毛乌素沙地乌审旗境内NDVI与环境因子的尺度响应

摘要

尺度是正确理解格局与过程相互作用的关键。格局、过程与尺度间的依赖关系是景观生态学研究中的核心问题之一。格局和过程对不同尺度上干扰的响应，是自然系统内在的复杂时空异质性的主要来源。
　　毛乌素沙地处于荒漠、荒漠草原向森林草原的生态过渡带，荒漠化过程在不同时间和空间尺度显著作用于沙地生态系统的格局变化，是开展不同时空尺度下荒漠化进展过程和驱动机制研究的理想地区。系统地研究毛乌素沙地景观、植被格局空间异质性及其对不同时空尺度下气候、地形因子的响应，有助于理解探索荒漠化的进展过程和驱动机制，为科学监测评价荒漠化动态变化、合理制定防治荒漠化策略提供依据。
　　本文以地处毛乌素沙地腹地的乌审旗为研究对象，筛选出适宜当地的气候因子空间化插值方法并分析其年际变化的周期性振荡特征；在生态学、应用数学的理论和3S技术支持下，分别在南北和东西走向设置5条重采样样带共17328个像元，获得1990年、2005年和2009年毛乌素沙地植被指数（-1≤NDVI≤1）、植被覆盖（NDVI≥0）、主要气候因子和基本地形因子数据，采用原始尺度、小波多尺度细节系数相关分析、多元逐步回归分析等分析方法，分析植被—气候—地形空间格局特征及其不同尺度下响应规律，得出如下结论：
　　（1）在现有数据密度的条件下，内蒙古地区降水和相对湿度适宜采用以原始数据四球球面模型和合理二次模型为半变异函数模型模拟数据空间变化趋势的普通克里格法进行空间数据插值，以幂指数取3时的反距离加权法作为气温适宜的空间化插值算法。
　　（2）近40年来内蒙古毛乌素沙地年平均气温上升0.401℃/10a，年降水和年平均相对湿度的变化趋势不明显。气候年际变化的周期性振荡存在多重时间尺度上的复杂嵌套结构。
　　（3）植被指数（-1≤NDVI≤1）、植被覆盖、主要气候因子和基本地形因子小波多分辨率分析的特征尺度规律为：植被指数（-1≤NDVI≤1）、植被覆盖、主要气候因子和基本地形因子的空间异质性随尺度上推增大，并倾向于大尺度水平表达。植被指数（-1≤NDVI≤1）和植被覆盖（NDVI≥0）空间格局具复杂的非线性特征，研究区气候因子和海拔高度在研究尺度范围内不存在特征尺度，坡度和坡向的特征尺度具有复杂的空间分布特征。
　　（4）在原始尺度下，植被覆盖与气候、地形因子的多元逐步回归分析结果表明：在降水大的年份，降水、相对湿度、气温对植被覆盖的影响作用要强于地形因子，而在降水少，气候干旱的年份，坡度、海拔高度等局部地形因素对于植被的覆盖影响要强于气候因子。
　　（5）植被指数（-1≤NDVI≤1）、植被覆盖与气候、地形因子间具复杂的尺度相关特征，最大相关尺度多出现在中高尺度，表明气候和地形的作用均倾向于表现在宏观水平。气温与植被指数（-1≤NDVI≤1）、植被覆盖的敏感尺度较少，降水与植被指数（-1≤NDVI≤1）、植被覆盖具多重尺度的显著、极显著相关，坡度、坡向与植被指数（-1≤NDVI≤1）存在宏观和微观尺度的制约关系，海拔高度、坡向与植被覆盖具多重尺度的制约关系。多尺度相关分析有利于揭示格局和过程中的尺度响应，了解格局形成过程中，各因子在不同尺度上的作用。
　　（6）荒漠化过程与尺度、格局密切相关。荒漠化过程存在着时空尺度差异，这种差异表现在荒漠化敏感尺度与驱动因素的变化上。就毛乌素沙地而言，固定、半固定沙地，梁滩、河谷的荒漠化过程及驱动机制在风蚀、水蚀、盐渍化的交替作用下难以用统一尺度来度量，因此应从多重尺度对荒漠化过程进行监测和评价，为科学合理地制定防治策略提供依据。

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1 引言

1.1 尺度的概念及其问题的提出

1.2 尺度在生态环境问题研究中的应用

1.3 生态学中的尺度转化方法

1.4 小波分析及其在生态学尺度研究中的应用

1.5 植被覆盖、NDVI 及其影响因素

1.6 毛乌素沙地植被与土地荒漠化研究概况

1.7 选题背景及研究意义

1.8 研究目的

1.9 技术路线

1.10 本研究的主要内容、拟解决的关键问题本论文主要的研究内容有：

2 研究区概况及研究方法

2.1 研究区概况

2.2 研究方法与数据处理

3 主要气候因子插值及时空尺度分析

3.1 主要气候因子插值方法的比较

3.2 气候因子多重时间尺度分析

3.3 气候因子多尺度空间格局的各向异性

3.4 小结与讨论

4 NDVI 与地形因子的多尺度空间格局变化

4.1 植被指数（-1≤NDVI≤1）与植被覆盖（NDVI≥0）的多尺度空间格局分析

4.2 基本地形因子的多尺度空间格局分析

4.3 结论与讨论

5 植被指数（-1≤NDVI≤1）、植被覆盖（NDVI≥0）与气候、地形因子间的尺度响应

5.1 植被指数（-1≤NDVI≤1）、植被覆盖（NDVI≥0）与气候因子的尺度响应

5.2 植被指数（-1≤NDVI≤1）、植被覆盖（NDVI≥0）与地形因子的尺度响应

5.3 乌审旗区域植被覆盖与气候、地形因子之间的相关性分析

5.4 小结与讨论

6 论文主要结论与研究展望

6.1 结论

6.2 研究展望

致谢

参考文献

附 录

作 者 简 介