植被遙感監(jiān)測研究綜述

齊敬輝 葉晨曦 韓杰

摘 要：隨著對地觀測技術(shù)的不斷進步，植被的遙感監(jiān)測已成為全球變化研究的重要內(nèi)容，也是宏觀生態(tài)變化研究的主要途徑。在廣泛閱讀中外文獻的基礎(chǔ)上，對植被遙感監(jiān)測的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進行了梳理。國際研究方面，從全球和干旱半干旱區(qū)兩個空間尺度，對當前主流學(xué)者的研究成果進行歸納總結(jié)，指出其中的異同。國內(nèi)研究方面，從全國、中國北方干旱半干旱區(qū)、青藏高原地區(qū)三個空間尺度，對我國植被遙感監(jiān)測研究進行對比分析，明確我國植被演變的主要趨勢及驅(qū)動機制，以期為相關(guān)學(xué)者研究提供參考。

關(guān)鍵詞：植被遙感;生態(tài)遙感;干旱半干旱區(qū);植被變化

中圖分類號：TB 文獻標識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2019.25.095

目前，學(xué)者對植被遙感監(jiān)測研究主要基于AVHRR、MODIS、SPOT等數(shù)據(jù)，其中AVHRR數(shù)據(jù)的時間序列最長，但空間分辨率低，MODIS和SPOT數(shù)據(jù)空間分辨率高，但時間序列短。對于大尺度、長時間序列的植被監(jiān)測往往采用AVHRR數(shù)據(jù)，主要產(chǎn)品包括PAL、GIMMS和LTDR。其中，GIMMS數(shù)據(jù)應(yīng)用最廣，準確性也最高，最新版本為GIMMS NDVI3g.v1，已更新至2015年?；贕IMMS的植被監(jiān)測研究，大約始于1990年代中期，主要集中在物候、全球植被活動及其漸進變化等方面，2000年代中期以后，植被變化及其驅(qū)動因素研究興起。

1 國際研究進展

1.1 全球植被變化研究

1980年代至2010年代，全球及各大洲（南極洲除外）植被呈現(xiàn)出明顯的綠化趨勢，且存在明顯的緯度非對稱性，即南半球植被增加比較小，而北半球植被綠化區(qū)域非常多，特別是北半球中高緯度地區(qū)綠化趨勢最為明顯。就空間分布而言，綠化區(qū)域包括歐亞及北美大陸的苔原帶、歐洲、印度西部、撒哈拉地區(qū)、非洲南部、澳大利亞西部等地，棕化地區(qū)主要在北美洲北部、阿根廷、印度尼西亞、非洲的熱帶地區(qū)等地。

自1980年代以來，全球植被變化并非是單調(diào)增加或者遞減的，而是以綠化和棕化交替出現(xiàn)的方式呈現(xiàn)。其中，綠化-棕化-綠化模式居主導(dǎo)，覆蓋了亞歐大陸的絕大部分、北美中東部、北非和澳大利亞的絕大部分等區(qū)域。棕化-棕化-棕化模式只存在于南美和非洲的熱帶雨林地區(qū)，綠化-綠化-綠化模式只限于北半球的高緯度地區(qū)。第一個綠化階段，大致位于1980年代至1990年代中后期，此時北半球植被普遍呈綠化態(tài)勢，特別是歐洲中東部、中亞、印度、美國中西部等地，南半球整體變化趨勢不顯著。棕化階段，大致位于1990年代中后期至2000年代中后期，此時全球植被變化普遍呈棕化趨勢，少數(shù)綠化區(qū)域主要出現(xiàn)在北美和亞洲高緯度地區(qū)。第二個綠化階段，大致位于2000年代中后期至今，全球植被變化以綠化為主，綠化區(qū)域主要集中在俄羅斯北部和澳大利亞東部。

1.2 世界干旱半干旱區(qū)植被變化研究

1981年至2010年前后，全球干旱半干旱區(qū)總體上經(jīng)歷了非常顯著的植被綠化過程，其中比較顯著地區(qū)包括非洲南部、薩赫爾地區(qū)、印度西部、美國中部、澳大利亞東部等地?？臻g分布上，顯著綠化區(qū)域通常也是最干旱地區(qū)，而顯著棕化地區(qū)一般是干旱程度較低地區(qū)。1982年至2010年代，中亞地區(qū)植被呈明顯綠化態(tài)勢，但這種綠化趨勢主要出現(xiàn)在1980年代，進入1990年代后綠化停滯，甚至出現(xiàn)了棕化現(xiàn)象。對于非洲薩赫爾地區(qū)的植被綠化趨勢，目前爭議頗多，2000年以前的研究大多認為隨著農(nóng)業(yè)擴張，自然植被不斷退縮，生物多樣性銳減，但近年來研究顯示，隨著該區(qū)域降水增加，植被呈明顯綠化態(tài)勢，但當?shù)厝瞬]有感知到這種生存環(huán)境的改善。

當然，也有學(xué)者對這種綠化趨勢提出質(zhì)疑，他們認為基于衛(wèi)星數(shù)據(jù)得到的植被綠化趨勢并不意味著土地退化沒有發(fā)生，因為少數(shù)地區(qū)植被覆蓋度提升帶來的植被綠度增加會掩蓋同期發(fā)生的土地退化現(xiàn)象。另外，AVHRR-NDVI數(shù)據(jù)的空間分辨率很低，它會掩蓋了只有在小空間尺度上才能顯現(xiàn)的土地退化過程，大尺度研究只能識別出區(qū)域植被變化的主要特征，而無法提供小尺度上的詳細過程。

2 國內(nèi)研究進展

2.1 全國尺度上植被變化研究

1982年至2010年代，中國植被變化總體呈綠化趨勢，但并不連續(xù)，可分為三個階段。1982年至1980年代晚期，此時中國植被綠度大幅度下降，特別是南方地區(qū)的棕化趨勢非常明顯。1990年至2000年代早期，此時中國植被綠度大幅度提高，尤其是中國東南和西南地區(qū)綠化非常明顯。2000年代至2010年代早期，中國植被綠度雖然仍處于增加趨勢，但增幅明顯減緩，此時綠化地區(qū)大多集中在中國北方（如陜北黃土高原地區(qū)），南方總體呈棕化趨勢。也有人認為，以1990年代中期或者2000年前后為轉(zhuǎn)折點，之前中國植被綠度增加非常大，之后增勢有所減緩。1982年至2010年代，中國植被生長季NDVI的增加主要表現(xiàn)在春季和秋季，夏季植被綠化趨勢并不大?？臻g分布上，綠化比較明顯的地區(qū)包括新疆西北部、秦巴山地、黃土高原、嶺南山地、橫斷山區(qū)、藏南及云南等地，顯著棕化地區(qū)主要位于中國東北和內(nèi)蒙古東部等地。

2.2 中國北方干旱半干旱區(qū)植被變化研究

中國北方是我國干旱半干旱及半濕潤氣候的主要分布區(qū)，也是國內(nèi)外學(xué)者進行植被遙感監(jiān)測研究的重點區(qū)域，包括東北、華北及西北等地。1982年至2010年代，中國北方地區(qū)植被總體上呈顯著增加趨勢，其中1982年至2000年前后，綠化趨勢最顯著。2000年代至2010年代，綠化趨勢有所減緩，局地地區(qū)甚至出現(xiàn)顯著棕化現(xiàn)象。1982年至2010年代，我國三北防護林區(qū)植被變化趨勢與我國北方一致，都呈增加趨勢，但2000年以后的增幅顯著提高，并高于全國同期水平。空間分布上，中國北方植被綠化的熱點區(qū)域集中在黃土高原及新疆西北部，棕化區(qū)域主要分布于內(nèi)蒙古東部及中國西北部的沙漠邊緣地區(qū)。

內(nèi)蒙古高原南北窄東西狹長，是我國境內(nèi)經(jīng)度跨度最大的高原，高原內(nèi)部地勢平坦，氣候特征表現(xiàn)出明顯的經(jīng)度地帶性，濕度從西往東依次增加，植被覆蓋度也由西向東逐漸提高，由荒漠草原逐步過渡到典型草原、森林草原，再加上該區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)較少，自然植被保存較為完整，因此成為植被-氣候-人類活動關(guān)系研究的理想案例區(qū)。1982年至1999年間，內(nèi)蒙古地區(qū)植被呈顯著綠化趨勢，2000年至2010年代，雖然整上的綠化趨勢仍在持續(xù)，但表現(xiàn)出明顯的區(qū)域差異性，綠化區(qū)域主要集中于中西部地區(qū)，植被顯著退化區(qū)分布在東部。

黃土高原地表支離破碎，千溝萬壑，氣候干旱，降水稀少，植被稀疏，是世界上水土流失最嚴重和生態(tài)環(huán)境最脆弱的地區(qū)之一。1982年至2010年代，黃土高原植被呈顯著增加趨勢，以2000年為界，之前增速緩慢，之后增速顯著提高。

2.3 青藏高原地區(qū)植被變化研究

青藏高原作為世界第三極，對全球變化響應(yīng)極為敏感，許多學(xué)者都將此作為研究的案例區(qū)。已有研究顯示，1982年至2010年代，青藏高原植被整體呈顯著綠化趨勢，綠化熱點區(qū)域主要集中在高原東部和西南部。夏秋季節(jié)植被呈顯著增加趨勢，主要集中于西南部和東部三江源地區(qū)，而春季植被呈明顯退化趨勢，主要集中于高原中部地區(qū)。青藏高原受人類活動影響微弱，因此其植被變化更多地是受氣候變化控制。青藏高原西部的氣候向暖干化轉(zhuǎn)變，東部則向暖濕化轉(zhuǎn)變。這解釋了青藏高原東部植被的綠化趨勢及西部地區(qū)的棕化趨勢。此外，相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，1982年至2010年代，青藏高原植被返青期表現(xiàn)出明顯持續(xù)的提前趨勢，這可能與冬春季節(jié)的升溫有關(guān)，同時也會造成植被綠度的增加。

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