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Desertification dynamic and the relative roles of climate change and human activities in desertification in the Heihe River Basin based on NPP

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Journal of Arid Land 2013年第4期5卷 465-479页

作者： Wei ZHOU ZhengGuo SUN JianLong LI chengcheng gang ChaoBin ZHANG School of Life Science Nanjing University

Relative roles of climate change and human activities in desertification are the hotspot of research on desertification dynamic and its driving *** overcome the shortcomings of existing studies,this paper selected net primary productivity （NPP） as an indicator to analyze desertification dynamic and its impact *** addition,the change trends of actual NPP,potential NPP and HNPP （human appropriation of NPP,the difference between potential NPP and actual NPP） were used to analyze the desertification dynamic and calculate the relative roles of climate change,human activities and a combination of the two factors in *** this study,the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer （MODIS）-Normalised Difference Vegetation Index （NDVI） and meteorological data were utilized to drive the Carnegie-Ames-Stanford Approach （CASA） model to calculate the actual NPP from 2001 to 2010 in the Heihe River *** NPP was estimated using the Thornthwaite Memorial *** showed that 61％ of the whole basin area underwent land degradation,of which 90.5％ was caused by human activities,8.6％ by climate change,and 0.9％ by a combination of the two *** the contrary,1.5％ of desertification reversion area was caused by human activities and 90.7％ by climate change,the rest 7.8％ by a combination of the two ***,it was demonstrated that 95.9％ of the total actual NPP decrease was induced by human activities,while 69.3％ of the total actual NPP increase was caused by climate *** results revealed that climate change dominated desertification reversion,while human activities dominated desertification ***,the relative roles of both climate change and human activities in desertification possessed great spatial ***,ecological protection policies should be enhanced in the Heihe River Basin to prevent desertification expansion under the condition of climate change.

关键词： desertification net primary productivity (NPP) climate change human activities quantitative assessment Heihe River Basin

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Grassland coverage inter-annual variation and its coupling relation with hydrothermal factors in China during 1982-2010

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Journal of Geographical Sciences 2014年第4期24卷 593-611页

作者： ZHOU Wei gang chengcheng CHEN Yizhao MU Shaojie SUN Zhengguo LI Jianlong School of Life Science Nanjing University Nanjing 210093 China College of Animal Sciences Nanjing Agricultural University Nanjing 210095 China

GIMMS （Global Inventory Modeling and Mapping Studies） NDVI （Normalised Difference Vegetation Index） from 1982 to 2006 and MODIS （Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer） NDVI from 2001 to 2010 were blended to extract the, grass coverage and analyze its spatial pattern. The response of grass coverage to climatic variations at annual and monthly time scales was analyzed. Grass coverage distribution had increased from northwest to southeast across China. During 1982-2010, the mean nationwide grass coverage was 34% but exhibited apparent spatial heterogeneity, being the highest （61.4%） in slope grasslands and the lowest （17.1%） in desert grasslands. There was a slight increase of the grass coverage with a rate of 0.17% per year. Increase in slope grasslands coverage was as high as 0.27% per year, while in the plain grasslands and meadows the grass coverage in- crease was the lowest （being 0.11% per year and 0.1% per year, respectively）. Across China, the grass coverage with extremely significant increase （P〈0.01） and significant increase （P〈0.05） accounted for 46.03% and 11% of the total grassland area, respectively, while those with extremely significant and significant decrease accounted for only 4.1% and 3.24%, respectively. At the annual time scale, there are no significant correlations between grass coverage and annual mean temperature and precipitation. However, the grass coverage was somewhat affected by temperature in alpine and sub-alpine grassland, alpine and sub-alpine meadow, slope grassland and meadow, while grass coverage in desert grassland and plain grassland was more affected by precipitation. At the monthly time-scale, there are significant correlations between grass coverage with both temperature and precipitation, indicating that the grass coverage is more affected by seasonal fluctuations of hydrothermal conditions. Additionally, there is one-month time lag-effect between grass coverage and climate factors for each grassland types.

关键词： grass coverage climate factors spatial-temporal dynamic correlation time lag effect

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Spatio-temporal dynamics of vegetation and its relationship with climate factors Mongolia, China coverage in Inner

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Journal of Geographical Sciences 2013年第2期23卷 231-246页

作者： MU Shaojie YANG Hongfei LI Jianlong CHEN Yizhao gang chengcheng ZHOU Wei JU Weimin SchoolofLifeScience NamingUniversityNanjing210093China InternationalInstituteforEarth-SystemScience N-anjinguniversityNanjing210093China

The vegetation coverage dynamics and its relationship with climate factors on different spatial and temporal scales in Inner Mongolia during 2001-2010 were analyzed based on MODIS-NDVI data and climate data. The results indicated that vegetation coverage in Inner Mongolia showed obvious longitudinal zonality, increasing from west to east across the region with a change rate of 0.2/10N. During 2001-2010, the mean vegetation coverage was 0.57, 0.4 and 0.16 in forest, grassland and desert biome, respectively, exhibiting evident spatial heterogeneities. Totally, vegetation coverage had a slight increasing trend during the study period. Across Inner Mongolia, the area of which the vegetation coverage showed extremely significant and significant increase accounted for 11.25% and 29.13% of the area of whole region, respectively, while the area of which the vegetation coverage showed extremely significant and significant decrease accounted for 7.65% and 26.61%, respectively. On interannual time scale, precipitation was the dominant driving force of vegetation coverage for the whole region. On inter-monthly scale, the change of vegetation coverage was consistent with both the change of temperature and precipitation, implying that the vegetation growth within a year is more sensitive to the combined effects of water and heat rather than either single climate factor. The vegetation coverage in forest biome was mainly driven by temperature on both inter-annual and inter-monthly scales, while that in desert biome was mainly influenced by precipitation on both the two temporal scales. In grassland biome, the yearly vegetation coverage had a better correlation with precipitation, while the monthly vegetation coverage was influenced by both temperature and precipitation. In grassland bi- ome, the impacts of precipitation on monthly vegetation coverage showed time-delay effects.

关键词： Inner Mongolia vegetation coverage precipitation temperature correlation

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2000—2018年中国植被光学厚度时空动态特征及驱动因素

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地理学报 2023年第3期78卷 729-745页

作者：刘悦刘欢欢陈印刚成诚西北农林科技大学草业与草原学院杨凌712100 西北农林科技大学水土保持研究所杨凌712100 中国科学院水利部水土保持研究所杨凌712100

与传统光学遥感指标相比,微波遥感指标—植被光学厚度(VOD)具有对云和大气敏感性低和不易饱和的优势,可用于监测植被总含水量和生物量的变化。本文基于不同频率的VOD数据集(VODCA C-VOD、X-VOD、Ku-VOD和AMSRU X-VOD),利用趋势分析和残... 详细信息

与传统光学遥感指标相比,微波遥感指标—植被光学厚度(VOD)具有对云和大气敏感性低和不易饱和的优势,可用于监测植被总含水量和生物量的变化。本文基于不同频率的VOD数据集(VODCA C-VOD、X-VOD、Ku-VOD和AMSRU X-VOD),利用趋势分析和残差分析等方法研究了2000—2018年中国不同地区以及不同植被类型VOD的时空动态变化,并在全国及区域尺度上定量评估了气候变化和人类活动的相对贡献。结果表明:(1)中国植被VOD呈极显著增加趋势,AMSRU X-VOD增加速率最快(0.062/10a),尤其是华东地区,而VODCA CVOD增加速率最低(0.013/10a),其中西南地区增速最高;不同植被类型中,草丛的增速最快,其次为针叶林和灌丛。(2)降水和辐射的增加促进了华北和西北地区VOD的增加,气温的贡献主要分布在华南和沿海地区,辐射对表征植被冠层的Ku-VOD和X-VOD的贡献较高。(3)不同数据集均表明人类活动是植被VOD增加的主要因素,VODCA C-VOD、Ku-VOD、X-VOD和AMSRU X-VOD的人类活动贡献率分别为171%、48%、43%和30%,在黄土高原、西南地区和东北平原尤为突出。本文研究结果为生态工程成效评价提供新的数据支持,并为未来生态系统管理和碳增汇提供科学依据。

关键词：植被光学厚度(VOD) 时空动态气候变化人类活动

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黄土高原不同植被覆被类型NDVI对气候变化的响应

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生态学报 2020年第2期40卷 678-691页

作者：刘静温仲明刚成诚中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心杨凌712100 中国科学院大学北京100049 西北农林科技大学水土保持研究所杨凌712100

植被与气候是目前研究生态与环境的重要内容。为探究黄土高原地区植被与气候因子之间的响应机制,利用线性趋势分析、Pearson相关分析、多元线性回归模型以及通径分析的方法,对黄土高原2000—2015年全区和不同植被覆被类型区内NDVI与气... 详细信息

植被与气候是目前研究生态与环境的重要内容。为探究黄土高原地区植被与气候因子之间的响应机制,利用线性趋势分析、Pearson相关分析、多元线性回归模型以及通径分析的方法,对黄土高原2000—2015年全区和不同植被覆被类型区内NDVI与气候因子的变化趋势以及相互作用关系进行分析。植被覆被分类数据和植被指数数据分别来源于ESA CCI-LC(The European Space Agency Climate Change Initiative Land Cover)以及MODND1T/NDVI(Normalized Difference Vegetation Index)。结果表明:(1)2000—2015年黄土高原全区植被年NDVImax显著增加的区域占总面积的74.25%,不同植被覆被类型年NDVImax分别为常绿阔叶林>常绿针叶林>落叶阔叶林>落叶针叶林>镶嵌草地>农田>镶嵌林地>草地>灌木,并且都呈显著增加趋势,其中常绿阔叶林和农田增加幅度最大,为0.012/a。(2)黄土高原全区NDVI与气温、日照、降水和相对湿度等气候因子之间没有显著相关性,但在不同植被覆被类型区,气候因子对NDVI存在显著作用,且不同植被覆被类型差异明显。(3)在全区和不同植被覆被类型区NDVI仅对降水的响应比较一致,气温无论在整个区域尺度还是不同植被覆被类型区对植被的影响均不显著。(4)常绿阔叶林、落叶阔叶林、常绿针叶林及镶嵌林地等以乔木为主的植被覆被类型受年均相对湿度和年总日照时数的显著负效应驱动,草地、镶嵌草地等以草本为主的植被覆被类型则受到年总降水量的显著正效应影响。这说明对植被类型进行区分,更有利于揭示气候对植被的作用机制。

关键词：植被覆被类型 NDVI 气候变化黄土高原

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基于随机森林模型的黄土高原草地净初级生产力时空格局及未来演变趋势模拟

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干旱区研究 2023年第1期40卷 123-131页

作者：刘欢欢陈印刘悦刚成诚西北农林科技大学草业与草原学院陕西杨凌712100 西北农林科技大学水土保持研究所陕西杨凌712100 中国科学院水利部水土保持研究所陕西杨凌712100

准确估算草地净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)是了解草地生态系统碳循环过程和科学评估草地对气候变化响应与适应机制的关键。以黄土高原草地生态系统为研究对象,基于1788个草地生物量数据及19个环境因子数据(包含气候、植... 详细信息

准确估算草地净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)是了解草地生态系统碳循环过程和科学评估草地对气候变化响应与适应机制的关键。以黄土高原草地生态系统为研究对象,基于1788个草地生物量数据及19个环境因子数据(包含气候、植被、土壤和地形因子),利用随机森林模型模拟了2002—2020年黄土高原草地NPP的时空动态,并估算了共享社会经济路径(Shared Socioeconomic Pathway,SSPs)4个未来气候情景下,黄土高原草地NPP的未来演变趋势。结果表明:(1)随机森林模型的模拟精度较好,可用于黄土高原草地NPP估算;(2)黄土高原草地NPP在空间上整体呈现“东南高西北低”的空间分布特征,年均值为276.55 g C·m-2,其中陕西关中地区草地NPP最高;(3)2002—2020年,黄土高原草地NPP总体呈现增加趋势,其中55.01%的区域草地NPP增加,主要集中在陕西关中地区、甘肃西部地区以及山西北部地区;(4)在气候暖湿化背景下,到本世纪末,黄土高原草地NPP均呈增加趋势,其中SSP585情景下草地NPP增加最多,SSP126情景下增加最少。利用随机森林模型能够较好模拟黄土高原草地NPP时空格局及未来演变趋势,为黄土高原草地生态系统保护及可持续发展提供数据支持。

关键词：草地生态系统净初级生产力随机森林共享社会经济路径黄土高原

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降雨和植被因子对延河流域土壤侵蚀影响的定量评估

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水土保持通报 2021年第2期41卷 35-42,F0003页

作者：刘悦刚成诚温仲明陈同德西北农林科技大学草业与草原学院陕西杨凌712100 西北农林科技大学水土保持研究所陕西杨凌712100 中国科学院水利部水土保持研究所陕西杨凌712100

[目的]进一步明确降雨和植被因子在土壤侵蚀过程中的作用,为水土保持措施的制定和生态工程的成效评价提供科学依据。[方法]基于气候数据、Landsat遥感影像和DEM数据,通过设置“自然状态”、“降雨因子(降雨侵蚀力R)固定—植被因子(植被... 详细信息

[目的]进一步明确降雨和植被因子在土壤侵蚀过程中的作用,为水土保持措施的制定和生态工程的成效评价提供科学依据。[方法]基于气候数据、Landsat遥感影像和DEM数据,通过设置“自然状态”、“降雨因子(降雨侵蚀力R)固定—植被因子(植被覆盖管理因子C)变化”和“C固定-R变化”3种情景,利用修正通用土壤侵蚀方程(RUSLE)分析2000—2018年延河流域土壤侵蚀强度时空动态,并定量评估降雨和植被因子对土壤侵蚀的相对贡献。[结果]①在自然状态和R固定-C变化的情况下,2000—2018年延河流域土壤侵蚀模数均呈现下降的趋势,而在C固定-R变化的情况下,土壤侵蚀模数呈现上升的趋势;②2000—2018年,在自然状态和R固定-C变化的情景中,延河流域强烈、极强烈和剧烈土壤侵蚀的面积均呈现下降的趋势,主要分布在延河的中、下游地区;③在2000—2018年,植被因子有效地抑制了土壤侵蚀强度的增加,其正向贡献率为77.20%,而降雨因子则对控制土壤侵蚀起负作用,贡献率为22.80%。[结论]植被因子是延河流域土壤侵蚀量下降的主导和控制因子,上游地区土壤侵蚀强度仍较高,未来应加强水土保持措施,合理配置植被资源。

关键词：土壤侵蚀植被恢复定量评估结构化植被指数延河流域

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2001-2010年内蒙古植被覆盖度时空变化特征

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地理学报 2012年第9期67卷 1255-1268页

作者：穆少杰李建龙陈奕兆刚成诚周伟居为民南京大学生命科学学院南京210093 南京大学国际地球系统科学研究所南京210093

基于MODIS-NDVI遥感数据反演了内蒙古地区2001-2010年植被覆盖度的空间格局和变化规律,并结合该地区同期降雨量和温度数据,分别从不同空间和时间尺度上分析了森林生态区、草原生态区和荒漠生态区植被的年际变化和月际变化对气候变化的... 详细信息

基于MODIS-NDVI遥感数据反演了内蒙古地区2001-2010年植被覆盖度的空间格局和变化规律,并结合该地区同期降雨量和温度数据,分别从不同空间和时间尺度上分析了森林生态区、草原生态区和荒漠生态区植被的年际变化和月际变化对气候变化的响应。结果表明:(1)内蒙古植被覆盖度在空间上呈现东高西低的分布特征,自西向东的变化速率为0.2/10°N,10年间森林、草原和荒漠生态区的年均植被覆盖度分别为0.57、0.4和0.16;(2)2001-2010年,内蒙古植被覆盖度总体上呈上升趋势,研究区内植被覆盖度极显著增加和显著增加的面积分别占总面积的11.25%和29.13%,二者之和大于植被覆盖度极显著减少和显著减少的面积比例之和,后者分别为7.65%和26.61%;(3)在年际水平上,内蒙古植被生长总体上与降雨量的关系更加密切,而在月际水平上,降雨量和温度对植被生长的影响作用相当,说明年内植被生长更依赖于水热组合的共同作用,而与单一气候因子的相关性降低;(4)森林生态区植被覆盖度在年/月际水平上均与温度的相关性较强,荒漠生态区植被覆盖度在年/月际水平上均与降雨量相关性较强,而草原生态区植被覆盖度在年际水平上主要受降雨影响,在月际水平上与二者相关性相当;(5)草原区月植被覆盖度对降雨量的响应存在时滞效应。

关键词：内蒙古植被覆盖度降雨量温度相关性

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基于结构化植被指数的延河流域土壤侵蚀时空动态分析

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水土保持研究 2022年第5期29卷 1-7页

作者：刘欢欢刚成诚温仲明陈同德刘悦陈印西北农林科技大学草业与草原学院陕西杨凌712100 西北农林科技大学水土保持研究所陕西杨凌712100 中国科学院水利部水土保持研究所陕西杨凌712100

黄土高原是我国水土流失问题最为突出的地区,也是退耕还林还草等生态工程重点实施区。为深入了解植被在土壤侵蚀中的作用,以黄土高原丘陵沟壑区--延河流域为研究区,基于结构化植被指数(Cs)计算植被覆盖管理因子,在此基础上利用RUSLE模... 详细信息

黄土高原是我国水土流失问题最为突出的地区,也是退耕还林还草等生态工程重点实施区。为深入了解植被在土壤侵蚀中的作用,以黄土高原丘陵沟壑区--延河流域为研究区,基于结构化植被指数(Cs)计算植被覆盖管理因子,在此基础上利用RUSLE模型模拟了2000-2018年延河流域土壤侵蚀强度的时空动态特征,并与基于传统归一化植被指数(NDVI)的结果进行了比较。结果表明:(1)基于Cs和NDVI的2000-2018年延河流域多年平均土壤侵蚀模数分别为8354.62 t/(km^(2)·a)和6421.13 t/(km^(2)·a),19年间总体呈现下降趋势,分别下降了56.41%和44.16%;(2)2000-2018年,延河流域土壤侵蚀强度变化明显,基于Cs和NDVI的土壤侵蚀强度降低的面积分别占流域总面积的53.70%和62.45%。延河流域的中游和下游土壤侵蚀强度下降明显;(3)Cs能够反映植被恢复的过程,且综合考虑了植被群落的水平和垂直结构特征,更为全面地反映植被的水土保持功能。结构化植被指数为进一步揭示植被群落在水土保持的作用和效益提供了科学依据。

关键词：土壤侵蚀延河流域植被结构结构化植被指数(Cs)

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2001—2019年台风干扰下我国东南沿海地区植被抵抗力和恢复力评估

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生态学报 2024年第9期44卷 3802-3813页

作者：沈一凡舒浩然李安洁王佩尧代欣哲耿一琳张琦悦刚成诚西北农林科技大学草业与草原学院杨凌712100 西北农林科技大学林学院杨凌712100 西北农林科技大学水土保持研究所杨凌712100 中国科学院水利部水土保持研究所杨凌712100

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 A... 详细信息

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。

关键词：台风增强型植被指数(EVI) 叶面积指数(LAI) 植被抵抗力植被恢复力

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