论文中文题名: | 黄河流域陕西段NDVI时空变化特征及其驱动因素分析 |
姓名: | |
学号: | 20210226095 |
保密级别: | 公开 |
论文语种: | chi |
学科代码: | 085215 |
学科名称: | 工学 - 工程 - 测绘工程 |
学生类型: | 硕士 |
学位级别: | 工程硕士 |
学位年度: | 2023 |
培养单位: | 西安科技大学 |
院系: | |
专业: | |
研究方向: | 地理空间信息技术与应用 |
第一导师姓名: | |
第一导师单位: | |
论文提交日期: | 2023-06-16 |
论文答辩日期: | 2023-06-04 |
论文外文题名: | Spatiotemporal variation characteristics and driving factors of NDVI in Shaanxi section of the Yellow River Basin |
论文中文关键词: | |
论文外文关键词: | Shaanxi section of the Yellow River Basin ; vegetation change ; correlation analysis ; geographical detector ; NDVI prediction |
论文中文摘要: |
作为陆地生态系统的重要组成部分,植被是促进地球不同圈层间物质循环和能量流动的关键纽带,对气候变化及人类活动高度敏感。植被变化是自然因素与人为因素综合作用的结果,因此,深入理解植被动态变化及时空分异规律,厘清植被变化的驱动因素,对区域生态保护和可持续发展至关重要。本文以黄河流域陕西段为研究区,基于归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index, NDVI)、气象数据、社会经济数据等,综合利用趋势分析、偏相关分析、地理探测器和随机森林等方法和模型,分析了2000−2019年研究区NDVI时空变化特征,辨析了NDVI变化的驱动因素,预测了未来情景下NDVI分布及变化。本文主要成果如下: (1)2000−2019年黄河流域陕西段NDVI总体以0.0086/a的速率呈极显著增加趋势,不同地域NDVI增速为:陕北(0.0109/a)>关中(0.0053/a),不同土地利用类型NDVI增速为:草地(0.011/a)>耕地(0.0081/a)>林地(0.0078/a)。NDVI呈增加趋势的面积占比为86.19%,其中显著增加的面积比例为81.90%,陕北(91.87%)>关中(66.91%),林地(97.48%)>草地(90.38%)>耕地(69.78%)。偏相关分析发现,研究区NDVI与年降水量呈正相关关系的面积占比为90.24%,NDVI与年均温呈正相关关系的面积占比为66.3%。 (2)将自然因素和人为因素进行细化并选择代表性指标,利用地理探测器进行了研究区NDVI驱动因素分析,单因子探测发现,黄河流域陕西段NDVI的主要驱动因子是降水量、耕地面积、林地面积、草地面积,四个因子对NDVI变化的解释力分别为0.73、0.66、0.63和0.38,说明降水和土地利用类型变化是研究区植被变化的主要驱动力,其中土地利用类型变化与退耕还林还草等人类活动是密不可分的;双因子交互探测显示年降水量和人口密度交互可解释82.5%的NDVI变化。生态探测结果显示q值较大的降水量、草地面积、林地面积及耕地面积对NDVI的作用机理与q值较小的其他因子均呈显著差异,进一步表明降水量和土地利用类型变化是植被变化的主要驱动因素。 (3)基于地理探测器重要性排序结果,利用随机森林模型预测研究区2030、2040和2050年不同排放浓度下的NDVI,结果表明:从空间上来看,未来30年植被生长状况整体向好。在不同分区上,低排放情景下,陕北NDVI逐渐增加,关中NDVI基本保持稳定;中排放情景下,陕北和关中NDVI在2040年都出现明显下降;高排放情景下,陕北NDVI出现缓慢下降,关中NDVI则波动上升。在不同土地利用类型上,低排放情景下,耕地、林地及草地NDVI均呈逐渐上升趋势;中排放情景下,耕地、林地及草地NDVI波动上升;高排放情景下,耕地、林地及草地NDVI均呈小幅度下降趋势。建议在加快城镇开发进程的同时,应确保耕地占补平衡,科学编制林地与草地保护、修复及利用规划方案,维护区域植被生态系统稳定。 |
论文外文摘要: |
As an important part of terrestrial ecosystems, vegetation is a key link to promote material circulation and energy flow between different spheres of the earth, and is highly sensitive to climate change and human activities. Vegetation change is the result of the combination of natural factors and human factors. Therefore, it is very important for regional ecological protection and sustainable development to deeply understand the dynamic changes of vegetation and the law of spatial and temporal differentiation, and to clarify the driving factors of vegetation change. In this paper, the Shaanxi section of the Yellow River Basin is taken as the research area. Based on NDVI, meteorological data and socio-economic data, the spatial and temporal variation characteristics of NDVI in the study area from 2000 to 2019 are analyzed by using trend analysis, partial correlation analysis, geographic detector and random forest. The driving factors of NDVI change are analyzed, and the distribution and change of NDVI in the future scenario are predicted. The main results of this paper are as follows: (1) From 2000 to 2019, the NDVI in the Shaanxi section of the Yellow River Basin showed a significant increase trend at a rate of 0.0086/a. The growth rate of NDVI in different regions was: Northern Shaanxi (0.0109/a) > Guanzhong (0.0053/a). The growth rate of NDVI in different land use types was: grassland (0.011/a) > cultivated land (0.0081/a) > forest land (0.0078/a). The area of NDVI showed an increasing trend accounted for 86.19%, of which the proportion of significantly increased area was 81.90%, Northern Shaanxi (91.87%) > Guanzhong (66.91%), woodland (97.48%) > grassland (90.38%) > cultivated land (69.78%). Partial correlation analysis showed that 90.24% of NDVI was positively correlated with annual precipitation, and 66.3% of NDVI was positively correlated with annual average temperature in the study area. (2) The natural factors and human factors were refined and the representative indexes were selected. The driving factors of NDVI in the study area were analyzed by using the geographical detector. The single factor detection showed that the main driving factors of NDVI in the Shaanxi section of the Yellow River Basin were precipitation, cultivated land area, forest land area and grassland area. The explanatory power of the four factors to NDVI change was 0.73,0.66,0.63 and 0.38, respectively, indicating that precipitation and land use type change were the main driving forces of vegetation change in the study area. The two-factor interactive detection showed that the interaction of annual precipitation and population density could explain 82.5% of the NDVI change. The results of ecological detection showed that the mechanism of precipitation, grassland area, woodland area and cultivated land area with large q value on NDVI was significantly different from other factors with small q value, which further indicated that precipitation and land use type change were the main driving factors of vegetation change. (3) Based on the importance ranking results of geographical detectors, the random forest model was used to predict the NDVI of the study area under different emission concentrations in 2030,2040 and 2050. The results showed that: From the spatial point of view, the vegetation growth status in the next 30 years is generally good. In different partitions, under the low emission scenario, the NDVI in northern Shaanxi gradually increased, and the NDVI in Guanzhong remained basically stable. Under the medium emission scenario, the NDVI in northern Shaanxi and Guanzhong decreased significantly in 2040.Under the high emission scenario, the NDVI in northern Shaanxi decreased slowly, while the vegetation in Guanzhong showed a fluctuated upward trend. In different land use types, under the low emission scenario, the NDVI of cultivated land, forest land and grassland vegetation showed a gradual upward trend. Under the medium emission scenario, the NDVI of cultivated land, forest land and grassland vegetation showed a fluctuated upward trend. Under the high emission scenario, the NDVI of cultivated land, forest land and grassland showed a slight downward trend. It is suggested that while accelerating the process of urban development, the balance of cultivated land should be ensured, and the protection, restoration and utilization planning schemes of forest land and grassland should be scientifically compiled to maintain the stability of regional vegetation ecosystem. |
参考文献: |
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中图分类号: | Q948 |
开放日期: | 2023-06-16 |