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三北防护林工程是一项正在我国北方实施的宏伟生态建设工程,是世界上最大的林业生态工程,其主要内容包括造林、种草、植灌、封育、水土保持、生态恢复、天然生态系统的保育和野生动植物保护等,旨在保育、恢复和改善工程区植被,提高区域生态环境质量和优化区域生态服务功能。对三北防护林工程成效的监测不仅要统计造林的成活率和森林覆盖率,还要监测和评价整个工程区域的植被多年变化状态。植被在地球系统中扮演着重要的角色,影响地气系统的能量平衡,是气候和人文因素对环境影响的敏感指标,在全球变化研究中充当着“指示器”的作用,故植被变化是评价三北防护林建设成效的主要指标之一。因此,利用遥感对研究区进行植被动态变化和长势监测,可作为三北防护林建设工程成效及其环境效应的主要评价指标。
本文基于NDVI时间序列数据,采用NOAAAVHRR1982-2006年的GIMMS数据集,空间分辨率为8km,分别采用均值法、差值法、相关分析法、线性回归分析等方法,从时间和空间两个尺度分析了三北防护林区域1982-2006年25a间植被的时空变化特征。同时,结合同期的温度、降水数据,利用相关性分析和复直线回归分析方法,在分析研究区域植被变化对气候因子(温度、降水)的响应的基础上,对人类活动对植被变化的影响进行了定量化研究。本文的主要研究结果和结论如下:
1)植被覆盖总体上从东向西递减,基本与自然地理区域吻合。在过去25a间,局部地区出现了植被退化的现象,但总体上植被覆盖呈现增加的趋势。
2)为了分析三北防护林工程不同时期的植被变化,分别选取了工程实施阶段的四个时期。在此基础上,对不同时期的植被覆盖度进行了分析和对比,结果表明,和工程实施初期相比,植被明显增加区域占全区总面积的6.43％。
3)通过一元线性回归分析表明,三北防护林工程区34.92％的植被呈现增加的趋势,8.12％呈下降趋势,56.96％的区域没有发生明显的变化。
4)在对不同典型区域年均NDVI分析的基础上,得出了不同区域年均NDVI的增长速率。通过线性趋势分析表明,河北地区、青海湖地区、松辽地区和天山地区的NDVI都呈增加趋势(年增长率分别为:河北地区0.0024/a,青海湖地区0.0012/a,松辽地区0.0009/a,天山地区0.0006/a)；大兴安岭地区、额济纳旗地区和晋陕甘地区NDVI都呈下降趋势(年下降率分别为:大兴安岭地区和晋陕甘地区均为-0.0005/a,额济纳旗地区-0.0002/a)。
5)降水和温度对NDVI具有显著的影响作用,但不同地区影响NDVI的主导因子不同。通过对研究区202个气象站点的NDVI和气候因子(温度、降水)的相关性分析表明,降水的空间分布格局和NDVI的空间分布格局具有显著的相关关系,其相关性远大于温度和NDVI的相关性。
6)利用NDVI和气候因子(温度、降雨量)的长时序数据建立线性回归方程,基于回归方程,以气候因子为自变量,模拟NDVI时序数据,通过计算实际NDVI和模拟NDVI的差值(残差),初步区分引起植被动态变化的气候因素和人为因素。