基于CASA模型的广西植被NPP季节变化研究

植被净初级生产力（Net Primary Productivity，NPP）是判定陆地生态系统碳汇/源的关键要素，不仅直接代表了自然环境条件下植被群落的生产能力，还体现了陆地生态系统的质量水平。本文基于陆地生态系统碳汇模型（CASA模型），利用2019年中分辨率成像光谱仪（MODIS）归一化植被指数（NDVI）数据和其他气象数据，对月、季节、年尺度上的广西植被NPP的空间变化进行估算，分析其时空变化特征，并探讨不同植被类型、气象因子和地形地貌对其的影响。结果表明：2019年广西整体区域的植被NPP平均值为880.56 g C·m^-2·a^-1，植被NPP空间分布呈内陆中心向四周递增、东北部向西南部递增的特点。月植被NPP在时间序列上总体呈现正弦曲线的变化特征，1-8月的植被NPP呈上升趋势，在8月达到峰值，而且9月仍然维持较高值；之后至12月，植被NPP逐步下降。广西植被NPP的季节变化明显，冬季的植被NPP整体最低，区域差异性不突出；夏季的植被NPP整体最高，区域差异性突出。常绿阔叶和混交林分布面积广且其光能利用率较大，对广西植被NPP贡献较大。从月尺度上来看，月植被NPP与月累计降水量主要呈负相关关系，与月平均气温主要呈正相关关系；月平均气温与月植被NPP的偏相关性比月累计降水显著，月平均气温是广西月植被NPP的主要影响因子。在中海拔地区（700-1 300 m），植被NPP并不受喀斯特地质环境背景的影响，喀斯特地区和非喀斯特地区植被NPP相差不大且随着海拔高度的上升趋于稳定。在全球变化背景下，分析广西植被NPP的时空演变规律及其与环境要素之间的关系，可为广西生态环境监测与管理、生物多样性保护、生态服务评估等提供科学参考。     

云南人工林和天然林对短期与持续干旱响应的差异性?

全球气候变化导致干旱发生的频率,持续时间以及强度不断增加,严重影响森林的正常生长.受人类活动影响,人工林的面积逐渐增大,其对不同强度干旱胁迫的响应是否与天然林存在显著差异,目前仍存在争议.本文以云南省为研究区域,分析了不同时间尺度的气象干旱指数(SPEI)与反映植被生长状态的遥感监测植被指数(MODIS EVI)之间的关系,获得了反映该地区最佳时间尺度SPEI和对水分最敏感月份的EVI指标,进而基于省级尺度和基于气象站点的泰森多边形2个尺度上比较了人工林和天然林的生长状态对短期干旱(2001—2008年)与持续干旱(2009—2014年)的响应差异.结果表明:1)无论是人工林还是天然林,持续干旱对其的生长状态的影响均大于短期干旱;2)天然林的生长状态受持续干旱的影响程度大于人工林,且生长状态比人工林差.气候变化将导致更多极端的持续干旱事件发生,在未来气候变化进程中应多关注极端干旱对天然林的影响以及天然林的可恢复性问题.     

2001-2014年黄土高原植被覆盖对干旱条件的响应分析

目的 研究黄土高原地区植被覆盖的未来趋势以及干旱情况对其影响.方法 基于2001-2014年MODIS-NDVI数据以及气象站点月值数据,采用趋势分析、Hurst指数及SPEI标准降水蒸散指数等方法分析植被覆盖时空变化特征.结果 2001-2014年黄土高原地区植被覆盖呈波动增加趋势;在空间上,黄土高原植被覆盖呈增长和下降趋势的面积分别占85.15%和14.85%;黄土高原植被覆盖变化的同向特征稍强于反向特征;SPEI与植被覆盖二者出现了较为统一的突变点,且对植被覆盖的影响具有较统一的滞后性.结论 黄土高原植被覆盖整体表现为上升趋势,降水与气温是影响黄土高原植被覆盖的主要因素.     

基于CASA模型长江流域植被NPP时空演变及与地形因子的关系

植被净初级生产力(net primary productivity, NPP)是评价生态系统固碳能力的重要指标。长江流域作为中国重要的农业生产区和生态安全屏障，深入开展长江流域植被NPP时空变化特征的研究，对了解流域植被生长情况和生物固碳能力具有重要意义。基于CASA模型，反演长江流域植被NPP,分析长江流域2001—2018年不同时空尺度下的植被NPP的演变特征以及与地形因子的关系。结果显示：CASA模型对于长江流域植被NPP的反演效果较好，可以反映研究区的植被NPP的实际状态，长江流域多年植被NPP为572.72 gC/(m²·a)。时间上，长江流域植被NPP年际变化可分为2个阶段，2001—2007年NPP年均值变化明显，呈波动式上升；2008—2018年相对变化趋于平稳，植被NPP年内变化层次感比较明显，夏半年(4—9月)NPP月均值较高，对全年NPP总量的贡献率为77.61%。长江流域植被NPP空间格局上具有明显的差异性，总体呈现自西北向东南递增，长江流域在18年间植被NPP增加的面积大于减少的面积，NPP增加趋势主要分布在岷沱江水系南部、嘉陵江水系西部...     

近50年云南省怒江、澜沧江流域气象干旱研究

基于怒江、澜沧江云南段31个气象站点1965—2013年的月降水、气温资料,计算两个流域各生物气候区的标准化降水蒸散指数(SPEI)。分析近50年的年、季节、月尺度的干旱过程、干旱发生频率及强度,揭示怒江、澜沧江云南段干旱发生的时空和强度演变特征。结果表明,自20世纪70年代后期以来,研究区季节、月尺度干旱整体上呈显著增加趋势,尤其是冬季;两个流域内各气候区干旱特征的空间分异不明显,干旱发生与全省性的大范围干旱发生较为一致;近50年来,研究区气温的显著升高可能比降水的微弱减少对其干旱变化贡献更大。     

三江源地区植被对水分胁迫条件的响应特征

水分胁迫条件是影响植被生长的重要因素之一.本文基于归一化植被指数(NDVI)和标准化降水蒸散指数(SPEI),研究了三江源地区1983~2010年农田、草甸、阔叶林、针叶林和稀疏草原五种植被类型对于不同尺度SPEI的响应.结果表明,近28年来,三江源地区NDVI在年内差异显著,年均值基本稳定不变.中期和长期SPEI呈现微弱湿润化趋势.在非生长季节,短期SPEI和植被存在较强的负相关关系,说明植被对于干旱有一定的适应能力;而在生长季节,植被和长期SPEI存在正相关关系,说明水分盈亏对于植被的影响具有累积效应.三江源地区植被生长动态对于水分胁迫响应具有季节性和滞后性.SPEI对于不同植被类型的影响表现出一定差异性.     

基于1990-2015 归一化植被指数的河北植被时间变化特征及其对干旱的响应

基于1990-2015年研究区逐旬归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index, NDVI）数据和站点逐日降水数据,对河北地区NDVI时间变化特征及其与多尺度标准化降水蒸散指数（Standardized Precipitation Evapotranspiration Index, SPEI）的响应关系进行了深入分析。结果表明：（1）研究区草地、林地面积增加,空间上呈自东向西交替变化,并呈破碎化现象。（2）年均及生长期NDVI呈明显的上升趋势,夏季NDVI最高,冬季最低,月均NDVI时间变化与雨热同期。（3）不同尺度SPEI均呈下降趋势,随着时间尺度的增加,降幅不断加剧。干旱整体上发生的持续时间和干旱程度有所降低,而春季发生干旱明显强于其他季节。（4）年际及夏季NDVI对SPEI变化响应最为显著,夏季NDVI与SPEI06之间的相关性为最高的0.628,春秋次之,冬季最低。年际及季节性NDVI变化与SPEI03及SPEI06变化的相关性较高。年际及季节NDVI变化对SPEI的响应较单独的气候因子（气温、降水）更明显。     

怒江流域下游地区气象与水文干旱特征研究

以怒江下游勐波罗河流域为例, 利用周边气象站点年的月降水量、月气温和流域出口水文站月径流数据, 计算气象干旱指标标准化降水指数(SPI)、标准化降水蒸散指数(SPEI)和径流干旱指数(SDI), 分析该地区1966—2013年间不同参考期(12个月、6个月和3个月)的气象和水文干旱变化过程, 揭示流域水文干旱与气象干旱发生的关联。研究结果表明, 自21世纪初期以来, 流域各参考期干旱指数呈现减少趋势(干旱增加),尤其是SPEI-6M (参考期为6个月的 SPEI)和SPEI-3M (参考期为3个月的SPEI)。研究区气象与径流干旱均具有多尺度周期性特征: 在20世纪90年代中期之后, 25~30年大尺度周期的等值线中心逐渐下移, 时间尺度缩短为10~15年。进入21世纪以来, 径流干旱在25年以上的大尺度上演变为减弱的干旱期, 在10~15年中尺度上则处于由干旱向微湿润变化的过渡期。径流干旱与气象干旱关系密切, 通过气象干旱指数SPEI-6M, 可以较好地预测年径流干旱变化程度。     

珠江流域植被净初级生产力及其时空格局

为阐明珠江流域植被净初级生产力(NPP)变化的整体状况,应用以遥感观测数据驱动的GLO-PEM模式模拟估计的NPP数据,对珠江流域1981~2000年间的地表植被净初级生产力的空间分布及时间序列变化进行了综合分析。研究结果表明:①20年来,珠江流域年均NPP总量为0.60Pg C,占中国总量的19.42%,单位面积的年平均NPP为1328.61 g/(m2.a),是中国平均水平的4.12倍;②从NPP的空间分布看,单位面积的NPP以右江上游山区及珠江三角洲西南部地区等地最高,北盘江上游山区最低;③从各种植被类型来看,以热带常绿阔叶林的平均NPP最大,山地稀树灌木草原的平均NPP最小;④受气候和土地利用变化的影响,20年来珠江流域植被NPP整体上呈现了不显著减少的趋势,单位面积NPP减少了约0.6%。     

伊犁地区植被生产力的时空分异及其与地形因子关系研究

基于MODIS·NDVI数据、气象数据和土地利用等数据采用CASA模型定量反演得到2012年—2014年伊犁地区以月为周期,空间分辨率为500 m的植被NPP.分析了研究区植被NPP的时空分布特征,探讨了不同植被类型对NPP的贡献率以及地形因子对NPP的影响.研究结果表明：2012年—2014年伊犁地区植被NPP的年平均值为200 gC·m－2·a－1,空间上呈现出东部大于西部的特征;不同植被类型的月均NPP呈现3～7月增加,7～11月下降的趋势.但不同植被类型月均NPP的变化速率和变换幅度存在较大差异;草地对研究区NPP总量贡献率最大为58.59%,其次是农作物,贡献率为31.45%;针叶林和阔叶林对研究区的贡献率基本相同,分别为3.75%、3.60%;稀疏植被贡献率最小仅为2.61%;研究区年均NPP随海拔和坡度的增加均呈现出先增加后减小的特征;通过验证表明,利用CASA模型对伊犁地区植被NPP估算的结果与MOD17A3产品一致性较好.     

宁夏平原湿地水体的季节性演变及其对年内气候变化的响应

许多内陆水体存在季节性变化,了解这种地表水资源的季节性行为对区域甚至全球尺度的水文和生态演变具有重要意义。本研究利用Landsat TM/ETM+/OLI等多源遥感影像解译提取了宁夏平原1996—2020年近25年的枯水期和丰水期的湿地水体数据。通过对丰、枯水期湿地数据进行面积统计对比和空间叠加分析,量化分析湿地水体资源在气候变化背景下的季节性变化特征和模式。以1个月和3个月时间尺度标准化降水蒸发指数(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index,SPEI)作为旱涝指数,结合对应的湿地水体面积季节性变化值,通过曲线拟合、相关分析和显著性检验,定量分析湿地水体对季节性气候干旱胁迫的响应。结果表明:(1)1996—2020年间研究区内丰、枯水期湿地水体面积最大变化值为404.84km²(2018年),最小面积变化值为9.1km²(2000年),近25年丰、枯水期湿地面积平均变化163.17km²。(2)从整体上看,1个月尺度和3个月尺度的SPEI的丰、枯水期变化值多年...     

基于MOD17A3的图们江流域植被NPP时空变化特征

利用遥感技术,基于MOD17A3数据分析了图们江流域2000—2015年共16年的NPP动态变化.结果表明,2000—2015年图们江流域NPP总体呈上升趋势,2012年NPP值达到最大,最小值出现在2007年,平均每年上升4.04 gC·m~(-2)·a~(-1);图们江上游NPP表现出最高,为541.77 gC·m~(-2)·a~(-1),下游次之,为482.10 gC·m~(-2)·a~(-1),中游年平均NPP排在最后,为462.46 gC·m~(-2)·a~(-1),三个区域在16年的时间跨度上总体都是呈上升趋势;对年均NPP从小到大分类,其中NPP在400~600 gC·m~(-2)·a~(-1)这个范围占比最大,平均为48.7%,NPP小于400 gC·m~(-2)·a~(-1)和NPP大于600 gC·m~(-2)·a~(-1)的面积所占比例基本相差不大,分别为27.0%和25.3%;从整个流域来看,大部分地区植被的NPP值是增长的,NPP值增加的区域面积加起来占总面积的80%,下降的区域只占到20%;植被NPP与降水量、气温、湿度具有一定的线性正相关关系.     

黑河流域NPP对气候变化及人类活动的响应?

基于改进的CASA光能利用率模型,利用Spot VEGETATION逐旬NDVI数据,对黑河流域1998—2007年植被NPP进行了估算,在掌握10年黑河流域植被NPP变化趋势基础上,探讨不同类型植被NPP对气候变化的响应机制,定量评估2000年后黑河调水与生态保护建设工程的实施效果.结果表明:从1998—2001年间植被覆盖区域年NPP处于显著下降趋势;而2001—2007年间植被类型NPP处于显著上升趋势,2001年成为这10年间NPP趋势变化的转折点.在大规模黑河调水与生态保护建设之后(2002—2007年)的5年期间,黑河上、中、下游所有土地覆盖类型的NPP残差均大于0,表明调水与生态建设工程已经取得成效.人类活动对中游NPP平均贡献率11.5%,对上游NPP平均贡献率5.29%,对下游NPP平均贡献率3.23%.     

基于标准化降水蒸散指数的宁夏中部干旱带干旱趋势分析

基于标准化降水蒸散指数(SPEI),选取1960～2012年宁夏中部干旱带的海原、同心、麻黄山、兴仁、盐池五个气象站的降水和平均气温资料作为代表,计算各站SPEI序列,研究宁夏中部干旱带在不同时间尺度、不同季节尺度下的干湿演变趋势、干旱发生强度和频次变化以及干旱发生范围变化。结果表明:①SPEI中起决定性作用的因素是降水;②SPEI值的变化对不同时间尺度的敏感性不同,时间尺度越小,干湿变化趋势越明显,甚至是正负波动振荡;③宁夏中部干旱带干湿变化明显,不同季节均呈湿润化趋势,且以轻度干旱和中度干旱为主,干旱发生范围和干旱发生强度总体呈缩小趋势。     

大连市植被覆盖度时空变化研究

城市植被覆盖度是评价城市生态环境质量的一项重要指标.研究选取Landsat影像为数据源,采用像元二分模型并结合GIS分析功能,将大连市植被覆盖度分为低、较低、中、较高和高5个级别,获得2000—2016年的大连市植被覆盖度分布图.研究发现:2000年、2007年、2011年和2016年大连市平均植被覆盖度分别为56.4%、58.6%、55.7%和56.9%,各时期覆盖度大于60%的面积约为总面积的1/2;大连市高植被覆盖度集中分布在大连市北部(庄河、普兰店、瓦房店);庄河植被覆盖度对整体水平有明显增高作用,市辖区、金州、瓦房店为降低作用;2000—2016年期间,植被覆盖度显著退化区域面积分别为348、444、366km~2,显著改善区域面积为1 268、555、840km~2.植被覆盖度的变化与城市的经济建设及"青山生态系统工程"等政策密切相关.气象因子在年尺度相和月尺度相与植被覆盖度均未呈现明显相关性,社会因子中人口密度和地均GDP均与植被覆盖度呈现显著负相关性.     

气候因子对黄土高原植被的影响

气候因子和人类活动共同影响植被覆盖变化,其中气温和降雨是最重要的两个气候因子。利用2000—2014年黄土高原地区的MODIS数据(MOD44B,MOD17A3)及气象数据(气温,降雨),运用路径分析方法,分析了黄土高原不同气候区气候因子对植被盖度及净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)的影响。结果表明:(1)黄土高原地区2000—2014年植被覆盖波动明显,15a呈不显著的增长趋势(r=0.467,P0.05),其中林木覆盖度呈极显著的增长趋势(r=0.864,P0.01),显著增加区占黄土高原总面积40.56%,主要分布在陕西北部及吕梁山脉一带,不显著(P0.05)增加区占41.68%;(2)在半干旱的黄土高原地区,降雨对植被盖度的影响较气温大,在每个气候区降雨对植被盖度、林木盖度及NPP均有显著正影响,在低温少雨区NPP对降雨更敏感;(3)降雨和气温不仅可以直接影响NPP,还可以通过植被盖度进而间接影响NPP,林木盖度对NPP的影响明显大于非林木盖度,多雨区气候因子对NPP的间接影响较少雨区大。     

基于TRMM降水数据的陕西省干旱分析

针对气象站点观测数据不能测量大范围区域降水量的情况,以陕西省为研究区,以其境内20个气象站点的实测降水量为"真值",采用一元线性分析法分别在月尺度和年尺度上验证TRMM 3B43(热带卫星降水数据)与实测降水量的一致性.以Pa指数(降水距平百分率)作为评价干旱的指标,分析2007—2016年陕西省干旱发生的分布情况.研究表明:TRMM 3B43能够较为准确的表示陕西省的降水量情况;陕西省的降水量分布大体呈现南多北少,且大部分降水集中在6—9月份,11月—次年3月降水量较少;陕西省存在较为明显的干旱化趋势;陕北地区干旱情况发生较为频繁,干旱发生频率在80%以上,干旱面积明显大于关中以及陕南地区.     

国外科技期刊亮点

干旱生态系统植被斑块尺度分布遵从"冥次法则"干旱生态系统约占地球土地面积的40%,是20多亿人生活的家园,但它们在气候变化和人类活动面前仍然很脆弱。荷兰Utrecht大学哥白尼学院环境科学系的Kéfi等利用数值模型及来自西班牙、     

多种气象干旱指数在新疆干旱评价中的应用对比研究

选取新疆50个气象测站1960-2010年间逐日降水、气温资料,采用模糊C均值聚类方法,并结合新疆地形地貌及水汽来源等地理特征,将全疆分为北疆、南疆、天山北坡、天山南坡及天山东段5个区域,对比分析标准化降水指数(SPI)、标准化降水蒸散发指数(SPEI)、自适应帕默尔指数(scPDSI)及有效干旱指数(EDI)的优缺点及其在各分区干湿监测过程中的适用性。SPI、SPEI、EDI对降水、气温响应较快,且干湿趋势变化所呈总体特征一致,EDI较SPI及SPEI对降水量变化更加敏感,SPI较EDI对"干"的评定较重,对"湿"的判定较轻,SPEI综合考虑气温及降水对"干"、"湿"的共同作用,能够监测到SPI及EDI无法监测到的一些特大旱情,而scPDSI对干湿事件的判断结果与其他三种指数相差较大,甚至会出现完全相反的判断结果,且scPDSI对旱情严重程度的判断偏轻,对干湿变化响应较慢,不适用于新疆干湿监测。SPI与SPEI相关性较好,SPI与EDI相关性明显好于SPEI与EDI的相关性,而scPDSI与其他三种干旱指数的相关性均较弱。另外,从干旱发生频率、干旱站次比及干旱强度三个角度进一步分析不同等级干旱事件的发生规律,整体上,干旱发生具有明显的区域性和季节性特征,不论是年或者四季干旱,干旱影响范围均呈缩减趋势。     

黑河上中游流域地表植被对干旱的响应

在干旱半干旱区,水量是植被生长发育的重要因素.本文基于黑河上中游流域2000—2010年MODIS遥感叶面积指数(LAI)产品、中国区域高时空分辨率地面气象要素驱动数据集等多源数据,计算研究区域各栅格逐月的累积相对湿润指数,通过皮尔逊回归分析,建立LAI与累积相对湿润度指数的相关关系,以此定量评价黑河上中游流域不同土地覆被类型(农田、森林、草地、聚落、湿地)LAI对气象干旱的响应.结果表明:1)植被对干旱的敏感性随植被生长的不同阶段而变化,多数类型的植被在每年的8月份对干旱最为敏感;2)不同类型的植被受干旱影响的程度不同,干旱对农田和草地的影响较大;3)含虚拟变量的回归模型能够合理地描述干旱对植被的影响,模型具有一定的精度.