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植被物候参数遥感提取与验证方法研究进展

遥感学报 2022年第3期26卷 431-455页

作者：王敏钰罗毅张正阳谢巧云吴小丹马轩龙兰州大学资源环境学院兰州730000 悉尼科技大学生命科学学院澳大利亚悉尼2007

在气候变化背景下,植被物候作为生态系统对环境变化响应的直接体现方式,日益受到学界关注。获取长期、连续、多尺度的植被物候数据是物候研究的基础,而利用卫星遥感手段获取的物候参数已经成为陆地生态系统变化研究的重要指标。遥感物... 详细信息

在气候变化背景下,植被物候作为生态系统对环境变化响应的直接体现方式,日益受到学界关注。获取长期、连续、多尺度的植被物候数据是物候研究的基础,而利用卫星遥感手段获取的物候参数已经成为陆地生态系统变化研究的重要指标。遥感物候参数在农业生产管理、生态系统监测、土地利用类型制图、人类健康和生态系统气候变化响应等领域发挥着重要的作用。在此背景下,有必要结合关键科学问题与重要应用领域,系统梳理近些年来遥感物候参数提取、验证和产品研发方面的进展,指出本领域目前存在的问题并对未来的发展趋势进行展望。首先,探讨了植被指数、日光诱导叶绿素荧光和植被光学厚度等传统与新兴遥感指标在物候监测方面的应用趋势。其次,分析评述了植被物候遥感方法体系中不同的时序数据预处理与物候期估算算法之间的优劣及适用性。然后,从传统物候观测、物候相机、通量观测和无人机等方面的发展,梳理出多源、多尺度验证方式的发展脉络。同时,着重从产品算法和精度方面评述了近些年国内外物候遥感产品的发展现状。最后,从数据预处理、参数提取方法和遥感数据源等不同角度对植被物候参数遥感提取结果中的不确定性和误差来源进行了系统探讨。在以上基础上,本文指出未来植被物候遥感领域的研究应重点关注:(1)从遥感数据源质量和时空一致性入手,提高不同研究结果之间的可比性;(2)发展具有更好普适性的物候参数提取算法,减少提取过程中的主观性和经验性;(3)以遥感真实性检验理论为基础,完善遥感物候地面验证方法体系;(4)积极拓展基于国产卫星的植被物候监测应用,积累国产卫星的使用经验并逐步摆脱对国外卫星数据的过度依赖。通过以上发展,最终满足实际应用中对于高分辨率、高精度、高时空一致性植被物候参数遥感产品的迫切需求。

关键词：遥感植被物候生长季植被动态生态系统参数地面验证

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植被物候的遥感提取及其影响因素研究进展

地球科学进展 2021年第1期36卷 9-16页

作者：崔林丽史军杜华强上海市生态气象和卫星遥感中心上海200030 上海城市气候变化应对重点开放实验室上海200030 浙江农林大学环境与资源学院浙江临安311300

植被物候是反映植被动态的重要指标和气候变化对生态系统影响的重要感应器,它影响着地表反照率、粗糙度、蒸发散、CO_(2)通量以及人类生产活动。首先论述了基于遥感的植被物候提取方法和植被物候变化的影响因素两方面的研究进展,然后指... 详细信息

植被物候是反映植被动态的重要指标和气候变化对生态系统影响的重要感应器,它影响着地表反照率、粗糙度、蒸发散、CO_(2)通量以及人类生产活动。首先论述了基于遥感的植被物候提取方法和植被物候变化的影响因素两方面的研究进展,然后指出气候变化背景下植物物候研究存在的突出问题,包括遥感难以直接获取常绿植被叶片和冠层结构物候、尺度效应阻碍遥感产品与地面观测的匹配、气候要素(降水和日间、夜间温度等)和城市化对物候的影响及协同作用机制不清楚、缺少针对植被类型的物候产品和模型以及未将物候间滞后效应纳入考虑等。开展常绿植被物候指标的遥感提取方法及算法研制,探索气候变化、极端天气气候对物候的影响机制及未来预估,分析城市化、植被类型对物候的影响以及与气候变化的协同效应,建立综合考虑降水、滞后效应和尺度效应的群落尺度物候模型,是未来工作关注的重点。

关键词：植被物候遥感提取影响因素气候变化城市化

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基于遥感的植被物候监测概述

计算机应用文摘 2025年第3期41卷 78-80页

作者：刁思萌费龙杨拂晓长春师范大学长春130032

植被物候已被证明是全球环境变化的重要指标,地表物候事件的发生时间是生态系统碳循环过程中碳吸收开始和停止的重要信号,捕获植物生长的关键时间节点需要在整个生长季进行持续的观测,致使物候观测的新方法成为重要研究事件。随着传统... 详细信息

植被物候已被证明是全球环境变化的重要指标,地表物候事件的发生时间是生态系统碳循环过程中碳吸收开始和停止的重要信号,捕获植物生长的关键时间节点需要在整个生长季进行持续的观测,致使物候观测的新方法成为重要研究事件。随着传统观测、遥感观测、无人机采集等新型观测手段的不断出现,植被物候提取方法成为热点话题。研究证明,在面对不同地区、不同物种时,使用适宜的观测数据和提取方法对于地表植被物候研究具有重要意义。

关键词：植被物候物候提取遥感数据

中国第二、三级阶梯地形过渡带山前植被物候时空变化探析

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地理研究 2022年第11期41卷 3000-3020页

作者：李婷婷郭增长马超河南理工大学测绘与国土信息工程学院焦作454003 河南测绘职业学院测绘工程系郑州451464 河南理工大学自然资源部矿山时空信息与生态修复重点实验室焦作454003 河南理工大学黄河流域耕地保护与城乡高质量发展研究中心焦作454003

基于1982—2015年GIMMS NDVI 3g V1.0数据、3小时温度、逐日降水和日太阳辐射数据集、数字高程模型、中国植被区划数据及实测物候验证数据,利用季节性植被物候提取法、Theil-Sen median趋势分析法和偏最小二乘回归分析等方法,研究中国... 详细信息

基于1982—2015年GIMMS NDVI 3g V1.0数据、3小时温度、逐日降水和日太阳辐射数据集、数字高程模型、中国植被区划数据及实测物候验证数据,利用季节性植被物候提取法、Theil-Sen median趋势分析法和偏最小二乘回归分析等方法,研究中国第二、三级阶梯地形过渡带植被物候的时空变化规律,探讨植被物候对海拔、经纬度和气候变化的响应。结果表明:(1)34 a间过渡带山前植被物候时空变化显著。时间上,植被物候呈返青期(Start Of Season,SOS)提前(-0.3187 d/a,p0.1)和生长季长度(Length Of Growing Season,LOS)延长(0.4358 d/a,p植被物候地带性特征明显。垂直地带性方面,在中低纬度地区的物候始末期受以400 m等高线为界的海拔梯度影响,由平原到山地产生SOS平均提前8d,EOS提前25~36 d的分段式变化;水平地带性方面,低纬度和中高纬度地区的植被物候以35°N(秦岭-淮河一线,中国南北方的分界线)、43.5°N(暖温带落叶阔叶林区与温带草原区的分界)为转折点,由南向北SOS以-0.78 d/°、4.89 d/°和-1.56 d/°分段变化,EOS以-3.96 d/°、-1.85 d/°和0.89 d/°分段变化。(3)34 a间过渡带植被物候受气象因素驱动。对于植被返青期,气温对中纬度地区SOS的影响最大,降水的贡献随着纬度的降低而增大,太阳辐射在中纬度地区的贡献力大于低纬度地区;对于植被枯黄期,中纬度地区对EOS的多因素贡献力为太阳辐射>气温>降水(太阳辐射对草原区无贡献力),低纬度地区贡献力排序与之相反;本研究对宏观地理带中不同植被区划的物候变化认知有学术意义,也为地理因素与气候因素共同影响的植被物候变化提供了新的认识。

关键词：中国第二、三级阶梯地形过渡带过渡性地理空间植被物候 GIMMS NDVI 太阳辐射

贵州省不同地貌类型下植被物候时空变化及其对气候的响应

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长江流域资源与环境 2022年第1期31卷 113-123页

作者：任荣仪贺中华夏传花张浪杨铭珂贵州师范大学地理与环境科学学院贵州贵阳550025

为研究贵州省物候变化特征及其影响因素,基于2002~2017年MCD12Q2数据和气候资料,采用数理统计方法对贵州省植被变化及其对气候变化的响应进行探讨。结果显示:(1)贵州省植被生长始期(SOS)呈现出由东向西逐渐延迟的经向空间分布特征;在各... 详细信息

为研究贵州省物候变化特征及其影响因素,基于2002~2017年MCD12Q2数据和气候资料,采用数理统计方法对贵州省植被变化及其对气候变化的响应进行探讨。结果显示:(1)贵州省植被生长始期(SOS)呈现出由东向西逐渐延迟的经向空间分布特征;在各地貌区中,SOS相对较早的是Ⅰ区,而相对较晚的是Ⅵ区。生长末期(EOS)较早的地区相对集中于Ⅱ、Ⅴ、Ⅵ区的西部地区,而较晚集中于Ⅴ区的东部及北部和IV的西南部。生长季长度(LOS)偏短的地区集中分布于III、Ⅴ区的西部及Ⅵ区,LOS较长的地区集中分布于Ⅰ、Ⅳ区的西部及Ⅴ区的东部。(2)贵州省多年平均SOS为第86 d,Ⅵ区最晚,Ⅰ区最早。多年平均EOS为第333 d,其中Ⅴ区最晚,Ⅱ区最早。16年平均LOS为247 d,Ⅳ区最长,Ⅵ区最短。(3)SOS平均以4.2d·(10a)^(-1)的速率不显著提前;Ⅵ区提早速率最大;Ⅳ区提早速率最小。EOS以3.9 d·(10a)^(-1)的速率不显著推迟,Ⅴ区的推迟速率最大,Ⅱ区推迟速率最小。LOS以2.8 d·(10a)^(-1)的速率延长;Ⅵ区延长速率最大,Ⅰ区延长速率最小。(4)贵州省物候期受海拔的影响,海拔每上升1000 m会导致SOS推迟15 d,EOS提前4 d,LOS缩短20 d左右。(5)SOS与6月气温之间存在极显著负相关性,EOS与9月降水存在显著正相关。研究结果发现了贵州省植被物候的变化特征、变化趋势和变化速率,分析发现物候的变化和海拔、6月气温和9月降水存在密切联系。

关键词：植被物候时空变化地貌气候贵州省

冬季非均匀增温与积雪及光周期变化对温带植被物候影响研究进展

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地理科学进展 2024年第8期43卷 1666-1680页

作者：王笑影周玉科李荣平贾庆宇蔡福温日红谢艳兵赵先丽邹旭东汪宏宇中国气象局沈阳大气环境研究所沈阳110166 中国科学院地理科学与资源研究所北京100101

气候变化速率在日尺度和季节尺度上表现出差异性,并且呈现出非均匀增温的特点。特别是在北半球中高纬度地区,夜间的升温速度超过白天,而冬季的升温速度超过夏季。准确评估非均匀增温对陆地生态系统结构和功能的影响,是全球变化研究领域... 详细信息

气候变化速率在日尺度和季节尺度上表现出差异性,并且呈现出非均匀增温的特点。特别是在北半球中高纬度地区,夜间的升温速度超过白天,而冬季的升温速度超过夏季。准确评估非均匀增温对陆地生态系统结构和功能的影响,是全球变化研究领域一项重大挑战。论文通过文献综述,系统地分析了冬季非均匀增温、积雪变化以及光周期对春季植被物候特征的影响,同时探讨了这种影响存在的物种特异性、地理位置异质性以及季节补偿效应。研究认为,当前对非均匀增温影响的研究在观测实验能力方面存在明显不足,对光照、温度和水分耦合作用的理解和认识尚不充分,且模型模拟能力有待提高。因此,未来研究应重视开发新型观测和实验方法,例如精心设计控制实验,以深入探究温带地区光照、温度和水分对植物物候的潜在调控机制。这将有助于加强对非均匀增温影响机制的认识和理解,并将这些影响因素纳入模型模拟中,从而提升对季节性气候变化如何塑造植被动态过程的认知和理解。

关键词：非均匀增温积雪光周期冬季植被物候

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植被物候观测与指标提取方法研究进展

地球科学进展 2016年第4期31卷 365-376页

作者：曹沛雨张雷明李胜功张军辉中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室北京100101 中国科学院大学北京100049 中国科学院沈阳应用生态研究所辽宁沈阳110016

植被物候直接反映了植被生理生态过程对环境变化的响应,在气候变化研究中受到了越来越多的关注,并形成了不同的物候观测技术和指标提取方法。基于文献调研,首先分类评述了当前常用的植被物候观测技术,其次系统介绍了基于不同类型观测数... 详细信息

植被物候直接反映了植被生理生态过程对环境变化的响应,在气候变化研究中受到了越来越多的关注,并形成了不同的物候观测技术和指标提取方法。基于文献调研,首先分类评述了当前常用的植被物候观测技术,其次系统介绍了基于不同类型观测数据的植被物候指标提取方法,最后基于实测数据综合比较了多源数据和多种提取方法获取的植被物候指标之间的差异。分析表明,不同植被物候观测技术具有各自适宜的时间和空间尺度,而各种方法的相互补充将有助于完善植被物候观测体系;同时,利用不同观测技术和提取方法所获取的植被物候指标之间存在明显差异,尤其是对于植被秋季物候指标。因此,合理评估多源数据和多种方法间植被物候的差异,并建立可相互比较与转换的处理方法体系,对于改进和完善植被物候观测具有重要的意义。

关键词：植被物候植被指数通量观测物候指标生态系统

基于地表温度降尺度的植被物候与地表热环境的关系分析

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地理研究 2024年第7期43卷 1891-1910页

作者：张雪玲阿里木江·卡斯木魏柏浩依木然孜·艾孜孜韩富强新疆师范大学地理科学与旅游学院乌鲁木齐830054 新疆师范大学丝绸之路经济带城镇化发展研究中心乌鲁木齐830054 新疆干旱区湖泊环境与资源重点实验室乌鲁木齐830054

植被物候是植被受外界环境影响后,出现周期性变化的现象,是气候变化影响生态系统的关键指示器。在干旱气候影响下,干旱区地表下垫面升温迅速且蓄热能力强,持续升高的地表温度(LST)对植被物候的影响不容忽视。本文以天山北坡城市群为研究... 详细信息

植被物候是植被受外界环境影响后,出现周期性变化的现象,是气候变化影响生态系统的关键指示器。在干旱气候影响下,干旱区地表下垫面升温迅速且蓄热能力强,持续升高的地表温度(LST)对植被物候的影响不容忽视。本文以天山北坡城市群为研究区,利用MODIS的MOD11A1和MOD13Q1遥感影像探究2002-2021年植被物候和LST的空间分布格局,选择随机森林回归将LST进行降尺度,并采用Mann-Kendall非参数检验和Theil-Sen斜率分析植被物候19a来变化趋势,基于空间杜宾模型(SDM)分析空气温度、高程、蒸散发、地表温度、降水、土壤水分和大气气溶胶对植被物候的影响,最后探究LST与植被物候的局部相关性。结果表明,LST降尺度结果精度较高,白天和夜间LST的R2分别为0.982和0.985,能够更多反映地物细节。LST白天和夜间差异较大,分别呈“冷岛”和“热岛”现象。植被生长季开始期(SOS)提前、生长季结束期(EOS)推迟、生长季长度(LOS)延长。植被物候变化较为显著的地区主要集中在绿洲,非绿洲地区的变化则较不显著。温度、蒸散发和降水对植被物候各指标均具有较大影响。其中,LST对植被物候的影响更具典型性。该研究结果对于理解干旱区绿洲植被物候变化的复杂机制以及维护绿洲资源可持续发展具有重要意义。

关键词：地表温度植被物候降尺度空间杜宾模型 Mann-Kendall非参数检验 Theil-Sen斜率

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气候因子对中国黄土高原植被物候的时间效应

Journal of Plant Ecology 2023年第2期16卷 52-71页

作者： Ning Liu Yufeng Shi Yongxia Ding Li Liu Shouzhang Peng College of Natural Resources and Environment Northwest A&F UniversityYangling 712100China Institute of Soil and Water Conservation Chinese Academy of Sciences and Ministry of Water ResourcesYangling 712100China Shaanxi Key Laboratory of Disasters Monitoring and Mechanism Simulation College of Geography and EnvironmentBaoji University of Arts and SciencesBaoji 721013China Zhejiang Shuren University Hangzhou 310015China

研究植被生长季的开始(SOS)和结束(EOS)可以改善气候变化下的植被预测。气候因素对植被生长具有时间效应,包括无时间效应(no)、时滞效应(lag)、时间累积效应(acc)以及时滞和累积效应(lagacc)。该研究建立黄土高原(Loess Plateau,LP)SOS/... 详细信息

研究植被生长季的开始(SOS)和结束(EOS)可以改善气候变化下的植被预测。气候因素对植被生长具有时间效应,包括无时间效应(no)、时滞效应(lag)、时间累积效应(acc)以及时滞和累积效应(lagacc)。该研究建立黄土高原(Loess Plateau,LP)SOS/EOS与气候因子的线性回归方程,分析了4种时间效应情景下单个和多个气候因子对植被物候的影响,并研究了lagacc情景下植被物候对气候因子时间滞后和时间累积效应的响应。研究结果表明,在4种时间效应中,lagacc最大程度地解释了气候对植被物候的影响,是在LP上模拟植被物候与气候关系的最佳时间效应。此外,在不同的时间效应和植被类型中,多重气候因子的解释度高于单一气候因子,同时考虑多种气候因素提高了它们对植被物候影响的可预测性。在lagacc条件下,SOS对温度(TMP)和降水(PRE)的响应在整个LP中分别表现为1.44±0.43/3.49±0.85和1.38±0.30/3.38±0.71个月的滞后/累积,EOS对TMP和PRE的响应分别表现为1.35±0.17/2.37±0.34和1.59±0.19/4.16±0.50个月的滞后/累积。这些结果说明,在建立气候因素与植被物候之间的关系时,需要考虑lagacc和多种气候因素。

关键词：气候因子生长季开始生长季结束时间效应植被物候黄土高原