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。     

基于Landsat TM/ETM+影像的武汉市冬季NPP估算及其时空变化分析

植被净第一生产力(NPP)作为反映植被固碳能力的重要指标,在全球CO2浓度上升的背景下,成为研究全球及区域生态系统对气候环境变化响应的热点之一。基于Landsat TM/ETM+遥感影像数据,采用改进的CASA模型,估算得到武汉市2001~2010年空间分辨率为30m的冬季NPP,并对其进行时空变化分析。研究结果表明:武汉市过去10a冬季平均NPP为8.55gC/m2·m。2001~2010年武汉市冬季NPP整体呈现波动上升的趋势,各区域具有不同的增长速率,其中以江夏区最快,而各植被类型中灌木林具有最快的增长速率和最高的平均NPP。武汉市冬季NPP均呈现从三环区域向四周增大的空间分布特征,过去10a武汉市冬季NPP最高的区域由黄陂区转移到了江夏区。     

海南省西北部植被净初级生产力的长时序精尺度遥感监测

植被净初级生产力（Net Primary Productivity, NPP）是反映生态系统碳循环状态和变化的有效指标，在“双碳”目标背景下，长时序精尺度数据对植被净初级生产力动态监测具有重要意义。海南省作为国家生态文明试验区，其NPP动态监测对于强化陆地生态系统碳汇建设具有典型作用。以海南省西北部为研究区，基于Landsat系列遥感影像数据，采用VPM光能利用率模型，估算得到海南省西北部长时序（2000～2020）精尺度（30 m空间分辨率）的NPP数据，并对其进行时空变化分析。研究结果表明：海南省西北部日平均NPP在年际尺度上呈现明显的波动上升趋势，与其他植被类型相比落叶阔叶林的NPP最高且增长趋势最快，灌丛的NPP最低且增长趋势最慢。海南省西北部NPP在空间上呈现南高北低分布，研究区南部阔叶林及稀树草原地区NPP较高，北部灌丛地区NPP较低。研究区域NPP的整体增长趋势主要是由南部植被所控制。     

数据融合技术在提高NPP估算精度中的应用

针对现有遥感数据不能同时满足在时间和空间上精确监测植被动态变化的问题,提出利用时空适应性反射率融合模型（STARFM）的方法对MODIS-NDVI和TM-NDVI影像数据进行融合处理获得30 m较高时空分辨率的融合NDVI影像,进而将多种尺度的MODIS-NDVI和融合NDVI数据分别输入到CASA模型,对锡林浩特地区进行植被净初级生产力（NPP）的多尺度估算。将不同尺度的NPP估算结果与地上生物量地面实测值进行验证比较,结果表明：随着输入NDVI空间分辨率的提高,NPP估算值与实测地上生物量之间的相关性也逐渐增大,[r]最大值达到了0.915。此外以融合NDVI影像作为输入数据之一的NPP估算值与实测地上生物量的相关性均比未融合NDVI的相关性高,说明融合NDVI估算NPP的效果较未融合NDVI好,并且以融合NDVI影像作为模型输入数据可提高NPP估算精度。     

祁连山区植被净初级生产力的空间变化特征分析

基于MODIS数据分析了2000~2010年祁连山区植被净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)的空间变化特征。结果显示:祁连山区植被NPP并不高,多年平均植被NPP仅为121.95gC/(m2·a),自东向西植被NPP逐渐减少。不同植被类型其NPP具有明显差异,大体上为:常绿阔叶林平原草地常绿针叶林典型草地农田高寒草甸草地荒漠草地落叶针叶林。祁连山区植被NPP变化在区域间也存在差异。植被NPP呈增长趋势的地区主要分布在青海年南山、拉脊山、达坂山和青海湖及其西侧,约占47.30%;乌鞘岭东部及以东的地区(约占1.97%)植被NPP呈减少趋势。降水是祁连山区植被NPP变化的主要因素,气温对植被NPP的影响并不明显,不合理的人类活动可能是造成部分区域植被NPP减少的重要原因。     

多云雾地区高时空分辨率植被覆盖度构建方法研究

针对多云雾地区高时空分辨率数据缺乏现状,提出了一套区域尺度高时空分辨率植被覆盖度数据构建方法.首先,通过时空适应反射率融合模型(STARFM)有效地将TM 的较高空间分辨率与MODIS的高时间分辨率融合在一起,构建了研究区植被生长峰值阶段的NDVI数据;然后,以植被生长峰值阶段的NDVI为输入,基于地表覆被类型,综合应用等密度和非密度亚像元模型对研究区的植被覆盖度进行估算.结果表明:①即使数据源存在大量的云雾,且存在一定的时相差异,研究区植被覆盖度的估算结果过渡自然,不存在明显的不接边效应;②以植被生长峰值阶段的NDVI数据为输入进行植被覆盖度估算,有效拉开了同一地表覆被类型不同覆盖度像元的NDVI梯度,提高了亚像元估算模型对输入数据的抗扰动性;③基于地表覆被类型,应用亚像元混合模型,能够提高植被覆盖度的估算精度.经野外实测数据验证,总体约８５％的估算精度表明,针对高时空分辨率遥感数据缺乏的多云雾区域,本研究提出的方法能够实现区域尺度植被覆盖度数据的构建.     

近10年榆林市植被净初级生产力时空分异特征

针对榆林市生态环境脆弱,植被净初级生产力分布及变化对其影响较大的问题,利用2000年、2005年和2010年的NPP数据,采用马尔科夫转移矩阵及GIS空间分析功能,揭示榆林市NPP的时空变化特征。结果表明:(1)榆林市NPP空间分布由西北向东南逐渐递增。(2)2000年~2010年NPP呈显著上升趋势:2000年~2005年NPP升高区域95.03%,增幅大于300gC/(m2·a)的占47.22%,主要分布在榆林市最北端和南部地区;2005年~2010年NPP升高区域面积93.96%,增幅大于300gC/(m2·a)的占54.10%,集中在东南大部分地区。(3)榆林市NPP增加的主要因素是1999年以来该区采取的多项植被恢复与重建工程等措施,植被覆盖度增加。     

大兴安岭北段森林扰动对NPP的影响分析

森林扰动影响森林生态系统碳循环和碳平衡,植被净初级生产力(NPP)是表征植被固碳能力的重要指标,分析森林扰动对NPP的影响对于全球变化研究及生态系统承载力和恢复力评估具有重要意义。选取大兴安岭北段地区作为研究区,使用生产的每8 d 30 m分辨率叶面积指数数据集,基于Mu Sy Q-NPP植被生产力模型估算了该地区2002～2018年森林生长季30 m分辨率时间序列NPP,并使用30 m分辨率森林扰动时间序列产品分析了森林扰动对NPP的影响。研究结果表明：在大兴安岭北段地区,2002～2018年森林生长季NPP多年均值多分布于400～600 g C·m^-2·a^-1之间,总体呈现缓慢增加趋势;火干扰是研究区的主要扰动因子;2002～2017年森林扰动导致生长季NPP年平均减少量为0.01 Tg C·a^-1,在2003年、2006年和2017年,受到面积较大且强度较大的森林扰动后生长季NPP降低幅度较大,分别为0.11 Tg C、0.03 Tg C和0.03 Tg C;发生中高强度森林扰动的2006年扰动区,生长季NPP自2...     

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。     

ESTARFM相似像元选取方法的改进研究

ESTARFM(Enhanced Spatial and Temporal Adaptive Reflectance Fusion Model)是一种经典的基于权重滤波的时空融合算法,它在众多领域得到广泛应用。相似像元选取是其一个重要步骤,ESTARFM模型中相似像元选取过程受搜索框大小和分类数影响,当前的研究中搜索框大小的设定较为统一,而分类数大小设定缺乏统一性。为降低ESTARFM算法中分类数对算法性能的影响,将STNLFFM(A Spatial and Temporal Nonlocal Filter-Based Data Fusion Method)中相似像元选取方法与ESTARFM模型相结合,提出改进的ESTARFM_NL模型。研究设计了两组不同时相变化条件下的数据进行对比分析。结果表明：ESTARFM_NL与ESTARFM融合结果相对误差直方图总体分布趋近一致,同时利用平均相对误差和相关系数对融合结果进行评价,发现两种算法之间精度差异较小,表明两种算法融合精度相当;对比两种算法运算效率,发现ESTARFM_NL运行时间能够得到大幅缩减。因此,ESTARFM_NL为大区域或长时间序列遥感数据的时空融合提供了一种可选择的融合方案。     

2001年～2010年重庆地区植被NPP时空变化特征及其与气候因子的关系

以2001年～2010年MOD17A3的年均NPP数据为基础,利用GIS技术定量分析了重庆地区植被NPP的时空变化特征及与气候因子的相关性,结果表明:2001年～2010年重庆地区植被NPP整体呈微弱上升趋势,植被覆盖略有增加,且总体分布呈现从南到北递减的趋势;重庆地区植被NPP增加幅度由南到北递减且整体变化幅度较小,仅部分区县变化幅度较大.不同的植被类型的NPP存在差异,其NPP大小顺序为:常绿阔叶林＞草地＞农田植被＞混生林＞常绿针叶林＞落叶阔叶林＞落叶针叶林＞灌丛.就气候因子与植被NPP的相关性而言,NPP与气温的相关性不明显,NPP与降水的相关显著性存在空间差异.     

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。     

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。     

基于遥感和气象数据的东南亚森林动态变化分析

为进一步了解热带森林动态变化与人类活动及气候变化之间的关系,利用MODIS遥感数据和ERA-Interim再分析气象数据,通过时间序列分析和相关性分析,得到2001～2013年东南亚地区11个国家的森林净初级生产力(NPP)时空变化情况及其与植被覆盖率(VCF)、温度、降水和光合有效辐射(PAR)的相关关系。结果表明:①东南亚地区森林NPP呈现由赤道向南北两极方向增加的趋势;②研究区大部分区域NPP呈减少趋势,NPP变化较剧烈的地区变异系数一般较大,生态系统的固碳能力不稳定;③研究区整体森林覆盖率较高(60%～80%),2001～2013年间大部分区域VCF呈增加趋势,部分地区VCF与NPP的偏相关系数较相关系数高,表明NPP受人类活动影响大;④东南亚地区温度、降水和PAR都较高,热带雨林气候国家较热带季风气候国家森林NPP与气候因子具有更好的相关性,一般与温度呈负相关,与降水和PAR呈正相关。     

中国区域2007~2018植被荧光时空变化与气候响应模式研究

基于GOME-2 卫星日光诱导叶绿素荧光（SIF）产品数据集,对2007~2018年中国区域SIF进行时空变化分析,探讨了中国区域SIF对气温、降水、辐射等气候变化的响应。结果表明：①中国植被区域SIF总体上呈现从东南向西北递减的空间分布,12 a间年均SIF增加了20.2%,增幅达0.034 mW/m²/sr/nm,增加区域占比为80.3%,呈显著增长区域占比25.7%,增长区域主要分布在植被较为密集的中国东部、南部和东北部。②季节尺度上,夏季SIF增加的区域和幅度最大,增幅达0.065 mW/m²/sr/nm,增加区域占比为82.1%,呈显著增长的区域占比19.4%,SIF增长区域与年均SIF的趋势基本一样。春季和秋季SIF总体也是呈增长的趋势,而冬季只在中国南部增长趋势明显。③与气候因子的偏相关响应分析表明,在寒温带针叶林区域,气温是SIF增长主要的影响因子;在暖温带及温带植被区域,降水是SIF增长主要的影响因子;在亚热带常绿阔叶林区域,影响SIF增长的更可能是人类活动;对处于较低纬度地区的热带季风雨林区域来说,辐射是SIF增长的主要影响因子。研究结果揭示了2007~2018年间的中国区域植被荧光时空变化规律及其与气候变化间的响应关系,可为全球碳循环研究提供必要的数据支撑。     

近10年榆林市植被净初级生产力时空分异特征

针对榆林市生态环境脆弱,植被净初级生产力分布及变化对其影响较大的问题,利用2000年、2005年和2010年的NPP数据,采用马尔科夫转移矩阵及GIS空间分析功能,揭示榆林市NPP的时空变化特征。结果表明：（1）榆林市NPP空间分布由西北向东南逐渐递增。（2）2000年～2010年NPP呈显著上升趋势：2000年～2005年NPP升高区域95.03%,增幅大于300gC/（m2·a）的占47.22%,主要分布在榆林市最北端和南部地区;2005年～2010年NPP升高区域面积93.96%,增幅大于300gC/（m2·a）的占54.10%,集中在东南大部分地区。（3）榆林市NPP增加的主要因素是1999年以来该区采取的多项植被恢复与重建工程等措施,植被覆盖度增加。     

湟水流域2000—2019年植被变化趋势特征和延续性分析

植被的变化特征是流域生态监测的重要内容和环境保护最为关键的信息。利用MODIS EVI数据产品和Hurst指数,分析2000—2019年湟水流域植被的时空变化趋势及其趋势的延续性。结合气温、降水等气象观测数据,分析湟水流域9个县区植被变化的影响因素。研究结果表明：从2000年至2019年间,湟水流域植被EVI最大值年均增幅为0.0063,受气温、降水、土地利用等因素的不同影响,上、中、下游的不同县区表现出不同的变化特征。对于年EVI最大值,下游的增加趋势均最为显著,河道地区变化剧烈程度更加明显。Hurst指数分析表明这种变化趋势短期内具有一定的延续性。本研究通过监测植被时序变化,揭示了高原流域地区植被监测趋势的重要性,为流域管理和可持续性发展提供了一定的数据支撑和科学依据。     

基于遥感时空融合的升金湖湿地生态水文结构分析

利用遥感技术开展湖泊湿地生态水文结构分析对维持其生态服务功能具有重要意义,但受大气状况的影响会造成特定水位下可用高分辨率遥感影像的缺失,而遥感时空融合技术为弥补这一缺陷提供了重要途径。以安徽省升金湖湿地为研究区,根据改进后的时空自适应反射率融合模型（ESTARFM）模拟生成高时空分辨率遥感影像,评价模拟遥感影像的数值精度,进而分析了升金湖湿地的生态水文结构。结果表明： ① ESTARFM模型能够有效模拟不同水位下湖泊湿地的高分辨率遥感影像,融合影像与真实影像在近红外波段、短波红外波段反射率的相关系数分别达到0.93和0.91,且输入数据与融合数据的日期间隔越短,模拟精度越高;② 基于不同水体指数的水体提取效果表明,新型组合水体指数（NCWI）更适用于湖泊湿地的水体信息提取;③ 对升金湖湿地生态水文结构分析可知,湿地中心区、适宜活动区和非适宜区分别约占该湿地总面积的32.8%、12.1%和55.1%。     

稀土矿开采导致的植被净初级生产力损失遥感评估——以江西省赣州市为例

稀土矿的无序开采既造成了稀土资源的浪费,也导致了矿区及其周边生态环境的恶化。以江西省赣州市为例,建立了一套适用于稀土矿开采导致的植被净初级生产力(NPP)损失遥感评估方法,该方法充分利用了高、中、低3种分辨率遥感数据的优势,涵盖了基准参考区选择、植被受损范围界定、低分辨率植被NPP数据降尺度等关键技术环节。将该方法应用于研究区2013年的植被NPP损失评估,结果表明:1截止2013年,赣州市稀土开采造成的植被直接破坏面积为31.74km~2,间接受损面积为44.48km~2。随着距矿区的距离增大,植被间接受损面积呈指数下降(R~2=0.96,P0.01);2 2013年,赣州市稀土开采导致的植被NPP总损失量为3.87×10~(10) gC,其中直接损失占总损失的77.81%,间接损失占总损失的22.89%,说明在稀土矿开采导致的生态破坏评估中,间接受损量不容忽视。文章构建的植被NPP损失评估方法可为其他类似矿区的生态破坏评估提供解决思路,研究结果可为稀土矿区生态评估、稀土定价以及矿区的生态环境管理提供依据。     

基于多时相遥感数据的徐州市植被净初级生产力估算及相关性分析

以遥感数据和气象数据为主要数据源,应用改进的光能利用率模型估算徐州市2006、2008和2010年3年间6月份的植被净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP),研究了该区域6月份NPP的时空变化及其与气象因子的相关性。结果表明：时间上,受气候和环境等因素综合变化的影响,研究区域6月份NPP呈逐年下降趋势;空间上,NPP的分布表现为在林地、草地和农田相对集中的区域偏高,且不同植被类型6月份的NPP大小关系在不同年份可能不同,其中在2006和2008年为农田>草地>林地,而2010年为农田>林地>草地。通过分析与气象因子的相关性和偏相关性,限制NPP的主要气象因子不是固定不变的,其中2006和2008年,限制NPP的主要气象因子为太阳辐射,而2010年为降雨量和温度。不同植被类型下NPP与气象因子相关性和偏相关性差异反映了不同类型植被生长对光、热、水条件要求的差异。
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