文摘
介绍了植被变化的趋势和原因在内蒙古自治区,中国从1982年到2006年。我们使用国家海洋和大气管理局(NOAA)先进的高分辨率辐射计(AVHRR)数据来确定植被变化趋势回归模型基础上通过简单线性回归拟合时间序列的归一化植被指数(NDVI)集成在每个像素的生长季节和计算斜坡。我们也探讨了植被变化趋势与气候之间的关系和人为因素。本文研究表明,大部分地区(17%)经历了一个重大的植被增加从1982年到2006年的0.05水平。重要的植被增加显示没有积极与降水的关系,主要是由人类活动引起的。或摘要科尔沁沙地的南部,在河套平原,北部山麓的YinshanMountain,重要的归一化植被指数增加趋势主要是由于增加小米单产的农田。在鄂尔多斯高原的东部重要的归一化植被指数增加趋势主要是由击剑和种植草和树木的草原。
1。介绍
沙漠化最严重的地区环境问题之一(1]。中国是世界上主要国家面临这个问题。desertification-prone土地的面积大约是262万公里2,占中国总面积的27.3%2]。内蒙古自治区,位于中国的北部,是一个典型的agriculture-grazing过渡区,严重影响了沙漠化和遭受严重的风蚀和高频率的沙尘暴3]。因此,它是非常重要的,以确定植被变化趋势对抗这个地区的沙漠化。
与遥感图像在过去三十年的积累,研究基于监测荒漠化植被变化进行了从国家到区域尺度4- - - - - -9]。方等。4和朴等。5)报道,中国的干旱和半干旱地区的植被显著增加根据NOAA / AVHRR数据的分析从1982年到1999年。这些结果表明在这些地区的沙漠化逆转过程。本研究将植被增加降水变化的主要原因。根据上面的研究中,人类活动只负责一小部分植被的变化增加。然而,最近的报告在中国的μ美国地区区域范围内说明高增加基于NOAA / AVHRR和陆地植被的主题映射器(TM) /增强型专题成像仪(ETM)数据被发现主要发生在灌溉农田或草地由人类管理(6,7]。刘等人。8和刘和王9)报道,植被退化严重Otindag沙地基于TM / ETM图像在21世纪之前,和他们的主要原因归咎于人类活动。
这些不一致的结果是第一个研究规模的差异有关。研究在全国范围内是概略的,不表达的特定区域范围内植被变化及其原因。与此同时,由于研究区域的大尺寸,大多数研究在全国范围内没有提供足够的验证基于田野调查和/或高空间分辨率遥感数据。如果植被变化及其原因将被理解更准确地说,我们必须做更多的研究工作在区域范围内。
另一方面,造成的结果不一致的缺陷区域范围内的植被变化检测方法。沙漠化分布在干旱、半干旱和半湿润气候的干燥地区。高变异的年降水量在这些领域的一个基本环境特征,因此导致高植被的变化(10]。沙漠化土地退化的持久性的形式最好是由监测植被变化desertification-prone地区几十年的时间尺度(11]。因为植被变化对区域范围的确定主要是根据几个快照图片,一些植被变化引起的气候波动被错误地归因于植被变化趋势沙漠化的形式(7]。
为了确定植被变化趋势荒漠化及其原因的形式准确地在内蒙古自治区,中国,这项研究集中于两点:(1)分析了植被覆盖所有地区在区域范围内变化;(2)确定植被变化趋势沙漠化(非植被波动)的形式和原因基于多瞬时NOAA / AVHRR NDVI,气象数据,高空间分辨率遥感图像,和当地的经济统计数据从1982年到2006年。
2。研究区域
研究区是内蒙古自治区,中国,占地面积1180000公里2和89组成的横幅(县或市)。的地理坐标是E,n .草原是主要的土地利用类型,占据60%以上的总面积(图1)。景观特点是蒙古高原,通常干燥和恶劣的环境。温带、干旱和半干旱大陆性气候主要受东南季风、多风和干燥的冬天,泉水,温暖和相对潮湿的夏季,紧随其后的是短,凉爽的秋天。年降水量变化从西北的50 mm到450 mm的东南部。年平均温度变化从0°C到8°C。土壤类型是黑土、黑钙土、栗钙土和沙质土壤从东到西。
3所示。方法
3.1。数据和预处理
15天最大全球库存建模和映射研究(GIMMS)归一化植被指数数据从1982年到2006年的8×8公里的空间分辨率。这些数据来自美国国家海洋和大气管理局,美国(http://www.noaa.gov/)。这些数据是唯一的高时间分辨率遥感数据源适用于植被变化趋势研究在研究期间。虽然8公里×8公里的空间分辨率是粗,植被变化的一般趋势可以确定基于这些数据。例如,植被变化趋势根据NOAA AVHRR NDVI报道成功确定在非洲萨赫勒地区(12- - - - - -19]。
GIMMS NDVI数据已经修正传感器退化和相互校准差异,全球云量污染,视角效果由于卫星漂移,火山气溶胶,和低限幅比率由于亚像素云污染和水蒸气20.]。原始数据使用阿尔伯斯第一次reprojected锥形平等与参数适合中国区域,然后是8位转化为真正的归一化植被指数NDVI数据。最后,每月最大归一化植被指数和综合月度最大NDVI在生长季节(5月至9月)计算。
月度降水数据200公里内的134个气象站和缓冲区的研究区从1982年到2006年从中国获得的气象数据共享服务系统(http://data.cma.gov.cn/)。总在生长季节降水计算为研究植被变化与降水之间的关系。最后,网格与相同的降水数据空间分辨率(8公里×8公里)的归一化植被指数数据通过样条插值得到。
我们获得了2000年土地利用数据对研究区从中国土地利用数据库建立的中国科学院(CAS)。土地利用数据由目视判读使用陆地卫星主题映射器/增强主题映射器+ (TM / ETM +数据)。两级层次土地利用分类系统25 1类和6 2土地利用类。我们使用了基于土地利用图2级分类类包括耕地、林地、草地、水体、未利用土地和人口密集的地方。因为土地利用分类的总体精度在这个数据库是相当高,为92.9%土地利用地图基于土地利用分类系统(121),我们相信这个数据集是足够准确的检查植被变化和土地利用之间的关系。
我们也获得了标准地形校正(1级t) TM / ETM +图像覆盖鄂尔多斯的一部分高原(路径/行:128/033)在1988年和2010年从美国地质调查局(USGS) (http://landsat.usgs.gov/products_productinformation.php)。1级t图像几何纠正和注册通过合并地面控制点,采用数字高程模型(DEM)地形精度。迭代自组织数据(ISODATA)技术采用独立分类每个图像地图移动沙丘。整体精度和k指数基于混淆矩阵被用作准确性措施评估移动沙丘地图的精度22]。共有300个采样点的移动沙丘映射到被测试生成基于随机抽样方案。这些采样点为每个移动沙丘被地图覆盖标准假彩色合成的陆地卫星TM / ETM + (R:四级,G:乐队3 B:乐队2)。移动沙丘在每一个采样点确定基于这些复合材料的目视判读。
总耕地面积和总谷子产量为89横幅(县或市)获得当地经济统计数据从1982年到2006年。每个横幅的小米单产(县或市)计算除以总小米收益率与总耕地面积。
3.2。确定植被变化的趋势
归一化植被指数存在敏感、密度、植被条件和与吸收光合有效辐射(PAR)和植被初级生产15]。特别适合研究植被变化在干旱和半干旱地区13]。因此,我们选择归一化植被指数作为研究植被指数变化趋势在这个研究。
有一些常用的NDVI植被指数呈现变化,包括十天最大NDVI,每月最大NDVI,年度最大归一化植被指数,综合十天最大NDVI在生长季节,和综合月度最大NDVI在生长季节12- - - - - -19]。在这项研究中,综合月度最大归一化植被指数生长期(5月至9月)的使用。这个指数的选择是基于两点:(1)综合月度最大NDVI在生长季节可以更好地反映植被的整体条件比为期十天的最大NDVI,每月最大归一化植被指数,或年度最大NDVI因为interseasonal高变化在干旱和半干旱地区的植被;(2)综合月度最大NDVI在生长季节影响云污染不到综合十天最大NDVI在生长季节。
植被变化的总体趋势在此期间从1982年到2006年确定时间序列的基础上集成在生长季节每月最大NDVI简单线性回归拟合使用最小二乘估计(因变量:整合归一化植被指数;自变量:时间)(23]。的总体趋势被转化为改变率综合参数在整个研究期间,表示为一个百分比的值相对于线性趋势线在时间序列的起点。F统计信息是用来确定线性回归模型的重要性。最后,集成的地图和归一化植被指数变化趋势F统计值确定重要的植被变化重叠。如果回归模型是重要的在0.05级,集成的归一化植被指数被认为是表示增加或减少的趋势。
3.3。植被变化的驱动因素的确定趋势
内蒙古自治区主要是位于干旱和半干旱地区。降水量的主要自然因素限制了植物成熟在干旱和半干旱地区,尤其是在生长季节。虽然气候因素如温度、蒸发和太阳辐射对植被的影响成年,他们并没有起到限制作用在干旱和半干旱地区的生长季节。土壤和地形等自然因素不会改变多少十年范围内,因此不会影响植被变化多,。为了简化分析生长变化趋势的原因,我们只考虑降水(干旱和半干旱地区的主要限制因素)是唯一的自然因素影响植被生长季节的变化。
皮尔逊相关系数的每个像素计算测试强度降水和归一化植被指数之间的线性相关性。综合月度最大归一化植被指数生长期和累积降水量在同一时期被用来发现他们的关系。如果皮尔森的这两个变量之间的相关系数最大的像素区域在0.05水平显著相关,降水量被认为是这个地区的植被变化趋势的主要原因。如果皮尔森的这两个变量之间的相关系数最无关紧要的像素在一个地区相关在0.05水平,我们认为这一地区的植被变化趋势主要是由nonclimatic因素引起的。
地区植被变化趋势主要是由于nonclimatic因素,植被变化和土地利用之间的关系确定。土地利用图基于2000年的陆地卫星TM / ETM +重叠与植被变化趋势地图基于GIMMS NDVI数据集成。如果有一个集成NDVI显著增加发生在农田的地方分布,植被增加可能是由人类活动引起的。如果有一个集成NDVI显著增加发生在移动沙丘的地方被转换为其他土地利用类型如草原,森林,或农田,植被也归因于人类活动增加。
4所示。结果与讨论
4.1。植被的变化趋势
期间从1982年到2006年,17%的研究区植被增加,而3%的明显下降,根据f统计量的值(表0.05水平1)。其他地区没有明显的植被变化趋势。在大约13%的研究领域,集成NDVI表示强烈显著增加(超过15%)。这些结果表明,相当大部分的研究区经历了一个重要的植被增加,只有一小部分有明显显示,植被减少在研究期间。
植被空间格局变化趋势明显不同的研究领域。区域整合归一化植被指数显著增加主要分布在四个区域(图2)。人或南部的科尔沁沙地土地(地区),包括科尔沁沙地Zuoyi钟旗帜,开鲁县,通辽市城市,科尔沁沙地Zuoyi侯旗帜,乃旗帜,Ongmud旗帜,Hure旗帜,Aohan旗帜,赤峰市,Harqin旗帜,Ningcheng县(ID: 24、29、30、32岁,34岁,35岁,36岁,39岁,42岁,47岁,50)。第二个在河套平原地区(II),包括婺源县Linhe县Hangjin侯旗帜,Tumd Zuoqi旗帜,Tumd你旗帜,Dengkou县(ID: 69、70、71、72、75、76)。第三是在北部阴山山脉的山麓III(地区),包括商都县友谊Qahar侯旗帜,友谊Qahar钟旗帜,兴和县,友谊Qahar钱旗帜,Liangcheng丰镇发电厂县县(ID: 53岁,55岁,56岁,61年,64年,73年,74年)。第四是在鄂尔多斯高原的东部地区(IV),包括Horinger旗帜,Dalad旗帜,Jungar旗帜,清水河县,鄂尔多斯市下游额济纳Horo旗帜,Uxin横幅(ID: 79、81、82、83、85、87、88)。
4.2。植被变化趋势的驱动因素
4.2.1。准备集成的NDVI与降水之间的关系
图3显示的空间模式整合归一化植被指数之间的相关系数在生长季节和同期降水积累起来的。模式变化显然在整个研究区从1982年到2006年。整合归一化植被指数显示显著增加的趋势,相关系数在0.05水平无关紧要(ID: 24、29、30、32、34、35、36、39、42岁,47岁,50岁,53岁,55岁,56岁,61,64,69,70,71,72,73,74,75,76,79,81,82,83,85,87,88)(表吗2)。
区域归一化植被指数的相关系数是微不足道的显示显著增加的趋势;因此沉淀的主要原因并不是显著增加的趋势在综合月度最大NDVI在生长季节。这些结果表明,没有积极的联系之间的显著增加植被和降水变化频繁报道非洲萨赫勒地区和中国大陆或国家尺度(4,5,12- - - - - -19]。
应该指出的是,有积极的归一化植被指数之间的相关性和降水在相当多的领域(ID: 6、8、9、10、11、12、16、21、23、26日,27日,37岁,38岁,41岁,48岁,43岁,45岁,53岁,55岁,56岁,65年,63年,62年,58岁的48)。在这些领域,集成的归一化植被指数没有明显的变化趋势,主要分布在草原(数字1和3)。人类活动对植被变化只有轻微影响在这些领域,因此它是不足为奇的降水在植被变化中扮演关键角色。
4.2.2。集成的归一化植被指数和人类活动之间的关系
地区的植被增加趋势I, II, III主要是耕地的变化有关。这些地区的大部分土地被用作农田,这占45.9%,42.4%,和50.7%的面积,分别(表3)。在生长季节整合归一化植被指数的增加是由于耕地的增加生物量与人类管理的改进如灌溉和肥料。表4显示,小米单产显示在0.05水平显著增加的趋势几乎所有这些地区。小米单产的增加表明作物生物量的增加。因此,我们认为,农田的生物量显著增加在研究期间。因此,这是不足为奇的观察,在大多数这些地区生长季节的整合归一化植被指数显著增加,主要的土地利用类型是农田。
该地区四归一化植被指数NDVI变化显著增加主要是由于击剑和在这些领域种植草和树木。图4显示移动沙丘迅速降低了这部分地区从1988年到2010年期间。移动沙丘的面积从6790公里下降超过50%2到1988年的2753公里2在2000年(总体分类精度从90%到98%不等,kappa系数从0.74到0.89不等如表所示5)。移动沙丘的减少表明生物量的增加在这一地区在研究期间。因此,集成的归一化植被指数显示,显著增加的趋势。
(一)
(b)
5。结论
本文指出植被增加的长期变化从1982年到2006年,内蒙古自治区的很大一部分,中国。17%的研究区域显著增加趋势显示在0.05水平F统计值。这些结果与植被变化的频繁报道大陆非洲萨赫勒地区或国家尺度和在中国4,5,12- - - - - -19]。
本文还指出,重要的植被增加显示没有明显的积极的与研究区域的降水。地区的NDVI显著增加,综合月度最大归一化植被指数生长期和同期累计降水在0.05水平无关紧要。这些结果不同于植被和降水之间的关系,已报道了大陆或国家尺度在非洲萨赫勒地区和中国。先前的研究主要将植被增加降水变化(4,5,12- - - - - -19]。
综合月度最大归一化植被指数的增加相关的生长季节主要是人类主动语态。重要的归一化植被指数增长趋势的增加主要是由于小米的耕地单位面积产量或摘要科尔沁沙地的南部,在河套平原,北部和阴山山脉的山麓(地区I, II, III)。在鄂尔多斯高原的东部地区(IV),重要的归一化植被指数增加趋势主要是由于击剑和种植草地上的草和树木。