Daily daytime Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR) 4‐km global area coverage data have been processed to produce a Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) 8‐km equal‐area dataset from July 1981 through December 2004 for all continents except Antarctica. New features of this dataset include bimonthly composites, NOAA‐9 descending node data from August 1994 to January 1995, volcanic stratospheric aerosol correction for 1982–1984 and 1991–1993, NDVI normalization using empirical mode decomposition/reconstruction to minimize varying solar zenith angle effects introduced by orbital drift, inclusion of data from NOAA‐16 for 2000–2003 and NOAA‐17 for 2003–2004, and a similar dynamic range with the MODIS NDVI. Two NDVI compositing intervals have been produced: a bimonthly global dataset and a 10‐day Africa‐only dataset. Post‐processing review corrected the majority of dropped scan lines, navigation errors, data drop outs, edge‐of‐orbit composite discontinuities, and other artefacts in the composite NDVI data. All data are available from the University of Maryland Global Land Cover Facility (http://glcf.umiacs.umd.edu/data/gimms/).

The NDVI3g time series is an improved 8-km normalized difference vegetation index (NDVI) data set produced from Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR) instruments that extends from 1981 to the present. The AVHRR instruments have flown or are flying on fourteen polar-orbiting meteorological satellites operated by the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) and are currently flying on two European Organization for the Exploitation of Meteorological Satellites (EUMETSAT) polar-orbiting meteorological satellites, MetOp-A and MetOp-B. This long AVHRR record is comprised of data from two different sensors: the AVHRR/2 instrument that spans July 1981 to November 2000 and the AVHRR/3 instrument that continues these measurements from November 2000 to the present. The main difficulty in processing AVHRR NDVI data is to properly deal with limitations of the AVHRR instruments. Complicating among-instrument AVHRR inter-calibration of channels one and two is the dual gain introduced in late 2000 on the AVHRR/3 instruments for both these channels. We have processed NDVI data derived from the Sea-Viewing Wide Field-of-view Sensor (SeaWiFS) from 1997 to 2010 to overcome among-instrument AVHRR calibration difficulties. We use Bayesian methods with high quality well-calibrated SeaWiFS NDVI data for deriving AVHRR NDVI calibration parameters. Evaluation of the uncertainties of our resulting NDVI values gives an error of ± 0.005 NDVI units for our 1981 to present data set that is independent of time within our AVHRR NDVI continuum and has resulted in a non-stationary climate data set.

Abstract We examined trends in the averaged May–September AVHRR normalized difference vegetation index (NDVI) from 1982 to 1999 for the northern hemisphere. NDVI is closely related to the amount of absorbed photosynthetically active radiation; hence, trends in NDVI reflect trends in photosynthetic activity of land‐surface vegetation. Linear and nonlinear trend analysis techniques were applied to four differently processed and corrected Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR) NDVI data sets. The results were compared in order to evaluate the effects of trends in NDVI unrelated to vegetation activity. We consistently found significant positive trends in averaged NDVI for latitude bands above 35°N in all but one data set; this one data set lacked corrections for sensor drift and instrument calibration. An impressive improvement in data quality was achieved by applying calibration and corrections for atmospheric effects. Conservative estimates of the trends over the 1982–99 period range from 0.0015 to 0.0045 NDVI units year −1 for global latitude bands from 35 to 75°N, with trends generally higher in the 1990s than in the 1980s; trends in NDVI were larger than trends explained by artefacts. In the 1980s, North American and Eurasian trends were roughly comparable, whereas in the 1990s the North American trends were generally higher. A pixel‐level analysis shows the trends to be widespread, with large areas of Canada, Europe and northern Asia experiencing significant positive increases across all vegetated landcovers.

An increase in photosynthetic activity of the northern hemisphere terrestrial vegetation, as derived from satellite observations, has been reported in previous studies. The amplitude of the seasonal cycle of the annually detrended atmospheric CO 2 in the northern hemisphere (an indicator of biospheric activity) also increased during that period. We found, by analyzing the annually detrended CO 2 record by season, that early summer (June) CO 2 concentrations indeed decreased from 1985 to 1991, and they have continued to decrease from 1994 up to 2002. This decrease indicates accelerating springtime net CO 2 uptake. However, the CO 2 minimum concentration in late summer (an indicator of net growing-season uptake) showed no positive trend since 1994, indicating that lower net CO 2 uptake during summer cancelled out the enhanced uptake during spring. Using a recent satellite normalized difference vegetation index data set and climate data, we show that this lower summer uptake is probably the result of hotter and drier summers in both mid and high latitudes, demonstrating that a warming climate does not necessarily lead to higher CO 2 growing-season uptake, even in high-latitude ecosystems that are considered to be temperature limited.

Abstract Linkages between diminishing Arctic sea ice and changes in Arctic terrestrial ecosystems have not been previously demonstrated. Here, the authors use a newly available Arctic Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) dataset (a measure of vegetation photosynthetic capacity) to document coherent temporal relationships between near-coastal sea ice, summer tundra land surface temperatures, and vegetation productivity. The authors find that, during the period of satellite observations (1982–2008), sea ice within 50 km of the coast during the period of early summer ice breakup declined an average of 25% for the Arctic as a whole, with much larger changes in the East Siberian Sea to Chukchi Sea sectors (>44% decline). The changes in sea ice conditions are most directly relevant and have the strongest effect on the villages and ecosystems immediately adjacent to the coast, but the terrestrial effects of sea ice changes also extend far inland. Low-elevation (<300 m) tundra summer land temperatures, as indicated by the summer warmth index (SWI; sum of the monthly-mean temperatures above freezing, expressed as °C month−1), have increased an average of 5°C month−1 (24% increase) for the Arctic as a whole; the largest changes (+10° to 12°C month−1) have been over land along the Chukchi and Bering Seas. The land warming has been more pronounced in North America (+30%) than in Eurasia (16%). When expressed as percentage change, land areas in the High Arctic in the vicinity of the Greenland Sea, Baffin Bay, and Davis Strait have experienced the largest changes (>70%). The NDVI has increased across most of the Arctic, with some exceptions over land regions along the Bering and west Chukchi Seas. The greatest change in absolute maximum NDVI occurred over tundra in northern Alaska on the Beaufort Sea coast [+0.08 Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR) NDVI units]. When expressed as percentage change, large NDVI changes (10%–15%) occurred over land in the North America High Arctic and along the Beaufort Sea. Ground observations along an 1800-km climate transect in North America support the strong correlations between satellite NDVI observations and summer land temperatures. Other new observations from near the Lewis Glacier, Baffin Island, Canada, document rapid vegetation changes along the margins of large retreating glaciers and may be partly responsible for the large NDVI changes observed in northern Canada and Greenland. The ongoing changes to plant productivity will affect many aspects of Arctic systems, including changes to active-layer depths, permafrost, biodiversity, wildlife, and human use of these regions. Ecosystems that are presently adjacent to year-round (perennial) sea ice are likely to experience the greatest changes.

This paper evaluates the consistency of the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) records derived from Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR), SPOT-Vegetation, SeaWiFS, Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer, and Landsat ETM+. We used independently derived NDVI from atmospherically corrected ETM+ data at 13 Earth Observation System Land Validation core sites, eight locations of drought, and globally aggregated one-degree data from the four coarse resolution sensors to assess the NDVI records agreement. The objectives of this paper are to: 1) compare the absolute and relative differences of the vegetation signal across these sensors from a user perspective, and, to a lesser degree, 2) evaluate the possibility of merging the AVHRR historical data record with that of the more modern sensors in order to provide historical perspective on current vegetation activities. The statistical and correlation analyses demonstrate that due to the similarity in their overall variance, it is not necessary to choose between the longer time series of AVHRR and the higher quality of the more modern sensors. The long-term AVHRR-NDVI record provides a critical historical perspective on vegetation activities necessary for global change research and, thus, should be the basis of an intercalibrated, sensor-independent NDVI data record. This paper suggests that continuity is achievable given the similarity between these datasets

Abstract Using satellite-derived normalized difference vegetation index (NDVI) data, several previous studies have indicated that vegetation growth significantly increased in most areas of China during the period 1982–99. In this letter, we extended the study period to 2010. We found that at the national scale the growing season (April–October) NDVI significantly increased by 0.0007 yr −1 from 1982 to 2010, but the increasing trend in NDVI over the last decade decreased in comparison to that of the 1982–99 period. The trends in NDVI show significant seasonal and spatial variances. The increasing trend in April and May (AM) NDVI (0.0013 yr −1 ) is larger than those in June, July and August (JJA) (0.0003 yr −1 ) and September and October (SO) (0.0008 yr −1 ). This relatively small increasing trend of JJA NDVI during 1982–2010 compared with that during 1982–99 (0.0012 yr −1 ) (Piao et al 2003 J. Geophys. Res.—Atmos. 108 4401) implies a change in the JJA vegetation growth trend, which significantly turned from increasing (0.0039 yr −1 ) to slightly decreasing ( − 0.0002 yr −1 ) in 1988. Regarding the spatial pattern of changes in NDVI, the growing season NDVI increased (over 0.0020 yr −1 ) from 1982 to 2010 in southern China, while its change was close to zero in northern China, as a result of a significant changing trend reversal that occurred in the 1990s and early 2000s. In northern China, the growing season NDVI significantly increased before the 1990s as a result of warming and enhanced precipitation, but decreased after the 1990s due to drought stress strengthened by warming and reduced precipitation. Our results also show that the responses of vegetation growth to climate change vary across different seasons and ecosystems.

Numerous studies have evaluated the dynamics of Arctic tundra vegetation throughout the past few decades, using remotely sensed proxies of vegetation, such as the normalized difference vegetation index (NDVI). While extremely useful, these coarse-scale satellite-derived measurements give us minimal information with regard to how these changes are being expressed on the ground, in terms of tundra structure and function. In this analysis, we used a strong regression model between NDVI and aboveground tundra phytomass, developed from extensive field-harvested measurements of vegetation biomass, to estimate the biomass dynamics of the circumpolar Arctic tundra over the period of continuous satellite records (1982–2010). We found that the southernmost tundra subzones (C–E) dominate the increases in biomass, ranging from 20 to 26%, although there was a high degree of heterogeneity across regions, floristic provinces, and vegetation types. The estimated increase in carbon of the aboveground live vegetation of 0.40 Pg C over the past three decades is substantial, although quite small relative to anthropogenic C emissions. However, a 19.8% average increase in aboveground biomass has major implications for nearly all aspects of tundra ecosystems including hydrology, active layer depths, permafrost regimes, wildlife and human use of Arctic landscapes. While spatially extensive on-the-ground measurements of tundra biomass were conducted in the development of this analysis, validation is still impossible without more repeated, long-term monitoring of Arctic tundra biomass in the field.