黄土高原气象干旱时空变化及其对植被的影响

发布时间：2020-06-12 09:25

【摘要】：干旱是影响社会经济系统和自然生态系统的重要气象灾害,了解干旱变化特征对于指导农业生产和植被建设具有重要意义。黄土高原是典型的生态脆弱区域,植被建设是区域生态恢复的重要举措,而植被生长与干旱变化之间存在着复杂的响应机制,不同环境中干旱对植被生长的影响不同,同时植被变化也会影响区域气候,进而对干旱变化产生反馈作用。本研究基于黄土高原83个地面气象站的降水、气温、日照、风速等数据,计算了黄土高原2000—2016年的标准化降水蒸散发指数(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index,SPEI)分析干旱的时空变化特征;并使用(Rotational empirical orthogonalmatrix,REOF)分析黄土高原的干旱特征分区;使用SPEI结合对应时段的归一化植被指数(Normal Difference Vegetation Index,NDVI),分析不同情况下植被生长对干旱变化的响应规律;同时评估了黄土高原植被的干旱脆弱性。主要研究结果有:1.研究时段内黄土高原整体呈湿润化趋势,SPEI呈增加趋势的面积达76.79%,其中显著增加的面积约为10.53%,集中分布在六盘山和白于山区。秋季和冬季SPEI变化趋势的空间分布与年变化趋势空间分布一致性好。年均SPEI和各季节SPEI均为增加趋势,其中年均SPEI的趋势率为0.18/10a,各个季节中,夏季SPEI趋势率高达0.27/10a,表明黄土高原夏季湿润化趋势最为明显。黄土高原的干旱事件主要为轻度干旱和中度干旱,且两者的年发生频次均呈降低趋势,趋势率分别为-0.35次/10a和-0.18/10a。2.使用旋转经验可将黄土高原分为东南区、东北区、西北区和西南区。东南区春夏两季为湿润化趋势,秋冬两季为干旱化趋势,其余分区四季均为湿润化。各分区SPEI变化具有较好的一致性,东南区和东北区、西南区,以及东北区和西北区不同季节的SPEI变化均为显著正相关。各分区间气象要素和下垫面差异显著,其中降水量差异最大,高程次之,土地利用差异最小。3.生长季内,NDVI与SPEI均为正相关,相关性的年内变化为先增加后减小,4月份相关性最差,7月份最好,6—9月份的相关性均通过显著性检验。不同土地利用类型下的NDVI与SPEI呈显著正相关的面积比例在草灌类型下最大(62.54%),耕地次之(52.97%),而在森林类型下呈显著正相关的面积比例最小(25.62%)。不同地貌下,NDVI与SPEI在丘陵和低山地区的相关性最好,而在低位平原和高山的相关性较差。NDVI与SPEI的相关性与高程、湿润度以及温度的变化存在非线性响应关系,NDVI与SPEI显著正相关的区域面积比例随海拔的升高先增加后减小,最大值出现在在1500—2000 m范围内;随着湿润度的降低,NDVI与SPEI显著正相关的面积比例先呈增加趋势,在湿润度0.2—0.4范围达到最大(70.26%),在湿润度小于0.2的地区降低到36.13%;NDVI与SPEI显著正相关的面积在年积温低于2000 d·℃地区仅为17.92%,而在2000—3000d·℃地区达60.50%,年积温继续升高相关性有所下降。4.基于植被生长对干旱的响应规律,通过地理探测器结合层次分析法,对黄土高原植被干旱脆弱性进行评价发现:各因子对植被的干旱脆弱性影响排序为:湿润度地貌土地利用类型高程年积温。在黄土高原,植被干旱脆弱性评价结果主要为中脆弱性(30.13%)和高脆弱性(36.62%),整体空间分布特征为东南低,西北高。植被干旱脆弱性的决定因子主要为湿润度和地貌,所占的面积比例分别为69.97%和24.02%。2005—2015年间,黄土高原植被干旱脆弱性整体为降低趋势,发生变化的面积共计26.67万km~2,其中脆弱性升高的面积为7.64万km~2,降低的面积为18.96万km~2。
【图文】：

点空间,黄土高原,气象站

第二章资料与方法第二章资料与方法究区概况黄土高原位于黄河流域中上游，东起太行山，西至贺兰山与日月山，南起北抵阴山（东经 100°54′—114°33′；北纬 33°43′—41°16′），总面积约 62.5 公里，囊括山西、陕西、甘肃、宁夏的大部分地区和内蒙古、河南、青海地区[134]。在研究区内共有 84 个国家气象基准站（图 2-1）。

空间分布,空间变化,黄土高原,类型转换

图 2-2 2000—2015 年耕地与建设用地空间变化Fig.2-2 Distribution of cropland and built-up land on Loess Plateau during 2000-2015图 2-2 为 2000—2015 年耕地与建设用地空间变化。研究时段内，黄土高原耕地面积共减少了 0.53 万 km2，其中耕地转换为其他类型的面积为 0.80 万km2，主要为耕地转换成建设用地和草灌；其他类型转换为耕地的面积为 0.27万 km2，主要为草灌和未利用地转换为耕地。在空间分布上，黄土高原东南部耕地持续减少，尤其是在关中平原、陕北以及陕西北部，而在黄土高原西北部，，耕地面积呈增加趋势。建设用地面积共增加了 0.53 万 km2，其中建设用地转换为其他类型的面积为 0.01 万 km2；其他类型转换为建设用地的面积为 0.54万 km2，主要为耕地和草灌转换为建设用地。空间分布上，各地的建设用地面积均为增加趋势，其中关中平原、宁夏平原以及内蒙古的呼和浩特市以及包头市增加最为明显。2.2.3 黄土高原高程与地貌数据地形资料采用 NASA 发布的数字高程数据（DigitalElevationModel，DEM）
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：Q948

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