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渭河流域植被动态变化遥感时序分析及生态安全评价

2020-12-02阅读(894)

渭河流域植被动态变化遥感时序分析及生态安全评价

论文摘要

植被是连接大气圈、水圈、生物圈的中枢,在地-气系统的热量与水分交换中扮演着重要角色,且对维持区域生态平衡,影响全球生态环境变化具有不可替代的重要作用。因此,深入研究区域植被的动态变化,预测其未来的发展趋势,综合评价其生态安全状况具有重要的现实意义。本文基于渭河流域20002017年MODIS NDVI遥感数据、气象数据、DEM数据、土地利用类型数据等,首先采用趋势分析、相关分析等方法研究了渭河流域20002017年NDVI的动态变化特征,分析了NDVI与环境因子之间的相关性;然后利用CAMarkov模型预测了渭河流域2020年和2025年NDVI的空间分布格局;最后采用景观生态安全评价模型对渭河流域植被生态安全进行了评价,并分析了其动态变化。本文得出的主要结论如下:（1）20002017年,渭河流域NDVI总体呈增加趋势,但存在一定的空间差异,同期气温和降水的时空差异显著。时间上,年平均NDVI增加的速率约为0.051/10a,其中,夏季、秋季和生长季NDVI增加趋势最显著,表明植被覆盖状况有所改善。空间上,NDVI呈显著增加的区域占80.61%,其中,泾河张家山以上区域和北洛河状头以上区域NDVI增加的趋势最为显著。18年间,渭河流域气温和降水的年际变化波动较大,空间上,约有78.3%的地区气温呈升高趋势,88.6%的区域降水呈增加趋势,其中流域西部气温升高、降水增加的趋势要强于东部。（2）NDVI与环境因子的相关性存在一定的差异。气候方面,时间上,渭河流域NDVI与气温的相关性高于降水,说明植被动态变化更易受到气温的影响;空间上,流域西北部NDVI与降水呈显著正相关关系,主要由于该区气候相对干旱,植被生长受水分限制较大,流域西南部NDVI与气温呈显著正相关关系,说明该区气温升高为植被生长提供了更多的热量,从而促进了植被的生长。地形方面,NDVI随海拔、坡度、坡向的变化呈现出一定的规律性。NDVI均值随海拔升高表现为降低——增加——降低的波动变化特征,NDVI随坡度的上升主要呈增加趋势,这主要由植被覆盖类型随海拔和坡度的变化而引起,NDVI均值随坡向的变化主要表现为西坡NDVI均值大于东坡,北坡NDVI均值大于南坡,这主要由各坡向的水热条件差异造成。人类活动对NDVI的空间分布及变化趋势具有显著的影响。人类通过农业耕作改善了区域植被的覆盖状况,并使农耕区的NDVI年际变化趋势相对稳定;工程造林措施对流域植被恢复、植被覆盖增加具有很大的积极作用;城市化的发展使得城市周边地区土地利用类型发生转变,地表植被受到破坏,NDVI呈降低趋势,同时,原有建成区内部通过城市绿化工程等措施使植被覆盖状况得以改善,NDVI呈增加趋势。（3）基于CAMarkov模型预测渭河流域2020年和2025年NDVI空间分布格局,结果显示,渭河流域植被覆盖状况将进一步改善。2020年,高植被覆盖区和较高植被覆盖区面积将分别比2015年增加6.52%和2.08%,低植被覆盖区、较低植被覆盖区和中度植被覆盖区面积将分别减少4.45%、3.92%、0.23%。2025年,高植被覆盖区和较高植被覆盖区的面积将分别比2020年增加4.14%和3.25%。低植被覆盖区、较低植被覆盖区和中度植被覆盖区面积分别减少了1.84%、3.86%、1.69%。（4）渭河流域植被生态安全状况不断改善。景观尺度生态安全评价结果表明,各植被覆盖景观生态安全水平总体处于“中等”和“良好”等级,植被覆盖状况越好,生态安全水平越高。20002015年间,各植被覆盖景观的生态安全指数均呈上升趋势。景观生态安全空间格局显示,高植被覆盖景观所在的山区生态安全水平最高,河谷、平原地区次之,流域北部的黄土高原生态安全状况相对较差。20002015年间,景观生态安全水平为“恶劣”、“较差”的区域面积减小,空间上向北迁移;水平为“中等”、“良好”和“安全”的区域面积增加,空间上呈扩张趋势。根据NDVI和土地利用类型预测结果,到2020年和2025年,植被生态安全状况将进一步改善,各植被覆盖景观生态安全水平将达到“良好”的等级。

论文目录

  • 摘要
  • abstract
  • 第一章 绪论
  •   1.1 研究背景及意义
  •   1.2 国内外研究进展
  •     1.2.1 基于遥感的植被动态变化研究进展
  •     1.2.2 生态安全研究进展
  •   1.3 研究内容与技术路线
  •     1.3.1 研究内容
  •     1.3.2 技术路线
  •   1.4 论文结构
  • 第二章 研究区概况及数据来源
  •   2.1 研究区概况
  •     2.1.1 地理位置
  •     2.1.2 地形地貌
  •     2.1.3 气候水文
  •     2.1.4 土壤植被
  •     2.1.5 社会经济概况
  •   2.2 数据来源及处理
  •     2.2.1 遥感数据来源及处理
  •     2.2.2 气象数据来源及处理
  •     2.2.3 DEM数据来源及处理
  •     2.2.4 土地利用类型数据来源及处理
  • 第三章 渭河流域NDVI动态变化遥感时序分析
  •   3.1 研究方法
  •     3.1.1 均值法
  •     3.1.2 趋势分析法
  •     3.1.3 F检验
  •   3.2 渭河流域NDVI的时间变化特征
  •     3.2.1 年内变化趋势
  •     3.2.2 年际变化趋势
  •   3.3 渭河流域NDVI的空间变化特征
  •     3.3.1 NDVI的空间分布特征
  •     3.3.2 NDVI的空间变化趋势
  •   3.4 本章小结
  • 第四章 渭河流域NDVI与环境因子的相关性
  •   4.1 研究方法
  •     4.1.1 反距离权重插值
  •     4.1.2 相关分析
  •     4.1.3 缓冲区分析
  •   4.2 渭河流域主要气候因子的时空变化特征
  •     4.2.1 气温、降水的时间变化特征
  •     4.2.2 气温、降水的空间变化特征
  •   4.3 NDVI与气候因子的相关性分析
  •     4.3.1 NDVI与气候因子的时间相关性
  •     4.3.2 NDVI与气候因子的空间相关性
  •   4.4 NDVI与地形的相关性
  •     4.4.1 NDVI与海拔高度之间的关系
  •     4.4.2 NDVI与坡度之间的关系
  •     4.4.3 NDVI与坡向之间的关系
  •   4.5 人类活动对NDVI的影响
  •     4.5.1 农业活动对NDVI的影响
  •     4.5.2 工程造林措施对NDVI的影响
  •     4.5.3 城市化进程对NDVI的影响
  •   4.6 本章小结
  • 第五章 渭河流域植被动态变化预测
  •   5.1 研究方法
  • Markov模型'>    5.1.1 CAMarkov模型
  •     5.1.2 Kappa系数
  •   5.2 2015年NDVI空间分布格局模拟
  •     5.2.1 NDVI空间分布格局模拟
  •     5.2.2 模拟结果精度验证
  •   5.3 NDVI空间分布格局预测
  •     5.3.1 2020年NDVI空间分布格局预测
  •     5.3.2 2025年NDVI空间分布格局预测
  •   5.4 本章小结
  • 第六章 渭河流域植被生态安全评价
  •   6.1 研究方法
  •     6.1.1 景观类型划分
  •     6.1.2 景观格局指数分析
  •     6.1.3 景观生态安全评价模型
  •   6.2 景观格局动态变化分析
  •     6.2.1 植被覆盖景观格局变化分析
  •     6.2.2 各植被覆盖等级内土地利用类型景观格局变化分析
  •   6.3 景观生态安全评价结果与动态变化分析
  •     6.3.1 景观生态安全评价结果
  •     6.3.2 景观生态安全空间分异
  •   6.4 本章小结
  • 第七章 结论与展望
  •   7.1 主要结论
  •   7.2 研究特色与创新
  •   7.3 问题与展望
  • 参考文献
  • 攻读学位期间取得的研究成果
  • 致谢

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 余东洋

    导师: 王丽霞

    关键词: 植被遥感时序分析,植被与环境因子的相关性,模拟与预测,生态安全,渭河流域

    来源: 长安大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

    专业: 生物学,环境科学与资源利用

    单位: 长安大学

    基金: 国家自然科学基金项目“基于多目标决策的关中天水经济区水资源时空优化配置研究(41471452)”,国土资源部退化及未利用土地整治工程重点实验室开放基金项目“关中-天水经济区土地整治与优化配置研究(SXDJ2017-10)”

    分类号: Q948;X826

    总页数: 92

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