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黄土高原植被景观格局变化的多尺度分析及其影响因素研究

作　者: 张建香
导　师: 张勃
学　校: 西北师范大学
专　业: 自然地理学
关键词: 植被景观 NDVI（归一化植被指数）景观指数小波分析多尺度黄土高原
分类号: Q948
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

黄土高原长期受人类活动影响，区内自然植被大多被人工植被替代，植被景观格局时空变化复杂多样。动态监测黄土高原不同尺度下植被景观格局的时空演变，深入研究植被与地形、气候以及人类活动之间的相互关系，对于揭示区域环境状况的演化与变迁等具有重要的现实意义。本文应用景观生态学的理论和方法，结合遥感（RS）和地理信息系统（GIS）技术，利用不同时期不同分辨率的植被类型数据和植被指数数据，分别采用基于Fragstats的景观指数法和基于小波分析的空间统计学方法，研究不同时期黄土高原植被景观格局的多尺度变化特征，同时从自然和人为因素两方面分析了不同时期影响黄土高原植被景观格局变化的主导因素。分析结果表明：（1）黄土高原植被景观1982-2011年期间发生了阶段性变化。根据黄土高原生长季（4-10月）归一化植被指数（GIMMS NDVI和MODIS NDVI）的波动性变化，发现植被覆盖情况总体趋好，但在整个研究时段内发生了阶段性变化。其中：1982-1990年为植被恢复阶段，河套平原东南部，晋、陕中北部和陇中地区植被恢复最为显著；1990-2001年为植被退化阶段，鄂尔多斯高原东部，晋、陕中部地区植被退化最严重；2001-2011年为植被恢复阶段，晋、陕的中北部，陇中、陇东的南部地区植被明显恢复。在所有时段中，以延河流域植被景观的变化最为复杂，作为典型的植被变化区，为小尺度上研究黄土高原植被景观格局的变化做了准备。（2）无论是整个黄土高原区，还是黄土高原典型区延河流域，植被景观的基质始终是草原和农作物，针叶林、阔叶林、荒漠、建设用地和水域等其他景观类型镶嵌分布其中。从时间上看，植被景观的破碎化程度逐渐加深，而且在2000年以后加深速度更快，以灌丛、草原和农作物最为典型。在不同的空间尺度上，破碎化程度随着尺度的增大逐渐减小，并且当空间尺度增大到一定程度时，其随时间变化的特征逐渐被掩盖。聚集度和分离度随时间变化不明显，在小尺度上聚集度较高，尤其是斑块面积较小的针叶林、居民地和水域，随着尺度的增大，聚集度减小分离度逐渐增加，针叶林、灌丛和草原最具代表性。植被景观要素的丰度和优势度对空间粒度的大小不敏感，但受空间幅度的影响，在小尺度和大中尺度上表现出不同的变化规律。斑块形状的复杂度随着景观尺度的增大，呈先减后增的趋势，其中草原的这种变化最为显著。植被景观总体上趋于多样化，当研究区大小或幅度一定时，景观多样性随空间粒度的增大略有减小，而当幅度和粒度同时增大时，多样性会逐渐增大。（3）植被NDVI的空间异质性主要体现在480m、960m、1920m、3840m、16km、32km、64km、128km的尺度上。植被景观的异质性与数据获取的时间、数据分辨率和空间位置均有关。植被指数越高、数据分辨率越高，植被景观的空间异质性就越大，而且，沿经度方向植被NDVI的空间差异性和破碎化程度和大于纬度方向。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-9
目录  9-12
1 绪论  12-20
  1.1 选题背景  12-13
    1.1.1 植被是全球变化研究的“指示器”  12
    1.1.2 生态脆弱的黄土高原区植被景观格局发生变化  12
    1.1.3 尺度问题是景观生态学研究的核心问题之一  12-13
  1.2 研究目的及意义  13-14
    1.2.1 研究目的  13
    1.2.2 研究意义  13-14
  1.3 国内外研究进展  14-19
    1.3.1 景观和景观生态学发展概述  14-15
    1.3.2 植被景观格局研究进展  15-18
    1.3.3 RS 与 GIS 技术在景观格局研究中的应用  18-19
  1.4 研究内容和技术路线设计  19-20
2 研究区概况  20-23
  2.1 研究区范围  20-21
  2.2 自然地理概况  21-22
    2.2.1 地貌  21
    2.2.2 气候  21-22
    2.2.3 水文  22
    2.2.4 土壤  22
    2.2.5 植被  22
  2.3 社会经济概况  22-23
3 数据与方法  23-31
  3.1 数据来源及预处理  23-25
    3.1.1 归一化植被指数（NDVI）数据  23-24
    3.1.2 植被类型数据  24-25
    3.1.3 地形数据  25
    3.1.4 气象数据  25
  3.2 数据一致性分析  25-26
  3.3 一元线性回归分析法  26-27
  3.4 多尺度景观格局分析法  27-30
    3.4.1 基于 Fragstats 的景观指数法  27-29
    3.4.2 基于小波分析的空间统计学方法  29-30
  3.5 植被与地形的多尺度分析  30-31
    3.5.1 地形因子的计算  30
    3.5.2 基于 Spearman 的相关性分析  30-31
    3.5.3 Moran’s I 指数的空间自相关分析  31
4 结果与分析  31-62
  4.1 黄土高原植被空间分布格局  31-32
  4.2 近 30 年黄土高原植被变化时段划分  32-34
  4.3 不同时段典型植被变化区的确定  34-37
    4.3.2 根据植被空间变化趋势的显著性确定典型区  35-36
    4.3.3 典型植被变化区延河流域概况  36-37
  4.4 基于 Fragstats 的多尺度植被景观格局分析  37-49
    4.4.1 不同尺度景观水平指数分析  39-42
    4.4.2 不同尺度斑块类型水平指数分析  42-49
    4.4.3 小结  49
  4.5 基于 NDVI 的多尺度小波分析  49-54
    4.5.1 小波基的选取  49-51
    4.5.2 基于 Db6 小波的植被景观多尺度分析  51-53
    4.5.3 小结  53-54
  4.6 不同尺度植被景观与地形因子的相关性分析  54-56
  4.7 植被景观格局与气候变化的相关性分析  56-60
    4.7.1 不同时段 NDVI 与气温相关性空间分布  58-59
    4.7.2 不同时段 NDVI 与降水相关性空间分布  59-60
    4.7.3 小结  60
  4.8 黄土高原植被景观格局变化的人为因素  60-62
    4.8.1 农业活动和植被景观变化  60-61
    4.8.2 生态建设和植被景观变化  61
    4.8.3 小结  61-62
5 结论与展望  62-65
  5.1 主要结论  62-64
    5.1.1 黄土高原植被景观格局的阶段性变化  62-63
    5.1.2 植被景观格局的多尺度变化特征  63
    5.1.3 植被 NDVI 与地形的多尺度相关性  63-64
  5.2 问题与展望  64-65
参考文献  65-70
致谢  70-71
个人简历  71

黄土高原植被景观格局变化的多尺度分析及其影响因素研究

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