基于遥感的黄河上游降水时空特征及植被响应分析

摘要

降水是地球水循环过程的最基本环节，气候变化带来降水量的时空分布变化，对区域水资源、生态系统状况等产生深刻影响。黄河上游作为黄河流域的水源地，降水情况对于中下游农业、经济等发展所需的基本水资源条件充足与否有重要影响。通过对区域植被指数的变化及其对降水因子的响应研究能够反映植被覆盖度的增减趋势以及植被覆盖变化对降水响应的时间效应，对于地区生态环境基本情况的把握和因地制宜的改善治理有着重要意义。以往的研究通常利用气象站点数据研究降水时空变化，然而站点数量的不足及其空间分布的不合理性，导致其很难在空间上准确展现降水的时空特征，进而影响植被与降水的响应关系研究。本文以黄河上游（包含了青海省天峻县、刚察县、共和县以及内蒙古阿拉善左旗、阿拉善右旗和甘肃省民勤县、武威市等）区域为研究范围，利用遥感获得的时空连续的TRMM3B43降水数据对该区1998-2014年间的降水时空分布特征进行研究，以期获得较为准确的研究结果，在此基础上利用NDVI植被指数数据探索植被对降水的时空响应特征。主要结果如下：
　　（1）TRMM3B43能够很好反映研究区的降雨分布状况。TRMM3B43年降水数据与站点年降水量R=0.943，RRMSE=19.21％，TRMM数据能够满足在年尺度上的应用；TRMM3B43四季降水数据相关系数均大于0.83，春夏两季大于0.9，春夏秋季RRMSE值分别为29.49%、23.07%、31.32%，TRMM数据能够准确反映研究区季节降水特征；TRMM3B43与气象站点月数据相关系数R=0.932，RRMSE=47.55%，说明在研究区研究时段内的TRMM3B43月降水数据是可靠的。
　　（2）研究区降水存在明显的时空分异变化特征。降水总体呈现自南向北减少，自西南向东北减少的规律，同时又存在诸如南部降雨高值区及次高区，祁连山以南相对多雨区，巴颜喀拉山脉相对多雨区，以及阿拉善盟和乌特拉中旗等远离水汽影响的干旱区等复杂空间格局。研究区年降水量slope最大值为3.647，最小值为-0.443，平均值0.289。河西走廊东端的武威、青海湖盆地以及祁连山系中部地区、龙首山脉等地区降水表现为轻微的较少趋势，其他地区slope值均大于0，降水表现为增加趋势。研究区年降水相对变率在6%-52.7%之间，由西南向东北递增分布，温带大陆性气候区表现较突出。
　　（3）研究区植被NDVI呈现显著时空变化特征。存在南部较高，中北部较低的分布规律。年和季尺度上均呈增加趋势，时间变化速率秋＞夏＞冬＞春。落叶阔叶林、常绿针叶林、稀疏灌木林、郁闭灌木林、草地、混交林、农田、农业与自然植被镶嵌体植被指数NDVI在1998-2014年均呈上升趋势，但存在速率差异。
　　（4）研究区植被NDVI对降水响应以滞后一个月为主。全区面积有0.34％的地区NDVI对降水的最大响应滞后3个月；有内蒙古高原地区等3.94％面积对降水的最大响应滞后2个月；有阿尼玛卿山、祁连山、内蒙古高原、六盘山、贺兰山等66.97％的面积对降水的最大响应滞后1个月；河南蒙古族自治县等青藏高原东部、祁连山南部等28.75％面积最大相关系数出现在对应月份。
　　（5）研究区各植被类型对不同季节降水表现出不同的响应特征。常绿针叶林、农业与自然植被镶嵌体对春季和秋季月降水的最大响应出现在对应月份，与夏季月降水无显著相关性，与秋季月降水最大响应出现在对应月份；落叶阔叶林对春季和夏季月降水的最大响应出现在对应月份，对秋季月降水最大响应滞后一个月；混交林对春季降水的最大响应滞后一个月，与夏季降水无显著相关，与秋季月降水最大响应出现在对应月份；混交林对春季降水的最大响应滞后一个月，与夏季降水无显著相关，与秋季月降水最大响应出现在对应月份；稀疏灌木林、郁闭灌木林、草地和农作物对春季降水的最大响应滞后一个月，与夏季降水无显著相关，与秋季月降水最大响应出现在对应月份。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究进展

1.3 主要研究内容与技术路线

2 研究区概况与研究数据

2.1 研究区概况

2.2数据来源

2.3数据预处理

2.4 研究方法

3TRMM 3B43数据精度检验

3.1 数据处理

3.2 数据精度检验

4 降水时空特征分析

4.1研究区降水的空间格局

4.2研究区1998-2014年平均降水量空间分布

4.3 研究区降水量年内分布特征

4.4 黄河上游1998-2014年降水年际变化特征

4.5 研究区降水相对变率

5 研究区植被指数时空特征及其对降水的响应

5.1研究区1998-2014年 NDVI空间分布

5.2 研究区1998-2014年 NDVI时间变化

5.3 研究区1998-2014年 NDVI空间变化

5.4 不同植被类型的NDVI变化

5.5 研究区植被NDVI对降水响应研究

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 不足与展望

参考文献

致谢