实时评估干旱半干旱区的生态环境质量,对我国干旱半干旱区生态环境可持续发展具有至关重要的意义.本研究以阴山北麓典型地区内蒙古武川县为研究区,利用谷歌地球引擎,耦合绿度、湿度、干度、表土粒度、热度5个指标,构建表土遥感生态指数(TRSEI),对武川县1990-2020年生态环境质量进行评价,并采用一元线性回归、多元回归残差分析以及Hurst指数等方法揭示生态环境质量的时空演变及其驱动因素.结果表明:研究区TRSEI的第1主成分贡献度超过70％,特征值均值达0.148,表明TRSEI能有效集成各生态指标信息,引入的表土粒度指标对干旱半干旱区生态环境质量评价有重要意义.1990-2020年,研究区TRSEI波动范围在0.289～0.458,整体呈轻微恶化趋势;耕地及退耕区生态环境质量有所改善,改善区域面积占总面积的47.9％,而草地、裸地、城建区恶化,恶化区域面积占总面积的52.1％.未来,36.9％区域的生态环境质量将持续改善,而41.4％区域可能持续恶化.人类活动是研究区生态环境质量变化的主要驱动因素,面积占比88.6％;气候变化同样有显著影响,面积占比11.4％.TRSEI能够有效评估干旱半干旱区生态环境质量,可为干旱半干旱区生态保护建设提供科学依据.

准确监测和评估地震扰动下生态环境质量变化,对区域生态环境恢复和保护具有重要意义.本研究针对九寨沟县2017年"8·8"地震,利用高精度遥感影像分析地震对区域植被破坏情况,基于GEE平台测算地震前、后及3年恢复期的遥感生态指数(RSEI),分析地震扰动下四川省九寨沟县生态环境时空变化特征,并采用地理探测器揭示生态质量恢复时空差异的影响因素.结果表明:九寨沟县植被覆盖度由震前的0.71减少到震后的0.69,高覆盖区面积减少310.78 km2,其余区域面积增加.RESI均值由震前0.50下降为震后0.42,3年恢复期后上升到0.45;震前、震后、恢复期的生态环境质量均以良和中等为主,主要分布在中部南部山脉和东部河谷地区.年降雨量、高程、湿度、绿度是九寨沟县生态质量恢复分异的主控因子,各因子间交互增强会影响区域生态环境质量恢复的空间分异.

应用无人机近地面遥感技术估算草地生物量是目前较热门的方法,但构建的反演模型类型、变量、算法差异较大.通过在内蒙古锡林郭勒获取的无人机多光谱影像提取出波段反射率、植被指数等变量,与实际获取的地面样方调查数据结合,构建并对比了 8种最常用的参数与非参数方法构建的草地地上生物量预测模型,评估不同模型的精度和建模变量,以期能够优化得到最佳预测模型.研究结果表明8种模型中参数模型精度相对较低,非参数模型具有更高精度;参数模型中多变量的广义线性模型优于线性、对数和指数这3个参数模型;非参数模型中K近邻、支持向量机、极端梯度提升和随机森林4种模型的决定系数R2都大于0.7,但随机森林模型相对更稳健,且模型变量数最少.建模变量中归一化植被指数和红波段反射率变量对生物量估算作用较大.综上,随机森林模型是较适用于内蒙古锡林郭勒地区草原无人机近地面遥感技术估算草地生物量的模型,然而在超参数调整、算法优化,以及植被多源变量筛选等方面还需要更深入的研究.

生态系统水分利用效率(WUE)是表征碳水耦合过程的关键指标,然而,有关气候变化和退耕还林还草工程背景下黄土高原WUE的时空变化特征及其主导因子仍未明晰.研究利用遥感驱动的生态系统过程模型BEPS模拟2001-2020年黄土高原总初级生产力(GPP)和蒸散(ET),并结合基于敏感性试验的多控制因子联立求解方法定量分析气候和植被因子对黄土高原WUE变化(WUE=GPP/ET)的贡献.结果表明:(1)2001-2020年黄土高原GPP和ET分别以12.9 gC m-2 a-1和3.7 mm/a速率显著升高,并使得WUE增长显著(0.021 gC mm-1 m-2 a-1).(2)2001-2020年间黄土高原80.12％的区域叶面积指数(LAI)显著升高(全区增速为0.014 m2 m-2 a-1)而气候因子变化均不显著.(3)植被因子和气候因子对WUE变化分别呈正贡献和负贡献,植被因子作为主要影响因子主导了黄土高原86.74％地区的WUE变化.研究结果有望为干旱区生态水文管理和相关政策制定提供一定科学参考.

自20世纪70年代开始,归一化植被指数(NDVI)在天然草地地上生物量估测研究中得到了广泛应用.然而,NDVI对高密度植被生物量遥感估测存在饱和现象,使草地生物量遥感估测有较大的不确定性.以青藏高原东缘高寒草甸为例,基于比值植被指数(RVI)探讨了 NDVI的饱和性,并评估了 NDVI饱和性对高寒草甸地上生物量时空动态变化分析的影响.结果表明:(1)虽然基于中分辨率成像光谱仪(MODIS)NDVI构建的草地地上生物量估测模型精度较基于RVI构建的估测模型高,但模型对高寒草地地上生物量(生物量大于2314.627 kg/hm2)灵敏度较RVI估测模型低,即NDVI阈值大于0.73时,估测模型呈现饱和现象(低估了草地地上生物量);(2)结合RVI和NDVI的相关关系,对饱和部分NDVI遥感植被指数进行校正,校正后最优地上生物量遥感估测模型为线性模型(y=5908.5x-2198.9,R=0.6190,RMSE=902.41 kg/hm2),较调整前RMSE降低了 11.72 kg/hm2;(3)就NDVI饱和性空间分布而言,从全年6月—9月初(全年第161-257天)饱和性呈现先自东南向西北延伸,后自西北向东南消退的变化趋势,平均低估值介于158.45-293.92 kg/hm2之间,最大低估值出现在8月初(全年第225天),超过600 kg/hm2;(4)此外,NDVI饱和性对草地地上生物量年际动态变化趋势分析具有较大的影响,去除饱和性影响后草地地上生物量基本不变的区域减小了 21.44％,而年际变化小于-10 kg/hm2和大于30 kg/hm2的区域分别增加了 8.48％和16.19％.研究探讨了 NDVI饱和性对草地地上生物量遥感估测的影响,以期为精确评估高寒草地地上生物量提供理论依据,同时也为高寒草地资源可持续发展提供科学依据.

湿地公园健康状态是开展湿地保护、修复与指导其规划设计的重要依据.近年来城市区域内湿地公园建设迅速但湿地生境整体衰退严重,如珠三角乃至华南地区湿地公园面临高度外部干扰与环境限制,亟需有效手段评估区域内湿地公园健康状态以实现可持续发展.以"稳定性-功能性-可持续性"为框架,构建了包含3准则11因素40指标的湿地公园健康评价指标体系,采用层次分析法计算指标权重,并通过遥感影像处理、实地调研、统计年鉴查阅以及问卷调查等方式获取指标数据,对生态修复后的广州海珠国家湿地公园二期进行综合健康评价与分析,以期指导其保护修复与可持续发展,为城市区域内湿地公园健康评估与优化提供参考.结果表明:(1)稳定性是影响湿地公园健康状态的主要准则,权重排序为稳定性(0.5094)＞功能性(0.3046)＞可持续性(0.1860);(2)海珠湿地二期综合健康指数为3.7735,呈健康状态;(3)影响二期健康状态的主要因素是生态功能与水体特征,其中,权重排序前5的主要指标为水质类别、净化能力、水文调节、水陆面积比、水体富营养化程度;(4)结合评价结果,从水体修复、植物管护、园区管理等方面提出优化建议.

山西省在黄河流域总体生态格局中具有重要的战略地位.为深入研究2000-2020年黄河流域山西段生态环境的变化,选用MODIS遥感影像数据,基于绿度、湿度、干度和热度的主成分分析确定遥感生态指数(RSEI),对该区域生态环境质量的时空变化进行分析并探讨影响因素;同时,利用CA-Markov模型对2030年黄河流域山西段不同发展情景下生态环境进行模拟和预测.结果表明:RSEI在黄河流域山西段具有较好的适用性,可用于监测和评估其生态环境的时空变化特征.2000-2020年,黄河流域山西段以低生境质量区为主,其中,2000-2010年生态环境质量持续改善,而2010-2020年则有所退化;高生境质量区集中于山区,其自然条件优越、生物多样性丰富,低生态质量区主要分布在城市群集中的太原盆地及研究区北部采矿业发达的地区;在研究区的北部和中部,气候因子与生态环境质量呈负相关关系,而在高山区域二者呈正相关关系.3种发展情景下,2030年研究区的耕地、林地、水体和建设用地面积均较2020年有所增加;相较于自然发展情景和耕地保护情景,在以RSEI为限制因子的生态约束情景中,新增林地面积最多,而耕地和建设用地的扩张速率最低.研究结果可为黄河流域山西段的国土空间规划及生态环境保护提供参考.

探究黑龙江流域植被覆盖度时空动态特征及其对气候变化的响应,可为该地区3个国家(蒙古国、中国和俄罗斯)开展流域综合治理提供理论依据和数据支撑.本研究以黑龙江流域为对象,基于Google Earth Engine(GEE)平台提供的2000-2020年的MOD13Q1遥感数据,按最大值法合成归一化植被指数(ND VI),并利用像元二分模型计算植被覆盖度(FVC),采用Sen+MK趋势法分析植被覆盖度动态变化,利用皮尔逊相关系数量化植被覆盖度对气候变化的响应.结果表明:2000-2020年间,黑龙江流域FVC整体呈轻微减少趋势,年际变化率为0.1％,其中,蒙古国FVC呈波动上升趋势(0.13％),而俄罗斯(0.15％)和中国(0.08％)则呈轻微减少趋势;区域内FVC以轻微退化和严重退化为主,面积占比分别为34％和17％,而显著改善区域仅占9％;降水对研究区FVC的影响显著大于气温,降水和气温对FVC影响显著的面积占比分别为8.2％和2.2％,其中,降水与蒙古国区FVC的相关系数最高(r=0.446,P＜0.05),而与俄罗斯区FVC的相关系数最低(r=-0.442,P＜0.05).

玉龙雪山及周边地区是典型的季风海洋性冰川区,是研究冰川变化、地-气能量交换、植被群落演替以及生态系统碳水耦合的最重要的区域.水分利用效率(water use efficiency,WUE)是联系生态系统水-碳循环及其与气候因子之间响应关系的重要参数.本研究利用MODIS卫星遥感总初级生产力(gross primary productivity,GPP)、蒸散发(evapotranspiration,ET)产品和 自适应帕尔默干旱指数(self-calibrating Palmer drought severity index,scPDSI)分析了2000-2020年玉龙雪山及周边地区植被WUE空间变化特征,研究了该区GPP、ET、WUE与scPDSI的相关性,探讨了该区不同地貌植被对水分利用及胁迫的适应策略.结果表明:2000-2020 年,研究区植被 WUE 平均值为 2.44 g C·m-2·mm-1,GPP 平均值为 1365.0 g C·m-2,ET 平均值为559.6 mm;WUE平均值最高区域分布在大起伏中山,为2.88 g C·m-2·mm-1;最低区域为大起伏极高山,为1.23 g C·m-2·mm-1.玉龙雪山地势起伏大,植被空间分布具有显著垂直地带性特征,植被WUE在3500 m以下区域随海拔上升而增加,3500 m以上则随海拔上升而减少.2000-2020年,研究区逐月WUE呈现增加—减少—增加趋势,不同地貌类型造就了植被WUE变化速率具有显著的差异性特征.玉龙雪山以及周边大起伏高山的植被WUE呈增长趋势,而中海拔平原呈减少趋势.研究区内植被WUE对干旱胁迫响应具有明显的季节性特征,WUE与scPDSI的多年逐月相关性呈现负相关—正相关—负相关—正相关的变化趋势.7月玉龙雪山WUE与scPDSI呈显著正相关,而5月则表现为显著负相关;玉龙雪山周边地区植被WUE与scPDSI在12月—次年6月呈负相关,在7-8月呈正相关.

消落区植被的生长变化一定程度上会影响水资源的可用性.雅鲁藏布江是中国、印度、孟加拉等国家的主要淡水水源地,流域内海拔落差大,气候的空间异质性较高.消落区在淡水生态系统保护中具有重要功能,但它易受到全球气候变化的影响,因此开展消落区植被对气候变化的响应研究对于保护雅鲁藏布江流域生物多样性和构建生态安全屏障具有重要意义.本研究选取雅鲁藏布江流域消落区植被作为研究对象,利用遥感技术,选取归一化植被指数(NDVI)进行了Theil-Sen Median趋势分析和Mann-Kendall检验,利用Hurst指数探究了长时间序列下消落区植被的时空变化趋势,并通过广义线性模型研究了消落区植被NDVI与气温、降水、雪水当量和水位波动频率等影响因素之间的相关性.结果表明,1990-2022年间,雅鲁藏布江流域消落区和1-5 km缓冲区的平均NDVI呈现西北低、东南高的变化趋势.时间尺度上,消落区植被NDVI总体呈波动上升趋势,其中最高值(0.16)和最低值(0.06)分别出现在2002年和2022年.年均NDVI的变化结果显示,中高海拔区域的NDVI持续增加,而中下游区域的NDVI变化不稳定.随着海拔升高,消落区和1-5 km缓冲区的NDVI持续减少和反持续减少的面积占比呈波动变化,海拔1,500-3,000 m地区受影响最为明显.水位波动频率是消落区NDVI的最佳解释变量之一,而温度则是缓冲区NDVI的主要影响因素.此外,随着海拔升高,雪水当量对NDVI的解释力逐渐增加.该研究对雅鲁藏布江流域的生物多样性保护和生态安全屏障的构建具有重要意义.