气候与土地利用变化对三北地区植被NDVI的影响研究

论文摘要

三北地区是我国荒漠化最严重的地区,为改善该地区生态环境,我国在1987年启动了三北防护林体系建设工程。本文主要使用NDVI、气温、降水量数据,采用均值法、趋势分析法、薄盘光滑样条函数法、Mann-Kendall非参数检测法、Hurst指数分析、相关分析与复直线回归分析等方法分别研究了1982–2015年三北防护林工程区植被NDVI、气温和降水量的时空变化特征,并进一步分析了气温、降水与LULC等变化对NDVI的影响情况,主要结论如下:（1）研究区植被覆盖空间分布总体特征为东北华北平原农区高,西北荒漠区低,黄土高原丘陵沟壑区从南到北逐渐减小,风沙区从西到东逐渐增加。1982-2015年研究区年最大NDVI平均值为0.37,呈上升趋势,79.87%的地区NDVI无明显变化趋势,NDVI变化趋势呈明显的强持续性。生长季NDVI有波动上升趋势,多年平均值为0.32,大部分区域变化趋势以基本不变为主。季节NDVI从大到小依次为夏季、秋季、春季,NDVI均有上升趋势,其空间分布规律与年最大NDVI和生长季平均NDVI空间分布规律相似,年内NDVI变化具有较强的季节性。（2）年降水量空间分布特征表现为西北荒漠区除了天山山脉、昆仑山脉、祁连山、阿尔泰山等地区外其他地区年降水量普遍少于200mm,其他三个分区降水量从东南至西北逐渐减少。多年平均降水量为299.8mm,降水量呈减少趋势,在1987年产生了减少突变。生长季降水量空间分布规律与年降水量基本一致,多年平均降水量为245.6mm,1992年生长季降水量产生了减少突变。年均气温空间分布表现为东北华北平原农区与黄土高原丘陵沟壑区从南到北逐渐降低,风沙区从东南至西北逐渐降低,西北荒漠区在塔里木盆地、库木塔格沙漠、巴丹吉林沙漠等地区气温较高,而在昆仑山脉、天山山脉与祁连山等地区气温较低。多年平均气温为4.7℃,1993年左右气温产生了上升突变,上升速率为0.04℃/a。生长季气温空间分布规律与年气温基本一致,平均气温为16.8℃,在1994年产生了上升突变。（3）研究区年均NDVI与降水量整体上呈正相关,与降水量呈正相关的区域主要分布于内蒙古大部分区域、河北北部、北京、天津、山西西北部、陕西北部、宁夏、甘肃、青海中北部与新疆北部地区,负相关的区域主要分布在新疆中南部、青海、陕西中部、辽宁、吉林与黑龙江等地区。年均NDVI整体上与气温表现为正相关,正相关区域主要分布于东北华北平原农区南部、风沙区东南部区域、黄土高原丘陵沟壑区大部分地区、西北荒漠区东部与南部地区,负相关的区域主要分布于新疆、内蒙古与黑龙江西北部地区。大体上研究区气温对NDVI的影响大于降水量对NDVI的影响。NDVI在春、夏、秋季与气温正相关,夏季NDVI与降水量正相关,而在春季、秋季二者负相关。5月、6月、7月NDVI与上一月降水量存在1个月滞后现象,5月、6月、8月与9月的植被NDVI与前一月气温的相关性强于与同月气温相关性。东北华北平原农区、大兴安岭、黄土高原大部分区域以及西北荒漠区的天山山脉、阿尔泰山脉、祁连山南部等区域的自然条件更适合植被生长,新疆西南部、内蒙古西北部、青海西部、甘肃与宁夏多数地区的气候条件不利于植被生长。整体上人类活动明显提升了三北地区植被覆盖情况。（4）三北地区土地覆被与土地利用类型面积占比从大到小依次为未利用地、草地、耕地、林地、水域与建设用地。1995-2010年,三北地区NDVI减小的主要原因为大量的草地转为耕地,NDVI增加与大量未利用地转为耕地有关。2010-2015年,NDVI减小主要与大量开发建筑用地有关,NDVI增加与大量草地转成林地有关。1995-2015年,NDVI减小主要因大量耕地转成建设用地,研究区大量建设用地转耕地是NDVI增加的主要原因。

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中文摘要

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1 引言

1.1 研究背景及选题意义

1.2 国内外研究进展

1.2.1 植被动态变化研究进展

1.2.2 植被与气候变化关系研究进展

1.2.3 土地利用变化研究进展

1.2.4 三北防护林地区植被覆盖研究进展

1.3 研究目标、内容及技术路线

1.3.1 研究目标

1.3.2 研究内容

1.3.3 技术路线

2 数据来源与研究方法

2.1 研究区概况

2.2 数据来源与处理

2.2.1 GIMMS NDVI数据集

2.2.2 气象数据集

2.2.3 土地覆被与土地利用数据集

2.3 研究方法

2.3.1 均值法

2.3.2 薄盘光滑样条函数法

2.3.3 一元线性回归分析

2.3.4 Mann-Kendall非参数检测法

2.3.5 Hurst指数分析

2.3.6 相关系数分析

2.3.7 复直线回归分析

3 植被NDVI时空变化特征分析

3.1 年NDVI时空变化特征

3.1.1 年NDVI时间变化特征

3.1.2 年NDVI空间变化特征

3.1.3 年NDVI Hurst指数分析

3.2 生长季NDVI时空变化特征

3.2.1 生长季NDVI时间变化特征

3.2.2 生长季NDVI空间变化特征

3.3 季节NDVI时空变化特征

3.3.1 季节NDVI时间变化特征

3.3.2 季节NDVI空间变化特征

3.4 月均NDVI时间变化特征

3.5 本章小结

4 气象要素时空变化特征分析

4.1 降水量时空变化特征

4.1.1 年降水量时空变化特征

4.1.2 生长季降水量时空变化特征

4.2 气温时空变化特征

4.2.1 年际气温时空变化特征

4.2.2 生长季气温时空变化特征

4.3 本章小结

5 气象要素对植被NDVI的影响

5.1 年植被NDVI对气温、降水量的响应

5.2 季节植被NDVI对气温、降水量的响应

5.3 月植被NDVI对气温、降水量的响应

5.4 气温、降水量及其他要素对植被NDVI的影响

5.5 本章小结

6 土地覆被与土地利用变化及其对植被 NDVI 的影响

6.1 土地覆被与土地利用时空变化特征分析

6.2 土地利用变化对NDVI的影响

6.3 本章小结

7 结论与讨论

7.1 结论

7.2 讨论

参考论文

致谢

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 道日娜

导师: 包玉海

关键词: 三北防护林工程区,气温,降水量,时空变化,土地覆被与土地利用

来源: 内蒙古师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学

单位: 内蒙古师范大学

分类号: Q948

总页数: 88

文件大小: 6660K

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