植被遙感監測研究綜述

齊敬輝 葉晨曦 韓杰

摘 要：隨著對地觀測技術的不斷進步，植被的遙感監測已成為全球變化研究的重要內容，也是宏觀生態變化研究的主要途徑。在廣泛閱讀中外文獻的基礎上，對植被遙感監測的國內外研究現狀進行了梳理。國際研究方面，從全球和干旱半干旱區兩個空間尺度，對當前主流學者的研究成果進行歸納總結，指出其中的異同。國內研究方面，從全國、中國北方干旱半干旱區、青藏高原地區三個空間尺度，對我國植被遙感監測研究進行對比分析，明確我國植被演變的主要趨勢及驅動機制，以期為相關學者研究提供參考。

關鍵詞：植被遙感;生態遙感;干旱半干旱區;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，學者對植被遙感監測研究主要基于AVHRR、MODIS、SPOT等數據，其中AVHRR數據的時間序列最長，但空間分辨率低，MODIS和SPOT數據空間分辨率高，但時間序列短。對于大尺度、長時間序列的植被監測往往采用AVHRR數據，主要產品包括PAL、GIMMS和LTDR。其中，GIMMS數據應用最廣，準確性也最高，最新版本為GIMMS NDVI3g.v1，已更新至2015年。基于GIMMS的植被監測研究，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域非常多，特別是北半球中高緯度地區綠化趨勢最為明顯。就空間分布而言，綠化區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、非洲南部、澳大利亞西部等地，棕化地區主要在北美洲北部、阿根廷、印度尼西亞、非洲的熱帶地區等地。

自1980年代以來，全球植被變化并非是單調增加或者遞減的，而是以綠化和棕化交替出現的方式呈現。其中，綠化-棕化-綠化模式居主導，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，綠化-綠化-綠化模式只限于北半球的高緯度地區。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，少數綠化區域主要出現在北美和亞洲高緯度地區。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 世界干旱半干旱區植被變化研究

1981年至2010年前后，全球干旱半干旱區總體上經歷了非常顯著的植被綠化過程，其中比較顯著地區包括非洲南部、薩赫爾地區、印度西部、美國中部、澳大利亞東部等地。空間分布上，顯著綠化區域通常也是最干旱地區，而顯著棕化地區一般是干旱程度較低地區。1982年至2010年代，中亞地區植被呈明顯綠化態勢，但這種綠化趨勢主要出現在1980年代，進入1990年代后綠化停滯，甚至出現了棕化現象。對于非洲薩赫爾地區的植被綠化趨勢，目前爭議頗多，2000年以前的研究大多認為隨著農業擴張，自然植被不斷退縮，生物多樣性銳減，但近年來研究顯示，隨著該區域降水增加，植被呈明顯綠化態勢，但當地人并沒有感知到這種生存環境的改善。

當然，也有學者對這種綠化趨勢提出質疑，他們認為基于衛星數據得到的植被綠化趨勢并不意味著土地退化沒有發生，因為少數地區植被覆蓋度提升帶來的植被綠度增加會掩蓋同期發生的土地退化現象。另外，AVHRR-NDVI數據的空間分辨率很低，它會掩蓋了只有在小空間尺度上才能顯現的土地退化過程，大尺度研究只能識別出區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，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，此時綠化地區大多集中在中國北方（如陜北黃土高原地區），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的增加主要表現在春季和秋季，夏季植被綠化趨勢并不大。空間分布上，綠化比較明顯的地區包括新疆西北部、秦巴山地、黃土高原、嶺南山地、橫斷山區、藏南及云南等地，顯著棕化地區主要位于中國東北和內蒙古東部等地。

2.2 中國北方干旱半干旱區植被變化研究

中國北方是我國干旱半干旱及半濕潤氣候的主要分布區，也是國內外學者進行植被遙感監測研究的重點區域，包括東北、華北及西北等地。1982年至2010年代，中國北方地區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，局地地區甚至出現顯著棕化現象。1982年至2010年代，我國三北防護林區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域集中在黃土高原及新疆西北部，棕化區域主要分布于內蒙古東部及中國西北部的沙漠邊緣地區。

內蒙古高原南北窄東西狹長，是我國境內經度跨度最大的高原，高原內部地勢平坦，氣候特征表現出明顯的經度地帶性，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，再加上該區域農業生產較少，自然植被保存較為完整，因此成為植被-氣候-人類活動關系研究的理想案例區。1982年至1999年間，內蒙古地區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，但表現出明顯的區域差異性，綠化區域主要集中于中西部地區，植被顯著退化區分布在東部。

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環境最脆弱的地區之一。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 青藏高原地區植被變化研究

青藏高原作為世界第三極，對全球變化響應極為敏感，許多學者都將此作為研究的案例區。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，綠化熱點區域主要集中在高原東部和西南部。夏秋季節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，而春季植被呈明顯退化趨勢，主要集中于高原中部地區。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變，東部則向暖濕化轉變。這解釋了青藏高原東部植被的綠化趨勢及西部地區的棕化趨勢。此外，相關研究發現，1982年至2010年代，青藏高原植被返青期表現出明顯持續的提前趨勢，這可能與冬春季節的升溫有關，同時也會造成植被綠度的增加。

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