植被遥感监测研究综述

齐敬辉 叶晨曦 韩杰

摘 要：随着对地观测技术的不断进步，植被的遥感监测已成为全球变化研究的重要内容，也是宏观生态变化研究的主要途径。在广泛阅读中外文献的基础上，对植被遥感监测的国内外研究现状进行了梳理。国际研究方面，从全球和干旱半干旱区两个空间尺度，对当前主流学者的研究成果进行归纳总结，指出其中的异同。国内研究方面，从全国、中国北方干旱半干旱区、青藏高原地区三个空间尺度，对我国植被遥感监测研究进行对比分析，明确我国植被演变的主要趋势及驱动机制，以期为相关学者研究提供参考。

关键词：植被遥感;生态遥感;干旱半干旱区;植被变化

中图分类号：TB 文献标识码：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2019.25.095

目前，学者对植被遥感监测研究主要基于AVHRR、MODIS、SPOT等数据，其中AVHRR數据的时间序列最长，但空间分辨率低，MODIS和SPOT数据空间分辨率高，但时间序列短。对于大尺度、长时间序列的植被监测往往采用AVHRR数据，主要产品包括PAL、GIMMS和LTDR。其中，GIMMS数据应用最广，准确性也最高，最新版本为GIMMS NDVI3g.v1，已更新至2015年。基于GIMMS的植被监测研究，大约始于1990年代中期，主要集中在物候、全球植被活动及其渐进变化等方面，2000年代中期以后，植被变化及其驱动因素研究兴起。

1 国际研究进展

1.1 全球植被变化研究

1980年代至2010年代，全球及各大洲（南极洲除外）植被呈现出明显的绿化趋势，且存在明显的纬度非对称性，即南半球植被增加比较小，而北半球植被绿化区域非常多，特别是北半球中高纬度地区绿化趋势最为明显。就空间分布而言，绿化区域包括欧亚及北美大陆的苔原带、欧洲、印度西部、撒哈拉地区、非洲南部、澳大利亚西部等地，棕化地区主要在北美洲北部、阿根廷、印度尼西亚、非洲的热带地区等地。

自1980年代以来，全球植被变化并非是单调增加或者递减的，而是以绿化和棕化交替出现的方式呈现。其中，绿化-棕化-绿化模式居主导，覆盖了亚欧大陆的绝大部分、北美中东部、北非和澳大利亚的绝大部分等区域。棕化-棕化-棕化模式只存在于南美和非洲的热带雨林地区，绿化-绿化-绿化模式只限于北半球的高纬度地区。第一个绿化阶段，大致位于1980年代至1990年代中后期，此时北半球植被普遍呈绿化态势，特别是欧洲中东部、中亚、印度、美国中西部等地，南半球整体变化趋势不显著。棕化阶段，大致位于1990年代中后期至2000年代中后期，此时全球植被变化普遍呈棕化趋势，少数绿化区域主要出现在北美和亚洲高纬度地区。第二个绿化阶段，大致位于2000年代中后期至今，全球植被变化以绿化为主，绿化区域主要集中在俄罗斯北部和澳大利亚东部。

1.2 世界干旱半干旱区植被变化研究

1981年至2010年前后，全球干旱半干旱区总体上经历了非常显著的植被绿化过程，其中比较显著地区包括非洲南部、萨赫尔地区、印度西部、美国中部、澳大利亚东部等地。空间分布上，显著绿化区域通常也是最干旱地区，而显著棕化地区一般是干旱程度较低地区。1982年至2010年代，中亚地区植被呈明显绿化态势，但这种绿化趋势主要出现在1980年代，进入1990年代后绿化停滞，甚至出现了棕化现象。对于非洲萨赫尔地区的植被绿化趋势，目前争议颇多，2000年以前的研究大多认为随着农业扩张，自然植被不断退缩，生物多样性锐减，但近年来研究显示，随着该区域降水增加，植被呈明显绿化态势，但当地人并没有感知到这种生存环境的改善。

当然，也有学者对这种绿化趋势提出质疑，他们认为基于卫星数据得到的植被绿化趋势并不意味着土地退化没有发生，因为少数地区植被覆盖度提升带来的植被绿度增加会掩盖同期发生的土地退化现象。另外，AVHRR-NDVI数据的空间分辨率很低，它会掩盖了只有在小空间尺度上才能显现的土地退化过程，大尺度研究只能识别出区域植被变化的主要特征，而无法提供小尺度上的详细过程。

2 国内研究进展

2.1 全国尺度上植被变化研究

1982年至2010年代，中国植被变化总体呈绿化趋势，但并不连续，可分为三个阶段。1982年至1980年代晚期，此时中国植被绿度大幅度下降，特别是南方地区的棕化趋势非常明显。1990年至2000年代早期，此时中国植被绿度大幅度提高，尤其是中国东南和西南地区绿化非常明显。2000年代至2010年代早期，中国植被绿度虽然仍处于增加趋势，但增幅明显减缓，此时绿化地区大多集中在中国北方（如陕北黄土高原地区），南方总体呈棕化趋势。也有人认为，以1990年代中期或者2000年前后为转折点，之前中国植被绿度增加非常大，之后增势有所减缓。1982年至2010年代，中国植被生长季NDVI的增加主要表现在春季和秋季，夏季植被绿化趋势并不大。空间分布上，绿化比较明显的地区包括新疆西北部、秦巴山地、黄土高原、岭南山地、横断山区、藏南及云南等地，显著棕化地区主要位于中国东北和内蒙古东部等地。

2.2 中国北方干旱半干旱区植被变化研究

中国北方是我国干旱半干旱及半湿润气候的主要分布区，也是国内外学者进行植被遥感监测研究的重点区域，包括东北、华北及西北等地。1982年至2010年代，中国北方地区植被总体上呈显著增加趋势，其中1982年至2000年前后，绿化趋势最显著。2000年代至2010年代，绿化趋势有所减缓，局地地区甚至出现显著棕化现象。1982年至2010年代，我国三北防护林区植被变化趋势与我国北方一致，都呈增加趋势，但2000年以后的增幅显著提高，并高于全国同期水平。空间分布上，中国北方植被绿化的热点区域集中在黄土高原及新疆西北部，棕化区域主要分布于内蒙古东部及中国西北部的沙漠边缘地区。

内蒙古高原南北窄东西狭长，是我国境内经度跨度最大的高原，高原内部地势平坦，气候特征表现出明显的经度地带性，湿度从西往东依次增加，植被覆盖度也由西向东逐渐提高，由荒漠草原逐步过渡到典型草原、森林草原，再加上该区域农业生产较少，自然植被保存较为完整，因此成为植被-气候-人类活动关系研究的理想案例区。1982年至1999年间，内蒙古地区植被呈显著绿化趋势，2000年至2010年代，虽然整上的绿化趋势仍在持续，但表现出明显的区域差异性，绿化区域主要集中于中西部地区，植被显著退化区分布在东部。

黃土高原地表支离破碎，千沟万壑，气候干旱，降水稀少，植被稀疏，是世界上水土流失最严重和生态环境最脆弱的地区之一。1982年至2010年代，黄土高原植被呈显著增加趋势，以2000年为界，之前增速缓慢，之后增速显著提高。

2.3 青藏高原地区植被变化研究

青藏高原作为世界第三极，对全球变化响应极为敏感，许多学者都将此作为研究的案例区。已有研究显示，1982年至2010年代，青藏高原植被整体呈显著绿化趋势，绿化热点区域主要集中在高原东部和西南部。夏秋季节植被呈显著增加趋势，主要集中于西南部和东部三江源地区，而春季植被呈明显退化趋势，主要集中于高原中部地区。青藏高原受人类活动影响微弱，因此其植被变化更多地是受气候变化控制。青藏高原西部的气候向暖干化转变，东部则向暖湿化转变。这解释了青藏高原东部植被的绿化趋势及西部地区的棕化趋势。此外，相关研究发现，1982年至2010年代，青藏高原植被返青期表现出明显持续的提前趋势，这可能与冬春季节的升温有关，同时也会造成植被绿度的增加。

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