东北植被生长峰值特征的变化及对气候和物候的响应

全球气候变化导致植被生长的季节性节律事件(如返青期、衰落期和生长峰值期等)发生显著变化.植被返青期、衰落期和生长季长度的变化已经得到广泛报道,植被生长峰值代表植被光合作用能力和对气候变化的响应,目前关于植被生长峰值特征(时间点和最大生长幅度)的时空变化和控制机理的研究相对较少,仍需在不同区域深入探讨.以植被覆盖度较好的...     

21世纪初期东北地区农田物候动态及其对气候的响应

利用遥感技术的物候提取方法在理解农田物候对气候变化的敏感性问题中具有较大潜力。基于MODIS的归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index, NDVI）遥感产品,提取东北农田地区2005～2020年植被物候参数并用地面实测数据加以验证,然后获取农田物候与气温、降水量和日照时数间的相关关系。结果表明东北地区2005～2020年农田物候空间分布格局较为一致,只在部分区域因作物品种布局原因存在差异;农田物候的时间变化显著,多数地区生长季开始日期以1 d/a的速率在提前,生长季长度以1 d/a的速率在延长。农田物候受气温与降水量的影响较为明显,受日照时数影响不大,同时也在一定程度上受到种植结构变化的影响。而且,农田物候在很大程度上受人为因素干扰,因此有些区域气候因素对其影响表现出相反趋势。     

利用遥感监测长江三角洲森林植被物候对气候变化的响应

植物的物候与气候等环境因素息息相关,是指示气候与自然环境变化对生态影响的重要指标。目前,气候变暖日益为人所关注,使用遥感技术研究植物物候与气候变化之间的关系具有重要的意义。监测人口密度高和城市经济发达地区的植物物候对气候变暖的响应,可以揭示区域热环境变化及其产生的生态效应。本研究选取长江三角洲地区为研究区域,使用SPOT卫星VGT传感器的长时间NDVI数据序列,对经济发达区域森林植被的NDVI序列进行非对称性高斯函数拟合法平滑处理,并提取与研究其物候特征,发现①NDVI与气温具有较强相关性,随气候变暖,森林植被NDVI年均值有增加趋势;②森林植被生长活跃期起始日期提前,终止日期延后,时长有明显的延长趋势,生长活跃期内NDVI有所增加;③森林植被NDVI极大值与极小值出现日期均明显提前,NDVI极大值有增大趋势,而极小值呈下降趋势,年内极差增加,NDVI增长期缩短,衰落期延长;④森林植被在春、夏两季NDVI均值有所增长,秋季无明显变化,冬季略有降低。     

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。     

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。     

2007~2018年中国陆地植被总初级生产力与日光诱导叶绿素荧光的时空格局及其气候调控

日光诱导叶绿素荧光（SIF）作为总初级生产力（GPP）的替代指标,在区域GPP估算上表现出巨大的潜力。植被SIF和GPP具有较好的线性关系,但是不同的气候条件对SIF-GPP关系的影响仍不清晰。利用2007~2018年MODIS GPP和GOME-2 SIF以及环境条件（温度、降水、辐射等）研究中国陆地植被GPP和SIF的时空格局以及环境因子的调控。结果发现中国陆地植被GPP和SIF时空格局是一致的,但是作为表征光能分配的新指标GPP/SIF在空间分布上存在显著的差异。此外,SIF产量（SIF_Yield）受到约束GPP的环境因子（最小温度、饱和水汽压差、土壤水分和APAR）的共同调控,间接证实了SIF和GPP紧密的联系。因此,由于在时间和空间上SIF与GPP的关系受到环境条件的调控,使用基于卫星的SIF准确估算区域GPP应该考虑环境因子的约束。     

季节性气候对不同草地植被物候变化的影响

草地广泛分布于干旱区和半干旱区,对季节性气候变化的响应十分敏感,但目前针对草地物候对季节性气候变化响应的研究仍较为薄弱。文章以内蒙古为例,基于不同草地类型的NDVI数据,辅以动态阈值、趋势分析和偏相关方法研究了2001—2020年草地物候时空动态、变化趋势及其随海拔梯度、气温和降水变化特征。结果表明内蒙古地区:(1)随纬度、海拔升高,草地生长季始期(start of growing season,SOS)逐渐推迟,生长季末期(end of growing season,EOS)缓慢推迟,生长季长度(length of growing season,LOS)呈不规律性变化趋势。(2)SOS集中在4月上旬到5月下旬,71.3%呈显著提前趋势,速率为0~2.0 d/a。EOS集中在9月下旬到10月中旬,69.98%呈推迟趋势。LOS持续在110~230 d,50.31%呈变长趋势。(3)在海拔500~2500 m的区域,随海拔上升,SOS推迟、EOS提前、LOS延长。(4)SOS与夏、秋、冬的气温为显著负相关关系,与春、秋、冬降水为显著负相关关系,与春季气温和夏季降水呈显著的正相关关系。EOS与春、夏、秋降水以不显著负相关性为主,与冬季降水以不显著正相关为主,与四季气温以负相关关系为主。LOS与春、夏、冬气温以负相关为主,秋季气温与LOS的正负相关参半。以上研究结果对内蒙古草地生长监测和应对气候异常提出保护策略、制定行之有效的防灾减灾措施、构建稳定的生态屏障具有指导意义。     

多源日光诱导叶绿素荧光产品在中国地区的一致性研究

日光诱导叶绿素荧光(Sun-Induced Chlorophyll Fluorescence,SIF)是表征植被光合的有效探针。基于不同卫星遥感衍生的各种SIF产品已被广泛应用,然而,不同产品在中国区域表现及一致性仍不明晰。以中国生态系统光谱观测网络(China Spec)农田站SIF观测数据为参考评估CSIF、GOSIF、SIF_oco2-005、SIF_LUE(SIF_LUE＿JJ/SIF_LUE＿PK)、SIF₀₀₅等产品,并从不同时空尺度探讨它们的一致性。结果表明：(1)不同产品在4个农田站表现不尽相同,3个农田站存在高估现象。SIF_LUE整体表现较好,GOSIF次之,而后是SIF₀₀₅和SIF_oco2＿005。(2)各产品空间格局具有较高一致性,但其幅度存在差异：年均值方面,SIF_LUE＿PK最大(0.21 W m^-2μm^-1sr^-1<...     

应用叶绿素荧光估算植被总初级生产力研究进展

日光诱导叶绿素荧光作为光能在叶片上光合作用的伴生产物,包含丰富的光合信息,被认为是可以表征植物光合作用的快速、无损“指示器”。叶绿素荧光在研究植物胁迫、病虫害监测、估算植被总初级生产力（Gross Primary Production, GPP）等方面发挥着独特的作用。陆地植被GPP是研究全球气候、碳循环变化、全球生态系统等的重要内容。准确、及时地掌握GPP的时空分布特征,有利于深入理解生物圈与大气圈之间的相互作用,可为开展减缓全球气候变化的生态过程管理提出相应建议和对策。相比于植被指数,叶绿素荧光对植被光合作用的敏感程度更高,已被证实可以更直接有效地监测GPP,显著优于传统的GPP估算方法。深入探讨了叶绿素荧光在遥感估算GPP领域的基本原理、方法、不确定性以及最新进展,并对其面临的挑战和未来趋势进行了分析。     

全球日光诱导叶绿素荧光卫星遥感产品研究进展与展望

卫星反演的日光诱导叶绿素荧光(Solar-Induced chlorophyll Fluorescence,SIF)是全球植被生产力遥感监测的理想工具.现有的诸多大气成分探测卫星的高光谱载荷可以满足卫星平台SIF遥感探测的需求,中国和欧洲也计划发射专门的SIF卫星探测器.国内外学者生产了一系列全球SIF卫星遥感产品,并...     

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。     

基于Cubist的中国植被区域叶绿素荧光数据重建

日光诱导叶绿素荧光(Solar-Induced chlorophyll Fluorescence,SIF)是植物在太阳光照条件下,在光合作用过程中发射出的光谱信号(650～800 nm),SIF相比于植被指数等参数更能直接地反映植被光合作用的相关信息,为大尺度GPP估算带来了新的途径。但目前卫星SIF数据或存在分辨率较低的不足,或存在数据空间不连续的局限,对于应用到大尺度中连续GPP的估算中有一定难度。OCO-2 SIF数据拥有较高的空间分辨率,但却是空间离散数据。针对上述问题,着重研究对离散的OCO-2 SIF数据进行连续预测的方法,生成中国—蒙古草地生态系统的较高精度连续SIF数据集。结果如下：通过Cubist回归树算法,结合MODIS反射率数据,气象数据及土地利用类型,建立了每8 d的0.05°分辨率的连续SIF数据集,预测精度为R²=0.65,RMSE=0.114。其中,对作物类SIF预测的精度最高,为R²=0.71,RMSE=0.117;其次为对森林与草地的预测,两者的R²和RMSE分别为0.64/0.123,...     

国外植物物候对气候变化响应的研究进展

植物物候易于观测,对气候变化响应敏感。国外在物候观测、网络建设和物候对气候变化响应的研究方面取得了显著成果,对于推动我国植物物候对气候变化响应方面的研究工作具有重要作用。综合论述了国外物候观测和网络建设、植物物候对气候变化响应的研究方法和主要研究成果,并探讨了未来植物物候对气候变化响应研究的发展趋势。     

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。     

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JavaScript的叶绿素荧光信号特征点自动定位软件设计

几乎所有光合作用过程都可通过叶绿素荧光反映出来,叶绿素荧光动力学技术已经成为研究植物生理最广泛的技术之一,本软件分析叶绿素荧光参数,辅助研究光合作用过程中光系统II对光能的吸收、传递、耗散、分配等过程。程序从excel表中批量读取叶绿素荧光仪测量得到的数据,在网页中运用JavaScript语言编程,自动绘制OJIP曲线,以及相应的OJIP曲率曲线、一阶导数曲线、二阶导数曲线。用户能在交互式OJIP曲线上设定区间,根据设定算法,自动定位符合条件的I点与J点,手工调整与优化特征点位置,将定位的特征点结果作为文件导出并保存,使叶绿素荧光信号研究更加方便快捷。     

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。     

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。     

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。     

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。