基于GEE遥感云平台的内蒙古水域与草地时空动态研究
作者单位：内蒙古农业大学
学位级别：硕士
导师姓名：张圣微
授予年度：2022年
学科分类：09[农学] 0903[农学-农业资源与环境]
摘 要：水域和草地作为陆地生态系统的重要构成因子,在自然生态系统平衡及人类活动中占据重要地位,研究水域和草地时空动态是保护地球生态屏障及供水安全的重要前提和基础。本文以内蒙古草原为研究区,基于Google earth engine(GEE)遥感云平台,整合遥感影像、气象数据和实测数据,研究内蒙古近20年水域与草地时空动态变化,以及水域空间分布对草地的影响。为贯彻落实2021年中央一号文件中“科学开展大规模国土绿化行动,稳步恢复草原生态环境政策提供方法和数据支持。通过研究得到以下主要结果:(1)根据随机森林机器学习算法不同分类方案结果的精度和实际效果选择光谱特征+指数特征+地形特征(方案3,精度为92.73%)进行分类,研究期间(2000-2020年)不同地物面积主要呈现草地、林地、建设用地增加,分别增加了617.50、140.82、24.18万hm,沙地、裸地、耕地、湿地和水体面积减少,分别减少了120.46、348.78、291.12、4.37、4.84万hm。裸地、沙地和耕地是主要的转出地类,连续不断向其他地类转入,而三者主要的转入地类为草地,同时部分草地又转出为林地、建设用地,裸地与沙地则有部分出现相互转化情况。水体与湿地所占总面积比例较小且变化趋势不明显。(2)利用改进的归一化差异水体指数(MNDWI)分析水域的时空变化,近20年内蒙古有117.65万hm存在或存在过水域,永久水域覆盖面积为33.13万hm,除了巴彦淖尔市、鄂尔多斯市、阿拉善盟水域面积呈增加趋势其他盟市均减少。在2000-2010年全年水域面积呈减少趋势,2011-2020年有所增加,有效水域面积整体变化趋势与全年水域变化趋势相似。除了工业总产值指数与季节性水域面积相关性不显著(p0.05),其他两两之间的相关性均显著相关(p0.05)。气候因素更多的是影响短期季节性水域变化,而人为因素会对长期全年水域产生较大的负面影响。(3)通过适宜性评价选择百分位法对近20年草地长势变化进行分析,发现草原长势呈波动变化,但整体向好。2000年长势最差,中等以下水平草地占60.9%,2005年有所好转,中等以下水平草地占33.3%,2010年有所降低,中等以下水平草地占比近一半(49.8%),2015和2020年草地长势水平较2010年显著升高,尤其在2020年中等及以上长势水平的草地高达80%。同时利用校正后的TVDI模型(TVDI)对草原干旱时空变化进行分析,结果显示,2000-2020年7、8月草原旱情以轻旱为主,正常次之,旱情呈波动式减弱。其中2020年5-7月旱情较为严重,平均干旱面积为2949.94万hm,主要分布在大兴安岭以西大部分地区。8-9月随着气温回落、降雨较多且草地水分需求较低等因素旱情明显缓解,平均干旱面积为1621.96万hm。10月降雨量仅9.93mm,旱情呈加重趋势,10月上旬受9月影响TVDI均值仍然较低,下旬旱情明显加重。(4)在岱海、达里湖、呼伦湖、西辽河、黄河以及乌梁素海周边建立不同距离的缓冲区,分析水域的空间分布与植被长势、干旱的关系。除了呼伦湖,其他湖泊流域在5000m范围内缓冲区均表现为近距离缓冲区NDVI均值大于远距离缓冲区的规律性变化,近距离缓冲区TVDI均值小于远距离缓冲区。不同缓冲区NDVI、TVDI均值差距在植被生长季6月至8月较大,其他时间差距较小。岱海、黄河在6-8月NDVI在10000m缓冲区以内呈递减趋势,达里湖、西辽河在5000m缓冲区以内呈递减趋势,乌梁素海递减缓冲区范围达25000m,各个湖泊TVDI均值递增缓冲区范围与NDVI均值递减缓冲区范围较为一致。
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