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来自相关研究团队针对美国半干旱牧场多尺度 LSP 开展研究，发现多种现象，对牧场管理意义重大。
美国西部的半干旱牧场能提供重要的生态系统服务，并且对气候变化有着动态的响应。利用多尺度卫星观测来监测半干旱牧场的地表物候（LSP），能为提升牧场管理和可持续性工作提供有价值的见解。这项研究对从 3 米（精细）、30 米（中等）和 450 米（粗糙）分辨率（分别来自 PlanetScope、协调后的陆地卫星和哨兵 2 号数据（HLS），以及可见红外成像辐射仪套件（VIIRS））获取的多尺度 LSP 指标进行了研究。在从 3 米的 PlanetScope 数据中检测出物候特征后，研究人员分析了 30 米和 450 米像素内的物候异质性。接着，他们量化了土地覆盖成分（草、灌木和裸地）比例对物候异质性的影响。最后，评估了不同气候条件（正常年份和干旱年份）下多尺度物候指标的尺度效应和一致性。结果显示，物候异质性在不同尺度、物候指标和年份间有显著差异，在衰老期、较粗像素和干旱条件下尤为明显。物候异质性还受到草和灌木比例的非对称影响，草的比例在干旱年份对返青起始影响更大，而灌木比例在正常年份对休眠起始影响更大。由于尺度效应，较粗像素的物候事件要在一定比例的较细像素发生该事件后才能被检测到，且这一比例在不同物候指标和气候条件下并不一致。此外，从三个不同尺度检测到的物候指标的一致性也随物候事件和气候条件而变化，平均绝对差值在 9 到 31 天之间。这些发现强调了在半干旱牧场研究中考虑物候异质性和尺度效应的重要性。
牧场是地球上分布最广泛的景观之一，主要位于干旱和半干旱地区。美国西部的牧场占该国总面积的约 31%，在维持生物多样性、固碳以及满足畜牧产品需求等生态系统服务方面发挥着关键作用。研究半干旱牧场的物候，对于了解气候变化如何影响这些水资源有限环境中的植物生命周期至关重要，有助于推动可持续放牧、控制入侵物种和保护生物多样性。
卫星遥感观测已被广泛用于量化地表物候的连续空间变化。近几十年来，LSP 监测已应用于半干旱牧场，如预测草原生产力，这对牧场管理至关重要。然而，从粗分辨率和中等分辨率卫星获得的物候信息，不足以准确描述高度异质的半干旱生态系统中的植物生长情况。因此，利用高分辨率（<10 米）卫星监测半干旱牧场的 LSP 十分必要。随着卫星技术的进步，像 PlanetScope 这样的高分辨率商业卫星越来越多地用于 LSP 检测。
解释和综合多尺度 LSP 检测结果，有助于从个体植物到区域尺度建立物候知识联系，更好地理解物候对气候变化或其他外部因素的空间尺度响应。然而，多尺度 LSP 观测之间的不一致性（即物候中的 “尺度效应”），给 LSP 的有效跨尺度解释、比较和验证带来了挑战。尺度效应源于植被生长的异质性，较粗分辨率的 LSP 检测结果是一组较细分辨率 LSP 检测结果的非线性函数。尽管已有研究关注多尺度 LSP 的尺度效应评估，但大多只涉及湿润生态系统的生长季起始阶段。因此，需要进一步研究半干旱牧场中不同物候指标的尺度效应是否存在差异，以及如何差异。
需要注意的是，较粗像素内的物候时间通常并不均匀，因为不同物种甚至同一物种内的物候时间，会因微气候差异而显著不同。因此，多尺度 LSP 中的尺度效应，受到给定较粗像素内较细像素物候时间变异性（即物候异质性）的影响。这种异质性与土地覆盖成分比例，以及它们对外界因素（如温度和降水）的物候响应有关。在半干旱生态系统中，草本植物的生长起始通常跟随降水开始，而木本植物的表现可能不同，它们在雨季开始前就可能进行光合作用，这归因于日照时长的信号。然而，草和灌木作为半干旱牧场的主要草本和木本植物，对物候异质性的影响尚未完全明确，尺度效应在不同物候异质性水平下的变化情况也不清楚。
气候变化正在改变全球水文循环，导致更严重、更持久的干旱。干旱胁迫威胁着牧场的各个方面，包括降低牧草生产力和增加野火风险。美国西部已被确定为到 2050 年面临干旱高风险的地区之一。利用古气候和仪器记录的长期评估显示，美国西南部的干旱状况是 21 世纪以来最严重的。美国西部在 2020 年经历了历史性干旱，总降水量是至少自 1895 年有记录以来最低的。在这种情况下，越来越多的研究致力于利用从高到低分辨率的卫星观测，来了解半干旱生态系统在干旱胁迫下的物候变化。然而，正常和干旱条件下多尺度 LSP 检测之间的一致性和尺度效应仍未得到充分理解。
本研究旨在填补上述知识空白，比较美国西部半干旱牧场在正常和干旱条件下，高、中、低分辨率的 LSP 检测结果。研究人员利用 3 米的 PlanetScope LSP 数据，在 30 米和 450 米这两个常用空间分辨率（分别对应 HLS 和 VIIRS（或 MODIS）像素）下，刻画了四个关键物候指标的物候异质性。此外，量化了三种主要土地覆盖成分（草、灌木和裸地）对物候异质性的影响，评估了多尺度 LSP 检测的尺度效应和一致性。这些分析旨在回答以下问题：（1）物候异质性如何随物候指标和气候条件变化？（2）在不同物候指标和气象条件下，土地覆盖比例如何影响物候异质性？（3）尺度效应如何影响多尺度卫星观测的 LSP 检测？（4）半干旱牧场中多尺度卫星观测检测到的物候指标一致性如何？
研究发现，物候异质性在 450 米尺度、衰老期和干旱年份更大。在四个关键物候日期中，返青起始的异质性受草比例的影响更大，而休眠起始的异质性受灌木比例的影响更大。尺度效应给从细尺度到粗尺度汇总物候指标带来了挑战。最后，在 30 米尺度和返青阶段，检测到的较粗 LSP 和汇总的较细 LSP 更具可比性。
物候异质性对卫星衍生的半干旱生态系统不同尺度物候指标比较有显著影响。对不同气候条件下检测到的较粗物候指标和汇总的较细物候指标之间的尺度效应和一致性分析，得出以下结论：（1）物候异质性在衰老期物候指标中比返青期物候指标更明显，在 450 米尺度比 30 米尺度更明显，在干旱年份比正常年份更明显。
