干旱区NDVI与气象水文因子关系研究

发布时间：2020-06-07 16:02

【摘要】：作为生态系统的重要组成部分,植被在水文循环、生物化学循环、能量流动等方面都起着至关重要的作用,同时,植被的生长又受到气象水文过程的影响。干旱地区水资源短缺,生态环境脆弱,植被的健康生长是维持生态环境稳定的关键因素。由于降水稀少,地下水是旱区植被维持正常生命活动的主要水源,地下水埋深的变化影响植被的分布状况及演变趋势。因此研究干旱区植被时空变化与气象水文要素的响应关系对区域或流域地下水合理利用、水资源管理及生态环境建设等具有重要的指导意义。本文采用统计分析方法、熵理论等方法,依据遥感NDVI数据、地面观测降水、气温数据分析了黑河干流中游地区2001-2011年NDVI、气温、降水的时空变化特征;同时根据53眼观测井的实测水位通过比较反距离加权插值(IDW)、径向基函数插值(RBF)、简单克里金插值(SK)、普通克里金插值(OK)、泛克里金插值(UK)和Yamamoto修正克里金插值(Yamamoto)等6种不同方法的插值精度,优选最佳地下水位空间插值方法,分析1985-2011年该区地下水位的时空变化特征及其影响因素;利用联合熵理论对研究区进行分区,构建模型模拟NDVI,并分析了不同子区NDVI与气象水文要素的响应关系;基于Tsallis entropy理论推导了NDVI分布与地下水埋深关系的统一公式,结合黑河中游地下水浅埋区草地、黑河下游额济纳绿洲、柴达木盆地及海流图流域NDVI与地下水埋深数据资料对公式进行验证。主要结果如下:(1)2001-2011年间,黑河中游高台、临泽和张掖三站的气温、降水都呈增加趋势;在1985-2000年,OK方法对研究区地下水位空间分布的插值精度最高,2005-2011年则是UK插值精度最高,经Yamamoto修正的克里金插值方法对极端地下水位的插值效果要明显优于其他插值方法。地下水位均值在27年间呈下降趋势,下降趋势最明显的年份为2000-2005年,主要是由于该时段黑河中游人口增加,耕地面积扩张造成地下水开采过量。2005年之后,由于上游来水及降水量的增加以及地下水开采量的减少等因素使得中游地区地下水位下降趋势得到一定的缓解,黑河干流沿岸及中游南部区域地下水位有回升趋势。(2)在空间分布上,黑河中游裸地面积占总面积的34%,植被覆盖区面积占总面积的66%,其中,低植被覆盖区占总面积的50.29%,较高植被覆盖区占整个区域的15.25%,主要为分布在人工绿洲区的农田、林地和草地等。2001-2011年,区域NDVI均值总体呈增长趋势,年均增速为0.006/yr,研究区内90%以上区域NDVI都呈显著或轻度增加状态。(3)在沙漠区(子区Ⅰ和子区Ⅳ),气温和降水是植被生长的主要驱动因子,在绿洲区(子区II和子区III),地下水是植被生长的重要因素。选取线性、二次、指数和对数模型为备选模型,基于AIC准则选择最优模型,模拟NDVI与实测NDVI之间的整体相关系数为0.97,较高的模拟精度证明了模型的适用性。由于人类活动的影响,模型在人工绿洲内(子区III和子区V)模拟效果相对较差,其次,数据的短缺也可能是影响模拟精度的因素。(4)基于熵理论推导的干旱区NDVI分布与地下水埋深的统一函数关系式仅有3个参数(λ_1,λ~*,m),其中λ_1和λ~*可以通过实测资料进行率定。在黑河下游额济纳区、柴达木、海流图等干旱区的验证结果表明,模拟NDVI与实测NDVI相关性都较高,相关系数达到0.90以上,说明基于Tsallis熵构建的NDVI与地下水埋深关系的统一函数模型模拟效果较好;但是在人类活动频繁的地区,如黑河中游绿洲区,模拟效果不如其他区域理想,原因是受人类灌溉活动的影响,植被生长所需水分有很大一部分是来自于灌溉水而非地下水,所以此模型更适用于仅依靠地下水维持植被生长的干旱区。
【图文】：

示意图,地理位置,示意图,正义峡

第二章研究区概况及数据处理河流域概况地理位置河是我国第二大内陆河，发源于祁连山中段，流经青海、甘肃和内蒙古三东、西居延海，全长 821km。流域总面积约 14 万 km2，地理坐标 37.73°N 42°E-102.10°E。以莺落峡断面和正义峡断面为界将流域分为上、中、下游(。河中游指莺落峡与正义峡断面之间的区域，，包括山丹、民乐、肃南、甘州 6 县区，三面环山，呈现山间盆地景观(马心依 2017; 钟锋 2017)。本文黑河干流中游地区，主要行政区域包括甘州、临泽和高台县，流域面积 1 2-1)。

额济纳绿洲,黑河流域,位置

图 2-3 额济纳绿洲在黑河流域的位置. 2-3 Location map showing the Ejina oasis in the Hei river 况于中国北部鄂尔多斯地区，流域面积 2600km2，于陶利苏木乡和巴音柴达木乡交界处的沙滩，是陆气候区，年降水量 300-500mm，年蒸发量 800也有部分湿地、林地和农田。主要来源于未固结的沙质沉积物和半固结砂岩的沉积物形成了非承压含水层。大部分地区的地下地下水埋深见图 2-4。
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P426.616;P333

【参考文献】