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基于长时序卫星遥感影像的全球植被干旱的趋势分析研究

作者: 来源: 阅读次数: 日期:2020-07-23

154.com皇冠

“科研成果快报”

 

 

基于长时序卫星遥感影像的全球植被干旱的趋势分析研究

Trends in Global Vegetative Drought from Long-Term Satellite Remote Sensing Data

 

成果信息

Xu Zhanya, Cao Leiyu, Zhong Shaobo*, et al. Trends in Global Vegetative Drought from Long-Term Satellite Remote Sensing Data [J]. IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing, 2020(13): 815-826

DOI: 10.1109/JSTARS.2020.2972574

 

团队成员

徐战亚,博士,154.com皇冠,副教授,硕士生导师,研究方向包括空间信息服务,大数据和智能计算等领域。(邮箱:xuzhanya@cug.edu.cn

钟少波,博士,北京市科学技术研究院北京城市系统工程研究中心,副研究员,中国地理信息产业协会地理信息应急保障工作委员会副主任委员、北京市应急管理局专家、北京市安全科学技术研究院专家,研究方向城市灾害智能感知与风险诊断。(邮箱:zhongshaobo@gmail.com

狄黎平,博士,乔治梅森大学大学空间信息科学与系统研究中心(CSISS)主任地理与地理信息科学系教授他从事地理信息科学研究已有30多年,发表论文400余篇,他作为主要研究人员(PI)从美国联邦机构和国际组织获得了超过5,700万美元的研究资助。他目前的研究领域包括:地理空间信息标准地理空间网络基础设施基于Web的地理空间信息和知识系统与农业遥感及应用等。从2010年到2016年,他是INCITS / L1的主席,负责制定美国地理信息国家标准,并代表美国参加ISO技术委员会211ISO TC 211)。曾获得国际信息技术标准委员会颁发的杰出奖、美国农业部部长颁发的荣誉奖以及R&D杂志颁发的荣誉奖。(邮箱:ldi@gmu.edu

曹雷宇,硕士,154.com皇冠,在读硕士,研究方向为智能计算和深度学习。(邮箱:caoleiyu@cug.edu.cn

 

成果介绍

研究背景及意义:

干旱在全球频繁发生,影响范围大,是最严重的自然灾害之一。干旱也会导致其他次生灾害,例如火灾、疾病和蝗灾,从而进一步加剧灾害的影响和后果,干旱引起农作物歉收,大范围的严重干旱导致全球粮食危机。进行全球干旱识别和趋势分析,可为地球的大尺度模式识别,如植被物候特征和生态系统变化,提供分析线索,对于发展区域或全球治理政策具有重要的意义。随着几十年来的卫星遥感数据的积累,以及基于卫星的植被干旱检测方法的发展,从这些长期历史遥感数据中识别出植被干旱的全球特征是可行的。但是,目前为止,尚未有根据长期数据进行的有关植被干旱的全球特征的研究。

研究方法:

本研究基于1981-2019长时间序列植被遥感数据资料,组合多种稳健性分析方法来执行全球植被干旱趋势分析,包括趋势检验、趋势位置检测和趋势估计。考虑全球6个纬度区和10个气候区的区划差异,综合研究了全球植被干旱趋势的区域分异特征。

1. 根据Köppen–Geiger地图重新分析的纬度范围和世界气候区

实验结果:

从像素级全球VCI趋势分析图来看,全球具有上升趋势的像素比例分别为54.7%,北半球和南半球的比例分别为67.6%和47.5%,这意味着全球植被干旱总体呈下降趋势

2.a)全球干旱的像素级总体趋势图bAVHRR VCI值的相应p值图。在(a)中,黄色和绿色分别表示下降趋势和上升趋势。在(b)中,红色和蓝色分别表示显著度<0.1)和不显著度> 0.1)。

分区趋势检测显示,A区外,所有其他气候区VCI都有上升趋势,具有统计上的显着水平,而E区的幅度最大,其后依次是DwCsCf对分纬度VCI的趋势检测显示,北温带和南热带地区呈上升趋势,具有统计学意义。

II 气候区VCI趋势测结果

SEN

A

B

Cf

Cs

Cw

Df

Ds

Dw

E

trend

b_sen

0.000

0.056

0.058

0.086

0.030

0.044

0.054

0.095

0.096

z

0.138

8.472

9.837

12.980

6.274

7.015

7.780

14.734

13.835

pval

0.891

0.000

0.000

0.000

0.000

0.000

0.000

0.000

0.000

 

III 纬度范围VCI趋势测试结果

SEN

North Frigid

North Temperate

North Tropical

South Tropical

South Temperate

trend

-

b_sen

-

0.090

-0.001

0.014

-0.004

z

-

13.690

-0.259

2.827

-0.735

pval

-

0.000

0.796

0.005

0.463

 

根据多年同期序列分析结果,一般来说,近年的所有可分析纬度区VCI都有明显的上升趋势。在上世纪末之前,北温带和北热带的分段趋势都在上升,而南热带和南温带的分段趋势都在下降。近年的所有可分析气候区VCI都有明显的上升趋势,在2000年之前,ABCwDsE的下降趋势占主导地位,而CsDf的分段趋势则上升为主

 

3. 北寒带,北温带,北热带,南热带和南温带月序列和断点位置以及分段趋势第二个Y轴用于异常索引。

 

4. 16天的气候区数据汇总了来自AVHRRVCI和断点位置以及ABCfCsCwDfDsDwE的分段趋势第二个Y轴用于异常索引。

研究结论:

本文研究发现:全球VCI值总体呈上升趋势北温带和南热带地区的VCI值总体增加,而所有气候区的VCI值总体都增加尽管存在局部差异,分段趋势基本符合总体趋势识别的结果在最近几年中,所有气候区都有显著的上升趋势。在2000年之前,气候区ABCwDsEVCI下降趋势明显,而CsDf的分段趋势则上升主。从气候区和纬度平均检测到四个断点。因此,分段趋势的平均持续时间为7–9,这可能与厄尔尼诺等全球气候现象存在关联性

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