3S技术的天山新疆段草地物候时空变化特征分析

3S技术的天山新疆段草地物候时空变化特征分析摘要全球气候变化正逐渐从自然生态系统问题转变为社会问题，气候变化对陆地生态系统的影响也受到了全球关注。植物物候是响应全球气候变化的陆地生态系统最直接，最敏感的生物标记。草原是最重要的陆地生态系统之一，其物候特征受到气候变化的影响，引起了许多科学家的关注。因此，解决不同草地类型的时空动态及其对气候变化的响应是重要的指标。基于此，本文从天山新疆段为研究对象，采用文献分析方法和3S技术，从而进一步阐述了草地物候多年平均值的空间分布特征和草地物候年际变化分析。关键词：生态系统；植物物候；3S技术1绪论1.1选题背景及意义气候变化不仅是一个问题，而且也是一个值得关注的问题。全球气候变化受多种因素影响，尽管人类在理解全球气候变化方面取得了长足进步。但是，仍然难以准确评估气候变化的影响和性质。它受到许多人类活动的影响，特别是在经济改革之后，人类生活的不断发展使世界变得更加温暖。根据联合国气候变化委员会1906年至2005年进行的第四次评估，全球平均温度上升了0.74°C。全球变暖的特征不仅在于温度升高，还包括降水量的变化和变化。在植被物候学上。它还改变了全球蒸散和全球径流的方式，导致海平面上升和生物地带的重新分配。以及其他许多导致地球人类生活环境发生重大变化的生态和生态问题。草原生态系统是陆地生态系统的重要组成部分，占草地面积的25％。但仅适用于草食动物而且拥有各种各样的自然资源我国草原面积约为4亿立方米，占全国总面积的40％以上。我们国家的草原面积很大。他们主要出生在东北平原，内蒙古草原，青藏高原和中国新疆的山区。从东北到西南山区，干旱和半干旱地区。它是我国最大的陆地生态系统。通过深入研究气候变化对生态系统的影响越来越多的科学家开始密切关注草原物候对气候变化的反应。物候学的起源可以追溯到两千多年前。自然现象是在天气，水文，土壤和其他环境因素的影响下有规律地改变周期的自然现象。物候学包括植物物候学，动物物候学和水文物候学。天气和其他环境因素。这是适应环境变化的植被的季节性规则，包括绿化，开花，结果和植物枯竭（张富春，物候变化不仅直接影响农作物的产量，此外，植物物候学是环境对气候变化的反应的敏感生物学指标，有助于评估影响全球气候变化对陆地生态系统变化过程的短期影响。全球可以帮助评估气候变化对陆地生态系统的影响。植物物候学研究在农业生产实践和科学研究中具有理论和实践意义。随着人类社会的不断发展，全球生态环境发生了巨大变化，例如：B.全球变暖，大气中二氧化碳浓度的增加，臭氧空洞的扩大及其减少气候变化与生态系统密切相关，而植被是生态系统的重要组成部分。因此，对植被与气候之间关系的研究吸引了越来越多的国内外人。植物是反映植被对气候影响的指标。植物现象不仅可能而且反映了当时当地植物的状况，还反映了气候和环境对植物的更广泛的长期影响。通过分析植物物候的空间和空间动态，有助于掌握变化规律，了解和清楚地了解气候变化对植物物候的影响。这将提高农作物产量的准确性和全球碳预算的估算。全球气候变化将影响植物的遗传特性。植物物候学通过改变自身的周期来适应全球气候变化，而植物生长时间的变化将影响全球气候。因此，研究植物的植物动力学可以对理解气候变化对生态系统的影响有很大的帮助。1.2相关研究综述1.2.1国外研究进展日本最早在812年就开始绘制樱花的自然图，因此国外对植物特征的研究就开始了。瑞士和德国分别于1869年和1890年建立了自己的国家物候观测网络。1890年德国植物学家霍夫曼。著名的使用来自中欧的34种常见植物建立观测网络，然后由他的学生Ine取代了它。在这里，1918年，美国著名的林业昆虫学家霍普金斯（Hopkins）提出了生物技术定律，以用于上世纪在北美温带地区分布物候空间现象。在19世纪，欧洲使用基于地面的物候观测台进行了一系列的物候研究，从而促进了物候学的迅速发展。在20世纪，由德国，美国，加拿大和荷兰成立。“物候研究工作组”由专家组成，他们促进建立全球观察现象网络并进行植物物候研究的广泛研究。Ahas等研究了埃斯托的植物物候期动态，该地区的春季和夏季秋季趋势较早。Menzel分析了1996年至2014年的欧洲植物学观测数据后，病理期被推迟了。从1959年到1996年，他发现植物生长季节的开始约为2.1d/10a，生长季节的后期约为1.6d/10a，生长季节的长度增加了约3.6d/a。10a。趋势：欧洲受到春季较高温度的打击。每升高1°C，生长季节就需要增加7天。年平均温度每升高1°C，生长季节就会增加大约5天。Benzel还使用了来自德国物候观测网络的20条毯子的数据。分析了2008年以来的物候变化。从1951年到2000年，研究表明，春季和夏季的物理特性是相反的。春季温度每升高1°C，物候期就只有2.5到6.7天，生长期增加了2.4到3.5天。在1969年至1998年之间，这导致欧洲植物的物候季节增加了2.7d/10a。1.2.2国内研究进展我国对植被物候的研究开始时间较早，根据《淮南子》、《诗经》、《春秋》等每月记录的每月物候数据表明，在我国已经是公元前1000年。有关物候的相关记录。另外，自古以来，在我国，许多民歌，民俗，农业谚语，二十四个太阳概念等都含有丰富的物候信息。这不仅是中国文化的延伸，而且还符合当时该地区的物候学。这种情况的描写，尤其是某些农业谚语，对物候学有非常透彻的理解。朱克zhen是近代中国著名的气候学和地理学专家，他的科学家于1912年开始观察和记录我国的物候学。22年后，他们建立了我国的物候观测网络，并从那时起对我国网络进行了系统的物候观测。植被物候学的监测为我国现代物候学的观察开辟了道路。我国在土壤物候学测试网络的基础上开展了我国的物候前物候研究，并取得了一定的成果。在过去的50年中，我北部的大多数地区夏天平均增加了5.8天，冬天减少了5.6天。季节性变化会导致植物随时间变化。例如，年平均温度每升高1°C，植被物候开始大约提前3-4天，植被物候结束大约推迟3-4天，并且高峰期植被物候的变化延迟了约6-8天。郑景云等人从中国科学院物候调查网的20多个代表性站点中选择了物候数据，并讨论了十年来我国物候动态的总体趋势。1980年的研究表明，我国的春季温度，除了区域下降以外，除区域下降外，其他大部分地区都在上升。这种气候变化现象导致了中国东北和北部长江下游地区物候学的发展。但是，长江中部地区和东部西南地区的地质特征仍然落后。1961年至1999年的2017年中国物候和气候数据显示，春季物候与温度密切相关，但这与凝结没有明显关系。随着遥感技术的飞速发展，遥感方法与土壤物候观测数据的结合为宏观层面和宏观角度观察设施的地质特性提供了丰富的信息。植物物候与气候变化之间的联系已成为科学家在这一“成为领土”上的研究重点。在过去的几十年中，该地区的科学家成功地研究了植物生理学对气候变化的反应。李霞，李小兵等人用年，月，季节和植被四个时期对我国北部温带草原植被物候的影响进行了研究。结果表明，降雨是限制华北温带草原植被生长的重要因素，夏季降水的影响尤为明显。1.3研究目标及内容基于天山新疆段地形、地貌及气候特征，通过3S技术相关性分析，了解天山新疆段草地物候时空变化特征，为当地林业的保护提供科学依据。主要研究内容如下：草原物候参数提取。天山新疆段草原植被物候动态变化分析及其对气候的响应。1.4技术路线图2研究区概况新疆位于我国西北部，面积166.49亿平方公里。这使其成为该国最大的州。新疆地区可以提及的含义有：“三山两山”和“三山”是指北部的阿尔泰山，南部的昆仑山和中部的天山（周牡丹，2014）。该山将新疆分为两部分。天山的南部被称为南疆新疆（SX），天山的北部被称为北疆新疆（NX）。昆仑山和天山的边缘，以及天山和阿尔泰山的准Basin尔盆地。塔里木盆地面积约530,000平方公里，是中国最大的湖泊。塔克拉玛干沙漠中部的面积约33万平方公里。它是中国最大的沙漠，世界第二大沙漠。塔里木河是中国最大的瀑布，覆盖所有地下水，总长2100平方公里。准gar尔盆地面积约380,000平方公里，是中国第二大古尔邦通古特沙漠。帕姆帕姆（PamPam）位于48,000平方英里（48,000平方公里），是中国第二大沙漠。它们被称为“世界屋脊”，位于新疆南部。著名的吐鲁番盆地位于新疆东部地区。最低是负154米，是中国最低。新疆的沙漠气候很强，但与伊利盆地西部无关。“长江以南地区横渡了中国的长城。”一般来说，新疆地区包括中国最大的大都市，最大的省，第二大水库和第二大海洋。该国的两条河流是高低。新疆的独特特色和当地文化吸引了越来越多的中外游客，使新疆成为我国最重要的旅游目的地之一。新疆最突出的天气特征是“干旱”，水资源仅占全国的3％，年平均降雨量为155毫米。新疆北部大部分地区的年降雨量约为200毫米。新疆南部的年降雨量甚至不到100毫米。塔里木盆地的年降雨量仍然少于20mm，非常干燥。吐鲁番盆地的年降雨量为12.6mm。在新疆，冬季和夏季之间存在较大的温差。穿越漫长而寒冷的冬季以及短暂而炎热的夏季。年平均气温为10.4°C，春季和秋季的天气急剧变化。新疆不同地区受地形影响的气候差异很大。吐鲁番盆地是该国最热的地区，最高温度为49.6°C。还有富云县和科科托海，仅次于黑龙江省漠河，极端温度仅为-51.5°C。另外，新疆昼夜温差大，白天温度上升很快，晚上温度下降很快。白天和晚上之间的最大温差在许多地方介于20°C和25°C之间，在全国各地也很少见。充足的阳光也是新疆气候的特征。新疆一年四季都有2550至3500小时的日照时间，也是居于全国各省区前列。3研究来源与研究方法3.1数据来源本文以天山新疆段的草甸为研究区域，使用GIMMS（1985-2010），NDVI远程控制是关键信息。基于ArcGIS软件的遥感数据。远程可靠的数据是通过电处理，改善大气条件和图像的测量精度来实现的。其次，检查由检查点的稳定站生成的数据，使用最高级别的药物标准来干预和指导年度NDVI数据的产生。基于Matlab软件的动态阈值方法具有很高的灵活性和适应性，可以检索有关生长季节开始，生长季节高峰，生长季节结束和种植季节长度的信息。来自NDVI时间序列数据的数据根据1994年至2019年GIMMS数据（NDVI），新疆各类型草地的生长期开始，生长期高峰，生长期结束和生长期分析过去十年来，天山山脉的草地类型和中国北方的草地类型。物候空间瞬态动力学的特性。天山山区新疆地区改变草地植物地质特性的气候相关机制研究。在区域一级，结合天山新疆地区主要气象站的数据，使用空间校正方法确定北部草甸的降水和温度的空间分布以及物候参数与气候之间的关系。天山新疆地区的组成及该地区各种草地的分析。物候动态对气候变化的响应是研究植物物候动态与区域气候之间的关系。3.2研究方法3.2.1数据精度评价分布的一致性可以反映数据集之间边界相似重叠的程度。比例越大，相似度越高，重叠程度越好，反之亦然。在这项研究中，通过以下方式进行分布一致性分析：将每个草地子集两两覆盖，以确定均匀分布面积，然后计算每个数据集的均匀分布面积与总面积的比率。计算公式为：式中，Acs表示分布一致区域面积占比，As表示评估草地子集与另一草地子集相同区域的面积，As表示评估草地子集的面积。3.2.2趋势分析通常，最小二乘用于研究和分析各年份之间SOS，EOS和LEN的趋势。因此，本研究使用线性方程式来定量描述植物物候学的变化趋势。H.时间t是植物物候时间因子，y是模型对象，并且在y和t之间创建线性回归方程：在公式中，c和b是不确定系数，其中b是趋势值，如果b>0，则所研究的元素在增加，b<0，所研究的因子在减少，b×10称为趋势率，单位是d（天）/10a（年）。n代表年数，文本中的值是16；P是第i年中生长季节的开始日期，结束日期或生长季节的长度。受各种环境因素的影响，某些像素的SOS，EOS和LEN将在几年内失效。因此，用这种方法分析了同一像素的累积有效年数大于或等于7年的有效像素，并检查了其增减的显着性，并根据显着性将其分为显着不变，使用最小二乘法查找系数c和b。3.2.3相关性分析相关研究表明，海拔和植被物候存在明显差异。因此，在DEM上随机选择了至少3000个采样点（相距至少4km），并且这些采样均匀地分布在新疆。在海拔高度处，提取每个采样点的海拔高度值以及相应像素中的SOS，EOS和LEN值，以在新疆植被物候的多年平均值和海拔高度之间创建散布图，这在第1部分中进行了讨论。线性方式，根据海拔差异的规律性特征，对新疆植被物候进行了研究。3.2.4显著性检验本文用Pearson相关系数r及其显著性检验，定义两个变量为x，y来揭示植被物候生长季节与气候因子的相关程度，公式为：式中，x表示植物物候期，y表示气候因子，n表示样本个数。相关系数r的值大小表示植被物候与气候因子关系的密切程度，其范围为-1<r<1，当r<0时，说明两个相关量为负相关，气候因子对植被物候有消极的影响，气候因子的增大会抑制植被的增长。当r>0时，表示气候因子对植被物候有积极的影响，气候因子的增大会促进植被的增长。对相关系数r的显著性判断可用t统计量对其进行显著性检验，公式为：利用R（Vegan）软件的冗余分析法（Redundancyanalysis，RDA）揭示气候因子（年均温、年降雨）对不同草地类型的草地植被物候的影响作用。RDA方法是经由最初变量与典型变量之间的相关关系来阐释引起最初变量发生变异的原因。它以最初变量为因变量，典型变量为自变量，创建线性回归模型，则因变量与自变量之间的相关性系数的平方和为相对应的确定系数。它阐述了因为因变量和自变量的线性关系而引发的因变量变异在因变量总变异中的比例。使用蒙特卡罗置换检验（MonteCarlopermutationtest）可以测试结果的显著性。探索物候与温度、降雨等气候因素及其它地理因素的相关性。通过RDA方法可以分别求得年均温和年降雨对不同草地类型的草地植被各物候期的贡献率，贡献率的大小直接反应植被物候期对气候因子的响应程度，贡献率越大响应程度越大，相反贡献率越小则响应程度则越小。4结果与分析4.1草地物候多年平均值的空间分布特征4.1.1草地物候始期空间变化特征图2为天山新疆段多年SOS平均空间分布。天山新疆地区的Sos通常慢于120天，而绿洲和平原的Sos通常快于120天，但新疆北部伊犁平原（绿洲地区的一部分）的不同区域很明显。新疆东部的吐鲁番绿洲，天山丘陵和昆仑山丘陵。（在绿洲附近）沿着阿尔屯山脚下到外面的绿洲和在白城县外面的绿洲，所以除了昆仑山附近的绿洲以外，天山山脚的时间比第90天要快。在新疆南部，在这100种绿洲之前，新疆南部其他地区的调味料主要集中在110到150天，而新疆东部的绿洲则集中在110到150天。新疆北部大多数绿洲地区的SOS发生在120天之前，而天山脚下一些绿洲中的SOS（主要在新疆北部绿洲中）的SOS集中在平均日，地点，Asi多年以来，这次：（1）SoOasisSoS：Nongang（118.71）>江西（114.82）>XinYe2））Nanjiang（120.88）>伊犁（105.07）>Nanjiang101.84）>Nanjiang101.00））3）The区域分布从南到北发展。是的，这符合相关科学家的研究。据认为，天山新疆地区的植物遗传学分布与所见相同。在海藏高原上每延迟1000m设置每1000mSOS延迟8.9天。图2新疆植被物候特征多年均值的空间分布4.1.2草地物候末期空间变化特征总体上，EOS在山区早于327天结束，而绿洲和平坦地区晚于327天结束。地区差异也很明显。EOS和sos的分布大致相反。也就是说，sos越早出现。在该地区，EOS较晚。同时，EOS比sos更集中，比第300天更集中。在新疆南部的一些绿洲地区。新疆南部沙漠沿江绿洲，伊犁平原昆仑山最南端，昆仑山和阿尔屯山有河流，或者沿河谷，EOS都晚于中年-12月（第345天）。天山新疆段绿洲的E0S集中在10月（超过第308天）之后。从10月初到11月初（第284-308天），山区和阿尔廷山东南部附近分布着雪或冰川的地区较集中，而308-308天则较远。327天：但是，从天山新疆段的角度来看，有些地理位置离白雪皑皑的冰川更远，例如：B.在这个过渡带中，山脉和绿洲之间的过渡带。平均E0S集中在第327天到第345天之间。4.2草地物候年际变化分析4.2.1草地物候年际变化总特征天山新疆段：EOS通常在山区（324.00）<绿洲（339.86）；天山新疆段的E0S表现出明显的上升趋势（P=0.011），上升速度为3.66d/10a。这一结论与全球背景下EOS的变化趋势相矛盾。3]这一变化范围的结果高于北半球的0.5d/10a[43]，2.3d/10a的全球规模[4，青藏高原的2.0d/10a[13]，其结果低于中国的3.7d/10a的温带[18]，欧亚大陆的6.1d/10a45），这表明新疆EOS的历史变化是比一般背景更强烈；天山新疆段绿洲的EOS表现出微不足道的变化趋势，而山地EOS则表现出显着的变化趋势（P=0.021）。进给范围是3.8d/10a或3.9d/10a。②区划：新疆东部的EOS总体上是山区（328.98）<绿洲（333.46），山区和绿洲的EOS均显示出微不足道的发展趋势，分别为6.4d/10a和0.3d/10a。新疆南部的EOS总体上是山区（320.59）<绿洲（339.37），绿洲和山区的EOS均未显示出明显的发展趋势，发展速度分别为2.9d/10a和3d.8d/10a。新疆北部的EOS通常是山区（329.26）<Oasis（340.64），而EOS是山区。有明显的上升趋势（P=0.024），EOS绿洲的上升趋势不明显，上升速度分别为4.4d/10a和4.5d/10a。伊犁地区的EOS通常为山区（329.73）<平坦（347.90），平坦且多山。EOS的前进趋势不明显，进给速度分别为4.0d/10a和1.2d/10a。从以上分析可以看出，新疆整体和各个分区表明，山区的EOS较早结束，绿洲较晚结束。通常，两者之间的差异约为16天。天山新疆段和各个分区的E0S都呈现出以前的趋势。4.2.2草地物候年际变化的时间分布特征天山的新疆段：Sos通常是一个绿洲（104.94）<mountain（113.70）;天山新疆段的Sos没有明显的变化趋势，其变化速率为1.9d/10a，这与Sos在全球环境中发展的结论相矛盾。新疆的地理和气候环境分布不同于一般环境。这很可能是由于变化的影响方式和方向不同，而变化的方式和方向受温度，降水或日照持续时间的支配。结果表明，它在全球范围内低于3d/10a+*3，在北半球为（4.0+0.8）d/10a12.4，在欧亚大陆为2.2-3.3d/10al12.51，在温带地区为7，9d/10al81中国和青藏高原的气候带在北美大陆为6.0d/10a[B]，高于0.3d/10al12]。天山新疆段的Sos明显滞后（P=0.015），滞后率为5.6d/10a。天山新疆段的SOS并没有明显改变这一趋势。位移率为1.2d/10a。因此，可以得出结论，绿洲的Sos发生了急剧的变化，这可能是由于人类活动的更大影响所致。区划：新疆东部苏斯地区总体上是山区（101.00）<绿洲（114.82），山区和绿洲地区均没有明显的偏移趋势，偏移率分别为5.7d/10a和4.1d/10a。多年来，新疆南部绿洲和山区的顺序交替出现。一般来说，新疆南部绿洲地区的绿洲（118.71）<山（120.88），Sos表现出显着的位移趋势（P=0.001），位移速率为8.4d/10a，而Sos在新疆南部山区的变化趋势不大，变化速度为3.7d/10a。新疆北部的总绿洲为绿洲（94.60）<山（101.84）。Oasissos的偏移趋势可以忽略不计，偏移速率为4.0d/10a，Mountainsos的偏移趋势可以忽略不计，进给速率为3.4d/10a；Yilisostotal光滑（74.12）<山（105.07），平面显示出明显的移动趋势（P=0.034），移动速率为7.6d/10a，山地的移动趋势不明显，进度为6.4d/10a。顶部分析可以断定，天山新疆段和各分区的绿洲和平坦地区（新疆东部除外）的Sos较早，而在山区则较晚。两者之间的差异通常为9天左右；除北部山区外，伊犁山的Sos趋势较早，天山新疆段其他地区的Sos趋势较晚。4.2.3草地物候年际变化的空间分布特征总的来说，天山新疆地区的Sos趋向于较高，山区正在变成绿洲和平原，而天山新疆地区的Sos则呈现出变化的趋势。并删除了38.92％的有效像素和61.03％的有效像素。可以看出，大部分流离失所者，占该地区的37.82％，没有取得重大进展，只有1.10％的流离失所者取得了重大进展。大部分前锋带分布在新疆天山山区，而发达地区则集中在0-20d/10a，但也有一些山区。（昆仑山以南，AlLing洞穴以南）先进带为20至30天/10g，部分为30至40d/10a，在Altin地区以南为植被区，有些地区具有一定的变化，并且其中大多数都有一定程度的变化。5.27％的区域明显延迟，主要在新区分为绿洲和平原。天山江包括新疆北部的绿洲，新疆东部的绿洲。（主要是图森山绿洲），伊利平原和南部的新疆绿洲。新疆北部绿洲迁移集中在10d/10a以上，新疆南部绿洲迁移集中在10d/10a以上。平面偏移集中在0-20d/10a上。新疆东部的绿洲转移集中在0-30d/10a上。59.72％的区域显示出微不足道的变化。没有明显变化的区域主要在山脉和绿洲之间的过渡区域，山脉和沙漠，山脉和平原之间的过渡区域。变化的程度集中在0-20d/10a，低于山脉以外的区域。较近范围的延迟集中在0←10d/10a上，较宽范围的延迟集中在10-20d/10a上。新疆南部的昆仑山和阿尔屯山以及新疆北部东部天山外围地区的植被覆盖度高的灌木和草原地区也主要具有滞后性不明显的特征，而且滞后更集中于10d/10a，其外围区域的移位程度集中在30d/10a以上。5结论与讨论5.1结论新疆的地质特征以明显的垂直分区和分布为特征，高程在影响物候地理分异方面起着重要作用。新疆的生长期从3月中旬持续到5月初（平均74至122天），而生长期从10月中旬至12月下旬结束（平均284至354天）。植物如下：每海拔1000米，生长季节的开始时间为8.9天，生长季节的结束时间为6.6天，生长季节缩短了15.5天。与全球范围内物候特征趋势相反，新疆物候植被生长期的开始时间延迟了1.10a。生长季节的末尾有前进的趋势，前进范围是3.66d/10a。生长季节的长度缩短了。缩短的区域是5.6d/10a，生长期的长度变化很大。新疆绿洲和山区植被生长季节的开始时间分别延迟了5.6d/10a和1.2d/10a。5.