中国中西部牧区植被覆盖、耗水和干旱动态特征研究

论文摘要

气候变化引起的生态格局的变化和人类对植被干扰的影响一直是国内外科学家关注的热点问题,植被变化引起蒸散发、耗水和干旱状况的改变。中国中西部牧区地处干旱半干旱区,其生态脆弱,对气候和环境变化极为敏感,加之水资源紧缺,分配不均匀,供需矛盾突出。因此,在全球气候变化背景和人类活动的干扰下,研究中西部牧区植被覆盖、蒸散发和干旱状况,明确该区植被耗水特性,阐明植被分布变化调控耗水的机制,可为该区水资源利用和管理优化提供理论依据,促进生态恢复,进一步提升农业和畜牧业生产力。本研究使用GIMMS 3g NDVI产品、MOD16蒸散发产品和气象数据,使用M-K检验、Theil-Sen中数趋势分析、Hurst指数、Morlet小波分析、回归分析等方法,对研究区（青海、甘肃、宁夏、内蒙古中西部）植被覆盖、蒸散发和耗水及干旱状况的时空分布、影响因子进行了分析。主要得到以下结论:1)19812015年,中国中西部牧区植被总体改善,改善程度表现为增大-减小-增大的规律,具明显的阶段性变化特征。35年来植被覆盖改善面积占总面积的41.9%,其中,20062015年改善最明显,占比达到63.7%。11种植被类型中,栽培植被改善面积所占比例最大,达到80%以上;其次为草丛和草原,改善面积超过60%。植被改善区域主要分布在内蒙古中部、宁夏大部分、陇东、陇南以及河西走廊地区、青海省北部和西部地区。总之,中西部牧区植被覆盖呈正向可持续发展态势,可能受国家生态工程和种植业结构调整措施等的影响,未来该区植被覆盖以持续性恢复为主。2)20012016年,中西部牧区实际蒸散发（ET）呈增加趋势,潜在蒸散发（PET）呈减小趋势。研究区植被年内ET呈先增大再减小的单峰变化趋势,68月最高。各类型植被的年内PET变化均为单峰型,但ET变化分为单峰型、波动型和双峰型。单峰型主要为森林;波动型主要包括天然草原、荒漠、栽培植被和沼泽;双峰型包括高山植被和灌丛。研究区实际蒸散发总体呈现由东北向西南逐渐增加的趋势,潜在蒸散发变化不明显。3)20012016年,年均参考作物潜在蒸散发（ET0）和干旱指数（AI）均呈下降趋势,干旱有所缓解。但研究区AI大于0.6,仍属于干旱半干旱地区,全年气候干燥。年内AI呈先减小后增大的趋势,在7月最小。Morlet小波分析表明,研究区ET0和AI的年际变化具明显周期性,表现出14年的主周期,11年左右的副周期。总体而言,在全球气候变化的背景下,中国中西部牧区植被覆盖整体增加,未来呈正向可持续发展态势。植被的改善引起耗水增加,实际蒸散发有所增大。表明土壤可供给植物利用的水分有增加趋势,植被需水的程度有所缓解,潜在蒸散发降低。本研究发现,研究区干旱指数降低,干旱情况有所缓解,且干旱状况的变化存在明显的周期性。

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中文摘要

Abstract

第一章绪论

1.1 研究背景

1.2 研究目的及意义

第二章国内外研究进展

2.1 植被变化研究

2.1.1 遥感研究植被变化的进展

2.1.2 植被变化及其影响因子研究

2.2 区域性地表蒸散发研究

2.2.1 蒸散发研究理论和方法

2.2.2 遥感技术与蒸散发研究的结合

2.2.3 基于卫星遥感的蒸散发产品的使用

2.3 干旱状况研究

2.3.1 全球及区域性干旱变化研究

2.3.2 我国干旱变化研究

2.4 科学问题的提出

2.5 研究内容

2.5.1 中西部牧区植被时空分布特征

2.5.2 中西部牧区植被蒸散发变化特征

2.5.3 中西部牧区植被干旱变化和周期特征

2.6 技术路线

第三章数据与方法

3.1 研究区概况

3.1.1 地理位置

3.1.2 地形地貌和植被分布

3.1.3 气候资源和水文特色

3.2 数据获取和预处理

3.2.1 NDVI数据

3.2.2 植被数据

3.2.3 蒸散发数据

3.2.4 气象数据

3.3 研究方法

3.3.1 不同植被类型年均NDVI变化趋势分析

3.3.2 植被覆盖变化动态分析

3.3.3 研究区蒸散发的年际变化和空间分布

3.3.4 干旱指数AI

3.3.5 小波分析

3.3.6 数据分析和作图

第四章中西部牧区植被分布时空特征

4.1 结果与分析

4.1.1 研究区植被NDVI年际变化

4.1.2 不同植被类型年均NDVI变化及面积比例

4.1.3 不同阶段中西部牧区NDVI变化及空间变异

4.1.4 中西部牧区植被变化的可持续性及其空间分布

4.2 讨论

4.2.1 中西部牧区植被的空间变异

4.2.2 中西部牧区植被的阶段性变化

4.3 小结

第五章中西部牧区植被蒸散发变化特征

5.1 结果与分析

5.1.1 MOD16 数据检验

5.1.2 蒸散发时空分布特征

5.1.3 蒸散发的年际变化规律

5.1.4 蒸散发的年内变化规律

5.1.5 ET、PET与气候因子的相关性

5.2 讨论

5.2.1 研究区蒸散发的年际变化

5.2.2 研究区蒸散发的年内变化

5.2.3 研究区不同类型植被的蒸散发变化

5.3 小结

第六章中西部牧区干旱变化和周期特征

6.1 结果与分析

0和AI的年际变化'> 6.1.1 ET₀和AI的年际变化

0和AI的年内变化'> 6.1.2 ET₀和AI的年内变化

0、AI与气候因子的相关性'> 6.1.3 ET₀、AI与气候因子的相关性

0和干旱指数AI的周期变化'> 6.1.4 研究区参考作物蒸散发ET₀和干旱指数AI的周期变化

6.2 讨论

0和AI的变化'> 6.2.1 研究区ET₀和AI的变化

0和AI的影响因子'> 6.2.2 研究区ET₀和AI的影响因子

0和AI的周期变化'> 6.2.3 研究区ET₀和AI的周期变化

6.3 小结

第七章结论、创新点与展望

7.1 主要结论

7.2 创新点

7.3 展望

参考文献

在学期间主要研究成果及获奖情况

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 牟乐

导师: 杨惠敏,冯琦胜

关键词: 中国中西部牧区,蒸散发,干旱指数,时空变化

来源: 兰州大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学

单位: 兰州大学

基金: 国家重点研发计划课题(2016YFC0400302):西部牧区主要牧草(群落)耗水规律与草地节水优质高效灌溉制度研究

分类号: Q948

总页数: 68

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