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山东省植被覆盖时空演化及其对气候变化和人类活动的响应

摘要植被作为生态系统的重要组成部分,控制着陆地和大气之间碳、水、能量和动量的交换,在维持气候稳定和推进气候干预政策中扮演着不可替代的作用。深入探究气候变化背景下山东省植被覆盖时空动态变化特征及其驱动因素,对于区域生态环境可持续发展、国土空间格局合理规划和实现“双碳”战略目标具有重要意义。因此,本研究以山东省为研究区域,选取归一化植被指数(NormalizedDifferenceVegetationIndex,NDVI)和叶面积指数(LeafAreaIndex,LAI)以表征植被覆盖特征,基于189个气象站点实测资料、2001-2020年MODIS系列产品数据和土地利用数据,采用ANUSPLIN插值、Mann-Kendall显著性检验和Theil-SenMedian趋势性分析、时序稳定性分析、多阶偏相关分析、多元回归残差分析和偏微分原理等方法,明晰了2001-2020年山东省植被覆盖和气候特征时空格局演变特征,揭示了研究期间各气候特征对山东省植被覆盖变化的影响,评估了人类活动和气候变化对山东省植被覆盖变化的贡献。主要研究结论如下:<br>  (1)2001-2020年山东省植被覆盖年内变化呈典型单峰型曲线。研究期间山东省NDVI和LAI年均变化速率分别为7×10-5yr-1(p>0.05)和3.1×10-2yr-1(p<0.01),德州市年均NDVI和LAI增速最大,分别为2.3×10-4yr-1(p<0.05)和0.06yr-1(p<0.01),威海市年均NDVI和LAI减速最大,分别为-2.5×10-4yr-1(p<0.01)和-0.01yr-1(p>0.05)。空间上,山东省NDVI和LAI变化趋势均以不显著增长为主。时序稳定性分析结果表明,近20年山东省NDVI变化极其稳定,而LAI变化则有一定程度波动,未来山东省植被覆盖变化趋势以增加转减少为主。<br>  (2)2001-2020年山东省降水和温度的年内变化呈单峰型曲线,相对湿度和风速的年内变化分别呈单周期余弦波形和单周期正弦波形。研究期间,山东省降水和相对湿度年际变化呈显著减少趋势,相对湿度年际变化呈不显著减少趋势,温度年际变化呈显著增加趋势,风速年际变化呈显著减少趋势,年均变化速率分别为-0.1mmyr-1(p>0.05)、-0.1%yr-1(p>0.05)、0.05℃yr-1(p<0.01)和-0.04ms-1yr-1(p<0.01)。各地市温度均为上升趋势,相对湿度均为下降趋势,风速均为下降趋势,降水变化趋势则具有一定的区域差异性。研究期间,山东省土地利用转换面积约为1.79×104km2,约占全省总面积的11.7%,土地利用变化类型以耕地转出和不透水地面转入为主。<br>  (3)2001-2020年山东省植被覆盖与降水呈正相关关系,与温度和风速呈负相关关系。研究期间,降水、温度和相对湿度的变化推动了山东省NDVI的减少,风速的变化主导了NDVI的增加;降水和温度的变化导致了研究区LAI的减少,而相对湿度和风速则引导了研究区LAI的增加。气候变化是主导山东省植被覆盖变化的主要驱动力,其对NDVI和LAI变化的区域平均贡献度分别为67.2%和69.3%。总体而言,近20年山东省植被覆盖变化以气候变化主导的植被覆盖增加为主,尽管人类活动是导致研究期间山东省植被褐变的关键因素,但不可否认其仍推动了山东省7.5%面积的植被趋向增加。

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导师 张永涛
分类号 Q948
发布时间 2023-09-27(万方平台首次上网日期,不代表论文的发表时间)
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