【可持续发展遥感监测】天眼看2001-2014年中国植被状况

中国植被状况遥感监测分析指标

叶面积指数

叶面积指数（Leaf Area Index，LAI）是描述植被冠层功能的重要参数，也是影响植被光合作用、蒸腾以及陆表能量平衡的重要生物物理参量，定义为单位地表面积上叶子表面积总和的一半。

报告采用年最大LAI（MLAI）作为评价指标分析植被长势状况，该指标代表一年中LAI 的最大值，反映一年中植被生长最旺盛期的植被生长状态。MLAI的取值范围为0~7，其中当MLAI 为0 时，表示该区域没有植被；当MLAI 为7 时，表示该区域植被长势达到最高峰。

植被物候

植被物候是研究植被的周期性现象（如发芽、展叶、开花、落叶等）的发生时间及其与环境季节性变化相互关系的科学。

报告中使用的植被物候遥感产品是基于遥感数据提取的植被物候信息，通常包括植被生长季始期、生长季末期和生长季长度。其中，生长季始期和末期分别对应植被光合作用开始和结束日期，生长季长度为生长季末期和生长季始期的差值。

植被覆盖度

植被覆盖度（Fractional Vegetation Coverage，FVC）是衡量地表植被状况的一个重要指标，指植被冠层或叶面在地面的垂直投影面积占植被区总面积的比例。

报告使用年最大FVC（MFVC）作为评价指标用来评价中国植被覆盖情况，MFVC有效值范围为0%~100%，当MFVC 为0% 时，表示地表像元内没有植被即裸地；当MFVC 为100% 时，表示地表像元全被植被覆盖。

植被净初级生产力

植被净初级生产力（Net Primary Productivity，NPP）是反映植被固碳能力的指标之一，是评估植被固碳能力和碳收支的重要参数，指绿色植被在单位时间、单位面积上所累积的有机物质量，是由光合作用所生产的有机质总量中扣除自养呼吸后的剩余部分。

报告使用年累积NPP（年NPP）作为评价指标，当年NPP 为0 克碳每平方米时，表示植被不具有固碳能力；年NPP 值越高，表明植被固碳能力越强。

森林生物量

森林生物量是指单位面积上森林各器官地上部分的干物质总量，指某一时刻存在于单位面积上活立木的地上部分所含有机物质总量（干重），包括木材、树皮、树枝（含果）、树叶（含花）4 个分量。

森林冠层平均高度

森林植被高度直观反映了森林植被的生长状况。本报告的森林平均高度（Average Forest Canopy Height）是指森林植被冠层的平均高度。

变化率

本报告采用回归分析的方法研究植被生长状况的时空变化特征。该方法根据最小二乘法原理，计算植被特征参量与时间的回归直线，结果是一幅斜率影像。具体计算过程为：对2001~2014 年遥感产品（包括植被生长季始期、生长季末期、生长季长度、MLAI、MFVC），基于每一个像元，求取14 年的变化率。

2001-2014年中国植被变化

植被生长季物候变化

2001~2014 年中国植被生长季始期表现为明显提前的趋势，且具有区域差异性（见图1）。四川盆地、长江中下游平原、华北平原、山东半岛、东北平原及青藏高原整体呈现明显提前趋势，每年平均提前1 天以上；东北地区大小兴安岭一带整体呈现微弱提前趋势，每年平均提前0~0.5 天；而秦巴山地和长江三角洲植被生长季始期整体呈现明显推迟趋势，每年平均推迟1 天以上；南方沿海地区、长白山一带及三江平原整体呈现微弱推迟趋势，每年平均推迟0~0.5 天；其余的区域则表现出提前和推迟并存。

2001~2014年中国植被生长季末期大多数表现出推迟的趋势，长江中下游平原、四川盆地、小兴安岭及长白山、内蒙古高原中西部、青藏高原西北部、塔里木盆地、柴达木盆地和吐鲁番盆地生长季末期都呈现明显推迟的趋势。然而，也有不少区域的植被表现出生长季末期提前的趋势，如生长季始期呈现微弱提前的中国寒温带针叶林地区，植被的生长季末期呈现明显提前趋势；西藏东部及其临近的四川西部地区，生长季末期也表现出明显提前的趋势（见图2）。

图1  2001~2014 年中国植被生长季始期变化率空间分布

图2  2001~2014 年中国植被生长季末期变化率空间分布

2001~2014 年我国植被生长季长度的变化格局与生长季始期的变化格局十分相似（见图3）。四川盆地、长江中下游平原、华北平原、山东半岛、东北平原及青藏高原整体呈现明显延长趋势，每年平均延长1.5 天；东北大小兴安岭一带和青藏高原东南部地区整体呈现微弱延长趋势，每年平均延长0~0.5 天；秦巴山地、南方沿海地区植被生长季长度整体呈现明显缩短趋势，每年平均缩短1 天及以上。在青藏高原东部、长白山地区则表现为植被生长季长度延长和缩短并存。

图3  2001~2014 年中国植被生长季长度变化率空间分布

对比典型生态区2001~2014 年生长季始期平均变化率统计结果（见图4），各个生态区14 年间的生长季始期平均变化率具有显著差异。温带草原、温带山地系统、温带大陆性森林、热带山地系统、亚热带湿润森林、北方针叶林、亚热带山地系统等7 个生态区年生长季始期变化率表现出提前趋势，其中温带草原生长季始期提前趋势最大，每年约提前0.4 天，而亚热带山地系统生长季始期提前趋势最小，每年约提前0.08 天。仅温带荒漠生态区年生长季始期平均变化率呈推迟趋势，每年约推迟0.28 天。

对比典型生态区2001~2014 年生长季末期平均变化率统计结果（见图5），各个生态区14 年间的生长季末期平均变化率具有显著差异。亚热带山地系统、北方针叶林、温带草原等3 个生态区年生长季末期变化率表现出提前趋势，其中亚热带山地系统生长季末期提前趋势最大，每年约提前0.09 天。亚热带湿润森林、温带大陆性森林、温带山地系统、温带荒漠、热带山地系统等5 个生态区年生长季末期平均变化率呈推迟趋势，其中热带山地系统生态区生长季末期推迟趋势最大，每年约推迟0.32 天。

图4  2001~2014 年典型生态区生长季始期变化率直方图

图5  2001~2014 年典型生态区生长季末期变化率直方图

对比典型生态区2001~2014 年生长季长度平均变化率统计结果（见图6），各个生态区14 年间的生长季长度平均变化率具有显著差异。仅热带山地系统生态区年生长季长度变化率表现出缩短趋势，每年约缩短0.68 天。北方针叶林、温带荒漠、亚热带湿润森林、温带草原、温带山地系统、温带大陆性森林等6 个生态区年生长季长度平均变化率呈推迟趋势，其中温带大陆性森林生态区生长季长度延长趋势最大，每年约延长0.44 天。亚热带山地系统生长季长度没有明显变化。

图6  2001~2014 年典型生态区生长季长度变化率直方图

植被叶面积指数变化

中国2001~2014 年MLAI 变化的空间分布差异不明显（见图7）。我国MLAI的15 年变化总体呈现缓慢上升趋势，表现出上升趋势的区域占全国的60.7%。其中黄土高原、东北地区和南方沿海地区呈现显著上升趋势，每年平均增加0.15~0.2；中部地区和青藏高原西北部缓慢上升，每年平均增加0~0.05；华北平原、江浙沪一带、大小兴安岭周边及青藏高原东南部地区呈现显著下降趋势，每年平均下降0.2。

对比我国各省2001~2014 年MLAI 统计图（见图8），24 个省份的MLAI 平均变化有上升趋势，其中山西省MLAI 平均变化率最高，上升速率达到了平均每年0.046，8 个省份MLAI 平均变化有下降趋势，其中，上海MLAI 平均变化率最低，下降速率达到平均每年0.039，江浙沪一带的城市化建设使其在14 年间植被生长变化下降较多。

利用MLAI 和生态区划图，分析典型生态区14 年间MLAI 的变化差异（见图9）。各生态区MLAI 的14 年间变化均呈现上升趋势，热带山地系统MLAI 平均变化率最大，达到了每年平均0.033，而亚热带山地系统MLAI 平均变化率最小，每年平均0.001。

图7  2001~2014 年中国植被MLAI 变化率空间分布

图8  2001~2014 年各省份MLAI 变化率直方图

植被覆盖度变化

中国2001~2014 年MFVC 变化率的空间分布差异不明显（见图10）。MFVC变化率增加部分占所有植被区域的52%，减少的区域占所有植被区域的43.7%。东北中部和西南部、华北西部和新疆西部部分地区呈现显著上升趋势，每年平均增加3%~4%；而内蒙古东南部、江浙沪一带、青藏高原东南部、新疆西北部部分地区呈现显著下降趋势，每年平均降低2%~4%；其余地区处于缓慢上升趋势，每年平均增幅小于1%。

图9  2001~2014 年典型生态区MLAI 变化率直方图

图10  2001~2014 年中国MFVC 变化率空间分布

对比我国各省2001~2014 年MFVC 变化率统计结果（见图11），其中23 个省份MFVC 变化率呈上升趋势，宁夏平均变化率最高，上升速率达到每年平均1.2%；8 个省份MFVC 变化率呈下降趋势，北京、天津和上海三个城市化显著的区域MFVC 变化率都呈显著下降趋势，其中上海平均变化率最大，下降速率为每年平均0.6%。安徽省平均变化率接近0。

图11   2001~2014 年各省份MFVC 变化率直方图

对比典型生态区2001~2014 年MFVC 变化率统计结果，各个生态区14 年间的MFVC 变化率具有显著差异。热带山地系统、温带山地系统、温带草原、亚热带湿润森林、温带荒漠、亚热带山地系统等6 个生态区MFVC 变化率呈现上升趋势，其中热带山地系统MFVC 变化率最大，每年平均增加0.55%，而亚热带山地系统MFVC 变化率最小，每年平均增加0.05%。北方针叶林生态区MFVC 变化率呈现下降趋势，每年平均下降0.07%。温带大陆性森林MFVC 没有明显变化。

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