遥感植被NDVI与气候关系研究中的数学方法

植被-气候关系是全球变化研究中的重要组成部分,分析气候因子与遥感植被指数之间的相互关系有助于揭示气候变化对植被的影响.植被归一化植被指数(NDVI)作为反映植被生长状况的重要因子,与气候因子是相互影响和相互制约的关系.基于国内外该领域的研究进展,从植被指数或气候时间序列数据预处理方法和遥感植被指数与气候关系研究方法等方...     

嘉陵江流域 NDVI 年季变化特征及其与气象因子的关系

利用统计学相关方法对嘉陵江流域1982—2006年NDVI变化规律及其与降雨、气温、日照时数的耦合关系进行研究。结果表明:1982—2006年流域内年均NDVI值呈增长趋势,其中春季增长趋势最明显;年均NDVI值与气温的相关关系最好;在各个季节,流域季平均NDVI值随降雨、气温变化都存在一定的滞后现象,尤其在植被生长较为旺盛的春、夏、秋季。春季,流域NDVI值和上季度温度以及本季度日照时数关系较为显著;夏季,流域NDVI值受本季度和上季度各个气象因子影响较大;秋季,流域NDVI值和日照时数相关关系较好,同时受上季度气温影响较大。     

2000—2015年黑河流域中上游NDVI时空变化及其与气候的关系

选择西北第二大内陆河黑河流域中上游为研究区, 以2000—2015年逐月NDVI数据、月均温和月降水数据、DEM数据和基础地理信息数据为数据源, 采用RS, GIS 和数理统计分析等方法, 从区域尺度和像元尺度揭示区域NDVI时空变化格局及其与气候的关系。结果显示: 1) 2000—2015年, 黑河流域中上游NDVI总体上呈现增长趋势, 其中夏季的增长速率最大, 明显高于春季和秋季; NDVI快速增长区主要位于中游地区黑河干流两侧的绿洲地带; NDVI显著下降区位于张掖市市辖区、酒泉市市辖区以及其他县城所在地; 2) 夏季NDVI与降水相关性较高, 而春、秋季NDVI与气温相关性较高; 夏季NDVI与夏季降水的显著相关性主要体现在远离黑河干流的大片低覆被草地、戈壁以及荒漠, 而邻近黑河的人工绿洲地带NDVI与降水没有显著相关性; 3) NDVI响应降水的时滞效应较明显, 夏季NDVI对降水的响应普遍存在1个月的时间滞后, 最长能滞后2个月。研究结果可以为区域植被恢复和生态系统管理提供参考。     

汾河流域植被NDVI的时空变化特征及其对气候因子的响应

了解流域植被的时空变化,对气候变化背景下的流域生态恢复具有重要意义。利用趋势分析、空间自相关分析以及相关性分析方法,对2001—2019年汾河流域归一化植被指数（NDVI）、气温、降水量的时空格局和变化趋势以及植被NDVI对气温和降水量的响应进行了分析。结果表明：（1）2001—2019年汾河流域植被NDVI表现为盆地地区低、流域东西两侧山地地区高的特征,增长幅度表现为夏季>春季>秋季>冬季;（2）汾河流域植被NDVI高-高聚集型和低-低聚集型的区域面积分别占汾河流域总面积的36.13%和21.87%,低-高聚集型与高-低聚集型在全年与各季节分布均较少;（3）汾河流域2001—2019年升温幅度为0.038℃/a,4个季节的升温幅度大小次序为春季>夏季>秋季>冬季;降水量呈增加趋势（3.084 mm/a）,4个季节的降水量增加幅度大小次序为夏季>春季>冬季>秋季;（4）汾河流域植被NDVI对气温与降水量的响应较弱,仅春季与夏季的年际降水量变化对植被NDVI存在显著影响。研究结果可为汾河流域植被动态变化管理及生态环境恢复提供理论依据。     

1982—1999年我国植被净第一性生产力及其时空变化

基于地理信息系统和卫星遥感技术,利用植被、气候和土壤等地面空间数据,应用CASA模型估算了1982—1999（除1994）年间我国植被年净第一性生产量及其时空变化。结果表明：18年间我国植被净第一性生产量呈增加趋势,平均增加速率为0.024PgC·a^-1,其均值为1.8PgC,其中高寒植被、常绿阔叶林和常绿针叶林的增加速度最快;降水是限制我国植被净第一性生产力的主要因子。     

宁夏植被时空变化及其与气候要素的耦合关系

利用2001~2011年空间分辨率为500 m的NDVI数据和分布均匀的10个气象站点数据,运用最大值合成法、均值法、相关系数分析等方法,研究宁夏植被的四季变化及其与气候因子之间的关系。得出主要结论如下:①宁夏植被生长在年内呈典型的单峰分布,夏季植被生长最好,平均植被指数为0.424 7;冬季植被覆盖最差,植被指数仅为0.156 5。②2001~2011年,春季植被覆盖呈明显退化趋势,夏季趋于平稳,秋冬两季明显改善。③整体上,2001~2004年植被覆盖变化不大,2004~2011年植被覆盖明显改善,其中2005和2009年植被指数分布处于两次低谷值。④宁夏中部和北部地区,植被四季覆盖差异较大,而南部差异较小,且植被指数较高。夏季NDVI值在0.3水平以上占全区面积的55%左右,其中0.5~0.7水平之间的在23%左右。⑤宁夏植被生长与气温、降水、日照时数都有密切的关系;而主要生长期受春季和夏季的降雨量影响,其中夏季温度过高抑制了全区植被生长。     

呼伦贝尔NDVI变化及与气候变化的关系研究

本文基于1982-1999年的Pathfinder AVHRR NDVI指数数据集和2000-2010年的MODIS NDVI数据集分析呼伦贝尔NDVI多年和季节尺度变化;根据呼伦贝尔市及周边15个气象站点1964-2013年逐日气象观测资料,探究呼伦贝尔的最高气温、最低气温、平均气温、降水量变化以及NDVI变化与4个气象要素的关系。结果表明：近29a呼伦贝尔的年均NDVI显著增大,其中春季NDVI值增大最快而秋季增大最慢;呼伦贝尔近50a的气温显著上升,尤以最低气温上升最明显,在季节变化上,冬季各温度指标温度上升最快;年降水量呈增多趋势,以春季降水增加最显著,夏季降水波动最大;年均NDVI与平均气温、降水量显著相关,但是NDVI与气温、降水的相关性在年、季不同时间尺度均有很大差异,在四季中以夏季NDVI均值与各气象因子相关性最强。温度、降水与NDVI的相关模态分离研究表明,平均温度升高时NDVI值偏大,而降水增多NDVI值减小。     

近21年丹江湿地NDVI时空变化特征及其气候驱动因子分析

基于MOD13A3-NDVI数据,研究了丹江湿地及周边地区2000—2020年归一化植被指数（NDVI）的时空变化特征及其气候驱动因子.研究发现：(1)空间上,研究区耕地和林地的NDVI变化以增长为主,淅川县城、丹江口水库和丹江湿地自然保护区等地的NDVI变化以降低为主.(2)时间上,21年间研究区NDVI年均值变化呈波动增长趋势,平均每年增长0.000 3,且通过0.01的显著性检验;NDVI月均值变化存在一定的季节性,8月份达到峰值,呈年度周期性波动.(3)不同土地利用类型中,林地NDVI的年际增长趋势最为显著,耕地次之,泥滩湿地、泥滩和建筑用地的年际变化波动较大.(4)气候因素对植被变化有一定的影响,83.7%的区域年平均气温与NDVI呈正相关,其中5.5%的区域通过置信水平为0.05的显著性检验;65.2%的区域年降水量与NDVI呈负相关,但未通过显著性检验;93.4%的区域年日照时数与NDVI呈正相关,其中10.8%的区域通过置信水平为0.05的显著性检验,1%的区域通过置信水平为0.01的显著性检验.     

基于小波相干的武夷山NDVI与环境因子的关联性分析

为了揭示武夷山世界遗产地植被覆盖与其影响因素的空间尺度变化规律,利用武夷山世界遗产地2009年的TM遥感影像及DEM、居民地、道路、河流等数据,运用小波相干分析方法研究该地区两条样带上归一化植被指数(NDVI)与高程、坡度、坡向、距最近居民点距离、距最近道路距离以及距最近河流距离等环境因子的相关性.研究表明,NDVI与环境因子的关系随尺度变化,在大中尺度上NDVI与海拔、坡度、坡向显著相关,其中海拔是主导控制因子;海拔600 m以下,NDVI与海拔为正相关,而600 m以上,NDVI与海拔的关系在东南季风的迎风坡为正相关,背风坡为负相关,海拔大于1 200 m的区域为负相关.     

1982—2010年全国草地生长时空变化

基于遥感技术,利用1982—2010年间NOAA-AVHRR卫星获得的归一化植被指数(normalizeddifference vegetation index,NDVI)数据对全国29年来的草地生长动态变化及其与温度、降水的相关关系进行分析。结果表明:29年来,全国草地生长季NDVI总体上呈显著增加趋势(R2=0.25,p<0.01),尤其是在1982—1999年间(R2=0.60,p<0.01),而自20世纪90年代末开始失速。值得注意的是,最近十几年(1999—2010年)草地生长季NDVI变化趋势的大小和方向基本上取决于起始年份的选择,因而这一阶段草地生长的总体趋势不显著。不同地区、不同时段生长季NDVI变化趋势的空间分布存在较大差异。草地生长在1982—1999年间呈广泛(约占85%)增加趋势,在1999—2010年间出现较大范围(约占50%)的逆转,尤以干旱、半干旱地区的草地植被生长下降趋势最明显。水热组合状况是影响这一变化的主要原因。生长季平均NDVI与气候因子之间的相关关系分析表明,全国大部分地区草地生长变化主要受降水驱动,对于部分高寒和湿润、半湿润地区的草地,生长季NDVI与温度关系密切,温度上升对该地区草地生长有利。     

基于GWR模型的中国NDVI与气候因子的相关分析

在ArcGIS支撑下, 基于1982-2010年8 km分辨率的AVHRR NDVI及气温和降水数据, 应用最小二乘法和地理加权回归方法, 构建中国NDVI与气候因子的地理加权回归模型, 定量分析中国NDVI与气温和降水的相互关系, 获取各个回归参数的空间格局, 并将模拟结果与全局性回归结果进行对比。结果表明, 与线性回归模型相比, 地理加权回归模型的拟合效果显著提高, 拟合优度从0.3提高到0.6。气候因子对NDVI的影响具有空间异质性: 从北到南, 气候因子对NDVI的影响逐渐减小; 西北内陆等干旱荒漠地带, 气候因子对NDVI的影响较大。对中国大部分地区而言, 气温对NDVI的影响超过降水。各区NDVI与主导气候因子发生作用的特征尺度不同。     

基于时序植被指数的东北地区耕地生长季特征识别与应用研究

基于多时相遥感信息可以有效反映区域尺度上作物物候期特征的原理,利用1998—2009年期间的SPOT/VGT NDVI逐旬时间序列数据,采用TIMESAT软件集成的非对称高斯函数拟合方法对数据序列进行平滑重构处理,进而根据拟合曲线变化特征定义并提取了我国东北地区耕地生长季特征参数（包括生长季开始期、峰值期、结束期与生长...     

贵州六盘水市PM2.5时空分布特征与植被覆盖相关性分析

以2017年PM2.5污染较为严重的贵州六盘水市为研究对象,分析PM2.5的月变化与季变变,探讨PM2.5污染来源与各个因子之间的关系。通过PM2.5与平均气温的相关性分析、PM2.5与平均植被指数的相关性分析,以月、季为时间尺度对六盘水市5的监测点(PM2.5)进行浓度变化分析。得出时间上六盘水市大气中PM2.5浓度变化具有季节性,季平均气温与季平均PM2.5呈负相关,各监测点(PM2.5)在冬季最高,各监测点平均PM2.5浓度达到55.16μg/m_³,夏季最低为22.59μg/m_³。季PM2.5浓度变化与季平均植被指数呈现负相关,植被覆盖的变化对大气PM2.5浓度变化有显著影响,在土地利用类型中耕地与领地的植被指数变化最大,土地利用类型当中的耕地与林地对大气中PM2.5浓度变化有显著影响。     

1736-1998年中国洪涝灾害持续时间分析

根据中国1736－1948年历史洪涝灾害资料和1949－1998年报刊数据,以县为空间单元,统计出了每年洪涝灾害的持续时间,以持续时间为指标,首先分析了中国每年洪涝灾害总的持续时间和平均持续时间的时间空间变化规律,其次按照流域范围重建了中国10个流域的洪涝灾害持续时间序列并分析了其时间变化特征,结果表明：1736－1948年洪涝灾害年总持续时间在波动中逐渐增长,洪涝灾害平均持续时间地略有增长,1949－1998年的新中国成立50年来总洪涝灾害持续时间有所减少。     

南海北部浮游植物的时空异质性研究

 为研究南海北部浮游植物时空变化规律及其与海洋环境响应关系,采用1997-2002年开展的“南海专属经济区和大陆架渔业资源及其栖息环境调查”所取得的浮游植物调查数据,利用GIS空间局部插值法构建景观分析模型,对南海北部浮游植物时空异质性进行了分析。结果表明,南海北部海区浮游植物密度变化范围为0.03(4 179×10⁴ 个/m³,总平均为87.2×10⁴ 个/m³,夏冬春秋四季浮游植物平均密度由高至低。南海北部浮游植物总体近海高于远海,且在近海海域呈斑块状分布格局,斑块一般出现在北部湾中北部上升流区、粤东遮浪上升流区、台湾浅滩上升流区和粤西沿岸电白-阳江上升流区等南海北部几个重要上升流区内。浮游植物密度最高值斑块一般随着季风和沿岸流的季节转换而交替向东或向西方向进行有规律的漂移。     

我国北方干旱的时空分布特征分析

通过对北方干旱和半干旱地区时间序列的降雨、径流等资料研究,采用降雨距平百分率和分时段多年降雨空间分布分析方法,进一步了解我国北方降雨,径流与干旱空间变化的全貌,并据此对北方各主要地区的干旱情况进行了分析,为全面掌握、研究和预测北方干旱和生态环境的演变发展奠定基础。     

中国沿海地区社会脆弱性评价

将美国社会脆弱性指数(SoVI)方法用于中国沿海地区,并基于中国国情进行改进,以探索中国沿海地区社会脆弱性的空间分布及其社会经济文化驱动因素.基于SoVI方法,选取31个指标对我国沿海的300个研究单元进行评价,采用主成分分析法得到社会脆弱性的6个主要影响因子:城镇化水平,经济条件,年龄与性别,民族与特需人群,居住条件与文盲,医疗水平.对这些因子按照对社会脆弱性的正向或负向作用进行加和,得到最终的社会脆弱性指数.结果显示,最高的社会脆弱性集中在海南省及北部湾沿岸,江苏北岸和辽宁省北岸社会脆弱性也较高.     

西南喀斯特地区近45年来气候变化特征及趋势

基于黔、桂、滇3省（区）72个气象站点45年（1960—2004年）逐月平均气温和降水量数据,借助小波分析、人工神经网络及GIS空间分析等方法研究了我国西南喀斯特生态脆弱区近45年来在全球气候变暖的背景下,气候变化的特征和总体趋势。研究结果显示：该区气候变化具有明显的周期性特征,其中气温变化的主周期约为7年,降水量变化的主周期约为25年。该区气候变化的季节性特征和区域差异也比较明显,通过计算过去45年中四季气温和降水量的变化率并对其进行GIS空间插值分析,得到了四季气温和降水量变化的区域分异状况;通过SOFM网络分别选取分类指标对研究区近45年来气温和降水量变化的状况进行聚类分析并对聚类结果进行GIS空间插值分析,划分了研究区气温和降水量变化的类型区域。RBFN模型预测的结果得出,该区2005—2010年气温和降水量的变化均处于相对低值期。