宁夏不同植被类型NDVI变化特征及其对气候的响应.pdf
《宁夏不同植被类型NDVI变化特征及其对气候的响应.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《宁夏不同植被类型NDVI变化特征及其对气候的响应.pdf(14页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第45卷第4期2023年7 月潘金金,任宗萍,背世斌,等.宁夏不同植被类型NDVI变化特征及其对气候的响应J.地球科学与环境学报,2 0 2 3,45(4):8 19-8 32.PAN Jin-jin,REN Zong-ping,XU Shi-bin,et al.Variation Characteristics of NDVI of Different Vegetation Types in Ningxia,China andTheir Responses to ClimateJ.Journal of Earth Sciences and Environment,2023,45(4):819
2、-832.D0I:10.19814/j.jese.2022.08030地球科学与环境学报Journal of Earth Sciences and Environment宁夏不同植被类型NDVI变化特征及其对气候的响应Vol.45No.4July2023环境与可持续发展专刊潘金金1,任宗萍1*,胥世斌,李许垚涛1,任正奠(1.西安理工大学西北旱区生态水利国家重点实验室,陕西西安7 10 0 48;2.西吉县滥泥河流域水土保持试验工作站,宁夏西吉7 56 2 0 0;3.西安理工大学旱区生态水文与灾害防治国家林业和草原局重点实验室,陕西西安7 10 0 48;4.中国水利水电科学研究院,北京10
3、 0 0 38;5.宁夏回族自治区水土保持监测总站,宁夏银川7 50 0 0 2)摘要:定量分析植被覆盖变化的驱动机制,探索植被与气候因子之间的关系,对区域生态环境评价和水土保持具有重要意义。基于19 9 8 2 0 19 年宁夏归一化植被指数(NDVI),采用趋势分析、偏相关分析和穴余分析方差分解等方法,研究不同植被类型NDVI时空变化特征及其驱动因子。结果表明:宁夏NDVI整体呈波动上升趋势,NDVI年增长速率为0.0 0 7 1年-1,春季增长速率最低(0.0 0 2 3年-1),秋季增长速率最高(0.0 0 7 5年-1);针叶林、灌丛和荒漠NDVI在夏季增长速率最大,阔叶林、农田、草
4、原和草甸NDVI在秋季增长速率最大。在年际尺度上,93.4%的区域NDVI呈现改善趋势;不同季节内,春季植被退化严重,16.6%的植被面积呈现减少趋势,主要发生在北部引黄灌区,其他季节植被退化的区域集中在银川市周边;气候是影响植被变化的主要因素,全年和春季NDVI与温度成正相关关系,夏季NDVI与温度成负相关关系,不同季节内NDVI与降水量均成正相关关系。关键词:归一化植被指数;植被类型;时空变化;温度;降雨;方差分解;相关性;宁夏中图分类号:Q948.112;X17 1.1;X8 7 文献标志码:A文章编号:16 7 2-6 56 1(2 0 2 3)0 4-0 8 19-14Variati
5、on Characteristics of NDVI of Different Vegetation Typesin Ningxia,China and Their Responses to ClimatePAN Jin-jin,REN Zong-pingl*,XU Shi-bin,LI Pengl3,ZHANG Xiao-ming,(1.State Key Laboratory of Eco-hydraulics in Northwest Arid Region of China,Xian University of Technology,Xian 71o048,Shaanxi,China;
6、2.Xiji Indiscriminate Mud River Basin Soil and Water Conservation TestWorkstation,Xiji 756200,Ningxia,China;3.Key Laboratory of National Forestry and Grassland Administrationon Ecological Hydrology and Disaster Prevention in Arid Regions,Xian University of Technology,Xian 71o048,Shaanxi,China;4.Chin
7、a Institute of Water Resources and Hydropower Research,Beijing 10o038,China;5.Ningxia Soil and Water Conservation Monitoring Station,Yinchuan 750002,Ningxia,China)收稿日期:2 0 2 2-0 8-18;修回日期:2 0 2 2-11-13基金项目:国家自然科学基金项目(42 0 7 7 0 7 4,518 7 92 8 1)作者简介:潘金金(1997-),女,河南信阳人,工学硕士研究生,E-mail:p a n j i n j i
8、n 16 16 3.c o m。*通讯作者:任宗萍(198 2-),女,山东潍坊人,副教授,理学博士,E-mail:r e n z p x a u t.e d u.c n。鹏1.3,张晓明4,XU Yao-taol,REN Zheng-yans投稿网址:http:/je s e.c h d.e d u.c n/820Abstract:It is important to quantitatively analyze the driving mechanisms of vegetation coverchanges and explore the relationship between veg
9、etation and climate factors for regional ecologicalenvironment evaluation and soil and water conservation.Based on the normalized differencevegetation index(NDVI)in Ningxia from 1998 to 2019,the trend analysis,partial correlationanalysis and variance decomposition of RDA were used to investigate the
10、 spatial-temporalvariation characteristics of NDVI of different vegetation types and their driving factors.Theresults show that the annual growth rate of NDVI is 0.007 1 a-1,with the lowest NDVIgrowth rate in spring(0.002 3 a-1)and the highest NDVI growth rate in autumn(0.007 5 a-1);the NDVI growth
11、rates of coniferous forests,shrub and desert are the highest in summer,andthe NDVI growth rates of broad-leaved forests,farmland,grasslands and meadows are thehighest in autumn;on the annual scale,93.4%of the regional NDVI show an improvingtrend;within different seasons,the vegetation degradation is
12、 serious in spring,16.6%of thevegetation area show a decreasing trend,which mainly occur in the yellow irrigation area ofnorthern Ningxia,and the degraded areas in other seasons are concentrated around Yinchuancity;climate is the main factor affecting the vegetation change,NDVI is positively correla
13、tedwith temperature throughout the year and in spring,while NDVI and temperature are negativelycorrelated in summer,and NDVI and precipitation are positively correlated in different seasons.Key words:NDVI;vegetation type;spatial-temporal change;temperature;rainfall;variancedecomposition;correlation;
14、Ningxia0 引 言植被指数是评估生态系统脆弱性的重要指标,干旱区和半干旱区作为水分限制地区,其植被生长具有较大的季节与年际变化特征。归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)能够真实地反映和评价植被生长状况,被广泛用于区域植被变化特征的研究1-4。作为植被生长发育所必须的因子,气候在植被活动变化中起着重要作用5。例如,Jiang等对1998 2 0 18 年中国生态环境时空变化及其驱动因子进行了全面分析,认为降水量为2 0 0 6 0 0 mm的地区生态环境改善最快6 ;马晓妮等研究了黄土高原砂岩区19 9 9 2 0 18
15、年NDVI变化,发现降水量、温度是影响该区植被覆盖空间分布的主导因素,除年际气候变化外,各季节的温度和降水量变化同样可以影响植被物候的年度循环7。气候变化条件不同则植被脆弱性表现出不同的模式,为厘清植被与气候变量的关系,需要进一步研究不同季节内的植被变化特征。颜明等研究认为,黄河流域NDVI在年际尺度上具有增加趋势,且增加区域面积所占比例较高,而夏季、秋季具有增加趋势的区域较少,不同时间尺度NDVI变化趋势并不完全相同8 1。Karnieli等将地表温度表示的能量看地球科学与环境学报作气温,通过研究欧洲长期植被与温度的空间和季节分布,得出春季8 0%的生物群系与温度显示出显著正相关关系,而夏季
16、大多数生物群落与温度成负相关关系9。然而,植被生长的响应不仅取决于气候条件和气候变化趋势,还取决于植被的生物特征10-12 。例如,在青藏高原东部,草甸的径向生长受到气候变暖的促进,而草原的径向生长受气候变暖的影响造成生长期缩短13。而Girardin等研究发现,升温虽然促进植被生长,但植被的生长同时受土壤水分的有效性、植被呼吸、CO2浓度等因素的抑制14。由于植物生长特性的差异,不同植被类型NDVI对气候和人类活动的响应也不尽相同15-16 。现有研究通常把某一区域NDVI作为总体考虑,探讨植被覆盖变化及其驱动因子,虽然为评估生态系统演变提供了参考,但由于缺乏对不同植被类型的考虑,在区域植被
17、评估与建设中无法提供精准指导,呕需加强对不同植被类型NDVI的研究工作。因此,了解不同生物群落对气候变化的不同响应,对于了解植被与气候变化的关系至关重要。黄河流域生态脆弱17、干旱缺水18 、人类活动压力大19。经过多年的治理,黄河流域生态环境得到改善,但仍普遍处于中等生态脆弱性水平,且呈现明显的地理空间分异2 0 1。宁夏作为建设黄河流域生态保护和高质量发展先行区,生态环境质量呈现2023年第4期不断变好趋势,但气候变暖改变了宁夏区域植被分布格局,进而影响黄河流域生态环境2 1。为进一步了解宁夏不同植被类型生长变化趋势及其主要驱动因子,本文基于19 9 8 2 0 19 年NDVI数据,采用
18、趋势分析、相关分析及穴余分析(RedundancyAnaly-sis,RDA)等方法,对宁夏不同植被类型在不同季节(春季、夏季、秋季、全年)内NDVI的变化趋势及空间分布特征进行分析,并结合地形、地理和气候因子等,探讨影响不同植被类型NDVI变化的主要驱动因子,为建设宁夏黄河流域生态保护和高质量发展先行先试区提供科学依据。1研究区概况宁夏位于黄河流域上游,纬度范围为3514N392 3 N,经度范围为10 417 E10 7 39 E(图1),下辖5个地级市,形状呈南北长、东西窄,南北跨度约456 km,东西跨度约2 50 km,总面积为6.6 4104km。宁夏属温带大陆性干旱半干旱和半湿润
19、地区,年平均气温为7.510.2,自南向北递增;年降水量为17 7.6 6 9 0.2 mm,自南向北递减。宁夏海拔为9 56 3538 m,地势呈现西南高、东北低的分布特点,南北地势最大高差为2 58 2 m。受气候和地形共同影响,宁夏植被类型以农田、荒漠和草原为主,在南部和北部山区还分布有一些针叶林和阔叶林。2娄数据来源与分析方法2.1楼数据来源本研究所用的NDVI数据来源于中国科学院资源环境科学与数据中心(网址为https:/w w NDVI卫星遥感数据。该数据在月尺度的基础上采用最大合成法生成19982 0 19年不同季节及不同年份NDVI数据,并通过投影变换、镶嵌、裁切等处理得到宁夏
20、NDVI数据集。气象数据来源于国家气象科学数据中心(网址为http:/d a t a.c ma.c n/),该数据集包括气压、温度、降水量、空气湿度、风速等气候因子。本研究采集了宁夏和周边省区共42 个气象站点19 9 8 年1月1日至2 0 19 年12 月31日的日降水量和温度数据,将日尺度数据处理为月尺度数据,通过ANUSPLIN软件插值生成1998 2 0 19年各年平均温度、年总降水量和不同季节内温度、降水量均为1km分辨率潘金金,等:宁夏不同植被类型NDVI变化特征及其对气候的响应106武内蒙古省会气象站点高程/m3538956黄河60 km一图1宁夏地理位置及高程分布Fig.1G
21、eography Location and Distributions ofElevation of Ningxia的栅格空间数据集,实现数据空间分辨率的统一。DEM数据来源于地理空间数据云(网址为ht-tps:/ m。对DEM数据重采样为1km,并通过镶嵌、裁切等处理得到研究区DEM数据;基于DEM在ArcGIS软件中获取本研究所需的地形因子(高程、坡度、坡向)。地理因子(经度、纬度)由栅格转点计算而来。植被类型数据于2 0 0 1年正式发行,来源于中国科学院资源环境科学与数据中心,空间分辨率为1km。该数据反映了我国11个植被类型组,分别是针叶林、针阔叶混交林、阔叶林、灌丛、荒漠、草原、草
22、丛、草甸、沼泽、高山植被、栽培植被。本文将栽培植被归为农田。据此,宁夏植被类型可被划分为农田(面积为2.4X104km,占比35.7%)、荒漠(1.7 104km,25.0%)、草原(2.2 X104km,32.6%)、灌丛(2 2 96.9km,3.5%)、草甸(944.1km,1.4%)、针叶林(36 8.7 km,0.6%)和阔叶林(512.2 km,0.8%)等7 类(图2)。2.2分析方法2.2.1Sen十Mann-Kendall趋势分析Sen十Mann-Kendall趋势分析2 2 用于长时间821104105沙坡海原西甘肃107N39铜峡灵武盐池红寺堡陕西37乡阳3638822N
23、4沙坡头草甸针叶林阔叶林图2 2 0 0 1年宁夏植被类型分布Fig.2 Distribution of Vegetation Types of Ningxia in 2001序列的植被数据分析,可用来分析宁夏植被多年变化特征。其计算公式为=Mediani一i式中:i、,分别表示第i年和第年的NDVI值;0表示时间序列呈上升趋势;0表示时间序列呈下降趋势。Mann-Kendall趋势分析是非参数统计检验方法。对于时间序列;,i=1,2,n,定义标准化检验统计量Z为VVar(S)Z=人0S+1VVar(S)一1S=2,2sgn(a,-2.)i=1j=i+1+1sgn(a;-;)=o(-1Var(
24、S)=n(n-1)(2n+5)18地球科学与环境学报105106正贺西夏永宁青铜峡灵武盐池红寺堡海原原州西吉隆德经源S-1S=0S0;-;=0a;-a;o2023年107式中:sgn代表sign函数式;n是植被数据序列长惠衣度;当n8时,检验统计量S近似为正态分布,均39值为O;Var(S)为方差;Z为标准化检验统计量,用来确定显著性;在给定显著性水平下,1Zl1.96表示趋势通过置信度为9 5%的显著性检验,IZ|0-1,.961.96=0-1.961.96-1.961.960NDVI变化趋势等级明显改善轻微改善稳定轻微退化严重退化60km密切程度。研究3个或者3个以上变量的关系,实际中一个
25、变量的变化受到多个变量综合影响2 3。为明确气候因子对NDVI影响的地理差异,基于像元对1998 2 0 19年春季、夏季、秋季、全年NDVI与温度、降水量之间进行Pearson偏相关分析,在剔除其他气候因子的影响下,探索 NDVI与单一气候因子之间的联系。计算公式为(1)r(ay,2)=V(1-r)(1-r%)式中:r(ry)为固定变量之后,因变量与自变量的偏相关系数;rry为变量与变量之间的相关系数;r为变量与变量之间的相关系数;r为变量与变量之间的相关系数。偏相关分析是指当两个变量同时受其他因素影响时,剔除其他影响因素,只考虑两个变量之间的关系。计算公式为(2)Z(X;-X)(Y,-Y)
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 宁夏 不同 植被 类型 NDVI 变化 特征 及其 气候 响应
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。