浑善达克沙地归一化植被指数动态变化及其对标准化降水蒸散发指数的时空响应关系

本文采用GIMMS3g NDVI数据集和气候研究委员会SPEI数据集,通过像元尺度的相关分析,识别了浑善达克沙地1982-2015年NDV (I归一化植被指数,Normalized Differnce Vegetation Index)动态变化及其与SPEI(标准化降水蒸散发指数,Standardized Precipitation Evapotranspiration Index)在不同时间尺度上的响应关系。研究区近34年来平均NDVI为0.22,沙地植被总体呈恢复趋势,NDVI增加面积占沙地面积的55.56%。研究区NDVI与不同时间尺度SPEI显著性相关(α=0.05)面积占区域总面积的86.38%。与NDVI相关性最强的为SPEI-03,其次为SPEI-24,呈两极化现象。从不同季节来看,NDVI对SPEI的敏感程度依次为夏季(SPEI-3,51.17%)>生长季(SPEI-3,46.88%)>秋季(SPEI-3,40.32%)>春季(SPEI-9,33.37%)。总体而言,浑善达克沙地植被生长受中短期水热条件变化影响显著。本研究成果有助于进一步揭示变化环境下浑善达克沙地生态水文过程,对该地区生态修复与沙漠化防治具有一定的借鉴意义。     

滦河上游植被指数NDVI及EVI对SPEI的响应差异

在全球气候变化和人类活动的双重影响下,干旱呈广发、频发态势,使植被生长受到限制,进而影响生态系统结构,威胁区域生态安全。以滦河上游为研究区,基于2000-2019年归一化植被指数NDVI和增强型植被指数EVI,并结合标准化降水蒸散指数SPEI,分析滦河上游气象干旱和植被生长状况的变化趋势及空间分布特征,探讨植被变化对多时间尺度SPEI指数的响应差异。结果表明：近20年滦河上游SPEI呈波动式增大趋势,年尺度SPEI增大速率为0.040 1/a;干旱面积总体减少,减少速率为-1.430 4％/a;NDVI和EVI空间分布特征和变化趋势大体一致,植被覆盖度呈东南高西北低的特征,NDVI和EVI增大速率分别达0.027/a和0.026/a;大部分区域SPEI与植被指数呈正相关,其中NDVI对SPEI-3的响应最强,EVI对SPEI-6的响应最强,总体上EVI与SPEI的相关性强于NDVI;草地对气象干旱最敏感,农田次之,林地最弱。     

植被覆盖对光学影像反演土壤含水量的影响分析

为了获取植被覆盖对光学影像反演土壤含水量的影响,选用归一化植被指数(NDVI)表示植被覆盖度水平,以垂直干旱指数(PDI)或修正垂直干旱指数(MPDI)线性回归土壤含水量的光学影像反演方法为例,基于2018—2020年哨兵2号卫星影像,利用河北省地面土壤含水量实测数据,对不同植被覆盖水平下土壤含水量反演精度进行评价,探讨植被覆盖对土壤含水量反演精度的影响。结果表明：(1)在NDVI≤0.13时,PDI的反演精度略优于MPDI反演精度,MPDI对PDI的修正作用不明显;(2)在0.13<NDVI≤0.30时,PDI仍能够达到较好的精度,但MPDI可以明显提高精度;(3)当0.30<NDVI≤0.59时,PDI反演精度较差,修正后MPDI能够显著提升精度;(4)在NDVI>0.59时,修正后的MPDI也无法得到满足要求的精度。可得出结论：当NDVI≤0.59时,光学影像可反演得到精度尚可的土壤含水量反演结果,通过一定的植被影响修正方法,可改善反演精度;当NDVI>0.59时,即使采用修正方法,基于光学影像难以得到满足要求的精度。     

基于SPEI的长江流域气象干旱时空特征分析

受全球气候变化影响,长江流域干旱发生不确定性增加,而揭示其干旱特征能为更好应对提供科学依据。本研究基于标准化降水蒸散发指数(SPEI),对流域1982～2018年干旱事件发生频次、强度和历时的时空特征及其变化规律进行分析表明,其间流域年尺度和季尺度干旱均呈增加趋势,其中冬季干旱化趋势尤为显著;年尺度、夏季和冬季的干旱强度和历时呈增加趋势,春季和秋季的干旱强度和历时呈下降趋势。空间上,流域中部累计干旱强度较大,累计历时较长。干旱历时和发生频次具有显著空间异质性,不同季节空间异质性存在较大差异。金沙江流域中部、汉江流域、长江干流的中游地区干旱整体呈增加趋势;长江源头和流域南部干旱整体呈缓和趋势。     

河北省植被时空变化及其对气象干旱的响应

基于连续时间序列的SPOT/VEGETATION NDVI卫星遥感数据和气象数据,利用Penman-Monteith、反距离加权插值、相关分析等方法,以河北省为研究对象,深入探讨植被动态特征及气象干旱影响。结果显示:河北省多年平均归一化植被指数(NDVI)在时间尺度上呈波动上升趋势,尤其在2003年开始出现0.028/(10 a)的飞跃增长,空间尺度上呈现中部高两侧低的分布特点;河北省气温上升趋势显著,空间分布呈西北—东南增加趋势,降水量从西北部—中部—东北部呈现低—中—高的分布格局;春季发生干旱的面积及频率皆为最高,夏季干旱高频地区位于唐山、张家口地区,秋季干旱频率最低,冬季以轻旱为主;植被NDVI与标准化降水蒸散指数(SPEI)相关性夏季最强(0.529),春秋季次之,冬季相对较弱;年尺度上,以蔚县站、张北站和承德站为中心区域主要为显著负相关,显著正相关主要分布于中部地区。研究结果可为生态系统管理部门制定科学合理的植被建设决策提供参考依据。     

基于复合事件指数的西北地区高温干旱复合事件风险评估

基于标准化降水指数SPI和标准化温度指数STI构建了两个监测高温干旱复合事件指数：标准化复合事件指数SCEI和混合干热事件指数BDHI,并评估了SCEI和BDHI在西北地区高温干旱复合事件中的监测能力。以严重程度、面积覆盖百分比和发生频率分析了高温干旱复合事件的风险变化。结果表明：由于BDHI充分考虑了不同干热条件之间的相关性,其在西北地区监测高温干旱复合事件的能力明显优于SCEI,而SCEI存在将湿热状况误判为高温干旱复合事件的情况。相较于1982—1993年,1994—2022年西北地区发生高温干旱复合事件的严重程度、范围和频率更高;1994—2022年西北地区发生轻度、中度、重度等级以上的高温干旱复合事件的面积占比分别为35%、25%、10%;新疆中部、甘肃北部和东部、青海南部和陕西大部分地区在1982—1993年几乎未发生过重度等级以上的高温干旱复合事件,但上述地区在1994—2022年的发生频率明显增加。     

气候变化对雅鲁藏布江流域植被动态的影响机制

基于雅鲁藏布江流域1981—2015年长时间序列植被、降水、气温和干旱数据集,采用非参数统计方法Sen’s slope和Mann-Kendall趋势检验法识别了各要素时空变化特征,采用Pearson相关性分析和地统计学方法分析了植被覆盖对气候变化响应的时滞效应,探讨了气候变化对植被动态的影响机制。结果表明：归一化植被指数(NDVI)大体由上游至下游呈逐渐增大的空间分布特征,且中游部分地区植被有所改善,下游地区存在一定退化现象;流域上游主要受气温影响呈干旱化,中游和下游地区受降水影响趋于暖湿化;流域上游和中游地区NDVI与降水和干旱呈显著正相关关系,且主要在滞后1月时相关性最高,中游及下游东南部NDVI与气温呈显著负相关关系,滞后0～3月的区域均有分布。     

1980-2019年海河流域气象干旱和农业干旱变化及传播特征

研究干旱演变和传播特征可为流域防灾抗灾提供帮助和建议。以海河流域为例,采用标准化降水蒸散发指数(SPEI)和标准化土壤湿度指数(SSMI)分别表征气象干旱和农业干旱,并结合趋势分析和频率分析等方法,对1980-2019年该流域气象干旱和农业干旱时空演变规律以及传播特征进行研究。结果表明：在干旱发生频率上,气象干旱和农业干旱的高发区分别集中在流域东北部和中部,不同季节空间分布存在显著性差异,春季和夏季为气象干旱频发季,冬季和春季为农业干旱频发季;从变化趋势上看,SPEI值呈减小趋势的区域主要集中在流域的中东部,其中春季减小趋势最为显著,而SSMI值呈“北增南减”的分布格局,其中秋季减小趋势最为显著;农业干旱对气象干旱的响应具有延时性,不同季节差异显著,夏季传播时间仅为5个月,秋季、冬季和春季的传播时间分别为6、9和11个月;在空间分布上,春季和夏季的相关系数较低,低值区主要分布在流域北部地区,秋季和冬季的相关系数较高,高值区集中分布在流域中部地区。     

雅鲁藏布江流域近18年来植被变化及其对气候变化的响应

基于MODIS(moderate resolution image spectroradiometer) NDVI(normalized difference vegetation index)数据、DEM数据、1∶100万中国植被类型图,运用Mann-Kendall趋势及突变点检验法对2001—2018年雅鲁藏布江流域不同海拔梯度和植被类型的NDVI进行提取,分别在时间和空间尺度上分析其年际变化并探究流域NDVI变化与植被类型和气候因子的相关性。结果表明:全流域尺度、不同海拔梯度和不同植被类型近18年的NDVI年际变化均呈增长趋势且在2013年之后呈现明显的增长趋势。在空间尺度上,80%的流域近18年来NDVI呈增长趋势,植被状况得到较好的改善;流域NDVI在海拔小于等于3 500 m时主要受针叶林和阔叶林的影响,大于3 500 m且小于等于5 000 m主要受灌丛、草原及草甸的影响,大于5 000 m受高山植被和草甸影响较大;流域植被的NDVI受降水和气温的影响较大,其中温度的影响略强于降水;气候变化对流域植被的影响具有滞后效应,在该条件下流域植被的NDVI与气候因子的相关系数由大到小为草原、草甸、灌丛、高山植被、针叶林、其他植被、阔叶林。若一种植被类型受气温的影响大于降水,其对气温变化的响应也会更为敏感;反之,若该植被类型受降水的影响大于气温,则会对降水变化的响应更为敏感。     

滹沱河流域植被覆盖时空演变及其与 SPEI 的相关关系

选择2001-2015年MODIS NDVI(250m)及14个气象站点气温、降水数据,通过计算标准化降水蒸散指数(SPEI),探究滹沱河流域近15年植被覆盖时空演变特征,分别从月、季节、年等尺度探究植被覆盖与SPEI的相关关系。结果显示:(1)近15年滹沱河流域归一化植被指数(NDVI)呈显著增加趋势,增速为0.024/(10a)。(2)植被恢复以明显改善为主,覆盖范围占整个流域面积的51.58%,主要分布于流域中、上游。(3)滹沱河流域SPEI总体上呈波动上升趋势,干旱程度有所降低,流域中游变湿趋势最显著。(4)6月、7月是干旱条件对植被覆盖影响最显著的月份,其中,6月气温对NDVI的影响大于降水,而7月降水对NDVI的影响大于气温;夏季干旱程度对植被覆盖度的影响最为明显;NDVI年际变化与SPEI具有显著正相关关系,干旱对植被生长状态有较大影响。     

基于SPI和SPEI的淮河中上游流域气象干旱时空分布特征对比研究

基于淮河流域1960-2017年逐月降水、气温资料,采用SPI、SPEI等干旱指数和线性趋势法、Mann-Kendall、小波分析等数学统计方法对年和四季气象干旱的趋势性、周期性及干旱频次进行时空分布特征的对比研究。结果表明:流域年、夏冬两季两种干旱指数呈微弱增加趋势,SPEI较SPI上升幅度略大,春秋两季均呈微弱减少趋势,SPEI较SPI下降幅度略大;研究时段内同一区域的两种干旱指数反映的干湿变化周期性基本一致;年尺度淮河以北SPEI显示中旱频次较多而SPI显示轻旱频次较多,其他时间尺度南北区域接近一致;两种干旱指数的空间变化趋势除夏季较为一致外,年、春秋两季在同一区域上SPEI显示的干旱化趋势较SPI略强,冬季SPI显示绝大部分区域呈湿润化趋势而SPEI呈干旱化趋势;两种指数在空间分布上存在一定程度的差异性,四季SPEI显示的干旱频次普遍比SPI统计的干旱频次高。研究结果对于干旱客观性评估和水旱灾害防治管理具有重要参考价值。     

阿克苏河流域不同植被类型NDVI时空变化特征

归一化植被指数(NDVI)是反映地表植被生长状况的一类敏感的光谱信号。利用NDVI反演新疆阿克苏河流域内的植被覆盖及动态变化特征,有利于及时准确地获取流域内植被的时空分布,在气候变化背景下深入研究阿克苏河流域植被的生长及变化特征,具有重要意义。根据土地利用类型划分标准,结合研究区现状,将阿克苏河流域植被分为林地、灌木林地、草地、园地和耕地共5种类型,利用2000年2月-2014年12月NDVI 16 d逐月合成数据,分析了研究区不同植被类型的NDVI在各生长阶段的数量变化特征,拟合了不同植被类型的生长状况及其变化曲线。研究结果表明:2000-2014年,阿克苏河流域林地、灌木林地和耕地的NDVI整体呈下降趋势,草地和园地的NDVI则呈现上升趋势;各类植被的NDVI最低值均出现在冬季(1-2月),峰值则出现在夏季(7-8月);NDVI值急剧上升阶段处于3-5月,下降阶段处于9-11月;耕地和园地覆盖度明显增加,林地、灌木林地和草地覆盖度则呈现减少趋势。     

中国西北地区气象干旱时空演变特征

中国西北地区气候干燥,降水稀少,干旱频发.基于西北地区136个气象站1961-2016年的观测数据,以标准化降水蒸散指数(SPEI)表征气象干旱,采用线性回归、Pettitt突变检验、小波分析等方法对西北地区的气象干旱时空演变特征进行分析.结果表明:西北全区表现为不显著变湿的趋势,从行政分区来看,陕西、宁夏、甘肃均表现...     

1960-2016年贵州喀斯特山区干旱时空动态分析

干旱是造成喀斯特地区损失最为严重的自然灾害之一。以我国西南喀斯特集中分布区域为研究区,基于研究区33个气象站1960-2016年的逐日降水数据,利用PA指数和Mann-Kendall检验方法分析了1960-2016年干旱时空分布特征。结果表明:研究区降雨量有减少趋势,PA指数呈减小趋势,干旱呈增强趋势,2011年PA均值最小;研究区各季干旱强度均呈上升趋势,且冬旱强度最强、发生干旱年份最多,秋旱次之,春旱和夏旱强度较弱、发生干旱的年份较少;年际干旱频次高发区集中于研究区南部、西北部及中东部地区;仅秋、冬季西部和东南部部分地区出现特旱且频次低,秋、冬季发生重旱、中旱和轻旱的频次高,春、夏季较低;春季干旱频次西高东低,夏季中部高,秋季南高北低,冬季西高东低;干旱与地形因子显著相关,重、特旱易发生在高陡地区。综上所述,研究区干旱有增强趋势且秋、冬季趋势较强,空间上呈现明显的季节性和区域性,且与地形因子显著相关。     

水文干旱与气象干旱临界转变条件的判定及响应关系

水文干旱与气象干旱的响应关系对于建立健全干旱监测预报系统具有重要意义。基于区域水文干旱指数(SHI)与标准化降水指数(SPI),结合游程理论和非线性关系模型分析喀什河流域水文干旱与气象干旱的特征、响应关系及驱动因素。结果表明:水文干旱的年平均干旱历时和干旱烈度大于气象干旱,且随着SPI和SHI时间尺度的增加,识别出的干旱历时和干旱烈度也有所增加。基于三参数(log 3 P1)对数函数(Logarithm)模型可以更好地表征两者的响应关系。在3个月尺度下,气象干旱历时至少为1. 10个月且干旱的烈度至少为0. 83时,将诱发水文干旱;在6个月尺度下,气象干旱历时至少为1. 60个月且干旱的烈度至少为0. 91时,易发生水文干旱。     

黄河流域气象干旱与水文干旱时空特征及其传递关系EI北大核心CSCD

基于标准化降水蒸散指数(SPEI)和标准化径流指数(SRI),比较了黄河流域气象干旱和水文干旱的时空分布差异,分析了二者时间尺度上的关联性,并选取典型干旱事件进一步探讨了两种干旱类型的传递关系。结果表明:两种干旱类型空间上有相似的趋势和频次,但在黄河源区和黄河中南部(渭河流域)差异显著,其干旱历时均有随年代延长的趋势,水文干旱历时增长尤为明显;在时间尺度上,SPEI与SRI在大部分区域基本一致,但在黄河源区和渭河流域差异较大,尤其是短时间尺度上差异更显著;气象干旱与水文干旱并非一一对应,多场短历时间断气象干旱受时滞效应、异常气象波动等影响,可能引发一场长历时连续水文干旱或多场短历时间断水文干旱,一场长历时连续气象干旱强度衰减可能引发多场短历时间断水文干旱。     

西南地区干旱时空变化特征研究

干旱是一种严重的自然灾害,西南地区是我国受干旱影响比较严重的地区。分析干旱的时空变化特征,可以为 应对气候变化和抗旱减灾提供科学的决策依据。本文利用西南地区 31 个气象站 1951—2010 年的月降水量数据,计算尺度分别为 1 个月、3 个月和 1 年的标准化降水指数（SPI）,分析了 60 年西南地区月、季和年干旱的时空变化特征。西南地 区干旱发生频率具有空间差异性,四川大部、云南南部发生干旱的频率高,而四川中部和广西东南部发生重旱的频率高。 60 年中西南地区降水量总体没有发生显著性变化,但是阶段性变化显著。年干旱、秋季的站次比具有明显增加的趋势,给西南地区抗旱带来更大的挑战。     

TRMM数据在京津冀地区干旱监测适用性研究

基于气象站点实测降水数据和热带降雨卫星(Tropical Rainfall Measurement Mission,TRMM)3B43 Version7(V7)降水产品,计算了京津冀地区1998-2017年多时间尺度标准化降水指数(standardized precipitation index,SPI)(SPI-1、SPI-3、SPI-6和SPI-12)。结果表明:TRMM 3B43数据与站点观测月和年降水数据在时空上具有良好的一致性;从时间变化趋势来看,基于TRMM 3B43数据和站点降水数据计算的不同时间尺度的SPI值存在高度一致性;从空间变化趋势来看,基于两种数据计算的京津冀地区25个站点多时间尺度SPI的相关系数均大于0.7,POD值大于0.6,80%以上的FAR值小于0.3,70%以上站点的FBI值在0.9~1.1之间;两种数据计算的干旱的面积百分比基本一致,1、3、6和12个月的干旱面积的CC值分别为0.93、0.95、0.96和0.96。     

基于卫星遥感数据和SPA的淮河流域陆地水储量变化研究

为研究流域陆地水储量多年变化情况,以淮河流域为例,利用2003-2016年GRACE重力卫星数据反演流域陆地水储量变化,分析其多年时空变化规律;利用MODIS遥感数据生成归一化植被指数NDVI,通过皮尔逊相关系数和SPA集对分析,结合降雨、温度、径流、NDVI和环流数据分析陆地水储量变化的主要影响因子。结果表明:GRACE反演的淮河流域陆地水储量整体呈现微弱下降趋势,具有年周期性,秋季初期达到峰值;流域南部桐柏山和大别山区域陆地水储量上升,北部流域内的郑州区域陆地水储量显著下降;陆地水储量变化与温度相关度较低,主要受降雨、径流变化影响,呈正相关,受当地植被归一化指数和环流指数影响相对较小,呈负相关。     

基于SPEI的南水北调中线水源区干旱时空特征

利用多种统计方法对南水北调中线水源区降水和气温序列进行趋势诊断,识别了不同气象站点序列的时空变化趋势;以标准化降水蒸散指数(SPEI)为干旱指标,建立考虑降水和气温共同对干旱过程影响的评价模型,研究分析了水源区不同时间尺度和分期(汛期、非汛期和全年期)干旱过程动态变化特征。分析表明:降水量呈现不显著的下降趋势,气温总体呈现显著性上升趋势;短时间尺度SPEI对降水和气温变化更加敏感,随着时间尺度增大,SPEI值变化更加平缓;非汛期和全年期水源区发生严重干旱的概率增大,不同气象站点3个不同时期发生特旱或重旱的年份与历史发生干旱的资料相一致;干旱严重程度从上游到下游逐渐衰减,整个汉江上游和西北部地区干旱发生频次略高于下游和南部地区;对比标准化降水指标(SPI)计算结果,SPEI指数较SPI指数补充考虑了降水和气温对干旱过程的综合影响,可作为SPI指数的一个重要补充分析手段,可应用于描述南水北调中线水源区不同时间尺度的干旱特征。