基于时空融合算法的桑珠孜区植被覆盖度变化及对气候因子的响应分析

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精确有效地监测青藏高原地区植被覆盖的时空变化,对分析该地区敏感且脆弱的生态环境有着重要的意义。受限于卫星传感器和云雨天气的影响,难以获取高时间、空间分辨率的影像数据。利用时空融合模型生成生态敏感区域的高分辨率遥感影像,为该区域的植被覆盖研究提供了新的思路与技术支撑。本文利用Landsat和MODIS遥感数据,以日喀则市桑珠孜区为研究区,通过时空融合方法(FSDAF)生成2005-2019年的高分辨遥感数据,采用像元二分模型计算该区域的植被覆盖度。然后,利用一元线性回归分析,Hurst指数等方法研究植被覆盖度的时空变化趋势,利用气象数据进行相关性分析,以揭示各因素间的相关程度,阐明该地区植被变化的影响因素。主要研究结果如下:(1)时空融合结果的精度验证。以2015年的遥感数据为例,利用R^2、CC、RMSR,PSNR和SSIM等5个常用指标对融合结果进行精度评价。R^2值的范围为0.4270~0.7763,CC值的范围为0.6472~0.8761,RMSR值的范围为0.0195~0.0308,PSNR值的范围为43.4632 d B~47.3247d B,SSIM值的范围为0.7991~0.8868;波段1的各项指标综合表现最优,波段4的各项指标综合表现最差;9月7日的融合结果表现最优,最接近真实影像;从NDVI的精度验证上看,R^2值的范围为0.5312~0.8068,CC值的范围为0.7284~0.8984。因此,3月到10月的融合结果能够基本满足研究的需要,可根据研究区的实际情况选择靠近预测日期的输入影像。(2)植被覆盖度的时空变化分析。2005-2019年研究区年均FVC年际间的波动较大,值范围为0.3~0.54,但植被覆盖度在近14年间呈上升的趋势,说明研究区的生态环境较为脆弱,但整体上桑珠孜区的植被呈现改善趋势;研究区主要以中高植被覆盖类型的变化为主,主要分布于山地地区,其余等级的植被类型变化稍小;桑珠孜区的植被覆盖度总体上以稳定和改善趋势为主,面积占比为46.08%和44.96%,呈稳定趋势的区域主要分布于河流流经地区和部分山地地区,呈改善趋势的区域主要分布于山地地区,呈衰退趋势的主要分布于邻近居民点的河谷地区;研究区以较弱的持续性为主,弱反持续&稳定和弱正持续&稳定的区域主要零散分布于山地地区,面积占比分别为19.17%、17.79%,弱正持续&改善和弱反持续&改善的区域主要分布于谷地和谷地-山地的过渡地区,面积占比分别为25.27%、19.02%。(3)研究区植被变化与气候因子的响应分析。研究区2005-2019年整体年平均降水量呈现较微弱的波动上升趋势,年均温呈现微弱的波动下降趋势;研究区内的植被与气候因子皆以不显著的相关为主,其中,降水以正相关为主(76.28%),分布于山地地区和谷地-山地的过渡地区,气温以负相关为主(61.04%),分布于大部分的山地地区;随着海拔的升高,与降水呈显著相关的面积逐渐减少,表明随着海拔的升高降水对植被影响的显著性在逐渐降低;气温对植被的显著性影响在4000~4500m的区域最低,其余显著性影响大致呈现由低海拔向高海拔的逐渐增加。
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