现代地质 ›› 2024, Vol. 38 ›› Issue (03): 612-623.DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2024.026
姚瑞晨1(), 郝仕龙1(
), 李秀萍1, 侯佳成1, 陈浩源1, 张岩2
出版日期:
2024-06-10
发布日期:
2024-07-05
通讯作者:
郝仕龙,男,教授, 1972年出生,主要从事水土资源与遥感技术应用研究。Email: haoshilong@ncwu.edu.cn。
作者简介:
姚瑞晨,男,硕士研究生,1996年出生,主要从事水土保持研究。Email:yaoruichen0327@163.com。
YAO Ruichen1(), HAO Shilong1(
), LI Xiuping1, HOU Jiacheng1, CHEN Haoyuan1, ZHANG Yan2
Online:
2024-06-10
Published:
2024-07-05
摘要:
基于GIMMS NDVI3g和MODIS NDVI数据,利用一元线性回归模型,本文构建了1982—2020年黄河流域(河南段)GIMMS-MODIS NDVI数据集;在此基础上,结合Sen趋势、Mann-Kendall(M-K)及偏相关分析等方法探究了黄河流域(河南段)NDVI时空演变及其对气候因子的响应。结果表明:(1)重构的GIMMS MODIS NDVI和GIMMS NDVI拟合效果较好,其R2达到了0.8799(P<0.01),二者的月均值直方图差值在[-0.02,0.02]之间的占比高达81.47%;(2)1982—2020年黄河流域(河南段)年和春、夏、秋、冬四季NDVI值均呈现波动增加的趋势,其增加速率分别为0.0018 a-1(P<0.01)、0.0027 a-1(P<0.01)、0.0006 a-1(P<0.1)、0.0013 a-1(P<0.01)和0.0024 a-1(P<0.01);空间上,该流域年和春、夏、秋、冬四季NDVI显著增加的面积占比分别为76.62%、76.62%、33.64%、57.19%和77.16%,显著下降的区域主要位于流域中南部地区;(3)1982—2020年黄河流域(河南段)年均气温呈现显著增加的趋势(slope=0.0377 ℃·a-1,P<0.01)。从季节变化来看,春季和秋季的平均气温增加速率最快,降水的变化在年及其春、夏、秋、冬四季变化均不显著;(4)1982—2020年黄河流域(河南段)年、春季及其冬季NDVI变化主要受到气温控制,夏季NDVI变化主要受降水影响;从空间分布来看,年、春季和冬季NDVI与气温呈显著相关的站点比例分别为82.14%、50%和75%,春季、夏季和秋季NDVI与降水呈显著正相关的站点比例分别为3.57%、14.29%和3.57%,主要零星分布在流域的中部地区。
中图分类号:
姚瑞晨, 郝仕龙, 李秀萍, 侯佳成, 陈浩源, 张岩. 1982—2020年黄河流域(河南段)NDVI动态演变及其与气候变化响应研究[J]. 现代地质, 2024, 38(03): 612-623.
YAO Ruichen, HAO Shilong, LI Xiuping, HOU Jiacheng, CHEN Haoyuan, ZHANG Yan. Dynamic Evolution of the Vegetation and Its Response to Climate Changes from 1982 to 2020 in the Yellow River Basin (Henan Section)[J]. Geoscience, 2024, 38(03): 612-623.
年份 | 土地类型 | 耕地 | 林地 | 草地 | 水体 | 建设 用地 | 未利 用地 |
---|---|---|---|---|---|---|---|
2000 | 类型面积(km2) | 22065 | 8219 | 4080 | 1533 | 2907 | 117 |
类型比例(%) | 56.69 | 21.12 | 10.48 | 3.94 | 7.47 | 0.30 | |
2020 | 类型面积(km2) | 21177 | 8208 | 3540 | 1344 | 4908 | 13 |
类型比例(%) | 54.04 | 20.94 | 9.03 | 3.43 | 12.52 | 0.03 |
表1 2000年和2020年黄河流域(河南段)土地利用类型分布状况
Table 1 Distribution of land use types in the Yellow River Basin (Henan section) in 2000 and 2020
年份 | 土地类型 | 耕地 | 林地 | 草地 | 水体 | 建设 用地 | 未利 用地 |
---|---|---|---|---|---|---|---|
2000 | 类型面积(km2) | 22065 | 8219 | 4080 | 1533 | 2907 | 117 |
类型比例(%) | 56.69 | 21.12 | 10.48 | 3.94 | 7.47 | 0.30 | |
2020 | 类型面积(km2) | 21177 | 8208 | 3540 | 1344 | 4908 | 13 |
类型比例(%) | 54.04 | 20.94 | 9.03 | 3.43 | 12.52 | 0.03 |
参数 | 数据来源 | 空间分辨 率(km) | 时间分辨 率(d) | 数据名称 |
---|---|---|---|---|
NDVI | GIMMS NDVI | 8 | 15 | 美国国家航空航天局 |
MODIS NDVI | 1 | 30 | 美国国家航空航天局 | |
气象 数据 | 气温 | — | 1 | 中国气象数据网 |
降水 | — | 1 | 中国气象数据网 | |
辅助 数据 | 土地利用 | 1 | 1 | 资源环境科学与数据 中心 |
表2 气象和土地利用数据资料表
Table 2 Data profile of meteorology and land use
参数 | 数据来源 | 空间分辨 率(km) | 时间分辨 率(d) | 数据名称 |
---|---|---|---|---|
NDVI | GIMMS NDVI | 8 | 15 | 美国国家航空航天局 |
MODIS NDVI | 1 | 30 | 美国国家航空航天局 | |
气象 数据 | 气温 | — | 1 | 中国气象数据网 |
降水 | — | 1 | 中国气象数据网 | |
辅助 数据 | 土地利用 | 1 | 1 | 资源环境科学与数据 中心 |
图2 2001—2015年黄河流域(河南段)逐月(a)及月均值(b)GIMMS NDVI和MODIS NDVI变化
Fig.2 Monthly (a) and multi-year monthly average (b) changes of GIMMS NDVI and MODIS NDVI in the Yellow River Basin (Henan section) from 2001 to 2015
图3 重构前后 GIMMS NDVI和GIMMS MODIS NDVI散点图(a)及差值直方图(b)
Fig.3 Scatterplot (a) and difference histogram (b) of GIMMS NDVI and GIMMS MODIS NDVI before and after the reconstruction
图4 1982—2020年黄河流域(河南段)年均(a)和季节(b)NDVI时间变化趋势
Fig.4 Time variation trend of annual average (a) and seasonal (b) NDVI in the Yellow River Basin (Henan section) from 1982 to 2020
图5 1982—2020年黄河流域(河南段)年均NDVI变化趋势(a)和显著性(b)空间分布
Fig.5 Annual NDVI trend (a) and significance (b) spatial distribution in the Yellow River Basin (Henan section) from 1982 to 2020
图6 1982—2020年黄河流域(河南段)春、夏、秋和冬季NDVI变化趋势及显著性空间分布格局
Fig.6 NDVI trend and spatial pattern of significance in spring, summer, autumn, and winter of the Yellow River Basin (Henan section) from 1982 to 2020
图7 1982—2020年黄河流域(河南段)年均及四季气温和降水量时间变化趋势
Fig.7 Temporal variation trends of annual and seasonal temperature and precipitation in the Yellow River Basin (Henan section) from 1982 to 2020
参数 | 年 | 春季 | 夏季 | 秋季 | 冬季 |
---|---|---|---|---|---|
NDVI-气温 | 0.6340** | 0.5912** | 0.1631 | 0.0557 | 0.4961** |
NDVI-降水 | 0.0122 | 0.2372 | 0.2443 | -0.0177 | 0.0660 |
表3 1982—2020年黄河流域(河南段)年、春、夏、秋、冬NDVI与降水和气温的偏相关系数
Table 3 Partial correlation coefficients between NDVI and precipitation and temperature in interannual, spring, summer, autumn, and winter in the Yellow River Basin (Henan section) from 1982 to 2020
参数 | 年 | 春季 | 夏季 | 秋季 | 冬季 |
---|---|---|---|---|---|
NDVI-气温 | 0.6340** | 0.5912** | 0.1631 | 0.0557 | 0.4961** |
NDVI-降水 | 0.0122 | 0.2372 | 0.2443 | -0.0177 | 0.0660 |
图8 1982—2020年黄河流域(河南段)年际(a)、春(b)、夏(c)、秋(d)、冬(e)季气温变化空间分布
Fig.8 Spatial distribution of annual (a), spring (b), summer (c), autumn (d) and winter (e) temperature changes in the Yellow River Basin (Henan section) from 1982 to 2020
图9 1982—2020年黄河流域(河南段)年际(a)、春(b)、夏(c)、秋(d)、冬(e)季降水变化空间分布
Fig.9 Spatial distribution of annual(a), spring (b), summer (c), autumn (d) and winter (e) precipitation changes in the Yellow River Basin (Henan section) from 1982 to 2020
图10 1982—2022 年黄河流域(河南段)年际(a), 春(b), 夏、秋(d)、冬(e) NDVI与气温的偏相关系数空间分布
Fig.10 Spatial distribution of partial correlation coefficients between NDVI and temperature in interannual (a), spring (b), summer (c), autumn (d) and winter (e) in the Yellow River Basin (Henan section) from 1982 to 2022
图11 1982—2022 年黄河流域(河南段)年际(a)、春(b)、夏(c)、秋(d)、冬(e)NDVI与降水的偏相关系数空间分布
Fig.11 Spatial distribution of partial correlation coefficients between NDVI and precipitation in interannual(a), spring (b), summer (c), autumn (d) and winter (e) in the Yellow River Basin (Henan section) from 1982 to 2022
参数 | 耕地 | 林地 | 草地 | 建设用地 |
---|---|---|---|---|
NDVI趋势 | 0.0027 | 0.0035 | 0.0029 | 0.0016 |
NDVI显著性 | P<0.1 | P<0.01 | P<0.05 | P>0.1 |
表4 不同植被类型的NDVI变化趋势
Table 4 NDVI variation of different vegetation types
参数 | 耕地 | 林地 | 草地 | 建设用地 |
---|---|---|---|---|
NDVI趋势 | 0.0027 | 0.0035 | 0.0029 | 0.0016 |
NDVI显著性 | P<0.1 | P<0.01 | P<0.05 | P>0.1 |
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