新疆棉花物候时空变化遥感监测及气温影响分析

基于2001～2016连续16a的MOD09Q1数据计算获取NDVI时序数据,利用Savitzky-Golay(S-G)滤波重构NDVI时序曲线,以动态阈值法提取新疆大地块棉花的生长季开始期、生长季结束期和生长季长度信息,并分析新疆棉花物候时空变化特征及其对气温变化的响应。结果表明:(1)南北疆棉花物候空间差异显著:生长季开始期由南向北逐渐推迟,南疆集中于第151d之前,北疆于第151～163d之间;生长季结束期逐渐提前,北疆大部分于第292d前结束生长,而南疆集中发生在第298d之后;生长季长度逐渐缩短,南疆普遍长于150d,北疆通常短于150d。(2)南北疆物候变化趋势不一致:阿克苏生长季开始期和结束期表现为"推迟—提前—推迟—提前"变化趋势,生长季长度不明显延长;沙湾县生长季开始期表现为微弱提前趋势,生长季结束期则为先推迟再提前趋势,生长季长度表现为缩短、延长、缩短的波动变化。(3)原因分析表明棉花物候主要受气温影响:生长季开始期与10℃初日、15℃初日、生长初期平均气温表现显著的相关性;生长季结束期与10℃终止日相关性较好。     

基于NDVI数据的三江平原农田物候监测

物候现象被称为气候变化的积分仪,研究农田物候现象对农业生产有重要的指导意义。多时相遥感影像使区域物候监测成为可能。利用傅里叶级数对MODIS NDVI数据进行平滑,结合地面观测资料,采用动态阈值法提取物候信息,并与实际观测结果进行比较分析。研究结果表明:三江平原大部分农作物在第120~130 d开始生长,在第250~260 d左右停止生长,2003年三江平原农作物开始生长和结束的时间较早,2005年开始生长日期比2003年有所推迟,2007年农作物开始生长的日期早于2005年,但生长季结束的日期比2003年和2005年都晚,2007年生长季长度较长。采用MODIS NDVI数据获取的物候参数具有一定的可靠性,在农田大面积分布区域监测结果更为准确。
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基于EVI2和多趋势分析法的高原草地植被物候动态监测研究

基于EVI2数据集提取青藏高原草地植被的物候信息,分析青藏高原草地返青期(Start of Growth Season,SOG)、枯黄期(End of Growth Season,EOG)和生长季长度(Length of Growth Season,LOG)的空间分布格局及近30 a来青藏高原草地物候的时空动态变化特征。结果表明:青藏高原的草地物候由东南向西北呈现出明显的区域性差异。其中,高原东部和西北部地区的草地植被返青时间早于中部和西南部地区,而枯黄时间却晚于中部和西南部地区,生长季长度较中部和西南部地区长。同时,青藏高原物候变化趋势在东西部地区的差异十分明显。草地植被返青提前的区域主要集中在高原的东部,提前速率为0.49 d/a(R~2=0.54)。草地植被物候分布和变化趋势在不同海拔和坡向上的差异也十分显著。海拔每升高1 000 m,草地SOG推迟4 d,EOG提前5 d,LOG缩短9 d。随海拔的升高,草地SOG的推迟速率逐渐增加,LOG变化速率呈现出逐渐减小的趋势。此外,南坡草地SOG较北坡晚,其LOG较北坡、东坡和西坡的短。北坡草地SOG平均推迟速率低于南坡。     

基于AVHRR和MODIS数据的全球植被物候比较分析

AVHRR和MODIS卫星数据在全球和区域尺度植物物候对气候变化响应研究中起着重要的作用,然而两种传感器在全球尺度物候监测的一致性有待验证。首先利用时间序列谐波分析法(HANTS)对2005年全球GIMMS AVHRR NDVI和MODIS 13A2 数据进行滤波处理;然后基于改进的动态阈值方法,提取全球植被的返青期(SOS)、枯黄期(EOS)和生长季长度(DOS);最后分区域比较和评估两种传感器提取物候参数的潜力。研究结果表明：2005年全球大部分地区植被在第100～140 d开始生长,到第260～300 d逐渐停止生长,生长季长度集中在130～180 d,并且和区域研究结果具有一致性;两种传感器提取的植被关键物候期的空间变化趋势是一致的,随着纬度升高,返青期呈现推迟趋势,枯黄期呈现提早趋势,生长季长度呈现缩短趋势;AVHRR和MODIS提取落叶林和草地的SOS、EOS和DOS在欧亚大陆和北美洲区域的相关系数大部分达到0.9以上。     

基于遥感的黑河流域植被物候空间格局提取分析

植被物候的检测对于认识自然季节现象的变化规律,服务农作物生产、全球变化、生态学应用方面具有重要价值。植被指数是描述植被数量、质量、植被长势和生物量指标的重要参数。利用SPOT VEGETATION NDVI时间序列数据,采用Savitzky-Golay滤波方法重建了NDVI的年内变化序列,并利用此数据提取了黑河流域植被物候空间分布格局。结果表明,采用此方法得到的植被物候信息和该区域的农事历信息符合较好。黑河流域植被物候具有明显的空间格局。上游的高寒草地区生长季长度较短。中游地区受人类活动影响严重,较为符合该区农作物生长信息。     

北京植被物候时空变化及其对城市化的响应北大核心CSCD

植被物候是气候变化和外界环境变化的感应器。鉴于当前植被物候研究多在生态区,城市相对较少,以北京为研究区,基于2001—2019年MOD13Q1植被指数产品,利用动态阈值法提取研究区内植被的物候参数,即生长季开始期(start of season,SOS)、生长季结束期(end of season,EOS)和生长季长度(length of season,LOS),揭示植被物候期的时空变化特征并利用相关分析法研究其对城市化的响应。研究表明:2001—2019年,北京出现植被生长季开始期提前、结束期推迟和长度延长的现象,城区和郊区亦然。植被物候在城郊方向上表现出明显的梯度现象,且城区生长季开始期最早、结束期最晚和长度最长。城市化的发展对植被生长季开始期提前、结束期推迟和长度延长具有重要作用,不同地区的植被物候受城市化影响具有差异性。     

2000~2010年吉林省积雪时空变化特征及其与气候的关系

利用Terra卫星提供的2000年10月1日到2010年4月30日每日雪覆盖产品MOD10A1,提取研究区积雪覆盖指数SCI、积雪日数SCD、积雪初日SCOD及积雪终日SCMD遥感信息,结合同期吉林省界内23个地面气象观测站的同期气温和降水资料,分析该区积雪的变化特征与气温和降水的关系。结果表明:① 吉林省大部分地区积雪日数为30~90 d,东部山区积雪持续时间长、积雪初日日期早以及积雪终日日期晚,中西部地区变化情况相反;② 积雪覆盖指数SCI呈波浪式变化,与积雪季气温呈负相关;③ 积雪日数与气温呈反相关、与降水量呈正相关,与积雪季气温、夏季降水量的相关系数分别为-0.7407、0.6875;积雪初日情况相反,与积雪季气温、夏季平均气温为0.743、0.5479;积雪终日与气温呈反相关、与降水量呈正相关,与积雪季气温、夏季降水量为-0.5214、0.4647。积雪指数均对气温的变化更敏感,气温升高导致积雪初日推迟、积雪终日提前,从而使积雪日数减小;积雪季降水量的增加有利于积雪日数增大,而积雪终日的推迟有利于夏季降水量的增加。     

藏北中部地区草地退化遥感监测

为了探讨藏北中部地区近20年来的草地退化状况及主要驱动力,基于1990、2000及2010年的Landsat影像,采用混合分类方法对研究区主要景观类型进行分类,并利用景观指数分析景观格局及草地退化特征。另外,基于气象数据,利用灰色关联度方法分析草地退化的主要驱动力。结果表明:草地退化面积在1990~2000年呈增加趋势,在2000~2010年呈减少趋势,2000年之后研究区草地退化状况趋于缓和。造成草地退化的主要气候因素为降水量、气温、日照时数、平均相对湿度和蒸发量等,其中,高寒草甸草地主要受平均相对湿度及降水量的影响,高寒草原草地受蒸发量、日照时数、平均最低气温、降水量、平均相对湿度和平均最高气温的影响均较大,高寒荒漠草地与平均最高气温、日照时数和蒸发量的关系最为密切。     

1980~2019年北疆积雪时空变化与气候和植被的关系

利用1980~2019年中国长时间序列的AVHRR逐日无云积雪面积产品和气象站实测雪深资料计算积雪日数、积雪初日、积雪终日、积雪期、雪深等积雪物候参数,研究积雪物候的时空分布变化,同时结合ECMWF-ERA5再分析资料和GIMMS NDVI3g数据集分别提取气象因子（气温、降水）和植被因子（返青期、枯黄期、生长期）,探究北疆积雪物候变化对气象因子和植被因子的响应。结果表明：北疆近40 a间的平均积雪日数为81.62 d/a,73%的区域为稳定积雪区,积雪初日在11月、终日在3月,积雪期为每年11月初至次年3月底4月初;空间上呈现不均匀分布,其中阿勒泰山地区、天山地区、大部分塔城盆地和额尔齐斯谷地区为主要积雪区,1980~2019年间北疆积雪覆盖面积比例、积雪日数和积雪期逐年降低,积雪初日基本没变,但积雪终日显著提前;ECMWF-ERA5再分析资料表明1980~2019年北疆积雪期降水量无明显变化,但积雪覆盖面积比例显著降低,说明降雪区雪深可能增加,这与北疆气象站实测雪深逐渐增加结果相吻合;平均气温与积雪期积雪覆盖面积比例、积雪日数、积雪期长度相关性较大,呈现显著负相关,积雪期降水量与积雪物候参数呈现正相关;积雪物候及其气候效应引起北疆自然植被返青期显著提前,植被生长期延长的特征。     

Morlet 小波在地表物候遥感识别中尺度的选取与应用

地表物候是人类了解地球生态系统的必要参数,也是动植物保护、农耕等活动的重要依据。使用遥感数据进行地表物候提取为大尺度的地表物候变化监测提供了一种有效途径。研究发现目前应用最广泛的非对称性高斯函数拟合法和双 Logistic 函数拟合法存在一定的缺陷,尤其是在提取 NDVI 峰值谷值和物候周期不明显区域 (如干旱地区、沙地) 的物候参数时存在严重的误差,而 morlet 小波在分析地表年际变化的周期特征方面表现良好。本文使用 morlet 小波对青海湖流域 2003-2014 年的 MODIS 数据进行分析,得到地表物候在该时间段内的年度变化与趋势,进行不同区域、不同时间的差异性分析,发现青海湖流域的地表物候期整体都略有提前,但生长季的长度呈延长趋势,认为青海湖流域的地表物候整体上响应全球变暖的趋势。中部地区的生长季长度大于高海拔、高纬度区域和沙地区域,认为青海湖流域的中部地区是最适合动植物生长、活动的范围。     

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。     

基于数字相机的草地物候模拟及其与气象因子关系的研究

研究植被物候及其与气候之间的关系对于理解全球生态环境变化意义重大。近地面数字相机凭借其监测频率高、数据质量好等优势已成为一种有效的监测植被物候的遥感平台。以北美地区瓦瑞(Vaira Ranch)牧场为例,对研究区植被的春季生长情况进行监测,利用近地表数字相机获取的影像计算绿度相对亮度(Greenness Chromaticity Coordinates,Gcc)并构成时间序列,模拟植被春季物候,将所得植被物候信息分别与地面同步实测的总初级生产力(Gross Primary Production,GPP)以及气象数据进行对比分析。结果表明:研究区植被春季生长季开始于第20d,结束于第145d,Gcc与GPP的总体相关性为0.88,二者提取的7项物候指标平均相对差异为0.05;降雨、土壤湿度、空气温度、土壤温度、太阳辐射通量对植被生长存在影响:空气温度、土壤温度、太阳辐射通量三者整体对于Gcc变化的解释力为91.3%,其中,气温和土温的单因子解释力分别为30.9%和49.0%,此外,由于水分缺乏,降水成为制约研究区植被生长的重要因素。     

基于日光诱导叶绿素荧光的东北地区植被物候时空特征及其对气候的响应

植被物候是监测陆地生态系统和全球气候变化的重要生物指标。基于经典遥感植被指数的陆表物候监测在不同植被类型的精确分析方面存在较大挑战,日光诱导叶绿素荧光（SIF）可以直接反映植被实际光合作用的动态变化,能够更精确地刻画出植被的年际变异。本研究基于2001～2020年GOSIF数据集,通过D-L拟合函数和动态阈值法提取东北地区植被物候参数,结合一元线性回归分析、稳定性和持续性分析,在多时空尺度下分析2001～2020年东北地区植被物候的时空演变特征,并探讨植被物候对气候变化的响应机制。结果表明：(1)植被生长季开始（Start of Season,SOS）、结束（EndofSeason,EOS）、生长季长度（LengthofSeason,LOS）和生长峰值（Position of Peak,POP）整体上分别呈现出提前、推迟、延长和提前趋势;(2)草丛SOS提前、EOS推迟趋势较为显著,针叶林EOS提前趋势显著;SOS提前、EOS推迟导致LOS延长,除针叶林外,所有植被类型LOS均呈现出延长趋势;除草丛和草原外,其余植被类型POP均呈提前趋势;(3)20年来植被SOS、EOS、LOS和PO...     

京津唐地区城市化对植被物候的影响研究

城市化过程使得土地利用、地表植被覆盖发生着显著的变化,如何定量化描述城市化对植被物候的影响越来越受到各方的关注。基于京津唐地区2001~2006年NDVI时间序列影像,得出了京津唐地区植被物候空间分布格局,计算出北京、天津、唐山3个核心城市城区的距离变量与平均植被物候,并分析了城市化对植被物候指标的影响趋势。结果表明:①2001~2006年,北京城市化使得城区及离城区较近的地方植被生长开始时间提前、结束时间推后、生长季周期变长、NDVI振幅减小;②天津和唐山的城市化使得城区及离城区较近的地方植被生长开始时间延后、结束时间提前、生长季周期变短\,NDVI振幅减小;③城市化对植被物候的影响与该地区城市扩张类型存在相关性关系。     

盘锦芦苇湿地土壤微生物生物量C的季节动态

基于盘锦湿地生态系统野外观测站芦苇群落2005年4月～10月的定位观测资料,分析了盘锦芦苇湿地土壤微生物生物量C的季节变化规律及生态特性:盘锦湿地土壤微生物量生物量C在三个土壤层次都表现出随着芦苇生长季的变化呈现先增长、后下降的"M型"变化趋势.相关分析结果表明:气候因子中降水量和空气相对湿度对微生物生物量碳的影响大于气温;土壤因子中土壤热通量和土壤平均温度的影响大于土壤含水量.通径分析结果表明:在环境因子的综合作用中,起直接作用的因子主要是气温和土壤平均温度,其它因子影响较小.     

基于遥感的中国东北植被物候不对称特征分析

植被物候是反映全球气候变化的重要生态指标,春季返青期物候已经得到广泛研究,但秋季物候及其与春季物候的不对称性仍然不明朗。基于GIMMS NDVI 3g遥感数据提取中国东北地区植被关键物候参数,利用春季和秋季中返青(衰落)速率、生长期长度、植被活动能力(以NDVI均值表示)3个物候指标的差异来刻画春秋物候的不对称性,定义为物候不对称指数AsyR、AsyL和AsyV(Asymmetry of growing Rate,Length,Vegetation index)。首先利用双逻辑斯蒂曲线拟合和曲率求导方法获取各植被像元的物候期和生长速率参数,其次在像素尺度上探索了3种春秋物候不对称性的时空分布特征。结果表明:3种不对称指数的年际变异显著,研究区整体上3种不对称指数均呈现大约10 a的周期性,AysV和AsyL同相位并与AsyR呈相反相位。3种指数可以从不同角度刻画植被春秋季生长形态不对称性,在时空表现上存在一定的不确定性。AsyR和AsyV在不同植被类型中的空间格局比较相似,并能一定程度上区分农作物和自然植被,AsyL的空间分布规律较差、区分度不高。不对称指数发现,针叶林和阔叶林区域主要为衰落期的植被活动占主要优势,形态上是春季快速成长、秋季缓慢衰落;农作物区表现为缓慢成长和快速衰落;草原区域不对称性不显著。生长形态不对称性可以反映春秋两季的植被活动对整个生长季植被生产力的控制作用,有助于更加细致地探索物候对植被生态系统固碳的影响。在实际应用方面,也可以根据不同植被的物候不对称特征进行植被分类,服务于农业普查和植被生态系统管理。     

基于MODIS数据的河北省草地和林地的物候期及其与NPP相关分析

通过2006～2016年中等分辨率成像光谱仪MODIS(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer)的MCD12Q2数据集和NPP(Net Primary Productivity,净初级生产力)数据MOD17A3HGF为数据源,研究河北省的草地和林地的物候期：生长季起始期SOS(Start of Season)、生长季结束期EOS(End of Season)和生长季长度LOS(Length of Season)的多年均值空间分布和多年变化趋势,通过相关分析法研究草地和林地的物候期对NPP的相关关系,并进行显著性检验判断变化趋势和相关系数在α=0.05水平上的显著性。结果表明：河北省草地SOS大多出现在第108～153 d,EOS大多出现在第273～304 d,LOS大多为128～190 d。林地SOS大多出现在第107～128 d,EOS大多出现在第282～306 d,LOS大多为162～194 d。河北省草地和林地的SOS主要呈现出提前趋势,EOS呈现延后趋势,LOS主要呈现增长趋势;草地和林地的物候期与NPP主要呈现中度相关,其中...     

基于SEBS模型干旱区蒸散发量研究

以中亚五国和新疆为研究区域,选取近30 a的遥感数据,结合地面观测资料,基于SEBS模型,反演逐日实际蒸散发量。结果表明:2005年生长季,中亚地区蒸散发量为9 741.03×10⁸ m³,新疆地区蒸散发量为2 168.68×10⁸ m³;其蒸散发在1980、1990和2005年5~9月年际变化量分别为8 960.64×10⁸、9 134.37×10⁸、9 085×10⁸ m³。通过研究区降水量和新疆地区水平衡分析,模型反演的蒸散发量值较为合理,定量提出了区域水循环中参与蒸发过程的水量变化,揭示了干旱区区域蒸散发过程的变化规律。
     

遥感叶面积指数产品提取自然植被物候期对比

物候是指示气候变化的关键因子,遥感技术的快速发展为物候监测提供了新的途径。遥感叶面积指数(LAI)产品包含了主要的物候信息,并广泛应用于植被物候的监测。了解不同数据产品在提取植被物候信息上的差异是评价遥感产品对物候期监测适用性的重要方面。以东北三省为研究区域,使用非对称性高斯函数拟合法进行数据平滑,利用动态阈值法提取MODIS、CYCLOPES和GLASS叶面积指数(LAI)产品的生长季开始时间(SGS)、生长季结束时间(EGS)和生长季长度(LGS)。研究表明:MODIS和GLASS产品提取的SGS、EGS和LGS比较接近,整体上一致性较好;CYCLOPES产品提取的SGS多数情况下晚于MODIS和GLASS产品而EGS早于MODIS和GLASS产品。通过可利用的实地物候观测数据验证表明:MODIS和GLASS产品提取林地的SGS与物候观测值比较接近,EGS略晚于物候观测值,CYCLOPES产品提取的林地的SGS和EGS更加可靠。     

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。