基于MODIS影像的山东省植被覆盖时空变化研究

来源 :山东师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yuesulove
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一直以来,人们对于植被及其变化都给予了高度关注,这是由于植被在地球系统中占据十分重要的地位,每时每刻都在影响着地球和大气系统之间的协调与平衡,是能够用来感知与表示环境改变的理想依据。遥感技术是研究大范围植被变化的强有力的手段,为研究在人为因素和自然因素影响下区域或全球的植被分布形式与特点提供了可能。来自遥感影像波段之间的植被指数组合运算,是对地表植被覆盖特点的有效表达,现已被频繁应用于区域或全球的植被分布、地表覆盖、干旱评估等方面。在多种表示地表特点的参数里,归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)对于植被生长情况的感知非常敏锐,地表植被的繁茂程度和植被覆盖的变化情况都能够比较真实地用NDVI代表和反映。进入21世纪以来,社会主义建设进程加快,全面建成小康社会的目标进一步明确,山东省小范围的气候发生了一定的变化,从而导致山东省的植被分布特征与之前相比存在差异,因此产生的影响也在一步一步侵蚀着研究区的自然环境和社会经济条件。本研究中利用经过处理后的中分辨率成像光谱仪(Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer,MODIS)数据较为深入地分析了2000年以后山东省植被覆盖的时空变化情况,进一步促进山东省良好生态环境的维护和实现有限能源的可持续开发,更加科学地制定环境管理条例和法规,为城市建设提供依据和方案。本论文中选取山东省为主要研究区域,选取的数据为2000~2015年MODIS L1B和MOD13 Q1影像,二者的分辨率均为250 m,生成2015年旬/月时序植被指数时采用的方法为最大值合成法(Maximum Value Composite,MVC),对2000~2015年NDVI进行分级后剔除不符合实际情况的个别数值与非植被区域,结合平均值法,生成逐年和逐月的NDVI时序数据。本文对获取的较为齐全的2000~2015年观测数据的山东省44个气象观测站的实测数据进行整理,与逐年和逐月NDVI数据进行组合,生成遥感数据与气象数据相结合的时序数据,较为细致地分析了研究区的植被覆盖在最近16年间的变化特征以及与气温、降水两个因素之间的相关关系。主要研究结果如下:(1)2015年山东省植被覆盖情况为:以旬为单位的归一化植被指数的最大值为0.73,出现在8月中旬;所得出的最小值为0.23,出现在12月下旬,该曲线呈现两个峰值的变化特征,基本符合山东省的农耕规律。众所周知,山东省是中国重要的农耕作业区,粮食作物的熟制通常为一年两熟或两年三熟,多数耕地交替播种冬小麦和夏玉米两种作物。(2)通过2000~2015年山东省逐月月均ndvi变化趋势进行分析可知,1月、2月相差不大,全省绿色植被等级面积最大的植被类型是较少植被(0.15<ndvi<0.3);3月、4月时鲁西南和鲁西北地区绿色植被等级明显升高,且覆盖面积有显著增加趋势;5月、6月时山东省面积增大的植被等级有三种,分别为适中植被(0.3<ndvi<0.45)、茂密植被(0.45<ndvi<0.6)和浓密植被(ndvi>0.6);7月、8月时,月均ndvi最大,且绿色植被面积中80%以上的区域内植被等级为浓密植被;9月、10月时绿色植被等级大部分变为适中植被,鲁西南、鲁西北和鲁中地区月均ndvi降低,变化最明显;11月、12月时鲁中、鲁南和鲁东地区月均ndvi变化最大,此时绿色植被等级面积最大的是稀疏植被。(3)2000~2015年年均生长季绿色植被面积减少,与建成区面积之间存在明显的负相关关系(r2=0.5452>0.5,p<0.01)。2000以后,山东省城市建设发展日新月异,各城市市区及商贸聚集地的建成区面积也在快速增加。2000年时,山东省的建成区面积为1500km2,截至2015年,全省建成区面积增至4500km2,相比2000年时翻了两番,由此说明城镇化的快速发展是导致绿色植被面积减少的重要原因。(4)2000~2015年月均ndvi与月均温呈现显著的正相关关系,r2为0.8322,这说明在月际尺度上,气温是控制山东省植被覆盖变化的重要因素;山东省月均ndvi与当月降水量有一定的相关性,r2为0.5705,34个站点通过95%置信度检验;月均ndvi与降水滞后1月的相关性比较高,r2为0.6995,41个站点通过95%置信度检验,相关性明显高于月均ndvi与当月降水量之间的相关关系;月均ndvi与降水滞后2月的相关性较弱,r2为0.3518,24个站点通过95%置信度检验,相关性低于月均ndvi与当月降水量的相关关系,所以,综合比较之后得到结果为:相关性最强的两个量是多年平均ndvi与降水滞后1月。(5)2000~2015年这16年间,山东省生长季的NDVI均值有所增加,全省地表植被覆盖情况得到改善,然而,随着全省建成区面积的增加,绿色植被面积呈明显的减少趋势。本文对于了解山东省植被覆盖变化空间格局特征和评价气候因素中气温和降水对植被覆盖的影响方面具有积极意义。
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