【土地覆被对降水变化的响应及时空预测案例分析7500字】

1土地覆被对降水变化的响应及时空预测案例分析土地覆被对降水变化的响应及时空预测案例分析 11降水对NDVI变化的影响 1 11.2季均NDVI同季降水的空间相关性 2 52降水对NPP变化的影响 7 74.3.2季均NPP同季降水的空间相关性 82.3NPP对降水变化响应的时滞性 1降水对NDVI变化的影响1.1年NDVI同年降水的空间相关性相关分析方法，计算1998~2016年流域NDVI同降水的相关系数，计算结果如图4-1。1998-2016年黄淮海流域的年NDVI与年降水量的相关系数总体上自西北至东南递减，值域为-0.87~0.93,均值为0.29。其中，表现为正相关的区域占的85.21%,较高的正相关主要分布在流域中部的黄土高原地区。而负相关区域占比仅为14.79%,较高的负相关则主要分布于流域东南角的华北平原南部地区。这种分布现象是由于，在黄土高原地区主要植被类型为林草植被，多数地带受气候植被有了足够的水源就会生长较好，因此该地区NDVI变化同降水变化呈正相关。而华北平原南部区域植被类型以乔木和农作物为主，其水热条件优越，正常情况下植被长势就很好，当降水量增多时，反而会由于水源过渡充足导致土壤含水量长期过饱和，土壤的透气性变差、含氧量不足，植物根系呼吸就会受阻，进而引结合相关性检验来看，只有30.14%的区域NDVI和降水处于显著性相关区间 (p<0.05)内。其中，极显著正相关区域占比15.55%(p<0.01),显著正相关占比14.14%(0.01<p<0.05),均主要分布于流域中部偏西北区域，该区域也为NDVI和降水之间高度正相关集中区域；而极显著负相关和显著负0.33%,只是零星的分布于流域东南部区域。这表明整体上流域年NDVI与年降水2N000TT显著性检验结果N为进一步探究黄淮海流域NDVI变化同降水的关系，本文计算了1998~2016年春(3~5月)、夏(6~8月)、秋(9~11月)、冬(12~次年2月)平均NDVI (如图4-2式)变化与同期季降水的相关系数，具体结果空间分布如图4-3。3N由图4-3(a)得，春季NDVI与降水相关系数总体上中部高、两边低，值域在-0.77~0.90之间，均值为0.22。其中，表现为正相关的区域占整个流域的8较高的正相关主要分布在流域西部的青藏高原和中部的黄土高原地区。而负相关区域占比仅为17.57%,整体分布较为零散，较高的负相关则主要分布于流域东北之间，均值为0.26。其中，表现为正相关的区域占整个流域的81.49%,较高的正相关主要分布在中部的鄂尔多斯高原地区和吕梁山地区。而负相关区域占比仅为18.51%,较高的负相关则相较集中地分布于流域东南角的淮河流域与长江流域相间，均值为0.16(图4-3c)。其中，表现为正相关的区域占整个流域的75.58%,较高的正相关主要分布在中部的黄土高原地区。而负相关区域占比仅为24.42%,上述春、夏、秋三个季节NDVI变化与降水变化主要正相关为主，与之相反相关的区域仅占整个流域的8.87%,整体分布较零散，较高的正相关主要分布在流域东南角的淮河流域与长江流域相接处。而负相关区域占比达为91.13%,较高的4N人NDVI和降水相关系数(a)N人NDVI和降水相关系数0NDVI和降水相关系数NDVI和降水相关系数0通过T检验对黄淮海流域1998~2016年季度NDVI与同期降水的相关性进行显著性检验，得到图4-4的空间分布结果图。春季NDVI与降水极显著负相关和显著负相关的区域总共占流域面积的0.09%,分布比较零散；显著正相关的区域占流域总面积的8.78%,主要分布在流域西南角的青藏高原和中部的黄土高原；极显著正相关的区域占流域总面积的2.55%,主要分布在流域中部的黄土高原。所以，春季NDVI与同期降水的相关系数通过相关性检验的区域总占比为11.42%。夏季NDVI与降水极显著负相关和显著负相关的区域总共占流域面积的0.63%,集中分布在流域东南角；显著正相关的区域占流域总面积的14.28%,主要分布在流域中部的鄂尔多斯高原；极显著正相关的区域占流域总面积的7.52%,主要分布在流域北部的河套平原。所以，夏季NDVI与同期降水的相关系数通过相关性检验的区域总占比为22.43%。1.44%,集中分布在流域西北角的黄河源头区域；显著正相关的区域占流域总面积的14.28%,主要分布在流域中部的鄂尔多斯高原；极显著正相关的区域占流域总面积的0.86%,集中分布在流域东南部的黄土高原西部。所以，秋季NDVI与同期降水的相关系数通过相关性检验的区域总占比为8.63%。0.04%,分布零散；显著负相关的区域占流域总面积的13.46%,主要分布在流域中部的鄂尔多斯高原和流域东南的华北平原；极显著负相关的区域占流域总面积的53.60%,主要分布在流域西南角的青藏高原和中部的黄土高原。所以，冬季NDVI与同期降水的相关系数通过相关性检验的区域总占比为17.1%。人人综合上述结果可得，黄淮海流域1998~2016年夏季NDVI与同期降水正相关性最高，平均为0.26,且其通过相关性检验的区域最大，占流域总面积的22.43%。春、夏、秋季NDVI与同期降水绝大多数区域均为正相关，只有冬季NDVI与同期降水绝大多数区域为负相关，平均为-0.31,其通过过相关性检验的区域位居第二，占流域总面积的17.1%。春秋季NDVI与同期降水分别只有11.42%和8.63%的区域通过了相关性检验。春、夏、秋三季是大多数植被从生长发育到成熟的时间段。该段时间内，需要有良好的水热条件来供给植被生长，所以在这期间NDVI与同期降水易表现为正相关关系。其中夏季水热条件最好，植被生长较为迅速；当夏季降水增多时能明显促进植被生长，所以总体的正相关性最高。而冬季降水多以地面垂直降雪形式出现，不利于植被利用；再加上冬季气温较低，植被生长受阻。所以导致冬季降水量增多时，植被生长反而缓慢，使得整体NDVI与同期降水表现出明显的负相关关系。由于气候降水变化可能会导致植被生长的滞后，本研究接下来就计算了春、夏、秋、冬四个季节的季度NDVI值分别和当季同期降水量、向前推1个月的降水量、向前推2个月的降水量和向前推3个月的降水量的相关系数。6从表4-2黄淮海流域季度NDVI与不同时期降水的相关系数来看，春季的平均NDVI与当季降水相关度最高，相关系数为0.664且在0.01置信水平上表现为显著相关。总体上看，春季NDVI值对当季同期降水量、向前推一个月降水量、向前与当季降水的相关系数分别为0.531和0.648,虽然均在0.01置信水平上表现为显著相关，但与前推一个月的降水相关性最高，分别为0.560和0.687,且依旧在0.01置信水平上表现为显著相关。这表明这两个季节植被发育对向前推一个月的降水量变化的响应相对敏感，即该时期的植被生长同前期降水量有着滞后关系，其滞后间隔约为1个月。而冬季NDVI值与同期降水的时间相关系数为0.599,但其与前推2个月降水相关性最高，相关系数为0.705且在0.01置信水平上表现为显著相关，说明该季节植被生长与前期降水存在滞后关系，滞后间隔约为2个月。综上所述，黄淮海流域春季NDVI与当季降水量相关性最高，表明春季植被生长和降水之间的响应关系较及时；夏、秋两季NDVI均与前推一个月降水量相与前推两个月降水量相关性最高，表明冬季植被生长对降水的响应存在两个月的果是可靠的。一般来说，植被生长需要良好的水热条件，特别是降水，通常短期内的降水无法满足植被生长的所有需求，所以要考虑长时间段内降水的累积量，较春季更多，但此时植被生长迅速，降水量需求可能更大，所以NDVI对降水量的响应会存在一个月的滞后性。而冬季水热条件差，无法满足植被生长需求，为了让植被正常生长，就需要积累更长时间的降水量在冬季进行利用，这样就会导致冬季NDVI对降水量的响应存在两个月的滞后性。当季前推1个月前推2个月前推3个月3~5月2~4月1~3月12(上年)~2月6~8月5~7月4~6月3~5月9~11月8~10月7~9月6~8月冬季12~2(次年)月11~1(次年)月10~12月9~11月7季均NDVI当季降水前推1个月降水前推3个月降水冬季注：经过相关性检验，表中所有系数均在0.012降水对NPP变化的影响本研究选用逐像元的皮尔森相关分析方法，计算2000~2015年流域NPP同降水的相关系数，计算结果如图4-5。2000-2015年黄淮海流域的年NPP与年降水量的相关系数总体上自北向南递减，值域为-0.87~0.98,均值为0.36。其中，表现为正相关的区域占整个流域的90.43%,较高的正相关主要分布在流域中部偏北的鄂尔多斯高原地区。而负相关区域占比仅为9.57%,较高的负相关则主要分布于流域在鄂尔多斯高原地区近几十年由于建设“三北防护林”,林地草地面积增加，且多数地带受气候降水条件限制，存在干旱缺水现象，植被整体耐旱性就较强，所以当降水量增多时，植被有了足够的水源就会生长较好，区域NDVI和NPP值就都会偏高，因此该地区NPP变化同降水变化呈正相关。而玛曲湿地区域是世界上保存最完整的湿地之一，但从2000年以来，该地沼泽湿地面积明显萎缩，沼泽草甸大量转为亚高山草甸和沙地裸岩961,当降水量增加时，虽然湿地区域NDVI也会增加，但相较于原先沼泽草甸的NPP值，亚高山草甸和沙地裸岩的NPP值小很多，所以整体NPP值会显示出下降，因此该地区NDVI变化同降水变而结合相关性检验来看，只有32.54%的区域NDVI和降水处于显著性相关区间 (p<0.05)内。其中，极显著正相关区域占比16.49%(p<0.01),显著正相关占比15.81%(0.01<p<0.05),均主要分布于流域中部偏西北区域，该区域也为NDVI和降水之间高度正相关集中区域；而极显著负相关和显著负相关总共仅占0.24%,只是零星的分布于流域西南角部分区域。这表8NN0极显著负相关极显著正相关00图4-5黄淮海流域2000~2015年NPP与降水相关系数及显著性检验结果空间分布Fig4-5SpatialdistributionofcorrelationcoefficientandsignificancetestprecipitationintheHuanghuaihaiBasinfrom2000to4.3.2季均NPP同季降水的空间相关性NN人9NN为进一步探究黄淮海流域NPP变化同降水的关系，本文计算了2000~2015年春、夏、秋、冬平均NPP(如图4-6式)变化与同期季降水的相关系数，具体结果空间分布如图4-7。春、夏、秋三季黄淮海流域季均NPP与同期降水量的相关关系总体上为正相关。春季NPP与降水相关系数整体上由东至西降低，值域范围为-0.43~0.94,均值为0.33.其中表现为正相关的区域占整个流域的88.25%,高度正相关主要分布在流域中部的黄土高原和流域东部的华北平原地区。而负相关区域占比仅为11.15%,较高的负相关则主要分布于流域西南角的青藏高原地区。夏季NPP与降水相关系数总体上由西北至东南降低，值域在-0.52~0.96之间，均值为0.32。其中，表现为正相关的区域占整个流域的85.69%,较高的正相关主要分布在流域中北部的鄂尔多斯高原和吕梁山地区。而负相关区域占比仅为14.31%,较高的负相关则主要分布于流域东南角的华北平原部分地区。秋季NPP与降水相关系数总体上由北至南降低，值域在-0.47~0.97之间，均值为0.34。其中，表现为正相关的区域占整个流域的87.98%,较高的正相关分布区域较广，占据流域北部大片地区。而负相关区域占比仅为12.02%,较高的负相关则主要分布于流域南部的黄土高原中南部。与上述春、夏、秋三个季节NPP变化与降水变化主要为正相关相反，冬季NPP与降水主要呈现出大范围的负相关。冬季NPP与降水相关系数总体上基本较小，值域在-0.79~0.88之间，均值为-0.27。其中，表现为正相关的区域仅占整个流域的15.32%,整体分布较零散，较高的正相关主要分布在流域北部的吕梁山地区。而负相关区域占比达为84.68%,较高的负相关分布较广泛，集中分布在流域黄土高原中部偏北地区。综合来看，春、夏、秋三季NPP与同期降水量均以正相关为主，且正相关面积分别为88.85%、85.69%、87.98%;而冬季则以负相关为主，负相关面积为84.68%。(a)NPP和降水相关系数NPP(a)NPP和降水相关系数(c)(c)NPP和降水相关系数(d)NPP和降水相关系数为29.73%。极显著负相关显著员相关极显著负相关显著员相关T显著性检验结果T显著性检验结果相关怀不显综合2000~2015年黄淮海流域四个季节NPP和同期降水的相关性来看，春、夏、秋三季NPP与同期降水绝大多数区域均为正相关，且其通过相关性检验的区域面积逐步变大，分别为28.32%、29.73%和31.85%。其中秋季NPP与同期降水正相关性最高，平均为0.34,且其通过相关性检验的区域最大。与之相反，冬季NPP与同期降水绝大多数区域为负相关，平均为-0.27,其通过过相关性检验的区域最少，只有18.98%。NPP是指研究时间段内绿色植物所累积的有机物总量。植被生长季主要为夏、秋两季，其中秋季植被多数接近成熟状态，在同样降水条件下，秋季有机物积累可能较夏季更多，所以其NPP与同期降水正相关性较之于夏季更高。春季植被多属于萌芽状态，本身积累的有机物较少，所以其NPP与同期降水正相关性较之于夏季更低。而冬季气候条件差，温度低，降水多为雨雪形式；降水量增加，就代表着冬季雨雪量增大，气温越发寒冷，不利于植被生长，更不利于植被有机物积累。所以，冬季NPP与同期降水多表现为负相关关2.3NPP对降水变化响应的时滞性考虑到研究区内NDVI对降水变化的响应存在着滞后相似滞后效应。于是，本研究接下来计算了春、夏、秋、冬四个季节的季度NPP分别和当季同期降水量、向前推1个月的降水量、向前推2个月的降水量和向前推3个月的降水量的时间相关系数。季均NDVI当季降水前推1个月降水前推2个月降水前推3个月降水冬季注：经过相关性检验，表中所有系数均在0.01从表4-3可得，春季的季均NPP与同期降水相关性最高，相关系数为0.645且在0.01