基于多源遥感影像长时序植被覆盖度提取与变化检测分析

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甘肃省作为我国典型的生态脆弱与经济发展不均衡地区,正处于保护生态环境与发展社会经济的关键时期。研究如何协调新时代生态文明建设和高质量经济发展之间的关系,成为了甘肃省落实“双碳”政策的重要课题之一。植被是生态环境的重要组成部分,在涵养水源、气候调节方面发挥着重要的作用,是生态环境保护的最关键要素。因此,深入研究植被覆盖动态变化、分布模式,掌握人类活动及气候变化对植被覆盖度的响应规律,对甘肃省的生态环境保护和可持续发展战略的实施具有重要的现实意义。本文基于MODIS卫星影像和相关植被指数产品数据,根据像元二分模型估算甘肃省植被覆盖度及年内四季植被覆盖度,并利用趋势分析法、变异系数、莫兰指数等方法揭示2003-2020年甘肃省植被覆盖度的时空分布变化特征及变化趋势。此外,本文还结合研究区域的自然因素(高程、温度、降水)、人文因素(夜间灯光、人口)数据,通过时空相关分析与偏相关分析方法分析研究区域内自然因素、人文因素与植被覆盖度之间的相关关系,探究植被覆盖时空分异的驱动力。本文最后采用多因子综合评价与单因子评价分析相结合的方法,对研究区域进行生态敏感性评价。本研究主要得到以下结论:(1)甘肃省18年植被覆盖度呈波动上升趋势,增长率为3.6×10-3/y,省内植被覆盖度呈现东南高西北低空间分布特征。因沙漠戈壁面积较广,甘肃省18年间低植被覆盖度地区面积占比在47%-57%之间;甘肃省内中高、高植被覆盖等级面积占比呈现上升趋势,上升速率分别为0.14%、0.41%。由于地理区位不同,甘肃省各市州年均值被覆盖度相差巨大,但整体波动较小。除甘南藏族自治州外,其他各市植被覆盖度均呈现缓慢上升趋势,增速较大的有平凉市(9×10-3/y)、庆阳市(9×10-3/y)、兰州市(10-2/y)、白银市(10-2/y)。甘肃省植被覆盖具有明显的季节特征,夏季(0.351)>秋季(0.237)>春季(0.189)>冬季(0.124)。夏季的高、中高植被覆盖度区域面积占比为31.39%;夏季低植被覆盖度面积占比为52.51%。(2)甘肃省植被覆盖度在空间分布上呈现聚集模式。甘肃省植被覆盖度变化趋势为基本不变(占比:79.24%)、轻微改善(占比:20.17%)、轻微退化(占比:0.59%)。甘肃省植被覆盖度稳定性以高、中高稳定性为主,面积占比分别为47.32%、30.49%。在甘肃省植被覆盖度未来发展态势上,发展向好面积占比为1.04%,恶向发展面积占比为0.11%。(3)甘肃省约80%植被覆盖度的变化受高程、坡度、坡向、降水、气温、人口6个因素影响。高程、坡度、坡向、降水、气温、夜间灯光、人口均与植被覆盖度存在相关性。其中坡度、降水、温度与植被覆盖度生长呈正相关,坡向、人口、高程与植被覆盖度生长呈负相关。综合分析,近18年来,空间分布上,降水因素与植被覆盖呈现正相关,是甘肃省植被覆盖度空间分异的主要原因,约占70%的贡献。人类活动与植被覆盖度呈现负相关,抑制了原有的高植被覆盖度区域。在时间变化上,约27.23%的区域与降水因素呈现显著正相关。1.26%的区域与人类活动呈现显著相关,这其中,在人类活动外围,尤其指夜间灯光扩张区域外围,植被覆盖度显著增加,而在人类活动中心区,植被覆盖度呈现降低趋势。(4)甘肃省综合敏感性评价结果显示甘肃省生态脆弱性主要包括中度敏感与轻度敏感,共占比72.82%,其中轻度敏感占比49.56%。生态敏感性差异较为显著,主要呈现东南低西北高。甘肃省植被有84.14%的区域处于不敏感与轻度敏感。其空间分布情况可以为后续生态环境治理带来一定的参考价值。
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