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...     

基于时序MODIS NDVI数据的长汀县植被趋势特征研究

通过植被时序趋势特征的研究,分析长汀县植被趋势变化.文中将2000-2013年MODIS NDVI数据作为数据源,采用回归和Sen+Mann-Kendall两种分析方法对长汀县植被趋势进行研究.结果表明:两种方法在长汀县植被趋势分析的研究中有较好的空间一致性,在植被呈明显变化的区域差异仅0.44%.Sen+MannKendall分析法有较好抗噪性和对数据分布无要求的优点,可以更好地应用在其他区域的植被时序趋势变化研究.植被变化强度大的区域主要分布在长汀县中部;植被改善的区域主要分布在河田镇和三州乡,呈轻微退化趋势的植被分布在长汀县四周,植被变化强度范围为-0.01~-0.005.     

中国东北地区潜在自然植被模型模拟研究

以我国东北部地区为研究对象,针对区域自然植被分布特点,利用多元分析和GIS技术,建立了基于8个环境变量(气候、地形和土壤)的东北地区区域"植被-环境"模型,对当前环境条件下,东北地区潜在自然植被类型及其地理分布进行了模拟分析.经检验,"植被-环境"模型取得了较好的模拟效果,总体精度为66.91%,Kappa统计量值为0.61.在此基础上,获得我国东北地区"潜在自然植被图".该模型可进一步用于全球变化条件下,潜在自然植被类型及其变化的预测.     

基于NDVI的干旱区绿洲植被覆盖度动态变化分析——以新疆阿克苏地区为例

本文以新疆阿克苏地区1991年、2001年和2016年TM/ETM+/OLI遥感影像为数据源,基于归一化植被指数NDVI应用像元二分模型对植被覆盖度进行了估算,得到三期植被覆盖度等级分布图,并通过转移矩阵,对研究区植被覆盖的时空变化特征进行了分析.结果表明,近25年来,阿克苏地区植被覆盖度总体呈现增长趋势,植被覆盖度60%以上的高植被覆盖区域面积显著增加,面积占比由1991年的7%上升至2016年的12.33%,而其他植被覆盖等级区域的面积均呈减少趋势.自然因素尤其是气候变化在一定程度上有利于研究区植被覆盖的增加,但短期内植被覆盖变化的主导因素还是人类活动的干扰.     

山西省植被覆盖变化及其影响因素研究

利用1982—2011年遥感与气象数据,分析了山西省植被覆盖变化的时空格局,从气候因子和人类活动两方面定量研究对植被覆盖变化的影响.结果表明,山西省植被覆盖及其年际稳定性呈现出由东南向西北递减的趋势;山西省植被覆盖年际变化空间上存在地域差异,恒山以北区域、各大小盆地植被覆盖增强,吕梁山脉与太行山脉植被覆盖减弱;气候因素对植被覆盖影响较深,温度和降水共同作用于植被覆盖,植被覆盖与温度的相关性比降水更为显著;人类活动对植被覆盖的影响不容忽视,且与海拔具有相关性,低海拔区域表现为负作用,高海拔区域表现为正作用.     

基于遥感技术的泰山植被覆盖和岩性的关系研究

以遥感影像为数据源,以实测的研究区地物的波谱曲线为依据。对TM影像进行了包括波段的选择、彩色合成、监督分类等一系列的处理。在此基础上确定了植被密度较大的区域的阚值,对NDVI植被指数图像进行滤波处理,提取出植被密度较大的区域的范围。并把它与岩性分布图进行叠加分析,得出不同岩性上的植被覆盖情况。结合岩石化学成分的资料,分析了可能的原因,指出了植被覆盖和岩性有密切的关系。     

基于遥感影像的都江堰市多植被指数的比较研究

植被指数是遥感领域中用来表征地表植被覆盖,生长状况的一个简单,有效的度量参数.随着遥感技术的发展,植被指数在环境、生态、农业等领域有了广泛的应用;随着人们对于全球变化研究的深入,以遥感信息推算区域尺度乃至全球尺度的植被指数日益成为令人关注的问题.该文主要从NDVI、RVI、DVI三种常用植被指数模型进行分析研究,利用TM遥感影像为主要数据源,通过ERDAS IMAGINE软件对都江堰市遥感影像图进行植被指数的提取以及计算,通过3种不同的植被指数进行分析比较得出该区域的最佳植被指数.     

基于多源遥感的森林变化对区域温度影响的监测方法研究进展

人类活动通过改变土地覆被促成森林面积变化,推动碳收支和地表能量平衡发生相应变化,进而影响全球和区域尺度的气候。现有森林变化对区域温度的影响研究主要集中在有限精度的森林变化数据与温度数据结合的简单统计方法,但高可靠度的森林变化及其生物物理过程对区域温度的影响研究表明,准确、全面地理解森林与气候之间的生物物理相互作用机制,能为森林生态系统的全面评估提供科学支撑。笔者综合分析了基于多源遥感的森林变化结合其生物物理过程对区域温度影响的多种监测方法,结果发现:①多源中高分辨率森林变化数据的有限可用性一直阻碍着对温度变化影响的精准量化;②集成遥感观测数据的多种方法在量化森林变化的生物物理机制对于区域温度变化影响的评价不一致。因此,森林变化的生物物理机制及其温度效应是一个值得深入分析的问题。未来需要充分发挥多种数据源合理集成后用于解释森林响应气候效应方面的交叉优势,理解生物物理机制与生物化学机制共同作用下的森林变化、碳循环与气候的交互关系,并通过森林生态系统的合理经营与管理实现其气候效益最大化。     

基于RS和GIS的榆林市植被覆盖度动态变化研究

植被覆盖度是反映区域生态环境状况的一个主要因素,进行植被覆盖度研究是目前国际研究的主要内容和热点内容.该研究以遥感数据为主要数据源,以榆林市为研究对象对其植被覆盖度进行动态评价,结果表明:从1988--2002年,各类型的面积在整个时间段的变化趋势是极高覆盖度、高覆盖度和中覆盖度都有一定的增加,而其他各类型的植被覆盖呈下降态势.榆林市植被覆盖度是以中低覆盖度为主体.影响其变化的原因主要除政策制定与实施等人文因素,降水量等自然因素是一个不可忽视的影响因子.     

长三角生态绿色一体化发展先行启动区生态环境现状分析

以长三角生态绿色一体化发展示范区先行启动区为研究对象,利用2013—2019年Landsat 8遥感影像,基于遥感生态指数（RSEI）模型定量分析研究区生态环境特征,并结合气候数据和统计数据对研究区的生态环境变化进行分析与评估.结果表明：2013—2019年先行启动区RSEI均值为0.71,生态环境质量整体较好;将结果分为差、较差、一般、良、优5个等级,优良区域面积平均超过60%,而一般区域面积平均占比约25%,差和较差区域平均占比约15%,生态环境质量还有很大的提升空间;RSEI在空间上呈南高北低分布,时间上呈上升-下降-上升趋势,导致区域生态环境质量整体下降的主要影响因子是植被覆盖率和湿度的下降,2019年生态环境质量得到明显改善,这与区域水系面积不断提高和植被覆盖总面积增加带来的生态效应直接相关.从整体上来看,研究区生态环境质量变坏区域减少,好转趋势明显,为区域生态绿色一体化发展打下了良好的基础.     

Response of forest distribution to past climate change: An insight into future predictions

Vegetation dynamics could lead to changes in the global carbon and hydrology cycle, as well as feedbacks to climate change. This paper reviews the response of forest dynamics to climate change. Based on palaeoecological studies, we summarized the features and modes of vegetation response to climate change and categorized the impacts of climate change on vegetation dynamics as three types： climate stress on vegetation, buffer effects by non-climatic factors, and perturbation of the vegetation distribution by stochastic events. Due to the openness of the vegetation system and the integrated effects of both climatic and non-climatic factors the vegetation-climate relationship deviates far from its equilibrium. The vegetation distribution shows a non-linear response to climate change, which also makes it difficult to quantify the modern vegetation distribution in terms of specific climatic factors. Past analog, space-for-time-substitution and Dynamic Global Vegetation Models （DGVMs） are three approaches to predicting the future vegetation distribution, but they have all been established on the assumption of vegetation-climate equilibrium. We propose that improving DGVMs is a future task for studies of vegetation dynamics because these are process-based models incorporating both disturbance （e.g. fire） and the variability in Plant Functional Types （PFTs）. However, palaeoecological results should be used to test the models, and issues like spatial and temporal scale, complexity of climate change, effects of non-climatic factors, vege- tation-climate feedback, and human regulation on vegetation dynamics are suggested as topics for future studies.     

东亚季风区气候和生态系统相互作用的诊断和模拟研究

大气圈和生物圈的相互作用是连接地球系统中生命世界和无生命世界的重要过程之一，也是地球环境变化中一个最基本的过程。通过卫星遥感植被和地表覆盖信息与气候要素关系的诊断分析以及生态和气候模式的数值模拟，揭示了东亚季风区气候和生态系统相互作用的基本特征，包括季节、年际和长期的季风气候变化对生态系统的影响和大范围植被覆盖状况的变化对季风气候的影响。结果表明，东亚季风区与气候与生态系统相互作用最为强烈的地区之一，这里陆地生态系统的时空变率表现出明显的对季风气候的响应特征；另一方面，人类活动引起的大范围植被覆盖状况的变化可以对季风气候产生显的反馈影响，它们是叠加在季风系统自然变率之上的一种重要变化。同时，虚拟试验表明，通过有序的人类活动，因地制宜，合理利用土地资源，保护和恢复自然植被，可以产生明显的气候和环境效应。     

气候变化对中国北方温带草原植被的影响

在月、季节、生长季和年4个时间尺度上,采用Krigging空间插值方法对1982—1999年的降水、气温数据插值生成栅格影像,将其与1982—1999年的NOAA/AVHRR NDVI影像进行相关分析.同时,综合分析了归一化差值植被指数(normalized differential vegetation index,NDVI)、降水、气温、区域潜在蒸散量、区域实际蒸散量的年际季节变化.结果表明,降水是制约本区植被生长的根本原因,夏季降水量对植被生长的影响最为显著,7—8月份的降水对下月植被的生长有重要的影响.同时得出中国北方温带草原植被与气象因子相关性的空间分布图.     

中国植被物候研究进展及展望

本文围绕气候变化背景下的中国植被物候研究,梳理了植被物候对气候变化的响应机制,分析了中国植被物候变化对陆地生态系统碳、水和能量循环的影响,植被物候变化对局地气候的反馈机制以及通过大气环流对气候系统的影响．主要结论:1)中国植被生长季开始日期提前1~6 d?(10 a)–1,结束日期推迟2~5 d?(10 a)–1,生长季显著延长;2)中国中高纬度地区植被对温度的响应明显高于亚热带和热带地区,温度在控制植被物候的过程中起到多重作用,降水主要影响干旱和半干旱地区的植被物候;3)植被生长季延长增加陆地生态系统生产力,增加中国碳汇;4)植被物候变化改变植被的蒸散发量,从而改变我国的流域尺度河流径流;5)在中国大部分地区,植被物候变化对气候系统产生负反馈作用,甚至影响大气环流过程．中国植被物候的研究越来越多,但仍存在亟待解决的科学问题,比如未来中国植被物候研究需要更加关注遥感数据反演精度,明确物候响应气候变化机制的尺度效应,结合机器学习等智能算法改进物候模型提高物候模拟精度,并重视农作物物候,加强物候与森林管理结合研究以提高我国生态系统碳汇能力,积极面对碳中和带来的机遇与挑战．      

Fire as the dominant driver of central Canadian boreal forest carbon balance

Changes in climate, atmospheric carbon dioxide concentration and fire regimes have been occurring for decades in the global boreal forest, with future climate change likely to increase fire frequency--the primary disturbance agent in most boreal forests. Previous attempts to assess quantitatively the effect of changing environmental conditions on the net boreal forest carbon balance have not taken into account the competition between different vegetation types on a large scale. Here we use a process model with three competing vascular and non-vascular vegetation types to examine the effects of climate, carbon dioxide concentrations and fire disturbance on net biome production, net primary production and vegetation dominance in 100 Mha of Canadian boreal forest. We find that the carbon balance of this region was driven by changes in fire disturbance from 1948 to 2005. Climate changes affected the variability, but not the mean, of the landscape carbon balance, with precipitation exerting a more significant effect than temperature. We show that more frequent and larger fires in the late twentieth century resulted in deciduous trees and mosses increasing production at the expense of coniferous trees. Our model did not however exhibit the increases in total forest net primary production that have been inferred from satellite data. We find that poor soil drainage decreased the variability of the landscape carbon balance, which suggests that increased climate and hydrological changes have the potential to affect disproportionately the carbon dynamics of these areas. Overall, we conclude that direct ecophysiological changes resulting from global climate change have not yet been felt in this large boreal region. Variations in the landscape carbon balance and vegetation dominance have so far been driven largely by increases in fire frequency.     

冰缘地貌与气候的偶合关系研究

冰缘地貌属于一种气候作用地貌,全球有60多种冰缘地貌类型.冰缘地貌的研究对我们了解气候变迁有着重要意义.我国对冰缘地貌与气候的偶合关系方面已取得一定研究成果,但缺乏进一步的分析.通过对冰缘地貌类型与气候之间的关系进一步分析,并结合前人研究成果将冰缘地貌按照其与气候相关性程度大小划分成四个等级,建立了冰缘地貌与气候偶合关系的金字塔模型.     

Impacts of climate change on ecosystem in Priority Areas of Biodiversity Conservation in China

Priority Areas of Biodiversity Conservation （PABCs） are the key areas for future biodiversity conservation in China. In this study, we used 5 dynamic global vegetation models （DGVMs） to simulate the ecosystem function changes under future climate change scenario in the 32 terrestrial PABCs. We selected vegetation coverage, vegetation productivity, and ecosystem carbon balance as the indicators to describe the ecosystem function changes. The results indicate that woody vegetation coverage will greatly increase in the Loess Plateau Region, the North China Plain, and the Lower Hilly Region of South China. The future climate change will have great impact on the original vegetation in alpine meadow and arid and semiarid regions. The vegetation productivity of most PABCs will enhance in the coming 100 years. The largest increment will take place in the southwestern regions with high elevation. The PABCs in the Desert Region of Inner Mongolia-Xinjiang Plateau are with fastest productivity climbing, and these areas are also with more carbon sink accumulation in the future. DGVM will be a new efficient tool for evaluating ecosystem function changes in future in large scale. This study is expected to provide technical support for the future ecosystem management and biodiversity conservation under climate change.     

川西高山高原过渡带植被对气候变化的响应

植被是陆地生态系统的主体,被认为是人类环境评价和监测的重要参数,利用遥感技术来监测植被生长及其对气候因子的响应成为当前全球变化研究的热点之一.川西高山高原区是我国地势最高一级的青藏高原向川西南山地和四川盆地的过渡地带,属生态环境脆弱区,对全球气候变化敏感.基于MODIS植被产品及气温、降水站点数据对2001-2010年川西高山高原过渡带的气温和降水的年际变化、NDVI的时空演变及其与气候因子的相关关系,较好的揭示了研究区的植被生长对气候因子变化的响应特点.研究结果表明:NDVI与降水量和气温均呈正相关关系.温度是春季植被生长的主要影响因素,降水量是秋季植被生长的主要影响因素.     

福建长乐第四纪红土微量元素揭示的气候环境变化

在野外考察采样基础上,结合OSL和ESR测年确定红土沉积年代,对福建长乐(CL)红土剖面微量元素地球化学特征及指示的古环境意义进行了初步研究。结果表明:CL剖面中微量元素的含量和分布特征呈有规律的波动变化,反映出区域风化成壤过程中不同元素的地球化学行为存在差异。较高的Mn、Nb、Rb、Cr含量或较低的Ni、As、Sr、Zn、V含量大体指示红土沉积风化作用增强,气候暖湿;反之,则可能指示生物化学风化作用减弱,气候温干或凉干。早更新世晚期以来,研究区古气候经历了温干-暖湿,暖湿,暖湿-干冷,温干-暖湿,暖湿的变化过程。研究揭示出CL剖面微量元素记录的区域气候变化过程既是对全球气候变化的响应,同时也表现出亚热带季风区红土沉积风化的特殊性。