石羊河流域干湿气候变化特征及对NDVI的影响

全球变暖背景下,研究石羊河流域干湿气候变化特征及对植被覆盖度的影响对该流域的生态环境建设具有重要参考价值。基于1971—2020年石羊河流域的降水温度均一化指数(S),从干旱站次比、干旱频率等方面分析该流域干湿气候的时空变化,并结合归一化植被指数(Normalized Differen-tial Vegetation Index,NDVI)遥感数据,分析干湿变化对NDVI的影响。结果表明:近50 a来石羊河流域年际和季的S指标呈波动上升趋势,四季中,夏季湿润化速度最快。流域干旱程度、干旱发生区域均呈减小趋势;中下游地区干旱强度高于上游地区,下游地区干旱频率高于中上游地区;年NDVI随着1—10月干旱减轻、降水量增多和气温降低而增加,其中,植被生长前期和中期降水量、生长中期气温对年NDVI影响较大。2月、5月和7月,NDVI对干旱存在滞后效应。

1982—2003年东北林区森林植被NDVI与水热条件的相关分析

以气象站点为研究单元,将1982—2003年东北林区森林植被月平均、季平均和年平均NDVI数据与其对应的水热条件(温度和降水)进行相关、偏相关和复相关分析。结果表明:温度是影响东北林区森林植被NDVI的最主要气候因子。春季、秋季不同森林植被平均NDVI与温度和降水呈极显著相关(P<0.01),其与温度的相关性高于其与降水的相关性。寒温带针叶林NDVI在生长季与温度和降水呈极显著相关(P<0.01),其与降水的相关性略高于其与温度的相关性,而全年温度对寒温带针叶林生长的影响高于降水。寒温带针叶林NDVI在4月份与降水的时滞偏相关性高于其他月份,相关系数达-0.385。温带针阔叶混交林NDVI在4—7月与温度的时滞偏相关性较高,相关系数分别为0.581,0.490,-0.266和-0.297。暖温带落叶阔叶林NDVI在4月份与温度的时滞偏相关性高于其他月份,相关系数为0.571;在7月份与降水时滞偏相关性高于其他月份,相关系数为-0.367。森林植被生长增长阶段NDVI受综合水热条件(温度和降水)的滞后影响显著。

横断山区植被绿度的时空变化特征及其成因

科学认识植被绿度变化的时空格局及驱动因子是生态系统管理的基础.横断山是我国西南地区的重要生态屏障,对我国中西部地区的气候及生态环境有着深远影响.本文基于MODIS NDVI数据,采用趋势分析法、偏相关分析及复相关分析等方法,系统分析了2001—2016年横断山区植被NDVI的变化特征及其驱动因子.研究结果显示:2001—2016年横断山区NDVI年均值呈增加趋势,年均增长率为4.4×10-4 a-1.除夏季NDVI均值表现为降低趋势外,其它季节NDVI均值均为增长趋势,增速冬季>春季>秋季.海拔4000 m以下植被NDVI年均值介于0.45~0.55,其增速的海拔梯度差异较小(±0.001 a-1);海拔4000 m以上随海拔梯度的增加,NDVI年均值降低而其增速升高.横断山区植被NDVI变化受气候因子影响的面积仅为16%,大部分地区NDVI变化受CO2浓度增加及土地利用变化等人类活动的影响.研究结果为横断山区生态保护和可持续发展提供参考依据.

云南省建水县石漠化修复模式评价

基于1992—2017年Landsat TM数据、建水县森林资源二类调查数据及云南省石漠化监测数据,借助Mann-Kendall突变分析和趋势分析等方法,探讨近25年云南省建水县植被的时空变化特征及不同石漠化修复模式下的植被恢复情况。结果表明:1)25年间,建水县植被覆盖整体上呈上升趋势,平均增速为0.065%/10a,以2008年为界,增速由之前的0.077%/10a增加到0.475%/10a;2)25年间,建水县植被覆盖呈增加趋势的区域、无显著变化区域及呈减少趋势的区域面积占比分别为55.32%,34.44%和10.24%;3)对于不同修复模式,在10年的修复时间范围内,纯生态林模式与混交生态林模式下植被恢复效果差别不大,而在25年的修复时间范围内,混交生态林模式下植被修复速率明显优于纯生态林修复模式,优势主要展现在修复后期。短期内,纯生态林模式中阔叶树和桤木的植被修复效果较好;从长期看,云南松和车桑子是较好的修复树种。混交生态林模式中,针叶混交林修复速率在10年和25年修复时间范围内均表现最优,是较好的混交模式。研究结果揭示了不同治理模式对植被恢复的效果,可为优化石漠化区域生态修复方法提供理论依据。

不同区域森林火灾对生态因子的响应及其概率模型

火灾是影响森林生态系统过程的重要干扰之一,其对森林生态系统内各生态因子的响应各不相同。由于植被状况及生态环境的不同,森林火灾的时空分布特征在中国不同植被气候类型内表现不同,根据植被气候类型分类系统,将中国主要森林火灾地区划分为4个区域:东北(冷温带松林)、华北(落叶阔叶林)、东南(常绿阔叶林)和西南(热带雨林),应用遥感监测数据和地面环境数据,以时空变量、生态因子(植被生长变化指数、湿度等)为可选自变量,应用半参数化Logistic回归模型,就森林火险对不同生态影响因子的响应规律进行了分析,建立了基于生态因子的着火概率模型和大火蔓延概率模型,通过模拟及实际数据散点图、火险概率图,评估了模型应用价值。结果表明,土壤湿度及植被含水量在落叶阔叶林、常绿阔叶林、热带雨林地区对着火概率影响显著。在4个植被气候区内,土壤及凋落物湿度对大火蔓延的作用较小。在冷温带松林、落叶阔叶林、常绿阔叶林地区,植被生长的年内变化对火灾发生的影响显著,在常绿阔叶林地区,年内植被生长变化对大火蔓延的作用较小。森林火险概率与各生态因子的相关关系主要呈现出非线性。不同植被气候区内,火险概率受不同生态因子组合的影响,这与不同区域的植被状况及生态环境不同有关。在不同植被气候类型,应用时空变量、生态因子建立半参数化logistic回归模型,进行着火概率和大火蔓延概率的模拟具有可行性和实际应用能力。为进一步分析森林生态系统与火灾之间的动态关系、展开生态系统火灾干扰研究提供了理论基础。

黄土高原城镇化过程及其生态环境响应格局

科学认知黄土高原城镇化过程与生态环境响应格局,是构建可持续城镇化与生态环境保护格局,落实黄河流域生态保护和高质量发展战略的迫切需要。基于1992—2015年的夜间灯光数据和生态环境要素数据,采用统计分析与GIS空间分析方法,研究黄土高原城镇化空间格局演变过程与生态环境响应格局。结果表明:①1992—2015年黄土高原地区城镇化空间扩展显著,城镇化核心区与边缘区社会经济活动密度逐渐增大,总体集约化程度不断提升。县域城镇化在地理空间上呈现“核心—边缘”空间结构,城镇化热点区和次热点区集聚分布于黄土高原南部和东部地区。②区域灯光强度与NDVI和生态价值同步上升是黄土高原城镇化与生态环境演变的主导趋势,但灯光强度显著上升的城市群地区和能源开发区的NDVI和生态价值出现下降趋势,城镇化与生态环境之间的矛盾日渐突出。③黄土高原城镇化过程中对美好生态环境的客观需求,可能促使区域加强城镇及其周边地区的生态环境建设,形成城镇化发展与生态环境保护良性互动的新格局。

中国北方草地生物量动态及其与气候因子的关系

草地生态系统在全球碳循环中扮演重要角色.中国草地约占中国陆地面积的1/3,但对其碳库大小、动态及其与气候变化的关系缺乏系统研究.基于341个样地调查的地上、地下生物量资料和1982-2006年的卫星遥感数据,利用地上生物量与遥感数据之间及地上生物量与地下生物量之间的关系,估算了中国北方草地生物量碳库及其空间分布,分析了过去25年生物量碳密度和碳库的时间动态及其与气候变化的关系.结果显示：（1）中国北方草地生物量碳库为557.5TgC,地上、地下生物量密度分别为39.5和244.6gC/m^2,地下部分占总生物量碳库的86%;（2）1982-2006年间中国草地生物量碳库呈微弱增加趋势,平均年增量为0.2TgC,但自20世纪80年代末,草地生物量并未呈现显著的变化趋势;（3）草地生物量的年际波动主要受1-7月降水的影响,而与温度关系较弱.不同草地类型之间生物量-气候关系存在一定差异,较为干旱的荒漠草原和典型草原的生物量波动与降水关系密切;高寒草甸的生物量则与1-7月均温显著正相关,而与降水的关系较弱.结果表明,不同草地生态系统对未来气候变化的响应可能存在差异.

草地地上生物量高精度曲面建模

草地生物量的大区域精确估算对全球变化研究和草地资源的合理利用具有重要作用。为提高草地生物量的空间模拟精度,发展了草地地上生物量的高精度曲面建模方法 HASM-GB(High Accuracy Surface Modeling for Grassland Biomass),基于内蒙古草地地上生物量野外调查资料和同时期的遥感影像数据,采用HASM-GB方法对内蒙古自治区草原地上生物量空间分布进行了模拟。通过野外实测数据采用修正的Jackknifing方法对HASM-GB方法模拟结果进行了验证,结果表明模拟结果与实测数据之间具有较低的均方根误差(28.03 g/m2)和较好的相关性,相关系数为0.62。将HASM-GB方法与遥感生物量回归模型、普通克里金和回归克里金3种方法进行了精度对比,结果表明与其他3种方法相比,HASM-GB方法的模拟结果具有相对较低的平均误差、平均绝对误差、均方根误差和与测定值较高的相关系数。通过对地上生物量空间分布格局模拟结果的分析可知,由于植被指数—生物量回归模型属于非空间方法,其模拟精度很大程度上取决于主、辅变量间的相关性水平,易受植被指数数据误差的影响。普通克里金不能考虑辅助变量的作用。HASM-GB方法能够充分考虑生物量采样点和辅助变量的空间变异信息和邻域样本的空间结构特征从而提高模拟精度,其对草地地上生物量的曲面模拟能力高于回归克里金。结果表明HASM-GB可以作为模拟草地地上生物量空间分布相对有效的方法。