农业土地利用是影响地表水平衡的重要因素,华北平原作为我国棉粮果重要生产基地,在过去的几十年中由于抽取地下水灌溉造成严重的水资源短缺。因此准确地提取华北平原不同作物的空间分布信息可为作物耗水估算、水资源可持续化利用和农业资源配置提供基础数据。为了解决多年份、不同作物遥感监测种植面积变化过程中,不同的训练样本或分类规则不能较好地反映作物种植面积时空格局变化的问题。本文首先根据研究区(华北平原)农业气象观测站提供的主要农作物物候观测资料获得主要农作物典型物候期特征,利用Savitzky-Golay对MODIS NDVI时间序列数据进行重建,进而提取不同作物的NDVI时序曲线,结合二次差分法获取的复种指数,探讨了基于不同作物生育期的差异,采用CART(Classification and Regression Tree)算法对华北平原多年份、不同作物的遥感分类方法进行可行性分析,进而提取了2000—2013年华北平原主要作物冬小麦、玉米、棉花和果树的种植面积,并参考县级的农业统计数据和实地样本数据进行精度评价,最后分析了华北平原近14年间主要作物空间格局变化及其动因。得出以下结论:(1)经检验,近13年的冬小麦、玉米和棉花的遥感监测种植面积与农业统计面积相关系数分别为0.78、0.71和0.83(置信水平都为95%),具有较高的相关性。在参考实地样本数据与分类结果建立的混淆矩阵显示,14年间的分类结果Kappa系数在0.72~0.96之间;总体精度在79%~97%之间,85%以下年份仅出现2年,从整体上来看,近14年的分类精度可行。(2)从作物的空间分布特征上看,华北平原的冬小麦-夏玉米主要分布于山东省和河南省的黄灌区及太行山山前平原区;林果主要分布于晋州-赵县-深州一带、泊头-沧县一带、乐亭-昌黎一带和信阳-惠民-滨州一带以及环北京周边地区;棉花集中分布于华北平原中部。在时间变化上,华北平原冬小麦、玉米面积均呈下降趋势,分别由2000年的553.23万hm2缩减至2013年的530.33万hm2和由2000年的642.48万hm2缩减至2013年的569.54万hm2,其中以河北平原北部缩减趋势最为显著,天津-廊坊一带和保定地区甚至出现冬小麦主要种植区“弃耕”的现象。华北平原棉花14年的平均种植面积约84.01万hm2,其中河北平原南部棉花面积占研究区棉花总面积的一半以上(53%),年际间波动较大,整体上呈增加趋势。林果平均种植面积约63.55hm2,四个分区在近14年间整体上均呈增加趋势,其主要影响因素是经济收益和政府导向。(3)从粮食作物/经济作物种植转换的角度来看,华北平原的粮食/林果转换区主要集中在有林果种植历史的区域,如:环北京周边、唐山、沧州和山东的滨州一带,转换区面积约为95.53万hm2,占华北平原耕地面积的11.15%。粮食/棉花转换区主要集中于华北平原南部的产棉区周边及吴桥-东光-南皮一带,转换区面积约为64.89万hm2,占华北平原耕地面积的7.58%。(4)基于多年的分类结果来统计作物的种植概率进而表现不同土地条件和其他人为因素对作物的选择,能较好地反映作物种植的主产区,这为农业土地利用变化研究中分析作物种植面积变化提供一种新思路。