黄土高原植被覆盖时空动态及其对气候因子的响应研究 ——以延安地区为例

论文摘要

植被是陆地生态系统变化、陆地表面能量交换和生物地球化学循环的敏感指标。本论文以全球气候变化为背景,在以下4方面研究了黄土高原中部植被和气候因子（降水和温度）的时空动态以及植被对气候变化的时空响应规律:首先分析了植被和气候因子的时空动态趋势;其次分季节探讨了气候因子之间交互效应对植被生长的影响;再次通过CA-Markov模型研究了延安地区近20年的土地利用动态变化并进行了预测,最后详细探讨和分析了植被和降水以及温度之间的时滞效应响应并讨论了在不同的立地类型和不同的植被类型下植被对降水和温度的时滞性响应。主要研究结果如下:（1）延安地区2000至2015年各个季节（生长季、春季、夏季、秋季和冬季）,植被都呈现出极显著的线性增长趋势,其中生长季植被每年的增长率为0.008。在2000年到2015年期间,延安地区的降水在春季呈现出极显著的上升趋势,增长率为1.44 mm/yr,并且除冬季外所有季节都呈现出降水增加趋势。生长季和夏季温度都呈现显著的下降趋势,下降率分别为-0.062 oC/yr和-0.073oC/yr,延安地区在2000年到2015年多数季节无变暖趋势,相反地在生长季和夏季还出现了温度显著下降的趋势。但是在秋冬季温度却有上升的趋势,意味着延安地区2000年到2015年有暖冬的趋势。对于生长季（4月至10月）,植被生长在前期（4月）主要受降水影响,并且植被生长和降水呈现出显著正相相关和极显著正偏相关关系,之后降水和温度对植被生长起到大致等同的作用（5月）;在生长季的中期（6月和7月）植被生长的主导因子变为温度,并且具有显著的负相关系数,此后在生长季后期（8月-10月）又不存在影响植被生长的主导因子。（2）在像素尺度上的植被与气候因子相关分析结果显示,春季植被和降水具有显著正相关性的区域分布比例较大,主要分布在研究区域西部、东部和中部的地区,而夏季植被与温度在大部分区域具有负相关性,其中显著性区域所占比例为37.5%。生长季温度和降水对EVI均具有极显著正主效应,生长季温度和降水对EVI的负交互影响显著。Simple Slope分析结果表明生长季的简单回归斜率随着降水量的增加而降低;当温度小于20度时降水对于温度在植被生长上起到明显的正向调和作用,并且随着温度的增加调和作用减弱。由Johnson-Neyman方法分析的结果表明,当生长季降水量的值低于151.28时（降水量观测值为8.28至209.30）,生长季温度对于EVI预测的简单斜率显著不等于零。（3）1995年到2005年期间,延安地区面积变化最大的土地利用类型是林地;而2005年到2015年期间,未利用土地的面积急剧增加,其中建设用地土地利用动态度为6.54%,即说明在2005年到2015年延安地区增加了大量的建筑用地;耕地的变化动态度为-1.45%,耕地面积呈现不断减少趋势,这可能和国家在黄土高原地区实施的退耕还林还草政策相关。CA-Markov模型预测的延安地区2025年土地利用类型结果表明2025年延安地区建设用地和未利用土地的动态度最高,分别为25.76%和156.65%。（4）考虑降水和温度对植被生长的延迟效应时,预测模型对植被生长的解释度将提高6.57%。植被对降水呈现出3-5个月不等的明显的时滞效应,低密度草地和耕地的时滞效应最短,有林地和高密度草地的时滞效应最长;植被对温度的呈现出了1和5个月的时滞效应,低密度草地时滞效应最短,高低度草地最长。草地随着其覆盖度的增加,对降水和温度的时滞效应都增加。降水和温度最佳组合模型的贡献率分布表现出明显的周期性规律和间歇式的聚集分布,且具有较大模型贡献率的模型更倾向于气候因子的月延迟数接近或者差距较大。植被对于降水的时滞效应与植被对于温度的时滞效应相比表现出了时滞时间长但强度弱的特征。（5）从生长季逐月时滞效应结果来看,植被的生长对于累积降水的时滞效应响应在生长季的不同月上存在较大变异;在生长季中的绝大部分月份（除了9月）,植被对于降水的时滞效应响应的正相关性和负相关性所占的比例较为接近,并且平均降水时滞月数呈现降低-缓慢上升-降低的趋势。植被对于温度平均延迟月数呈现明显的先增加-降低-增加的趋势。平均累积降水长度在生长季的每个月上变化较为平稳。不同植被类型对于温度的平均时滞月数在生长季的不同月上差异较大,而对于降水的平均时滞月数和平均累积降水长度的差异较小。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
•   1.1 国内外研究进展
•     1.1.1 土地利用/覆盖
•     1.1.2 气候变化
•     1.1.3 植被对气候变化的响应
•     1.1.4 时序植被指数监测植被动态
•     1.1.5 植被对气候因子的交互效应响应
•     1.1.6 植被对气候因子的时滞效应
•     1.1.7 黄土高原植被时空动态
•   1.2 研究背景及目的意义
•   1.3 主要研究内容
• 第二章 研究区概况、方法内容和技术路线
•   2.1 研究区概况
•     2.1.1 地理位置
•     2.1.2 地形地貌
•     2.1.3 气候特征
•     2.1.4 社会经济数据
•   2.2 研究内容
•     2.2.1 植被以及气候因子的时空动态趋势
•     2.2.2 植被对气候因子的时空响应
•     2.2.3 气候因子交互作用对植被生长的影响
•     2.2.4 土地利用动态
•     2.2.5 植被对气候因子的时滞效应响应
•     2.2.6 植被对气候因子的时滞效应强度
•   2.3 技术路线
•   2.4 数据
•     2.4.1 EVI数据
•     2.4.2 气候因子数据
•     2.4.3 土地利用数据
•     2.4.4 数字高程数据
•   2.5 研究方法
•     2.5.1 EVI和气候变化的趋势分析
•     2.5.2 相关和偏相关分析
•     2.5.3 带交互项的多元线性模型
•     2.5.4 简单斜率法和Johnson-Neyman法
•     2.5.5 CA-Markov模型
• 第三章 植被覆盖时空动态
•   3.1 引言
•   3.2 数据
•     3.2.1 数据来源
•     3.2.2 数据预处理
•   3.3 研究方法
•     3.3.1 EVI和气候变化的趋势分析
•     3.3.2 EVI与气候因子的相关和偏相关分析
•   3.4 结果
•     3.4.1 植被和气候因子的时间变异
•     3.4.2 气候因子对植被生长的季节性影响
•     3.4.3 植被和气候因子相关性每月变异
•     3.4.4 植被的空间分布趋势
•     3.4.5 植被与气候因子相关性的空间分布
•   3.5 讨论
•   3.6 小结
• 第四章 植被对气候因子交互作用的响应以及土地利用动态分析
•   4.1 引言
•   4.2 数据
•     4.2.1 数据来源
•     4.2.2 数据预处理
•   4.3 方法
•     4.3.1 带交互项的多元线性模型
•     4.3.2 简单斜率法和Johnson-Neyman法分析
•     4.3.3 CA-Markov模型
•   4.4 结果
•     4.4.1 气候因子对植被生长的主效应和交互效应
•     4.4.2 各季节气候因子与植被的预测交互效应
•     4.4.3 土地利用动态度
•     4.4.4 土地利用转移矩阵
•     4.4.5 CA-Markov模拟结果
•   4.5 讨论
•   4.6 小结
• 第五章 气候因子对植被生长的时滞效应
•   5.1 引言
•   5.2 数据
•     5.2.1 数据来源
•     5.2.2 数据预处理
•   5.3 研究方法
•     5.3.1 植被对气候因子响应的时滞效应
•     5.3.2 多重时滞组合模型
•     5.3.3 植被不同立地类型的时滞效应
•   5.4 结果
•     5.4.1 植被对气候因子响应的时滞效应
•     5.4.2 基于气候因子的多重延迟组合的多元线性回归模型预测
•     5.4.3 气候因子的最佳时滞效应多重组合模型的交互效应
•     5.4.4 不同立地类型下植被对气候因子时滞效应的响应
•   5.5 讨论
•   5.6 小结
• 第六章 植被对气候因子的时滞效应强度分析
•   6.1 引言
•   6.2 数据
•   6.3 研究方法
•     6.3.1 像素尺度上的偏相关分析
•     6.3.2 累积降水与植被多时相偏相关分析
•   6.4 结果
•     6.4.1 所有生长季植被对气候因子时滞效应强度
•     6.4.2 生长季每月植被对于气候因子的时滞效应响应的空间分布
•     6.4.3 生长季每月植被对于气候因子的时滞效应统计分析
•   6.5 讨论
•   6.6 小结
• 第七章 主要结论与研究展望
•   7.1 结论
•   7.2 创新点
•   7.3 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介

文章来源

类型: 博士论文

作者: 朱娴

导师: 张硕新,毛晓利

关键词: 气候变化,黄土高原,植被,时滞,交互作用

来源: 西北农林科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学

单位: 西北农林科技大学

基金: 国家科技部基金(编号:2015BAD07B050202)

分类号: Q948

总页数: 124

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