动态植被模型对青藏高原植被的模拟检验

动态植被模型是研究植被变化对气候反馈和影响的重要模型工具。本文对耦合了动态植被(Dynamic Vegetation,DV)和碳氮(Carbon and Nitrogen,CN)模型的NCAR陆面过程模式CLM4.5(Community Land Model version 4.5)对青藏高原(以下简称高原)植被的模拟性能进行了评估,获得了定量化的偏差信息,并对高原植被和气候变化因子的关系进行了初步探讨。结果表明:模型能大致再现叶面积指数(Leaf area index,LAI)在历史时期的季节循环、长期变化趋势和空间分布,但空间变率较遥感资料大。模拟的乔木覆盖度偏大,草地覆盖度偏小,因此严重高估了植被高原南部和东部的LAI。与遥感观测相比,模拟的LAI呈现了1~2个月的滞后,这与模式本身的植被动力机制不完善和模式的降水驱动偏差有关。高原植被变化趋势的时空分布与表层土壤水和降水等气象因子的趋势变化显示出较好的一致性,表明在该研究时段,地表水循环的变化(主要是降水和土壤水含量)对高原植被生长可能起主导作用。

基于宽范围动态植被指数的棉花冠层覆盖度监测

旨在利用宽范围动态植被指数对棉花冠层覆盖度进行监测,解决传统的利用归一化差值植被指数对冠层覆盖度较高时监测不准确(饱和)的问题。采用高光谱仪获取棉花不同时期不同覆盖度的冠层光谱反射率,通过对构成归一化差值植被指数的近红外波段反射率引入系数α来提高修正后的植被指数随棉花覆盖度变化的动态范围。当利用权重系数0.1≤α≤0.2对近红外波段反射率调整之后,新形成的宽范围动态植被指数用于监测不同覆盖度棉花时未出现"饱和"现象。利用宽范围动态植被指数建立的棉花覆盖度监测模型的决定系数r2>0.948,对棉花冠层覆盖度进行监测,可以解决传统的归一化差值植被指数对冠层覆盖度较高时监测不准确(饱和)的问题,提高了植被指数对棉花冠层覆盖度监测的精度。

动态植被模型模拟的植被季节变化及其评估

利用MODIS卫星观测资料,对一个考虑了生态系统碳氮循环过程的动态植被模型ICM的模拟性能进行了评估。重点对反映植被动力学的关键参数——叶面积指数(LAI)的模拟结果与观测进行了对比分析,评估了ICM对LAI季节变化特征的模拟能力。结果表明,ICM基本能够模拟出植被的季节变化特征。总体而言,模拟值在低纬度和高纬度地区大于观测值,中纬度地区小于观测值;模拟的植被生长常落后于观测,造成了模拟偏小值的出现与植被的生长季节相对应;模拟没有表现出热带常绿阔叶林和农作物LAI季节变化的双峰结构;模式对草地的模拟总体上优于林地。结果可为进一步改进动态植被模式的参数化方案和优化模型参数提供一定参考。

一个海洋-大气-动态植被耦合模式评估--海洋环流模拟

利用中国科学院大气物理研究所(IAP)大气科学与地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG)的全球耦合模式(GOALS-AVIM),进行了100年积分。利用后40年的结果对模式耦合植被动态过程(AVIM)前后输出的海洋物理场对比分析。结果表明:耦合AVIM后的模式可以合理地模拟全球海洋温盐环流的气候态、季节变化,可以改进模式的模拟效果,在一定程度上克服了耦合AVIM前模式的缺点,使模拟结果更接近实测。由于植被-大气的双向作用,在季节变化的模拟中,9月的改进效果大于3月的,北半球大于南半球;对于年平均气候态,耦合AVIM后的模式结果在热带海区海表面温度(SST)的模拟效果得到了明显改善,尤其是赤道太平洋海区的海温偏低现象得到了改善;在年际变化的模拟中,改善了耦合AVIM前模式模拟的年际变化分布,加大了赤道太平洋的标准差的模拟,使得耦合AVIM后模拟的年际变化大于耦合前;增强了耦合模式对赤道太平洋ENSO的模拟能力,较耦合AVIM前的模式模拟出了更多的ENSO基本特征,也改善了耦合AVIM前ENSO变化周期偏弱、偏短的现象;同样改善了对气候系统中存在的相互作用的模拟,对于热带印度洋SST变化与赤道太平洋SST的相互关联的模拟中,更加真实地模拟出了气候系统中存在的相互关联关系,体现出了AVIM动态植被过程对气候耦合模式的改善。

全球动态植被模型CLM3.5-DGVM中碳循环过程的模拟与检验

全球动态植被模型(CLM3.5-DGVM)是美国国家大气研究中心(NCAR)开发的陆面模式CLM3.5(CommunityLand Model Version3.5)的陆地碳循环子模块,模型本身根据当地的温度和降水等环境条件计算得出植被分布。本研究参照陆地-碳模式比较计划(C-LAMP)的模拟方案和评价标准,对CLM3.5-DGVM中的碳循环过程进行了模拟与检验。结果表明,CLM3.5-DGVM高估了陆地生态系统的叶面积指数(LAI)和净初级生产力(NPP),且在中高纬地区尤为明显;其模拟的LAI最大值与观测值相比在全球尺度上有1～6个月不等的位相偏差。CLM3.5-DGVM很好的模拟了NPP的全球分布以及总初级生产力(GPP)和感热通量(SH)的季节变化,但在北半球中高纬度地区对NPP模拟过高;对陆地碳通量的年际变率模拟较好,但高估了其振幅。

一个动态植被模型在欧洲森林碳水循环模拟中的适应性评估研究

对动态全球植被模型M-SDGVM（Modified Sheffield Dynamic Global Vegetation Model）,在1996～1998年15个欧洲森林通量站碳通量和水汽通量的季节和年际变化进行模拟和评估研究,总的来说,模型能够合理再现各个站点春、夏季节碳的吸收,秋、冬季节碳的释放,以及水汽释放的季节变化趋势,其中,对水汽通量的模拟更为理想。对模型的上述适应性评估研究表明,改进后的M-SDGVM有能力研究不同气候条件下欧洲森林生态系统碳、水循环过程及其响应机制,但是,模型对部分站点的模拟仍存在不确定性,通过对这些偏差及其可能的产生机理进行分析,有助于模型的进一步发展和应用研究。

考虑植被根系深度动态变化的VIC径流模拟模型

为了提高干旱半干旱地区植被变化影响下的水文模型模拟精度,结合植物根系的垂直分布与气候、土壤条件,提出了基于流域气象和土壤性质等下垫面特征的流域根系平均深度估算方法,以黄土高原地区无定河流域为例,构建了考虑植被根系深度动态变化的可变下渗容量(VIC)径流模拟模型(VIC-DR模型)。将该模型径流模拟结果与有汇流演算的VIC模型(VIC-R模型)结果进行比较。结果表明:与VIC-R模型相比,VIC-DR模型模拟精度显著提高,VIC-DR模型对无定河流域月尺度、日尺度径流量模拟结果的纳什效率系数分别提高了10.6%和8.7%,相对误差分别下降了15.4%和5.1%,与实测值相关系数均大于0.6;VIC-DR模型的模拟结果符合流域实际情况,模型适用性良好。

2000—2020年白尼罗河上游地区植被动态及其驱动因子

[目的]明确21世纪白尼罗河上游的植被动态及变化的驱动因子,为该区域生产活动、环境政策的制定与调整提供科学指导。[方法]以白尼罗河上游地区为研究区,基于降水、温度和人口数据,利用趋势分析、偏相关分析及残差趋势法确定了该地区2000—2020年植被(NDVI)变化特征及其主导因子的空间差异。[结果]白尼罗河上游地区NDVI平均以0.105/10 a的速率上升,且温度变化对于NDVI的影响强于降雨;人类活动总体对植被造成负面影响,但是这一负面影响的趋势正在逐渐减弱;在5种土地类型中,灌木地的植被为气候变化及人类活动变化背景下最为脆弱的(所受正面影响小,负面影响大);流域内15.01%陆地范围植被变化主要受人类活动主导,另外84.99%受气候变化主导。[结论]虽然流域内整体植被呈现增长趋势,但是个别地区植被发生了严重退化,尤其是城镇的扩张以及农田开垦的扰动对植被造成了破坏,当地在寻求增加粮食产量及旅游业收入的前提下应当做好植被的监测与管理工作。

黄土高原植被覆被时空动态及其影响因素

为探究黄土高原植被覆被时空分布与动态变化及其与气候和人类活动的响应机制,基于趋势分析、偏相关性分析和残差分析等方法,利用2000—2015年黄土高原MODND1T/NDVI植被遥感数据、同期气象数据及ESA CCI-LC植被覆被分类数据,根据气候和人为因素对植被覆盖变化的驱动贡献,(1)分析了黄土高原NDVI分布格局、变化趋势及其驱动因素。结果表明:(1)黄土高原NDVI由西北向东南呈递增趋势,具有明显空间异质性分布特征。16年间NDVI呈显著增加趋势,平均递增速率0.010 2/a,波动范围介于0.54~0.71。(2)黄土高原NDVI变化趋势与降水有较强相关性,两者偏相关系数为0.53。(3)黄土高原不同季节NDVI均呈整体增长趋势,春季NDVI与降水呈显著正相关关系,降水是决定春季所有植被类型覆盖变化的最直接因素。(4)残差分析表明,人类活动对黄土高原NDVI的波动影响较大,是黄土高原植被覆盖变化的重要驱动因素。综上,黄土高原16年间植被覆被明显增加,降雨是黄土高原植被生长发育的主要限制因素,人类活动通过退耕还林等生态修复措施对黄土高原植被覆被带来明显改善。

珠江源区植被变化特征及其影响因素研究

江河源区以其特殊的地理位置在国家生态环境的保护和建设中具有举足轻重的作用和地位。利用非季风期Landsat TM、ETM和OLI_TIRS卫星影像,结合Sen′s斜率、Mann-Kendall非参数检验、偏相关分析和GIS空间技术等,研究了1987年以来珠江源区植被变化特征及其影响因素。结果表明:①1987年以来,珠江源区非季风期植被NDVI指数多年平均值为0.19,年际NDVI波动较大但没有明显的长期趋势,年代际植被NDVI大致经历了高-低-高-低的动态过程;②不同坡度植被覆盖的差异不明显,[8°~15°)坡度范围内植被覆盖最高,而坡度在35°以上的区域则覆盖度最低,两者NDVI分别为0.22和0.16;③源区植被覆盖空间差异较大,大坡-菱角-热水-西泽一线是植被覆盖的分界线,此线西侧植被NDVI均值为0.32,而东侧仅为0.15;④源区气温总体呈波动上升趋势,变化速率为0.51℃/10 a,而降水量呈减少趋势,速率为-4.70 mm/10 a,植被NDVI波动受降水量的影响较气温更为明显;⑤自然保护区建设、“珠治”工程、退耕还林还草工程等的启动实施,改善了区域生态环境,促进了植被扩展、保护。

三峡工程运用后长江中游典型江心洲植被动态变化趋势及机制探析

受三峡工程运用的影响,长江中游水沙情势剧变,江心洲生境结构发生变化,洲上植被密度、活力和分布情况也随之改变。因此亟需开展针对江心洲植被的长期观测以厘清其对三峡调控的响应机制,从而制定有效的洲滩植被保护和修复策略。卫星遥感技术是开展长时间、长河段地貌观测的常用手段。目前应用卫星遥感技术监测江心洲植被动态的研究,主要聚焦于三峡工程运用对江心洲植被面积和覆盖度的影响,而较少深入探讨植物长势和分布模式的变化趋势。因此,本文以长江中游4个典型江心洲为研究对象,提出了一系列可用于反演江心洲淹没范围和滩面上植被动态的方法,并量化分析三峡工程运用对植被动态的影响。结果表明:(1)三峡工程运用后,江心洲整体淹没频率降低,部分原有边滩逐步满足耐水植物的生长条件,促使江心洲植被面积呈现增长的趋势;原分布在高滩上的不耐水植物逐步蔓延至低滩,导致江心洲植被茂密程度整体上升;(2)三峡工程运行前,2002年含沙量较大的漫滩洪水有促进植物第二年生长的趋势;而三峡工程运行后,2016年具有同样规模但含沙量减少近80%的漫滩洪水则有抑制植物生长的作用;(3)部分形态稳定的江心洲,其高、低滩植被分布模式之间的异质性受三峡工程运用的影响逐渐减弱,并在约10年后彻底消失。而形态产生明显调整的江心洲,其高低滩植被分布模式随地形产生一定的改变。

长白山西坡施业区森林植被动态变化及其成因

以天保工程区之一——吉林森工集团松江河林业有限公司的林区为例(研究区),在谷歌地球引擎(GEE)平台上选取1990—2021年间所有可用的陆地卫星数据,经预处理、修正,计算归一化植被指数(NDVI),以最大值合成法求得年均值,获得研究区1990—2021年间的植被覆盖变化数据;根据研究区情况及实际需要,将土地覆盖类型分类为落叶阔叶林、常绿针叶林、落叶针叶林、针阔混交林、耕地、草地、水体、人造地表,由高精度地表覆盖分类数据集(GLC_FCS30)获得1990、2000、2010、2020年4期土地覆盖(利用)数据。应用Sen+MK趋势分析,监测植被变化趋势;应用干扰和恢复趋势检测(LandTrendr)方法,选取归一化燃烧率构建时间序列数据,监测对森林植被的干扰;分析天保工程区森林植被的动态变化特征及其成因。结果表明:研究区1990—2021年土地覆盖格局呈现林地面积增加趋势;研究区归一化植被指数呈现总体上升趋势,其中2000—2015年,即天保工程实施后归一化植被指数增速最快、植被显著增加趋势明显;森林植被的每年被干扰面积比呈现减少趋势,其中2015—2021年森林植被的平均年被干扰面积比最小;天保工程政策的实施,促进森林植被恢复。

基于多源遥感指数监测山区植被动态及其驱动因子的不确定性分析——以尼泊尔地区为例

准确获取山区植被动态数据对山区生态系统研究及其保护有着重要意义。卫星遥感数据作为获取大尺度山区植被动态的重要数据源,已被制作成各种植被监测产品并被应用于植被绿度、覆盖度以及生产力等研究。然而,不同遥感指数监测山区植被动态及其驱动因子的一致性尚不确定。以尼泊尔地区为例,基于5种遥感指数(MODIS NDVI、MODIS EVI、MODIS LAI、MODIS NPP和OCO-2 GOSIF)和5种气候因子(温度、降水、气压、太阳净辐射和CO_(2)浓度)数据,采用趋势分析和两种残差分析法(多元回归法和一阶偏导法),系统分析了不同遥感指数监测尼泊尔地区植被动态及其驱动因子的不确定性。结果表明:1)2000-2020年尼泊尔地区5种遥感指数均呈现增加趋势,但不同遥感指数空间分布存在差异,MODIS NPP在中山带增加趋势更明显,其他遥感指数在低海拔地区增加态势更明显。2)不同残差分析方法所估算的气候变化对植被变化贡献率差异极大,多元回归法可能严重低估了气候变化的贡献,而一阶偏导法可能高估气候变化的影响。3)基于不同遥感指数的归因结果差异大,气候变化对OCO-2 GOSIF的贡献率显著高于其他指数。研究结果强调了不同遥感指数量化山区植被动态及其原因的巨大分歧,未来需发展更精确的山区植被生长动态检测与归因方法。

黄土区大型露天煤矿废弃地植被恢复过程中的植被动态

生境再造与植被恢复是黄土区露天矿生态重建的核心 ,其中植被恢复是生态重建的保证。以我国平朔安太堡露天煤矿为例 ,采用野外调查、统计分析相结合的方法 ,对 1 985～ 2 0 0 1年矿区植被恢复过程中的植被动态进行研究。结果表明 :该区的人工植被经过演变 ,植物种的组成发生较大变化 ,由单一的物种组成结构逐渐发展为复杂的物种组成结构 ,并逐渐趋于动态的平衡。通过研究同一植物在不同配置模式下的生长情况 ,以及它们之间的相互影响 ,得出该区人工植被的较好模式为 :刺槐×油松×柠条、刺槐×油松、刺槐×沙棘和刺槐纯林。首次运用多样性指数、生态优势度、均匀度 ,对该区主要复垦植被群落进行分析 ,进一步预测了人工植被的演替方向 :刺槐林→刺槐林、沙棘林→沙棘林、沙棘×刺槐→刺槐、刺槐×油松→刺槐×油松和刺槐×油松×柠条→刺槐×油松×柠条。

锡林河流域近30年草原植被格局动态及驱动力分析

以内蒙古锡林河流域为对象,利用中分辨率卫星遥感数据,分析1983～2011年研究区域植被空间格局及其动态,探讨植被格局变化的驱动力.结果表明：（1）草原是锡林河流域最主要的植被类型,地带性规律明显,自东南向西北依次分布着草甸草原和典型草原,隐域性沙地植被和湿地草甸分布其中.（2）近30年间,锡林河流域植被面积组成发生了明显的变化：天然草地面积逐渐减少,草原灌丛化趋势加剧,沙地植被和盐碱地分布范围不断扩大.（3）近30年来,研究区域植被景观格局变化显著,破碎化程度加剧,其中中生杂类草草甸草原和羊草草原破碎化尤为突出.（4）锡林河流域草地退化趋势明显,但2000年后趋于减缓.（5）人类干扰是导致锡林河流域植被格局变化的根本原因,“双权一制”制度的实施缓解了区域草地退化趋势.

NDVI和EVI在高寒草地牧草鲜质量估算和植被动态监测中的比较

对2007-2009年126景MODIS影像的归一化植被指数(NDVI)和增强型植被指数(EVI)数据进行了比较研究,并结合11个高寒草地监测点的地上生物量鲜质量(AGB)数据,通过相关分析、回归分析等方法,分析了MODIS共4种植被指数(NDVI250,NDVI500,EVI250,EVI500)在估算高寒草地牧草鲜质量中的优劣,并确定了通过EVI250估算地上生物量鲜质量的回归方程。结果表明,EVI在高寒草地上均比NDVI小,但EVI比NDVI更稳定准确。应用植被指数产品EVI估算高寒草地牧草鲜质量优于NDVI,其中在EVI250、EVI500、NDVI250和NDVI5004种植被指数中,EVI250与地上生物量鲜质量的相关性最好,相关系数为0.904(P<0.01),回归方程为yAGB=-244+1316xEVI250(R2=0.817,P<0.01)。

应用MODIS数据监测千岛湖流域植被覆盖动态(2001-2013年)？

流域植被覆盖状况对于水源地生态环境保护具有重要的指示作用.当前的水质目标管理不仅要着眼于湖库水质参数控制,更应该从整个流域的角度维系生态平衡.在此背景下,依托长时间序列MODIS遥感数据对千岛湖流域20012013年植被覆盖状况进行监测,采用最小二乘法趋势分析和Mann-Kendall显著性检验方法分析了千岛湖流域植被的空间分布特征、时间变化特征与长期变化趋势.研究表明该方法能够有效地监测流域植被覆盖的时空动态变化：1）从空间分布上来看,千岛湖流域植被覆盖状况整体较好,但同时也发现受人为干扰较大的地域如河、湖附近的城镇建设用地、农业用地以及园地,其NDVI值明显低于自然林地；2）从时间变化特征上看,20012013年千岛湖流域植被年际NDVI在0.69~0.73之间波动,且近年来有增长趋势,年内季节性NDVI动态分析表明高时间分辨率的MODIS数据能够用来区分常绿植被与落叶植被的物候特征,以分析不同植被类型对流域氮、磷流失的风险差异；3）从变化趋势上看,20012013年植被覆盖状况改善的区域远大于退化的区域,其中改善区域约占流域面积的55.90%,呈现出一定退化状态的区域约占29.60%（严重退化区域仅占3.97%）,而相对稳定不变区域约占14.51%.经与气温与降水等气候因子进行相关性分析表明,植被NDVI与气温呈显著正相关,而降水则不敏感,说明气温是研究区植被生长的主导气候因子.同时发现,人类活动对局部植被变化影响较大.研究结果可为流域水资源与生态环境保护提供空间数据支撑.

内蒙古皇甫川流域植被空间动态变化分析

在皇甫川流域 ,利用不同时相 ( 1987年、1996年 ) TM影像数据进行监督分类 ,获得了皇甫川流域植被空间分布格局及其动态变化情况。皇甫川流域植被以灌木林和天然草地为主 ,分别占全流域的 2 7.4 0 %和 2 3 .88% ,乔木林仅为 4 .2 4 %。通过对皇甫川流域两个时期植被动态的分析 ,灌木林和乔木林面积分别由 1987年的 2 2 .0 0 %和 3 .86%增大到 1996年的 2 7.4 0 %和 4 .2 4 % ,流动沙地面积由 1987年的 4 .4 5 %缩小到 1996年的 1.65 % ,植被状况得以明显改善 ,反映了皇甫川流域水土流失综合治理的效果显著。

常绿阔叶林植被动态研究进展

常绿阔叶林是亚热带地区的地带性植被 ,是亚热带陆地生态系统的重要组成部分 ,几十年来 ,中国的植物学家、生态学家对常绿阔叶林的区系成分、物种组成、外貌和结构、动态以及作为生态系统成员的功能等方面进行了大量的研究 ,积累了丰富的资料 ,取得了大量的研究成果 ,同时也在四川缙云山、浙江天童山、广东省鼎湖山和黑石顶、云南哀牢山、福建武夷山逐步形成了中国各具区域特色的常绿阔叶林研究基地 ,为常绿阔叶林的研究作出了突出的贡献。在常绿阔叶林的演替方面 ,研究内容从研究常绿阔叶林群落演替的过程、群落组成变化、结构动态及模型逐步向生态系统物质循环和能量流动发展 ,但对常绿阔叶林主要优势种动态、生理生态和群落演替机理等方面深入不够。在常绿阔叶林的更新动态研究方面 ,不但进行了通过研究种子雨和种子库的动态、种子的萌发、幼树生长的时空动态研究群落的更新 ,而且还通过研究林窗的形成、特征及其在森林动态中的作用来研究群落的更新 ,还进一步通过对常绿阔叶林主要树种更新植株的生理生态特性的研究来解释群落更新的原因。在常绿阔叶林退化和恢复重建研究方面 ,研究了常绿阔叶林各种退化生态系统的特征和恢复过程等 ,并将已有的理论和技术应用于退化生态系统的恢复和重建。即是以前?

中国北方农牧交错带植被动态研究进展

通过回顾植被动态研究的历史,简要概述了植被动态的发展。综述了我国北方农牧交错带历年来植被动态的研究现状。研究指出植被动态变化与农牧交错带内气候、自然环境演变、农牧业经营方式的转变及土地利用有着密切的关系。结合前人的研究,根据农牧交错带内存在的生态环境问题,提出应从北方农牧交错带植被动态与生物多样性、生态环境、生态系统健康以及对全球变化响应的关系进行研究,揭示其受损及恢复机理,为农牧交错带受损的生态系统恢复与重建、区域可持续发展提供理论依据。