基于MODIS数据的草地生产力估算研究

草地在广大的干旱、半干旱地区是重要的可更新资源，草地生产力是草地质量评价最重要的指标之一，不仅体现草地生态系统的稳定性及生物种群的多样性，而且在畜牧业的发展及生态建设方面都有极其重要的参考价值和指导意义。本文以内蒙古通辽市科尔沁半干旱草地生态系统为研究对象，通过生长季野外生物量调查，结合遥感植被指数建立该区域三类草地系统的经验估产模型；同时利用遥感植被指数建立的植被光合模型（VPM）模拟草甸草地区域总初级生产力（GPP），为区域畜牧业的发展、生态环境评价及生态恢复提供基础数据。主要结论有： （1）对2000—2006年MODIS的8 d合成归一化植被指数（NDVI）资料和逐日气象资料的分析结果显示：季节变化过程中，研究区水汽压与NDVI的相关程度明显大于降水量；积温和累积降水量共同控制着各年草地的返青速度，草地快速生长期（6、7月）的降水量对NDVI年最大值的影响比年总降水量更显著；时滞分析表明，水汽压对之后约12 d的NDVI有持续的显著影响，平均气温的时滞为11~15 d，降水对NDVI影响的累积和时滞双重效应可达36~52 d。 （2）根据野外生物量调查结果和MODIS数据,分别采用归一化植被指数（NDVI）、增强植被指数（EVI）和修正的土壤调节植被指数（MSAVI）对草甸草地、半退化草地以及沙丘草地三种类型的草地分别建立了生物量估算模型，其拟合优度系数分别为：0.704、0.537、0.723，经F检验其相关性均达到显著水平（P<0.01）。 　　（3）由于引入了草地生长阶段光合生理的季节动态，VPM模拟的总初级生产力（GPPVPM）和涡度相关法观测的总初级生产力（GPPobs）结果有很好的一致性，GPPVPM（1506.54C•m-2）略低于GPPobs（1615.38gC•m-2）。表明VPM可用于半干旱草地总初级生产力的模拟，从而实现对通量观测GPP的尺度扩展，为区域或全球生态系统总或净初级生产力的模拟提供高时间、空间分辨率的准确模拟。

基于MODIS数据的草地生物量估算模型比较

准确估算草地生物量对合理规划区域畜牧业、评估草地植被的生态效益有重要意义。目前,在常用的遥感估算模型中,采用的植被指数和模型函数形式多样。本文根据野外生物量调查结果和MODIS数据,分别采用归一化植被指数(NDVI)、增强植被指数(EVI)和修正的土壤调节植被指数(MSAVI)建立了内蒙古科尔沁左翼后旗草地地上生物量和地上地下总生物量估测的3种(线性、乘幂和指数)模型,并进行了比较。结果表明:3种模型能够对草地生物量进行较好的模拟,其中指数模型效果最佳;3个植被指数(NDVI,EVI和MSAVI)与草地生物量均有较高的相关性,可用于该草地产量估测,其中MSAVI对地上生物量拟合效果最好(R2=0.900);NDVI和EVI的线性模型对总生物量的模拟明显好于对地上生物量的模拟。

植被生产力与植物克隆性的样带分析

克隆植物存在于自然界几乎所有类型生态系统，在群落和生态系统中起着重要作用。作为植物群落的重要组分，克隆植物势必深刻地影响群落的结构和功能。揭示克隆植物在不同类型生态系统中的重要性及其与环境因子的关系是克隆植物生态学研究的重要内容。 本研究以东北样带为平台，通过采用野外植物和土壤调查，结合2006年23期500 m MODIS NDVI数据，重点分析环境因素和群落生产力与克隆植物丰富度和重要性的关系。主要结论如下： 1．沿东北样带自西向东的不同植被类型中，克隆植物出现的频率和重要值呈现降低的趋势，具体体现为：典型草原 > 荒漠草原 > 草甸草原 > 农田 > 森林。克隆植物丰富度、重要值和相对物种数均与海拔呈显著相关，但这种关系随克隆构型发生变化。 2．群落中克隆植物物种丰富度与土壤有机碳、全氮和全磷均有显著的相关关系，但与全钾并不呈现显著相关关系。通径分析表明，在三种草原植被中，土壤成分对克隆植物重要性的影响强度随草原类型变化而变化。 3．植被生产力与年均降水量和年均日照时数显著相关;虽然植被生产力与年均温度没有显著的相关性，但与温度季节性变化呈显著相关;植被生产力与降水和温度季节性的相关性随植被类型发生变化。 4. 就整个东北样带而言，植被生产力与群落中总的物种丰富度和克隆植物丰富度呈显著正相关，但与不同克隆构型克隆植物的丰富度相关关系不一致。在不同植被类型中，生产力与克隆植物丰富度没有相关关系，但与克隆植物重要值呈现不同相关关系。具体而言，克隆植物重要值与植被生产力的相关性在荒漠草原表现为正相关，在典型草原和草甸草原呈负相关，而在农田和森林没有显著相关性。 在土壤环境相对贫瘠和植被生产力水平较低的条件下，克隆植物可能比非克隆植物具有更强的适应能力，并在群落次生演替过程中起重要作用。在高海拔、养分贫瘠的群落中，克隆植物出现频率较高。在荒漠草原，由于土壤贫瘠、扰动频繁，因此克隆植物在群落中的重要性较高，在生产力水平高的植物群落中克隆植物重要性较高;在典型草原和草甸草原，由于土壤养分等条件的改善，克隆植物在群落中的重要性降低，在生产力水平高的植物群落中克隆植物重要性较低;在农田和森林群落中，环境质量最好，克隆植物在群落中的重要性低，对群落的结构和生产力不构成显著影响，因此克隆植物重要性与生产力相关性不显著。

全球变化下中国东北样带植物多样性梯度分析及气候-NDVI-植被的关系研究

中国东北样带（NorthEast China Transect, NECT）是位于中纬度温带以降水量作为主要驱动因素的陆地样带。本文的工作以此作为研究平台，利用生态信息系统（Ecological Information System, EIS）以及Microsoft Excel 7.0软件包建立了样带的地理数据库和植物多样性数据库，包括气候数据库、植被数据库、遥感数据库和内蒙内C_4植物数据库以及样带内生态系统特征数据库。在此基础上，主要研究了以下四个方面的内容： 1. 利用Holdridge的生命地带方法对NECT内的生物群区进行了划分。 主要是确定了生物群区间过渡带的位置与宽度，并预测了在全球变化三种模式下NECT内生物群区，尤其是过渡带的变化图景。湿度升高2 ℃后，过渡带的面积都呈扩大化的趋势。森林区对于降水量的变化反应很敏感。荒漠灌丛（即荒漠草原类型）由于其水热条件处于样带内较极端类型，因而对于全球气候变化反应也比较敏感。 2. 研究了NECT内的α、β多样性以及包括生活型、水分生态型、区系地理成分等在内的植物群落特征多样性的梯度变化规律。 研究了样带内的多样性梯度，提出了在样带内存在的α多样性测度问题以及β多样性沿样带的变化规律：样带内由东到西，β多样性逐渐升高，群落内物种被替代的速率变慢;两种植被类型边界上的两个样地之间的相似程度由东到西呈上升趋势;同一类型群落之间的物种周转率比不同类型群落间的物种周转率相对要低。同时将各个环境因子与α、β多样性作了回归分析，找出样带内决定α、β多样性的主要环境因子指标。 样带内沿43.5°N一线附近植物群落的生活型共有17类，水分生态型8类，区系地理成分包括17类，以此为基础分析了群落特征沿样带的变化规律。并探讨了生活型分布的历史地理原因。 3. 对样带气候－NDVI间的关系以及植被－NDVI的关系进行了探讨。 利用来自气象卫星的遥感数据一归一化植被指数（NDVI），和数值化后的样带1:100万植被图进行叠加，找到NECT内每种植被类型对应的NDVI值。样带内共有植被类型147种，反映在NDVI变化上的植被类型有106类。其中，自然植被101种。 影响年均NDVI分布的因子主要有经度、辐射日照百分率及7月温度，与经度呈正相关，与辐射日照时数及7月温度呈负相关。回归方程如下： NDVI = -220.426 + 3.273Lon - 80.338Ratio - 1.962T_7 (R~2 = 0.9714, F = 521.52, p < 0.001) 4. 研究了NECT内的光合功能型。 主要包括内蒙古地区的C_4植物及其生态地理特性。揭标C_4植物的分类群特性、生活型、水分生态型与区系地理成分等生态学特性。C_4植物分布的科属极其集中。C_4光合型为维管植物某些分类群（科、属、种）的特性，为它们固有的遗传特性。推断C_4起源于草本的某些科属。C_4植物为喜热、耐旱的类群。世界种、泛热带种、泛地中海种C_4植物较集中。 样带内的C_3、C_4功能型及其与环境因子的相关性。样带内C_4和C_3光合型植物组成比例由东到西表现出两高两低的趋势。分布主要与年均温和降水量呈显著相关。 提出了一种新的C_3、C_4鉴别方法。即根据野外测定的光合数据建立了C_3、C_4的判别模型： f_1(x) = -1.5493 + 0.1427Pn + 0.1035Tr + 0.3768ΔT + 0.1000Gs f_2(x) = -15.6142 + 1.0542Pn - 0.2503Tr - 0.2957ΔT + 0.6491Gs 最后，综合7个GCMs模型（GFDL，GISS，LLNL，MPI，OSU，UKMOH，UKMOL）的输出结果，利用此结果和本文建立的回归模型，模拟了样带内生物多样性的窨分布格局，并预测了末来全球变化下归一化植被指数NDVI的空间分布格局的变化。

珠江流域NDVI和气象因子的变化及相关分析

对于一个特定的区域特定的时间段来说影响植被覆盖变化的主要因素是气候因素，主要包括降水、温度和光照。珠江流域地形复杂，东西狭长，气象因子差异较大，地表植被覆盖较好，研究珠江流域植被覆盖变化与气象因子之间的关系具有重要意义。 本文利用1982-1999年月平均NDVI和气象因子资料，分析了珠江流域植被和气象因子的时空分布特征，采用奇异值分解（SVD）方法和联合EOF方法研究了珠江流域NDVI和降水在年和年际尺度上的异常关系，利用相关系数、多元线性回归方法分析了NDVI与降水及其他一些气象因子的年际相关及滞后相关。 研究发现，珠江流域植被和气象因子在空间分布上具有明显的东西差异性，除温度以外均具有较好的经度方向一致性、纬度方向差异性。植被和气象因子均存在较大的季节变化和明显的年际变化。在1982-1999年期间，流域整体的NDVI在春季和秋季呈增加趋势，夏季和冬季呈下降趋势，整体呈下降趋势。降水在夏季呈明显的增加趋势，其他季节呈下降趋势，整体呈增加趋势，温度夏季呈下降趋势，其他季节呈上升趋势，整体呈升高趋势，光照在春、秋两季呈增强趋势，夏、冬两季呈减弱趋势，整体呈增强趋势。 方差分析发现，珠江流域NDVI和气象因子的年际方差均呈明显东西差异性，在季节上也有较大差异，且NDVI方差较大的季节基本会对应出现一些气象因子方差较大的现象。6-7月NDVI变化较大，降水变化也较大，说明该流域6-7月的植被有可能受当地降水的变化较大影响。早春季节NDVI变化较大，而早春的温度及光照变化也较大，说明早春的植被生长有可能受温度及光照影响较大。 SVD分析发现，NDVI和降水在年内异常上具有较好的空间一致性，在时间上具有1—2个月的滞后；年际尺度上两者异常在空间上存在明显的差异，流域东部(下游)异常为负相关，西部（上游）异常为正相关。NDVI和温度年内异常呈空间一致性，时间上滞后温度一个月，年际异常也表现为空间一致性。NDVI和光照在年内异常具有空间差异性，西北高原地区NDVI和光照年内异常反向，其他地区年内异常同向。 NDVI和各气象因子在整个区域上的年际相关分析发现，NDVI和同期降水呈负相 I 珠江流域 NDVI 和气候因子的变化及相关分析 关，值为-0.2017，NDVI和温度及短波辐射强度呈正相关，相关系数分别为：0.45和0.4，但是在不同的时间段也有很大的不同。流域NDVI和各气象因子年际相关存在明显的空间和季节差异：空间上，流域东部NDVI和降水负相关明显，和温度及太阳短波辐射正相关明显；流域西部NDVI和降水呈弱的正相关，滞后正相关明显，和温度相关不明显；季节上，NDVI在夏季和降水呈显著负相关，在春、秋季节滞后降水、成明显正相关且滞后三个月正相关最为明显。

Seasonal migration of cirrus clouds over the Asian Monsoon regions and the Tibetan Plateau measured from MODIS/Terra

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基于NDVI的不同火烧强度下大兴安岭林火迹地森林景观恢复

利用LANDSATTM影像,通过分类、提取森林景观类型及NDVI值,在较大尺度上探讨了火烧区火烧强度与森林景观格局、功能恢复的关系。结果表明,火烧区森林总体恢复情况较好。恢复状况与火烧强度具有明显的相关性。火烧强度越高,恢复状况越差。重度火烧区的针叶林景观所占比重低且生长状况较差;沼泽面积高于未火烧对照区,这一现象应引起足够重视,特别是在全球变化气温升高的背景下,应防止寒温带针叶林的退化以及林地沼泽化。在三种主要森林类型(针叶林、阔叶林、针阔叶混交林)中,针阔叶混交林是生长状况最好的,标志着火烧迹地正由演替的初期阶段向中期阶段过渡

科尔沁草甸草地归一化植被指数与气象因子的关系

利用内蒙古科左后旗草甸草地2000—2006年MODIS的8d合成归一化植被指数(NDVI)资料和逐日气象资料,分析了研究区NDVI的季节变化和年际变化特点以及NDVI与气象因子的关系.结果表明:季节变化过程中,研究区水汽压与NDVI的相关程度明显大于降水量;积温和累积降水量共同控制着各年草地的返青速度,草地增长期(6、7月)的降水量对NDVI年最大值的影响比年总降水量更显著;时滞分析表明,水汽压对之后约12d的NDVI有持续的显著影响,平均气温的时滞为11～15d,降水量对NDVI影响的累积时滞双重效应可达36～52d.