基于遥感的榆林地区生态脆弱性研究
【摘要】：中国是世界上生态脆弱区分布面积最大、脆弱生态类型最多、生态脆弱性表现明显的国家之一北方农牧交错带是我国面积最大、空间跨度最长、农牧交错特征最典型的生态脆弱区,是我国华北地区重要的生态屏障。陕西省榆林地区是我国北方农牧交错带的典型地区。本文以榆林地区为研究区,采用遥感(RS)和地理信息系统(GIS)相结合的手段,以景观生态学、气候学、数理统计等学科为理论指导,选取气候因子、土地覆盖、多时相遥感数据以及经济和人口压力等因素,综合分析了研究区生态环境时空变化及其脆弱性状况。利用趋势分析、突变分析、小波分析和景观格局指数等方法,定量分析了研究区气候因子、土地覆盖与景观格局和植被覆盖度的时空变化特征,构建了生态脆弱性评价指标体系,并利用信息集成模型定量评价了研究区的生态脆弱性状况,为我国干旱半干旱地区生态研究和环境评价提供理论基础和科学依据。得到以下结论：
(1)1970-2010年,榆林地区气候转暖,降水量季节和年际波动较大,太阳辐射量下降明显,干旱现象日益明显,气候变化所引起的生态脆弱性增加。近40年来,榆林地区年际气温波动上升,增幅范围在1.4-1.8℃之间,高于全国平均水平,冬季和春季的增温对气温增幅贡献较大。春、秋和冬季的气温指标趋于活跃。年降水量波动较大,变化趋势不明显。夏季降水量减少明显,春季降水量略微增加。春季降水量周期性变化频率减少,其他三个季节的频率增加。太阳辐射下降,且周期变化不明显。
(2)1985-2010年,榆林地区土地覆盖与景观格局变化所引起的生态脆弱性的空间差异增大。随着退耕还林(草)工程的实施,榆林地区东南部的林地面积增加,水体面积增加,耕地和草地面积减少；未利用土地和建设用地保持持续增长的趋势,主要分布在研究区的西北部,土地退化和城市化进程加剧。因此,土地覆盖引起的生态脆弱性在西北部是增加的,在东南部是减少的。景观格局变化以]995年为转折点。1995年前,景观的破碎程度逐渐减小,平均斑块面积逐渐增大,斑块间连通性逐渐增加,空间异质性和景观斑块结构的复杂性减小；1995年后,景观格局呈现相反的趋势。与2000年相比,2010年榆林地区景观格局较复杂,破碎程度较大,异质性和边缘效应较明显,连通性较差,易受到外界干扰和胁迫作用,生态环境比较脆弱。
(3)2000-2011年,榆林地区植被覆盖所引起的生态脆弱性在东南部是在减少的,在西北部的部分地区是增大的。2000-2011年榆林地区植被覆盖在时间尺度上呈现波动增长的趋势,极高覆盖度(Pv0.70)、高覆盖度(0.7Pv0.50)和中等覆盖度(0.50Pv0.30)的面积明显增加,其他等级覆盖度的面积呈现出不同程度的减少。从空间尺度上,2000-201]年榆林地区植被覆盖度呈现“东南高、西北低”的态势。近12年来,植被覆盖度在东南部增加明显,而西北部增加不显著,且植被退化现象依然存在。
(4)2000年和2010年榆林地区的生态脆弱性时空分布上呈“西北部趋于脆弱,东南部趋于稳定”的态势。与2000年相比,2010年榆林东南部6个县市的生态脆弱性降低,中部2个市县的生态脆弱性基本不变,西北部毛乌素沙漠边缘地带4个县市的生态脆弱性增加。2000年榆林地区气候较干旱,植被覆盖比较低,耕地和未利用土地的面积比较大,致使整个地区生态环境较脆弱,但因经济发展水平在空间上差异不明显,人为胁迫或干扰作用较小,因而生态脆弱性空间差异不明显。2010年人为因素作用在空间上体现得相对明显。在退耕还林(草)工程推动下,东南部林地面积增加,植被覆盖度明显提高,气候比西北部相对湿润,经济发展相对缓慢,人类活动的负面影响相对较小,因而生态脆弱性水平比较低,且有改善的趋势。西北部地区,植被覆盖度增加不明显,且未利用土地面积增加,经济发展迅速,城市化进程加剧,人类活动影响远远超出了其他生态脆弱性驱动因子的变化幅度,导致生态脆弱性程度增加。
复杂的地理环境和社会经济条件决定了榆林地区生态环境的敏感性和脆弱性,导致了生态脆弱性的时空差异。通过定量地评价和分析榆林地区生态脆弱性的驱动因素和脆弱性程度及其时空分布规律,为区域生态环境的恢复和治理供理论基础和决策依据,为我国北方农牧交错带生态环境调查和监测提供技术支持。本文创新点体现在：定量地分析了榆林地区气候、土地覆盖与景观格局和植被覆盖度的时空变化特征,揭示了各生态脆弱性的驱动因素和表征的时空变化特征,并结合其他生态脆弱性驱动要素(如地形地貌、人类社会经济发展状况等)来构建生态脆弱性评价指标体系。采用相同的数据处理方法和具有可扩展特性的信息集成模型评价了榆林地区生态脆弱性空间分布规律,为不同学科(如遥感、地理信息系统、景观生态学等)开展生态环境研究提供了切入点和思路,实现了不同学科在生态环境脆弱性研究中的综合应用。
【关键词】：遥感 气候变化 土地覆盖与景观格局 植被覆盖度 生态环境 【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：X171;P237
【目录】：
- 摘要5-7
- ABSTRACT7-10
- 目录10-13
- 图索引13-14
- 表索引14-15
- INDEX OF FIGURE15-17
- INDEX OF TABLE17-18
- 第1章 绪论18-35
- 1.1 选题背景与意义18-21
- 1.1.1 选题背景18-19
- 1.1.2 研究意义19-21
- 1.2 国内外研究现状21-30
- 1.2.1 国外研究现状22-24
- 1.2.2 国内研究现状24-29
- 1.2.3 存在问题29-30
- 1.3 研究内容与目标30-31
- 1.4 研究方法与技术路线31-33
- 1.5 论文章节安排33-35
- 第2章 研究区与数据来源35-48
- 2.1 研究区概况35-36
- 2.2 数据源及数据预处理36-48
- 2.2.1 气象数据36-39
- 2.2.2 土地利用数据39
- 2.2.3 遥感数据39-47
- 2.2.4 社会经济统计数据47-48
- 第3章 榆林地区生态脆弱性的气候成因分析48-64
- 3.1 气象因子的分析方法49-52
- 3.1.2 变化趋势分析49-50
- 3.1.3 周期性变化分析50-51
- 3.1.4 极端变化分析51-52
- 3.2 榆林地区气候因子的年际变化特征52-56
- 3.2.1 气温年际变化特征52
- 3.2.2 降水量年际变化特征52-53
- 3.2.3 太阳辐射年际变化特征53-54
- 3.2.4 气候年际周期变化特征54-56
- 3.3 榆林地区气候因子的季节变化特征56-61
- 3.3.1 气温季节变化特征56-58
- 3.3.2 降水量季节变化特征58-59
- 3.3.3 太阳辐射季节变化特征59
- 3.3.4 气候季节性周期变化特征59-61
- 3.4 气候变化对生态脆弱性的影响61-62
- 3.5 小结62-64
- 第4章 榆林地区土地覆盖变化对生态脆弱性的影响分析64-91
- 4.1 土地覆盖制图与时空分析64-70
- 4.1.1 土地覆盖的制图方法64-66
- 4.1.2 土地覆盖的时空分析方法66-67
- 4.1.3 景观格局的分析方法67-70
- 4.2 榆林地区土地覆盖的变化特征70-81
- 4.2.1 土地覆盖制图及精度评价70-74
- 4.2.2 土地覆盖的空间格局与动态变化74-77
- 4.2.3 土地覆盖类型的时空变化77-80
- 4.2.4 土地覆盖对生态脆弱性的影响80-81
- 4.3 榆林地区景观格局的变化特征81-89
- 4.3.1 景观格局的空间特征81-84
- 4.3.2 景观格局的时间特征84-88
- 4.3.3 景观格局对生态脆弱性的影响88-89
- 4.4 小结89-91
- 第5章 榆林地区植被变化与生态脆弱性分析91-105
- 5.1 植被指数的数据处理91-93
- 5.2 植被覆盖度的估算93
- 5.3 植被覆盖时间序列分析93-95
- 5.4 榆林地区植被覆盖度的时空变化95-103
- 5.4.1 植被覆盖度的时间变化95-97
- 5.4.2 植被覆盖度的空间变化97-100
- 5.4.3 不同县市植被覆盖度的时空变化100-102
- 5.4.4 不同土地利用类型植被覆盖度的时空变化102-103
- 5.5 植被覆盖变化对生态脆弱性的影响103-104
- 5.6 小结104-105
- 第6章 榆林地区生态脆弱性评价105-126
- 6.1 生态脆弱性评价方法106-118
- 6.1.1 生态脆弱性评价的理念106-107
- 6.1.2 生态脆弱性评价的指标选择107-110
- 6.1.3 生态脆弱性的评价模型110-111
- 6.1.4 生态脆弱性评价指标的处理方法111-114
- 6.1.5 生态脆弱性评价指标的数据处理114-118
- 6.2 榆林地区生态脆弱性评价的结果与分析118-123
- 6.2.1 榆林地区生态脆弱性的总体评价118-120
- 6.2.2 榆林地区生态脆弱性的时空变化120-121
- 6.2.3 榆林地区生态脆弱性分析与讨论121-123
- 6.3 生态环境治理与恢复的对策和建议123-124
- 6.4 小结124-126
- 第7章 结论与讨论126-130
- 7.1 研究结论126-127
- 7.2 主要创新点127-128
- 7.3 研究展望128-130
- 参考文献130-140
- 致谢140-142
- 博士期间科研情况142-144
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