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《中国科学院大学(中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心)》 2020年
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黄土高原植被覆盖变化过程及评价方法差异性研究

黑哲  
【摘要】:植被是陆地生态系统中重要的组成部分之一,对改善黄土高原脆弱的生态环境具有十分重要的意义。系统研究退耕还林(草)之后黄土高原植被覆盖的时空变化特征,有助于了解该地区生态工程的效果,同时为之后的生态恢复措施制定提供科学依据。本文基于GIMMS NDVI和MODIS NDVI数据,采用数值比较、变化趋势分析和相关性分析等方法,研究了黄土高原不同区域植被覆盖的时空变化特征;根据主要地表覆被物的NDVI曲线特征提取耕地信息,分析了2000-2019年黄土高原耕地变化特征;在此基础上,利用不同评价方法对黄土高原不同区域植被参数特征差异性进行对比分析,所取得的主要研究结果如下:(1)利用GIMMS NDVI数据对MODIS NDVI数据进行时间序列上的补充,形成黄土高原长时间序列的植被数据是可行的。GIMMS NDVI和MODIS NDVI在植被空间分布和动态生长趋势变化方面有较强的相关性,区域尺度上二者的回归系数达到0.95,像元尺度上两者呈正相关的区域面积占比达到87.69%;两种数据在反映植被物候变化方面一致性较好。(2)黄土高原多年植被NDVI呈西北低东南高的空间分布,时间尺度上从1982-2019年植被NDVI显著增加,其中1982-1999年植被NDVI增加速率为0.001yr~(-1),一半以上的区域植被覆盖无显著变化,显著增加的面积占比为14.04%(P0.05);2000-2019年植被NDVI增加速率为0.006yr~(-1),超过90%的区域植被覆盖呈增加趋势,显著增加的面积占比为71.56%(P0.05)。2000年以后植被NDVI增加趋势较之前成倍增加。(3)通过分析研究区主要地表覆盖物NDVI时序曲线的特征,提取出2000-2019年黄土高原地区耕地像元分布,抽样整体精度达到85.55%,证明该方法有效可行,其中河谷平原区精度误差小于10%。研究区多年平均耕地分布上空间区域差异明显,东南多且密集,西北相对较少而且分布较为零散,20 a间区域耕地面积小幅度波动下降,耕地减少的区域主要集中在生态工程实施区和城镇化区域。(4)2000-2019年黄土高原植被呈显著改善的趋势,但是对植被恢复过程的研究中,利用相同的数据进行不同的处理方法得到的结果也不同,用月最大合成法平均得到的生长季均值NDVI(M2)为0.446,月均值平均得到的生长季均值NDVI(M1)为0.352;多年植被NDVI增加趋势M2为0.007yr~(-1),M1为0.0057yr~(-1);M2呈增加趋势的面积占比大于M1,其中NDVI增加趋势范围在0-0.01之内M1面积占比为83.97%,M2为74.08%,增加趋势范围在0.01-0.02范围内M1面积占比为11.8%,M2面积占比为21.42%,增加趋势范围在0.02-0.03范围内M1面积占比为0.06%,M2为0.44%,增加趋势范围大于0.03的部分二者差异较小。(5)黄土高原不同区域的植被恢复程度不同,植被增长趋势从高到低为:黄土高原区域、黄土高原丘陵山地区、剔除耕地的黄土高原区域、剔除耕地的黄土高原丘陵山地区。此外,剔除耕地像元后植被增加速率减缓,植被恢复程度降低。
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