近30年来中国西部八省NDVI时空变化及驱动力分析

摘要

中国西部是中华民族和华夏文明的重要发祥地之一，是国家重要的生态屏障。历史上的中国西部地区也曾林草丰美、绿荫遍地，而现今的西部地区水土流失和沙化问题严重。改善西部生态环境的核心问题之一是植被的恢复和建设，因此，科学地研究西部地区植被覆盖变化及驱动因素，对于合理评价西部地区生态环境质量、制定生态保护政策具有重要意义。 文章以位于我国第二地势阶梯的呈“T”字形分布的八个省区（陕、甘、宁、蒙、新、滇、黔、川）为研究对象，基于1986-2015年GIMMS NDVI3g长时间序列数据集，利用空间统计与统计学模型揭示植被时空演变特点与地域分异特征；采用Sen+Mann-Kendall方法和相对变化率模型分析了中国西部地区植被覆盖的时空变化趋势；应用主成分分析方法筛选主导驱动因子，分别构造最小二乘回归模型（OLS）、特征向量空间滤波模型（ESF）和地理加权回归模型（GWR）探索了驱动植被覆盖变化因素；最后，结合GWR模型深入探讨不同主导因子对植被覆盖变化的影响及其空间分布异质性，并结合研究结论提出了相关政策与建议。主要研究结论为： （1）西部八省植被覆盖时空分异特征显著。NDVI随时间变化表现为年内单峰震荡、年际波动上升。空间分异特征随时间、地域的演化规律具体表现为：年内、年际均呈现东高西低、南高北低的特点，前者重心迁移呈现出明显的方向特征，后者重心迁移反复，标准差椭圆参数变化比较平稳；自西向东NDVI逐渐升高，由低纬至高纬NDVI呈“高-低-高”的变化趋势，各垂直带内植被生长状况平稳，带间植被生长状况差异显著。 （2）研究区植被覆盖变化总体呈现改善趋势，部分地区存在严重退化现象。不同时段角度：NDVI在2001-2015年比1986-2000年增加趋势更为明显且分布更广；不同土地利用类型角度：各种用地类型NDVI总体都呈增加趋势，显著增加比例最高的是耕地区域（50.17%）；不同行政区划角度：NDVI增加最显著的地区是贵州省（70.77%）。 （3）三种回归模型对于植被覆盖变化因素分析各有优劣。相较于OLS模型与ESF模型，GWR模型对数据的拟合程度更高，更好地解释了西部地区植被覆盖变化驱动因素的空间分异。全局分析结果中，ESF模型能有效地提取数据中的空间自相关性以降低模型的估计偏差，拟合效果比OLS模型更好。 （4）气候与土壤质地、地形、社会经济条件、土地利用类型、造林面积、线状地物等因素对植被覆盖变化影响显著。以区县为研究单元，植被覆盖的空间影响因素及其强度随地理位置的不同而不同，充分说明人地关系变化对植被覆盖变化作用机理的复杂性，应建立起较为完整的生态环境信息系统，综合考虑植被覆盖变化驱动因素的区域差异，因地制宜，长远规划。

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致谢

变量注释表

1 绪论

1.1.1研究背景

1.1.2研究意义

1.2.1植被覆盖变化的遥感监测

1.2.2植被动态变化驱动力研究进展

1.2.3空间统计在植被覆盖变化研究中的应用

1.2.4研究评述

1.3.1研究目标

1.3.2研究内容

1.4技术路线

2 研究区概况与数据处理

2.1研究区选取

2.2研究区概况

2.2.1研究区气候概况

2.2.2研究区植被与土地利用

2.2.3中国典型生态工程规划

2.3.1 GIMMS NDVI3g数据

2.3.2其他数据

2.4本章小结

3中国西部植被覆盖变化遥感监测

3.1.1 最大值合成法

3.1.2 重心与标准差椭圆

3.1.3 Sen+Mann-Kendall趋势分析

3.1.4 相对变化率模型

3.2NDVI时空演变特征

3.2.1 植被年内时空变化规律

3.2.2 植被年际时空变化规律

3.3NDVI地域分异特征

3.3.1 经向分布特征

3.3.2 纬向分布特征

3.3.3 垂直分布特征

3.4植被演变趋势分析

3.4.1 不同时间段内NDVI变化

3.4.2 不同土地利用类型NDVI变化

3.4.3 不同行政区划NDVI变化

3.5本章小结

4中国西部植被覆盖变化驱动因素分析

4.1.1普通最小二乘法（OLS）

4.1.2特征向量空间滤波模型（ESF）

4.1.3地理加权回归模型（GWR）

4.1.4模型评价与结果检验

4.2.1驱动因子指标体系选取及处理

4.2.2多重共线性诊断与驱动因子优化

4.2.3空间自相关性分析

4.3.1 全局影响因子分析

4.3.2 局部影响因子分析

4.3.3 模型比较分析

4.4本章小结

5基于GWR模型的驱动因素空间异质性分析

5.1 主导因素对植被覆盖变化影响的空间差异性分析

5.1.1气候与土壤质地对植被覆盖变化的影响

5.1.2地形因子对植被覆盖变化的影响

5.1.3社会经济因子对植被覆盖变化的影响

5.1.4土地利用因子对植被覆盖变化的影响

5.1.5造林面积因子对植被覆盖变化的影响

5.1.6线状地物要素对植被覆盖变化的影响

5.2植被生态建设对策与建议

5.3本章小结

6结论与展望

6.1主要结论

6.2创新点

6.3研究不足与展望

参考文献

附录1

附录2

附录3

作者简历

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