气候变化和人类活动对祖厉河流域植被覆盖的影响

发布时间：2020-10-30 03:49

　　 黄土高原是世界上水土流失最严重的区域之一,生态环境脆弱,植被覆盖极易受到气候变化和人类活动等外界因素的影响。近几年的研究表明,黄土高原的植被覆盖发生了很大的变化。然而,祖厉河流域作为黄土高原水土流失最为严重的地区之一,它的植被覆盖度变化以及机制的研究却很少。详细的分析植被覆盖变化及其机制可以为祖厉河流域地区提供科学和准确的研究数据,为后续植被保护以及政策推广等提供理论依据。本文利用美国陆地卫星(Landsat)的专题制图仪(TM)/增强型专题制图仪(ETM+)/陆地成像仪(OLI)影像数据和地球观测系统(EOS)系列卫星中分辨率成像光谱仪(Modis)影像数据分析了祖厉河流域归一化植被指数(NDVI)在1999–2016年的时空变化,并且根据政策规定的退耕坡度进一步细化,详细分析了祖厉河流域0–6°、7–15°、16–25°、26–40°和大于40°五个坡度梯度范围NDVI的变化情况,分析坡度是否是影响祖厉河流域NDVI变化的主要因素。监督分类制作祖厉河流域2001年和2011年的土地利用,并计算土地利用类型未发生和发生改变区域的NDVI变化,从而定量分析人为因素对NDVI变化的影响。最后,本文计算了不同土地利用类型的NDVI与气候因素包括降水、气温和标准降水蒸腾指数(SPEI)的关系,进一步分析气候变化对流域NDVI变化的影响。草地生态系统比较脆弱和敏感,人类活动和气候波动都会对草地植被覆盖产生较大的影响。但是,定量的分析人类活动和气候变化对黄土高原草地植被覆盖影响的研究还较少。本文首先分析祖厉河流域草地NDVI与气候变化、社会经济的关系,观察草地与自然因素和人为因素的关系。再通过研究四个常用的净初级生产力(NPP)模型,从中选取较为适合祖厉河流域草地的一个模型,并利用实际生物量数据率定该模型。最后,利用率定模型计算的NPP以及NPP与NDVI的关系式定量计算出受气候影响的NDVI(NDVI_(climate))和人类活动影响的NDVI(NDVI_(human))。基于卫星影像数据结果发现,祖厉河流域植被指数在第二阶段(2011-2016)比第一阶段(1999-2002)大43.04%,而且NDVI随年际的增加呈现显著的线性关系。祖厉河流域第二阶段的NDVI在所有坡度梯度都大于第一阶段,但是两个阶段的NDVI变化均随着坡度的增加而降低,0–6°梯度的NDVI增加最多,为0.061,但是由于7–15°梯度的面积最大(5037km~2),因此对祖厉河流域NDVI的增加贡献最大(占比为47.61%)。在土地利用类型没有变化的土地,草地的NDVI增加最大(0.067);土地利用类型发生改变的土地,弃耕地转化为林地的NDVI增加最大(0.087)。在2011年农田的土地利用类型(由弃耕地、农田、林地和草地转变而来)NDVI增加最大(0.066),但转变为草地的NDVI增加对流域NDVI增加贡献最大(51.39%)。祖厉河流域整体NDVI与气候因素包括SPEI、降水和气温之间关系都不显著。但是在流域局部地区,例如土地利用类型没有发生变化的区域,弃耕地和草地的NDVI与SPEI和降水存在显著的线性关系,它们受到气候和政策双重作用。其它土地利用类型NDVI变化与气候因素也没有显著关系。祖厉河流域草地NDVI与气候因素如SPEI和降水以及社会发展数据如夜光数据和人口数据有显著的关系。NCEAS模型是四个净初级生产力模型中最符合祖厉河流域草地的模型。基于TM数据计算人类活动和气候变化的影响显示人类活动会造成祖厉河流域草地整体NDVI下降,但是人类活动造成NDVI下降的趋势逐渐减弱,人类活动影响的NDVI即NDVI_(human)值在研究期间逐渐增加。基于Modis数据计算的结果显示人类活动导致了祖厉河流域草地全年NDVI、春季NDVI、夏季NDVI和秋季NDVI下降,其中人类活动对夏季NDVI的影响最大,对秋季NDVI的影响最小。全部的NDVI_(human)值在研究期间都逐渐增加。人类活动是祖厉河流域草地2000-2016年期间全年NDVI、春季NDVI、夏季NDVI和秋季NDVI增加的主要因素。综上所述,退耕还林还草工程对草地的保护和植树造林以及农业发展带来的农田植被覆盖增加是祖厉河流域NDVI增加的主要因素,坡度以及气候变化并不是影响NDVI变化的主要因素。人类活动对草地的影响以破坏为主,但是人类破坏活动的减少和保护行为的增加是祖厉河流域草地NDVI增加的主要因素。
【学位单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：Q948
【部分图文】：

祖厉河流域的位置图

表 1 计算 NDVI 的 Landsat 卫星影像。Table 1 The images of Landsat which to calculate NDVI.时间 卫星 是否噪音污染1999.07.18 Landsat 5 否2000.08.30 Landsat 5 否2001.07.31 Landsat 5 否2002.08.19 Landsat 5 否2011.07.27 Landsat 8 否2013.08.01 Landsat 8 否2015.08.23 Landsat 8 否2016.08.10 Landsat 8 否由于 Landsat 卫星数据在时间上并不连续，本文希望选取连续的影像进行补充，所以选取了 Modis 影像(https://ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov/)。Modis 影像NDVI 直接提取自 Mod13Q1 产品，分辨率为 250 米，影像产生周期与 Landsat一样，都是 16 天。

据气象数据包括月降水和月平均气温数据均在中国cma.cn/）下载。在网站中，祖厉河流域及其周围一共2016 年持续更新气象数据的站点有 7 个，所以本文只，并根据 ArcGIS10.2 进行插值和汇总得到祖厉河流域据和坡度数据Digital Elevation Model）是数字高程模型的简称，它是示地面高程的一种实体地面模型。通过 DEM（图 1域的地形走势，每个区域的海拔变化以及山峰河谷的中国科学院数据云（http://www.csdb.cn/）中的地理空EM 的分辨率为 30m，与 Landsat 相同，可以更好地进是通过ArcGIS10.2软件中的“栅格表面”模块将DEM 30m。
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本文编号：2861943