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《山东大学》 2007年
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黄河三角洲植被覆被分布特征及其动态变化研究

吴大千  
【摘要】: 区域尺度上的植被覆被变化对区域生态安全格局的维系有着重要的作用。黄河三角洲是我国乃至世界造陆速度最快的河口三角洲之一,土地利用/土地覆盖变化迅速而又复杂。目前对于黄河三角洲植被动态的研究或偏重于传统生态学中植物群落与环境因子之间的对应关系或者偏重于社会属性的土地覆被变化动态的研究,仍然缺乏针对植被覆被的大尺度的动态研究。 利用一景SPOT图像对黄河三角洲植被覆被的宏观分布规律进行了研究,结果表明综合利用3S技术对植被分布的宏观规律进行研究是可行的。黄河作为本区域最大的淡水来源,在宏观上反映了水分的梯度,但是由于黄河周边地区人类耕作等干扰的影响使得植被类型随黄河距离分布的规律不甚明朗,同时黄河入海口区域的存在也让使得植被类型随黄河距离分布的规律不甚明朗。海岸线从宏观上是盐分的梯度。但是同样由于黄河入海口的存在和滩涂分布的不均一性使得使得植被类型随海岸线距离分布的规律不甚明朗。黄河三角洲主要植被类型的平均盐分含量和平均海拔表现出较好的分异特征,盐地碱蓬的含盐量最高,柽柳芦苇>柽柳碱蓬白茅草甸>柽柳林>芦苇>林地;盐地碱蓬群落多分布于海拔较低的低平洼地,而农田和林地多分布于黄河三角洲的河成高地或者地势相对较高的区域,因此其分布的海拔相对较高。平均最近邻体距离分析表明所有的天然植被类型空间分布均表现为聚集分布。平均中心分析极好的体现了植被覆被类型的演替特征。与海岸线垂直方向上的分布代表盐生演替序列,而与黄河垂直方向上的分布代表湿生演替序列。 利用卫星影像生成植被指数NDVI对植被覆被变化进行分类前比较,并在检测检验的过程中使用了小波分析的方法,取得了较好的效果。对三期影像提取出来的NDVI研究表明,黄河三角洲NDVI指数的高值区主要分布在黄河沿岸和黄河故道,这和已有的研究结果是一致的,而海岸线沿岸则是NDVI相对较低的区域,这种分布与该区域的土壤盐分分布有关。整体上讲,黄河三角洲1996~2005年间NDVI值的变化不剧烈,较为平缓。1996~2001和2001~2005年间NDVI的变化显著区域表现出了“环状分布”的特征,NDVI变化的显著区域主要集中于海岸带缓冲区范围内,而变化最为显著的区域位于海岸带的缓冲区的离海外围区域。1996~2001年间变化不显著区域小于2001~2005年间变化不显著区域。三个水平上的小波处理图像仍然表现出和原有影像相类似的“环状分布特征”。Level1,Level 2影像和原有NDVI变化影像变化差异不大,而Level3影像则去除了相当一部分噪声值和奇异值,其影像所表现出来的变化区域可以从一定程度上反映NDVI变化的规律性。 利用卫星影像生成植被覆被图对植被覆被变化进行分类后比较。根据先前研究成果和黄河三角洲实地考察,本研究确定黄河三角洲植被覆被研究的分类体系为:水域、芦苇、林地、耕地、灌草地、滩涂、居民工矿用地和未利用土地。在1996-2001年间,植被变化趋势较为平缓,而在2001—2005年间,植被变化较为剧烈,主要表现为未利用土地的大量减少和芦苇地的相对增加。重分类的二元图像表明,黄河三角洲分类后比较的结果和分类前比较的结果表现出不同的特征,但是均表现为上文所提到的环状分布。 利用数量统计学方法对覆被变化的驱动力进行了分析。对不同环境要素的单因子辨识分析表明:25.64%的覆被变化发生在距海岸线0-5Km的区域内,而在0-10Km区域内发生的覆被变化占到全部覆被变化栅格总数的47.20%。随着距城市中心距离的增加,发生变化的栅格数表现出了起伏型的变化,主要的变化区域为距城市中心10Km到25Km的范围内。随着距黄河距离的增大,发生变化的栅格的数目呈递减趋势。大约44.79%的植被覆被变化发生在距黄河0~10Km的区域内,而0~5Km的距离内又是植被覆被发生变化的重点区域。发生变化的栅格主要集中在高程为-0.20~0.60m的区域,而随着高程的增加,发生变化的栅格数呈现起伏型变化。随着距最近道路距离的增加,发生变化的栅格数是急剧递减的,68.14%的变化发生在距道路0~1Km的距离内,道路的可达性在一定程度上代表了人类干扰,而绝大多数变化发生在道路的0~1Km范围内,表明植被覆被的变化主要是由人类干扰引起的。利用300m×300m的滑动窗口,对1996~2001年间的二分变化图层进行扫描,统计每一个窗口中100个栅格中变化栅格的数目,以其作为土地覆被发生变化的概率。并同时统计相应栅格位置上的栅格到海岸线的距离(Lc),栅格到黄河的距离(Ly),栅格到区域内两个重要城镇仙河和孤岛的距离(Lxg),栅格到黄河三角洲区域内主要道路的距离(Lr),栅格所处地理位置的高程(Ee)等变量的平均值,进行逐步多元回归,得到回归方程: p=(65.892-0.0049*Lr-0.044*De+0.00062*Lc-0.000065*Lxg)/100(F=1883.9,p=0.000) 由方程可知,高程对变化概率的影响最大,距道路距离的远近、距海岸线的距离和到城市中心的距离次之。值得注意得是栅格到黄河的距离(Ly)并没有入选回归方程,这可能黄河对植被覆被的影响只在一定距离存在有关。 利用DCCA方法对黄河三角洲景观格局与人类干扰之间的关系进行了研究。景观指数矩阵前两个排序轴所能解释的方差比分别为81.6%和8.3%,累计的方差解释比为89.9%,足以反映不同区域景观格局特征。耕地所占面积比重(PF)和第一轴的相关性最大,人口密度(POD)、城市居民建设用的所占比重(PB)、水域所占比重(PW)次之,而在第二轴相关性最大的则是人均农业产值(AA),城市居民建设用的所占比重次之。由于第一轴所占的方差解释比达到了81.6%,因此可以认为决定黄河三角洲景观格局最重要因素是耕地所占面积比重,而人口密度、城市居民建设用的所占比重、水域所占比重次之。景观格局指数矩阵在Canoco中进行非约束性的排序,其特征值之和为0.00631,利用景观格局指数为排序变量,人类干扰数据为约束变量,排序得到的特征值之和为人类干扰数据所能解释的景观格局的变异水平,其特征值之和为0.006,黄河三角洲景观格局中人类干扰数据所能解释的百分比为95.08%,因此黄河三角洲景观格局的形成主要是人类活动的结果。 基于CA模型完成多类型植被覆被模拟研究和植被覆被变化及人类干扰模拟预测研究。利用5×5滤波窗口和转换面积矩阵和条件概率图像进行运算,从而确定元胞状态的转移,模拟了2005年黄河三角洲多类型植被覆被分布图,并与2005年实际分布图进行比较。CA模型分为两类,一类是用Markov模型对2005年的不同植被覆被类型数量进行预测,另外一类是以2005年实际植被覆被类型数量为约束条件。利用Cohen's Kappa系数对模型模拟的结果进行了检验,CA_Markov模型的总体模拟精度为46.94%,Kappa系数为0.379,而CA_AAC(Actual area constrained)模型的总体精度为54.92%,Kappa系数为0.447。GEOMOD模型是一个基于二元图像的土地利用变化模拟模型,本研究利用Arc/Info中的重分类模块对96和01年的影像进行二元分类,分为植被和非植被两类。以2001年的影像为起始模拟影像,以2005年植被的数量为模拟约束条件,采用多元统计方法生成变化的概率图层,并对2005年黄河三角洲天然植被和非天然植被的分布进行了模拟,并与2005年真实分布图进行对比,Kappa系数为0.398,而总体精度为69.57%,模拟效果不错。取得了不错的效果。
【学位授予单位】:山东大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:Q948

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