的影响较小。观测天顶角相同时,随叶绿素含量的增加NDVI呈上升趋势;叶绿素含量一定时,NDVI随LAI的增加而增加。LAI为1时,在不同叶绿素含量下,随观测天顶角的增加,NDVI呈先下降后上升的趋势,拐点在观测天顶角65°或70°处,而LAI为3、5和7时,NDVI呈现下降趋势。叶绿素含量较高时,NDVI受观测天顶角的影响较小。当LAI较大和叶绿素含量较低时,NDVI随观测天顶角的增加(>70°)下降较快。     

基于OpenCL的NDVI算法

随着计算机技术的不断发展,软件的规模也越来越大。一张遥感图像可达到数G以上,处理起来有时候可能需要数个小时。因此,针对这些大数据量的系统来说,加速比提高一倍,就会使运行时间减少几个小时,这对于系统来说就是一种非常可观的现实,非常值得去实现。本文将以NDVI算法为例,主要介绍了NDVI算法、NDVI的应用和性质、OpenCL介绍。     

北美永久湿地NDVI时序变化特征分析——以哈德逊湾西南湿地区域为例

基于2001~2009年MCD12Q1数据,提取哈德逊湾西南区连续9年都是湿地的区域作为研究区。利用1982~2006年GIMMS NDVI数据,分析此区域25 a来NDVI季节、年际变化,并与温度、降水数据进行相关分析。结果显示:研究区域NDVI季节变化呈现单峰曲线形状,夏季达到最大值。1982~2006年NDVI年际变化在春秋两季与全年平均NDVI年际变化都呈增加趋势,夏季与冬季趋势则相反。此区域NDVI季节变化与温度、降水呈极显著相关,冬季NDVI年际变化与温度以及夏季NDVI年际变化与降水的相关性不显著,而其他各时期NDVI年际变化与温度、降水也都呈极显著相关。然而,由于人类活动及其他因素的影响,此区域的NDVI年际变化驱动还存在一定的不确定性。     

古尔班通古特沙漠梭梭林地NDVI的时间效应-基于物候变化和MODIS图像的研究

遥感图像信息提取研究是遥感研究中的一个关键问题,也是遥感研究的热点和难点之一。使用2000~2010年MODIS-NDVI 16 d合成数据和物候记录,借助GIS空间分析和统计分析方法,重构了古尔班通古特沙漠梭梭林地Mean NDVI时间序列特征曲线。分析物候与Mean NDVI时间序列表明,梭梭林地内的短命植物生长期早于梭梭。研究梭梭林地Mean NDVI时间序列曲线发现,曲线中存在一个明显区别于其他地物的特征点,该点可以作为梭梭林地信息“诊断点”。根据“诊断点”特征构建了梭梭林地特征指数模型(HFFI),进而反演了古尔班通古特沙漠梭梭林地信息,并利用地面实际观测资料进行验证,结果表明分类精度达到83%。     

青藏高原1982~2015年FPAR时空变化分析

植被吸收利用太阳光合有效辐射比率反映了植被固碳释氧能力,根据青藏高原GIMMS NDVI3g（1982~2015年）和MODIS NDVI（2001~2015年）数据,采用非线性半理论半经验模型进行FPAR反演及时空变化分析。结果表明：①2001~2015年GIMMS NDVI3g和MODIS NDVI反演FPAR在空间分布上具有较高的一致性,相关系数为0.82（P<0.01）,年际变化趋势一致至少6年的区域占80%;②青藏高原FPAR受坡度和海拔影响较大,其中15~35坡度FPAR变化最快,700~2 100 m海拔区间FPAR值最大;不同坡向对应的FPAR除南坡方向偏低外其他方向差异不大。③1982~2015年青藏高原四季FPAR时空变化研究中,冬季FPAR年际变化最明显,约78.5%的区域表现为增长趋势;秋季FPAR下降区域最多,但超过71.5%区域变化不显著;④基于MODIS NDVI和GIMMS NDVI两数据反演的所有植被类型的FPAR都在2012年间出现小幅度下降趋势,且不同植被类型FPAR的年际变化趋势各不相同。     

A Breakpoints based Spatio-temporal Analysis of Tibetan Plateau Vegetation

Due to the fragile ecosystem and unique geographical environment on the TP，the vegetation strongly responds to climatic shifts.Therefore，it is of great significance to discuss the spatiotemporal trend shift of vegetation，to evaluate the climate change of the plateau and to predict regional ecological development.Using the GIMMS NDVI3g dataset from 1982 to 2012 to extract the NDVI information of the TP，as well as establishing seasonal trend model to classify research through the seasonal trend analysis and breakpoints detection method，reveals the spatiotemporal pattern of the trend shifts of plateau vegetation at both ends of the breakpoints combining the classification of land cover.The results shows that conclusions.(1) The seasonal trend model can effectively identify the breakpoints of vegetation time series，moreover the time span of the breakpoints were large and the spatial heterogeneity were strong.(2) The trend of vegetation degeneration in the western part of the Tibetan Plateau was small，vegetation degeneration in the south and northeast regions was obvious，and vegetation in the central and eastern regions has improved.58.93% of the vegetation status tends to be stable.The area where the vegetation status changes significantly accounts for about 32.3% of the entire plateau.(3) In the area where the vegetation status is generally or significantly changed，the vegetation improvement of monotonous trend and interruption trend were more than that of degradation，and the degenerative situation in the reverse trend were more than the improvement.Monotonous trend changed in 3.14% of the regions，58.36% of the regions occurred interruption trend changes，and 38.50% of regions occurred reverse trends.The time distribution of the monotonous trend and the interruption trend were more concentrated，while the reverse trend covered the entire time series.(4) The vegetation improvement and degradation in different land cover types were various conditions.The type with the highest rate of improvement was desert(53.30%)，and the type with the highest rate of degradation was sparse vegetation(60.14%).Overall，the vegetation in Tibetan plateau tends to be greening，but the spatial heterogeneity remains significant.     

Analysis of the Spatio-temporal Variation in FPAR of the Tibetan Plateau from 1982 to 2015

The absorbed and utilized Fraction of Photosynthetically Active Radiation(FPAR) reflects the capacity of carbon fixation and oxygen release by vegetation, which may vary over space and time in large scale. Analysis of spatial-temporal variation in FPAR is an important topic of plant ecology. Based on GIMMS NDVI3g (1982~2015) and MODIS NDVI (2001~2015) data in the Tibetan plateau, here we used the nonlinear, semi-theoretical and semi-empirical models to inverse and analyze the spatial and temporal variation in FPAR. The results showed that (1) The spatial distributions of FPAR derived from GIMMS NDVI3g and MODIS NDVI were highly consistent, with the correlation coefficient being 0.82 (P<0.01). The area in which the trends of inter-annual change in the two inversion data were consistent for at least 6 years made up 80% of the studying area. (2) FPAR in Tibetan Plateau was greatly affected by slope and altitude. Changes in FPAR were fastest at slopes of 15~35 degrees and highest at altitude of 700~2 100 m. The effect of slope direction on FPAR was limited. There was little difference in FPAR among different slope directions except for the south where the FPAR was relatively lower. (3)The FPAR data from 1982 to 2015 demonstrated seasonal variation. The inter-annual variation in FPAR was most significant in winter, in which FPAR in about 78.5% of the area increased. FPAR declined most significantly in the fall. (4) FPAR derived from both the MODIS NDVI and GIMMS NDVI data demonstrated a small, temporary decline in 2012. The trend of inter-annual variation in FPAR was largely different among different vegetation types. In conclusion, the FPAR data from 1982 to 2015 in the Tibetan plateau demonstrated both spatial and seasonal variation, which may have important implications for further studies concerning climate and environmental changes in the region.     

利用MODIS数据估算西藏高原地表植被覆盖度

根据2004年9月13日至14日在西藏高原中部地面观测的植被覆盖度和同期接收的EOS/MODIS数据,分别建立了250m分辨率归一化植被指数(NDVI)、土壤调节植被指数(SAVI)与地面观测的植被覆盖度之间的相关关系,并以西藏高原中部和整个西藏高原作为两个试验区,选择典型植被类型,验证了Carlson和Ripley植被覆盖度算法的精度。结果表明,地面观测的植被覆盖度与植被指数之间呈线性关系。其中,地面观测值与NDVI的相关系数R2=0.90;与SAVI的相关系数为R2=0.89;Carlson和Ripley算法适合于中等植被覆盖度的草地植被。     

Spatio-temporal Analysis of Vegetation Phenology with Multiple Methods over the Tibetan Plateau based on MODIS NDVI Data

In the context of global climate change,vegetation phenology analysis based on remote sensing has become an critical method for studying the characteristics of physical and physiological changes of vegetation.This paper uses the MODIS NDVI time\|series data of 96 meteorological stations over the Tibetan Plateau during 2000\|2014 to explore the development trend of vegetation phenological and geographical environment factors of each meteorological station,typical vegetation coverage and the whole plateau region.Firstly,using three cubic spline function method (Spline),double logistic function method(D\|L)and singular spectrum analysis (SSA),NDVI time\|series data is reconstructed,then using the derivative method (Der)and threshold method (Trs),the key parameters of phenological information is extracted,after that differences and application conditions between the six methods are analyzed and compared.Secondly,using M\|K test trend analysis method,the phenological development trend of each site and area were calculated,the relationship between phenological development trend and altitude,precipitation,temperature is studied.Finally,by the Growing season length(GSL)obtained by temperature threshold method,LOS is compared and verified.in grassland and forest land cover types,SSA,Spline,D\|L combined with threshold method to get the Start of Season(SOS),end of season(EOS),Length of season (SOS)respectively is a good combination strategy.(2)The spatial differences of various phenological parameters extracted by different methods are large,and the trend is relatively consistent at small scales.Southeast humid and semi\|humid shrub steppe region and northwestern desert steppe in the Tibetan Plateau,SOS and EOS delayed,but LOS prolonged;southwestern humid region,SOS and EOS delayed,LOS shortened;widely distributed grassland,the phenological parameters did not show significant tendency.(3)Temperature is related to the development trend of phenological parameters.With temperature increasing,the phenomena of SOS advance,EOS lag are presented.Because of the complexity of the plateau landform and climate,there was no significant relationship between phenological development trend for most of the site with the altitude and precipitation,only a few sites have strong correlation,the correlation between GSL and LOS also showed similar characteristics.For remote sensing based phonological analyses,our study identify there is no method existing here that is a adaptive across all the Tibetan Plateau.in addition,at point scale the phenological parameters do not represent a significant earlier or later trend.     

利用MERIS和AATSR资料估算黄土高原塬区植被含水量时空变化

通过利用2005年黄土高原塬区夏季地表过程野外观测试验期间收集的地面观测的植被含水量、中分辨率影像光谱仪(Medium Resolution Imaging Spectrometer,MERIS)和高级沿轨迹扫描辐射计(Advanced Along-Track Scanning Radiometer,AATSR)卫星遥感资料,分别对归一化差值植被指数(Normalized Different Vegetation Index)和归一化差值水分指数(NormalizedDifferent Water Index)与植被含水量(Vegetation water content)变化关系进行了分析比较,得到了两种不同的植被指数在作物生长背景影响下的异同。并分别利用MERIS的观测资料计算了NDVI,利用AATSR观测资料计算了NDWI,通过分析得出:随着作物的生长或生物量的增加,归一化差值植被指数变化趋于饱和,而归一化差值水分指数仍然继续增加。进一步通过同步地面野外观测植被含水量与卫星遥感观测资料的对比,建立了归一化差值植被指数、归一化差值水分指数和实际野外测量植被含水量的关系,并且得到由两种植被指数反演植被含水量的方法和地面观测之间的误差分别为1.030 64 kg·m-2和0.940 45 kg·m-2。最后通过分析后总结出,利用归一化差值水分指数来反演黄土高原塬区夏季玉米冠层的含水量优于利用归一化差值植被指数。     

EASE-Grid投影对青藏高原雪水当量产品的验证影响分析

本文介绍EASE-Grid 3种投影的定义,利用地面实测数据和理论方式开展不同投影下AMSR-E雪水当量(SWE)产品的精度验证对比分析,研究其不同投影导致误差产生的原因。验证对比结果表明,青藏高原地区北半球方位角等积投影和全球圆柱体等积投影对于验证结果具有很大影响。理论分析结果表明,我国青藏高原地区在全球圆柱体等积投影下网格发生的形变较小,更适合采用全球圆柱体等积投影。进一步研究表明,AMSR-E亮温数据轨道采样点落入北半球方位角等积投影和全球圆柱体等积投影对应网格差异较大。雪水当量产品验证结果的误差包含了算法误差和投影带来的误差。在开展大尺度遥感反演时,应根据具体研究区所处的纬度范围及研究目的,选取适合的投影方式以降低投影引起的误差。     

基于植被物候特征与监督分类的青南高原信息提取

针对大尺度区域的植被信息提取,由于范围广阔、地形复杂、气候迥异,分类精度的提高是个亟待解决的问题;通过对青南高原采用分区处理,利用植被指数的特性,将基于时间序列的NDVI数据所反映的植被物候知识,辅助信息DEM和GIS数据加入监督分类系统,进行植被信息提取,并进行了分类精度评价。研究结果表明,利用该方法对青南高原的3个地区分类后,其分类精度都达到了83.3%以上,达到了较好的分类结果。在监督分类的训练区选取过程中,将植被物候特征作为知识,结合目视解译和DEM辅助知识帮助选取训练区的方法,同时参考GIS土地利用数据,使得训练区的选取更准确可靠,可进一步提高分类精度。     

中国西北地区植被时空演变特征及其对气候变化的响应

利用GIMMS/NDVI数据分析了1982~2006年我国西北地区植被覆盖时空变化特征及其对气温和降水变化的响应。结果表明：近25 a来,中国西北地区年均植被NDVI增速为0.5%/10a,7月、8月和10月份增加趋势最显著。天山、阿尔泰山、祁连山、青海的中东部等地区植被覆盖显著增加;青海的格尔木至玉树一线、陕西的南部地区、新疆的塔里木盆地、吐鲁番、塔河、托里等地区植被退化。植被覆盖与气温、降水的年际关系都呈弱的正相关。但年内关系则都呈显著的线性关系,植被覆盖随月均温升高而增加,当月均温超过20℃时,植被NDVI呈下降趋势;月降水量在0~100 mm之间,植被NDVI随降水呈线性增长,当月降水量超过100 mm之后,不再有明显的增长趋势。     

基于环境信息和回归模型的青藏高原MODIS积雪面积比例产品制备

积雪面积比例（Fractional Snow Cover, FSC）是定量描述单位像元内积雪覆盖面积（Snow Cover Area, SCA）与像元空间范围的比值,可为区域气候模拟、水文模型等提供积雪分布的定量信息。MODIS FSC产品是根据经验模型计算得到,并没有考虑地形、植被和地表温度等环境因素的影响,在青藏高原的验证精度低。针对此问题,考虑青藏高原地区环境因素（地形、植被、地表温度）对FSC制备的影响,基于多元自适应回归模型（Multivariate Adaptive Regression Splines, MARS）和线性回归模型分别建立FSC制备的非参数回归模型和经验回归模型。用Landsat 8地表反射率的数据和SNOMAP算法制备FSC的参考数据集。选取一部分参考数据集作为模型的训练数据集,另一部分作为模型的检验数据集。研究结果表明：MARS方法估计FSC的精度明显高于线性回归模型和原有的MODIS FSC制备方法。MARS的总体R、RMSE、MAE分别为0.791、0.103、0.058。在线性回归模型中精度最高的总体R、RMSE、MAE分别为0.647、0.128、0.072。MODIS 原有FSC制图方法的总体R、RMSE、MAE分别为0.595、0.221、0.170。考虑了环境信息的MARS方法更加适用于青藏高原地区FSC制备。本研究为制备青藏高原地区更高精度的FSC数据提供了新思路。