基于遥感监测黄淮海地区冬小麦物候对气候变化的响应及其对产量的影响

发布时间：2020-08-19 09:14

【摘要】：地表覆盖的植被作为气候变化的一种十分敏感的指示剂,可以通过影响植被与大气之间的物质和能量的交换继而来影响气候,同时,气候因素也强烈的影响着植被的物候。植被物候也对陆地生态系统和人类社会有着很大的影响,例如改变全球碳循环、水循环和氮循环,物种间的交流以及农作物产量等。研究植被物候具有十分重要的意义,而农作物物候的研究更可以客观地理解农作物对于气候变化的响应,为农作物的安全生产和科学管理提供科学依据。遥感技术的快速发展减少了传统物候观测的时空局限性,为大范围植被物候监测提供了新的技术手段。中国的黄淮海地区属于半干旱、半湿润的地区,它是我国最为重要的粮食生产基地,其冬小麦的产量在我国位居首位,研究该地区冬小麦物候有助于我们加强理解农作物对于气候变化的响应方式和反馈机理。本文基于10d合成的SPOT VEGETATION NDVI数据产品,采用双高斯模型模拟拟合发和比例阈值法结合提取了 2000-2014年黄淮海地区冬小麦的几个典型的物候期(主要包括返青期、抽穗期和成熟期);分析了 15年来黄淮海地区冬小麦物候的时空变化特征;结合2000-2014年黄淮海地区的气象数据,讨论了黄淮海地区冬小麦物候变化与气候变化(气温和降水)相关性;结合冬小麦产量统计数据以及GPP数据,分析黄淮海地区冬小麦物候变化与产量的关系。主要研究结论有以下几点:(1)冬小麦NDVI时空变化特征2000-2014年黄淮海地区冬小麦的平均NDVI的空间分布具有较为明显的地带性差异,其大致表现出由南向北逐渐减少的空间变化趋势。河南省东南部地区NDVI均值较大,河北省东部地区NDVI均值较小。河南省东部地区冬小麦的NDVI变化幅度相对而言较大,而河北北部以及山东省东部地区冬小麦NDVI变化幅度较小。2000-2014年黄淮海地区冬小麦NDVI的时间变化特征呈现出了显著的增加趋势,变化幅度具有一定的空间差异性。其中,河南、山东两个省份的冬小麦NDVI普遍增加较大,大部分地区增加幅度在0.009之上;而河北省相对增加幅度较小,多数地区增加幅度在0.006以内。(2)冬小麦物候的时空变化特征2000-2014年这十五年来黄淮海地区冬小麦的平均物候期的空间分布表现出十分明显的地域差异性。冬小麦返青期总体上主要表现出由西南向东北逐渐延迟的大致趋势,抽穗期主要表现为由南向北逐渐延迟的趋势,而成熟期总的来说差异变化并不十分明显,略微表现出由南向北延迟的趋势。这15年来冬小麦抽穗期年际波动情况较为稳定,基本上变化不大,98%的冬小麦抽穗期标准差小于18d;返青期和成熟期的年际波动较小,72%和74%的冬小麦标准差小于18d。2000-2014年黄淮海地区90%冬小麦返青期呈提前趋势,只有10%的冬小麦返青期呈现延迟趋势;大约有89%的冬小麦抽穗期呈现提前趋势,11%的冬小麦抽穗期呈延迟趋势;94%的冬小麦成熟期呈现提前趋势,只有6%的冬小麦成熟期表现为延迟趋势。(3)冬小麦物候与气温和降水的相关性2000-2014年黄淮海地区冬小麦返青期与全年平均气温之间的相关性存在一定的空间上的差异性,约有48%冬小麦返青期与全年均温呈负相关关系,而39%的冬小麦返青期与预生长季(前一年12月至本年2月)的平均气温呈负相关关系;冬小麦抽穗期与全年均温和预生长季(2～4月)的平均气温均普遍表现为负相关关系,前者为73%呈负相关关系,后者约为75%负相关关系;67%冬小麦成熟期与全年均温呈现负相关关系,80%冬小麦成熟期与预生长季(3～5月)呈负相关关系,20%呈正相关。2000-2014年黄淮海地区全年累积降水量对冬小麦返青期的影响不一致,57%冬小麦返青期与全年累积降水呈负相关关系,而预生长季累积降水与返青期二者65%呈负相关;36%冬小麦抽穗期与全年累积降水呈负相关关系,而63%冬小麦抽穗期与预生长季累积降水呈负相关;冬小麦成熟期对全年和预生长季累积降水的响应差别较大,前者约有44%呈负相关关系,而后者存在82%呈负相关关系。(4)冬小麦物候与产量的关系结合冬小麦产量统计数据,发现相对于返青期来说,2000-2014年冬小麦产量与其抽穗期、成熟期具有更高的相关性:冬小麦抽穗期与产量相关系数为-0.611,p=0.009;冬小麦成熟期与产量的相关系数为-0.640,p=0.006。结合冬小麦GPP数据,在空间尺度上分析,发现冬小麦产量与抽穗期、成熟期存在较强的负相关关系,且相关性十分显著。
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S512.11;S127
【图文】：

本研究选取的是黄淮海地区作为研究主要区域，包含了黄淮海平原的大部分，逡逑其空间范围为Ｉ１３°Ｅ－１２０°Ｅ和３２°Ｎ－４０°Ｎ，包括北京、天津、河北、河南以及山逡逑东五个省市，全区面积约为３０万平方千米（图２．１）。逡逑黄淮海平原属半干旱、半湿润地区，属暖温带季Ｋ气候，四季变化较为明显，逡逑此区域年均温大约处于１４？１５°Ｃ之间。热量资源可以满足喜凉、喜温作物一年逡逑两熟的要求，无霜期１９０？２２０天。平原年降水量５００？１０００毫米。京、津一带逡逑５００？６００毫米，降水资源呈现出季节分配不均的现象，主要集中在夏季。逡逑该地区农作物主要栽种方式为冬小麦一一夏玉米，其播种面积和产量在逡逑１９９５年分别占全国总量的３９．７％和５２．７％，根据农业统计资料可以了解到，黄淮逡逑海平原冬小麦的播种面积占所有农作物耕地面积的６３％，有些县市更是高达９０％逡逑以上（Ｘｕｅｔａｌ．，邋１９９８）。冬小麦一般是在上一年１０月份进行播种，收获的日期则逡逑是在当年６月份。逡逑１１０°０＇０－Ｅ逦Ｕ５ｏ０．０－Ｅ逦Ｉ２０°０＇０＂Ｅ逡逑Ｚ逦＂；邋－邋Ｉ逦ｚ逡逑Ｉ、、：；

本文编号：2796907