为深入了解气候变化对我国热带亚热带季风区植被物候的影响,该文基于 2001-2020 年MODIS EVI时序数据,采用Double Logistic法和阈值法提取华南三省(区)植被物候参数,分析了华南三省(区)植被物候的时空变化特征.结果表明,研究区植被返青期主要集中在第90～105天,枯黄期在第320～335天,生长季在第220～235天.20年来植被返青期推迟,枯黄期基本不变,生长季缩短.在空间分布上,返青期在两广地区自西向东、自北向南逐渐推迟,海南则自东北向西南逐渐推迟;枯黄期表现为在两广中部晚、周边早,在海南中部早、周边晚的分布特征;生长季在两广地区整体自西向东逐渐缩短,在海南则自西南向东北逐渐延长.随着海拔增高,不同地区和不同植被的返青期差异较大,且波动性较大,而枯黄期先推迟后提前,生长季先延长后缩短.这揭示了气候变暖背景下华南三省(区)植被物候的变化特征,对更全面认识我国南方植被对气候变暖的响应有指导意义.

台风是影响我国陆地生态系统结构和功能的主要自然灾害之一,尤其对东南沿海地区植被具有明显的干扰效应.为深入了解台风对我国沿海地区植被的影响及其响应,基于MODIS增强型植被指数(Enhanced Vegetation Index,EVI)和叶面积指数(Leaf Area Index,LAI),分析了 2001-2019年间不同等级的台风对植被EVI和LAI的影响,评估台风登陆时植被的抵抗力及台风过后植被的恢复力.结果表明:(1)2001-2019年间,共有70个台风登陆我国东南沿海地区,其中,台风(TY)、强台风(STY)与超强台风(SuperTY)的数量分别为35、26和9个.我国台湾省的台风登陆次数最多,为26个,其次为广东省(20个);(2)在整个研究区范围内,台风(TY)、强台风(STY)与超强台风(SuperTY)登陆后的EVI净变化率分别为4.88％、-7.48％、-1.85％,LAI净变化率分别为22.28％、-65.70％、-17.60％;(3)在经历台风干扰后,沿海地区大部分植被可在3个月之内得到恢复,其中浙江省与广东省植被的恢复时间较长,海南省与台湾省植被的恢复时间较短.研究结果对我国沿海地区森林经营管理和生态环境保护具有重要意义.

为了解粤港澳大湾区植被生长态势变化及气候与土地利用变化对植被生长的影响,基于 MODIS-EVI 数据、气候数据和土地利用类型数据,采用趋势分析、相关分析和响应分析,探讨粤港澳大湾区 2001-2018 年生长季植被EVI时空格局演变规律及其与平均气温、累积降雨量和土地利用变化的关系.结果表明:(1)2001-2018 年粤港澳大湾区年EVI均值呈中心区和东南区向东北、西北和西南方向递增的趋势.年均增加速率约为 0.003 EVI/年.从未来变化趋势看,大部分区域EVI在未来呈下降趋势;(2)EVI与平均气温和累积降雨量总体呈正相关关系,但EVI与降雨的相关性大于 EVI 与平均气温的相关性,EVI 对气温和降雨总体呈正响应,其响应均值分别为 0.009 EVI/℃和 0.003 EVI/100 mm;(3)土地利用变化对EVI产生显著影响,其中城市扩张对EVI产生极显著负效应(P<0.0001),而生态恢复对EVI表现为极显著正效应(P<0.0001),且城市扩张对EVI的影响远高于生态恢复对EVI的影响.研究结果可为分析粤港澳大湾区生态系统变化、生态系统恢复、城市生态规划及生态文明建设提供参考.

植被物候研究对了解全球气候变化特征具有重要意义.黄河流域空间跨度大、生态环境复杂,林草植被的物候变化特征有待进一步明确.本研究基于2000-2018年MODIS-EVI数据,采用分段Logistic和双Logistic物候模型及分别对应的曲率变化极值法和导数法对黄河流域林、草植被物候进行反演,分析物候参数的时间变化和空间差异.结果表明:研究区生长季开始期(SOS)在第90～165天,从东南到西北逐渐推迟,海拔每升高100 m,SOS推迟0.94 d,其中,森林SOS早于草地.生长季结束期(EOS)在第270～315天,从西向东南推迟,海拔每升高100 m,EOS提前0.63 d,其中,森林EOS晚于草地.生长季长度(LOS)为110～230 d,从东南向西北逐渐缩短,森林植被的LOS大于草地.研究期间,SOS呈提前趋势,幅度为4.1 d·(10 a)-1,空间上提前面积比例为73.2％,流域中部地区提前幅度较大;EOS整体呈显著推迟趋势,幅度为2.3 d·(10 a)-1,空间上推迟面积比例为63.4％,森林物候期提前和延迟都小于草地;LOS呈显著延长趋势,幅度为6.4 d·(10 a)-1,空间上延长比例为71.8％.分段Logistic和双Logistic物候模型以及相应的曲率极值法和导数法适用于提取黄河流域自然植被物候.研究区森林和草地LOS整体呈延长趋势,随海拔升高而缩短,且森林LOS长于草地.

植被对区域气候调节、水文循环等有着重要作用,在近年来中国南部地区极端气候频发的背景下,研究植被变化及胁迫意义重大.以珠江流域为研究区,利用MODIS EVI分析了植被的变化规律,并通过美国军事气象卫星DMSP灯光数据和气象数据探讨分析了人类活动和自然环境对植被变化的胁迫.结果显示:2004年到2013年期间珠江流域内年平均EVI介于0.33-0.38之间,EVI从高到底依次是常绿阔叶林＞混交林＞多树的草地＞常绿针叶林＞草地,不同植被类型的EVI变化趋势基本一致,同一植被类型EVI年际变化较小,其中混交林和草地年际最大变化量分别为0.07和0.04,而常绿阔叶林、常绿针叶林和多树的草地年际最大变化量均为0.06;在2004年至2013年年间,城市化水平增长了约71％,其年发展变化与EVI的年变化趋势相反:通过对比分析发现珠江流域人类活动对植被变化影响高于自然环境,即DMSP灯光变化与EVI变化的相关系数明显高于气温和降水.

三江源是我国生态保护的优先区域.自2005年以来,国家投入大量资金在三江源实施了一系列生态保护措施和工程,主要目的之一是保护和恢复草地生态系统.本文基于中分辨率成像光谱仪(MODIS)增强型植被指数(EVI)数据和野外实测样方,从草地生物量的角度评估了三江源工程的保护成效,以期为后续的保护措施提供参考.本文使用2000-2016年间在青藏高原248个样地的实测地上生物量数据和同期的EVI数据,比较了通过EVI估算草地地上生物量的不同建模方法,并从中选择表现最佳的乘幂模型反演了三江源高寒草地的地上生物量,用趋势分析法得出了生物量的变化.结果显示,2000-2016年间,三江源高寒草地地上生物量没有发生显著变化的面积占62％,显著增加的地方主要在西部和北部,占22％,显著减少的地方则主要在中部和南部,占16％;2000-2016年间,草地地上生物量的年际波动较大,但总趋势不显著;在2012年后,地上生物量表现出显著降低的趋势.三江源国家级自然保护区外部的草地地上生物量高于内部,使用匹配法比较保护区内外草地地上生物量变化的情况,结果发现在生态保护工程实施的2005-2012年间,三江源保护区内的草地生物量没有显著增加.

红河流域地表生态、水热分布格局等受到“通道,阻隔”作用的显著影响,以MODIS EVI数据作为植被定量研究指标,结合全国1∶100万植被类型图、红河流域内部以及周边气象数据和研究区的DEM数据,利用趋势分析和相关性分析法,探讨在“通道-阻隔”作用的影响下流域内2000-2014年植被EVI时空变化趋势及其驱动力,重点研究了植被EVI变化对气候因子的响应规律.结果表明:(1) 2000-2014年间,红河流域生长季植被EVI整体上以-0.15％/a的年际变化率呈波动减少趋势,空间异质性明显.EVI呈减少趋势区域主要集中在绿春县中部和金平县西南部;EVI呈增加趋势区域集中分布在墨江县、文山县,麻栗坡中部、广南,富宁南部区域、红河-元江一带以及藤条江西南部地区.(2)通过对生长季EVI指数与四个不同时间序列的月平均气温和月累积降水量的相关分析可知,生长季EVI指数与同期气温相关性较好;与降水量呈现明显的滞后性,滞后时间约为1个月.(3)相关分析表明,整体上红河流域生长季植被EVI与气温呈负相关关系,与降水呈正相关关系.在0.05显著性检验水平下,红河流域生长季植被EVI变化受气候影响的区域占3.11％,气温以负向驱动型为主,面积约占1.26％,降水以正向驱动型为主,面积约占0.46％,气温降水联合驱动以弱驱动为主,面积约占1.39％;大部分地区表现为受非气候因子驱动.

植被物候学作为研究植被与环境条件相互作用的科学,在全球气候变化的大背景下已成为国际热点研究领域,其中森林植被在调节全球碳平衡、维护全球气候稳定的过程中有着至关重要的作用.随着遥感技术的发展,多种遥感指数被应用到森林植被物候研究中,其中以MODIS NDVI和EVI应用最为广泛,而叶绿素荧光(SIF)作为植被光合作用的“探针”也被广泛应用于森林植被物候研究中.为了探究3种指数在森林植被物候研究中的差异与特性,本文以长白山温带红松阔叶林通量观测站为研究区域,采用模型拟合结合动态阈值法提取2007-2013森林物候特征参数,并使用通量数据(总初级生产力GPP)进行验证.结果表明:NDVI与EVI、SIF相比,表现为生长季开始时间与结束时间的明显提前和滞后,与GPP数据偏差较大,且夏季生长季峰期曲线形态过宽且平坦,无法较好反映生长季变化特征;EVI相较于NDVI有所改善,整体变化趋势与SIF、GPP基本吻合,但依然存在秋季衰减时间稍迟于SIF与GPP的问题;SIF虽然存在夏季骤降现象,但依然与GPP数据一致性最好,可以较好反映出森林植被季节变化特征.SIF数据与植被光合作用的紧密关联使其在植被物候研究中具有优于植被指数的准确性,并随着遥感平台的增加和反演方法的改善,将会在多尺度、多类型的植被物候监测中发挥更加重要的作用.

本文以雷竹林为研究对象,基于MODIS地表反射率数据构建了归一化植被指数(NDVI)、比值植被指数(SR)、Gitelson绿色植被指数(GI)、增强型植被指数(EVI)和土壤调整植被指数(SAVI)5种植被指数,并将其与MODIS 7个波段原始反射率数据作为遥感变量,采用逐步回归和相关分析两种方法进行变量筛选,结合LAI实测数据构建了逐步回归和BP神经网络两种模型,对雷竹林生态系统观测站点2014年1月-2017年3月LAI时间系列数据进行反演,并将反演结果与同时期MOD15A2 LAI产品进行对比分析.结果表明:SR为唯一入选逐步回归模型的变量;b1、b2、b3和b7以及5种植被指数与LAI之间的相关性均达到显著水平,可作为BP神经网络模型的输入变量.使用BP神经网络反演得到的LAI与实测LAI之间的相关性显著,R2为0.71,RMSE为0.34,RMSEr为13.6％,其R2比逐步回归模型提高了10.9％,RMSE降低了5.6％,RMSEr降低了12.3％,与MODIS LAI相比,其R2提高了54.5％,RMSE降低了79.3％,RMSEr降低了79.1％.结合MODIS时间序列反射率和BP神经网络模型能够精确地反演雷竹林LAI,为实现基于遥感技术快速监测区域雷竹林LAI提供可行的方法.

鄱阳湖是我国最大的淡水湖,是与长江保持自由连通的两个湖泊之一,也是最为重要的候鸟越冬地之一,其生境质量对全球的生物多样性保护至关重要.枯水期的鄱阳湖由众多子湖构成,不同子湖具有不同的水文控制与管理模式,尤其是位于长江上游的三峡大坝2006年正式运行之后,不同水文控制模式下的子湖展现出不同的退水机制,对退水期洲滩出露的时间与湿生植被覆盖和生产力产生了不同的影响.近年来,遥感和生态模型在研究植被变化中应用广泛.本文以MODIS增强植被指数(enhanced vegetation index,EVI)时间序列表示地表属性,并利用EVI时间序列模型,建立了2000-2014年植被覆盖和生产力的时空变化趋势.在研究区内建立的网格中,随机提取了107个斑块,采集其每16天间隔的MODIS EVI时间序列(2000年2月至2015年4月),将自适应Savitzky-Golay平滑算法应用于EVI时间序列分析,提取了4个关键的植被生长指标,即生长季开始的日期、生长季长度、生长季EVI峰值和生产力.研究结果表明:(1)具有不同水文控制模式下的湿地植被生长特征表现出显著的差异,尤其位于自由连通子湖的植被与其他模式的子湖相比:生长季开始的时间更晚,生长季较短,EVI峰值较低,并且生长季节的初级生产力较低;(2)由于水文情势的改变,自由连通子湖2006年前后的双生长周期湿地植被的生长特征差异明显,秋季生长季提前,导致了生物量的过度积累,降低了越冬雁类食源的适口性;但位于局部水文控制子湖的湿地植被不存在这种差异.(3)自由连通与局部水文控制的子湖对鄱阳湖越冬候鸟的保护均具有十分重要的意义,需要保证这两种类型子湖的面积,为越冬候鸟提供更广阔的食源;当水文情势发生改变时,局部的水文人为控制可在一定程度上减缓鄱阳湖水情变化对湿地植被生长带来的影响.