淮河流域植被变化的气候响应

论文总字数：13820字

摘 要

本论文对淮河流域的叶面积指数（LAI）进行时空变化分析，并对比LAI与气温、降水两种气候要素之间的关系，确定LAI的时空变化及其与气候要素之间的关系，研究结论对保护淮河流域的自然环境有一定的指导意义。此次研究主要基于2000-2016年时间分辨率为8天的LAI数据和同期气温、降水数据，利用相关性分析方法分析淮河流域LAI、气温、降水时空变化趋势及LAI与气温、降水的相关性，并对年内LAI与同期气温与降水进行了滞后分析。结果表明：1）流域LAI变化趋势波动明显，呈双峰型，在7-8月（25-31时段），LAI迅速上升到最大值，这与降水丰富、气温适宜有关。2）在年际上，流域内LAI主要呈现弱的上升趋势，不同年份的LAI年均增量每年约为0.0106，且不同年份的LAI变化波动较小。3）淮河流域LAI与不同气候要素的相关性分析表明，月平均气温与月均LAI的相关系数为0.6501，月降水量与月均LAI的相关系数为0.6473,因此气温与LAI相关程度最强，而降水量与LAI相关程度次之，此外，LAI对气温、降水的滞后现象并不明显。

关键词：叶面积指数，气温，降水，淮河流域

Abstract：This paper analyzes the spatial and temporal variation of the leaf area index (LAI) of the Huaihe River Basin, and compares the relationship between LAI and temperature and precipitation climatic factors to determine the spatial and temporal changes of LAI and its relationship with climate elements. It has certain guiding significance for protecting the natural environment of the Huaihe River Basin. It is mainly based on the LAI data with time resolution of 8 days from 2000 to 2016 and the temperature and precipitation data during the same period. The correlation analysis method is used to analyze the temporal and spatial variation trend of LAI, temperature and precipitation in the Huaihe River Basin, and the correlation between LAI and temperature and precipitation. During the year, LAI and the temperature and rainfall during the same period were analyzed. The results show that: 1) The change trend of LAI in the basin is obvious and bimodal. In July-August (25-31 period), LAI rapidly rises to the maximum, which is related to the abundant precipitation and appropriate temperature. 2) At the interannual level, the LAI in the basin mainly shows a weak upward trend. The annual increment of LAI in different years is about 0.0106 per year, and the fluctuation of LAI in different years is less fluctuating. 3) Correlation analysis between LAI and different climatic factors in Huaihe River Basin shows that the correlation coefficient between monthly mean temperature and monthly average LAI is 0.6501, and the correlation coefficient between monthly precipitation and monthly average LAI is 0.6473, so the correlation between temperature and LAI is the strongest. The correlation between precipitation and LAI is second. In addition, the lagging phenomenon of temperature and precipitation by LAI is not obvious.

Keywords： leaf area index, temperature, precipitation ,huaihe river basin

目录

1 引言 4

2 研究数据和研究方法 5

2.1 研究区概况 5

2.2 数据来源与预处理 5

2.2.1 数据来源 5

2.2.2 数据预处理 6

2.3 研究方法 6

3 结果与分析 7

3.1 淮河流域LAI的时空变化分析 7

3.2 淮河流域气温与降水量时空变化分析 11

3.2.1气温时空变化 11

3.2.2 降水时空变化 12

3.3 叶面积指数与气候要素相关性分析 13

3.3.1 LAI与气温、降水年相关性分析 13

3.3.2 LAI与气温、降水月相关性分析 14

3.3.3 滞后现象分析 16

结论 17

参考文献 18

致谢 20

1 引言

气候变化会引起植被分布格局和植被生长发育的改变^[1-3]，对能量循环、物质的生物化学循环也有重大影响^[4-8]；而植被对气候起着指示器的作用。因为LAI是植被重要的结构变量之一，对全球变化和碳循环研究具有重要意义^[9-10]，所以本文主要研究LAI与气候的关系。由于遥感技术的快速发展，利用遥感信息研究大尺度植被参数的空间分布特征成为可能^[11]， LAI可通过植被指数法、物理模型法等方法遥感反演而获得，它的动态变化可以表示植被的数量、结构的变化，因而可以利用LAI的变化来表示植被对气候的响应关系，即可用LAI作为植被生物量的敏感性特征^[12-13]。植被和气候之间关系是一个复杂的系统，植被的生长需要特殊的光照、热量、水分等气候条件，而气候是影响植被地理分布状况和覆盖程度最重要的因素；由于遥感的发展，在观测大尺度时空范围的植被参数空间分布状况揭示不同时空分辨率植被特征与气候的相互关系成为生态与气候学密切关注的课题^[14]。

近年来，植被LAI成为研究气候变化规律的热点，许章华等^[15]以福建省作为研究区，基于2010年LAI、年均气温、年降水量等7个数据，研究马尾松的LAI与气候因子的关系，结果显示，除了日照时间矩平这个因子外，其它因素与马尾松LAI相关性大。雷磊等^[16]基于MODIS影像数据，利用线性回归法分析海流兔河流域LAI的时空变化趋势，并对LAI与不同的气象因子进行相关性分析，结果表明自然条件下降水量对植被的生长发育状况影响最大；李相虎等^[17]以鄱阳湖为研究区，基于NDVI数据，利用SiB2计算鄱阳湖的 LAI，再研究不同类型植被的LAI与气温、降水的相关性，结果不同类型植被 LAI前三个月月均降水量和前一个月月均气温相关系数较大，其空间分布主要与流域内土地覆盖类型有关；罗宇翔等^[18]以贵州省作为研究区，基于2000-2005年72个气象站的数据和时间分辨率为8天的LAI数据，研究了LAI的时间变化和气象因子的关系，结果表明，影响LAI变化主要象因子是气温和水气压；彭飞等^[19]利用1982-1999年AVHRR Pathfinder卫星遥感监测的LAI和中国730个气象站的气温、降水数据，分析中国不同地区LAI时间变化，以及LAI与气候因素的相关性，结果表明，不同地区 LAI均是增加的；丹利等^[20]基于时间跨度为2000-2016年的月均LAI数据及相应时段的月平均气温、降水数据对贵州植被的时空变化进行分析，结果表明，LAI对降水的响应关系比气温明显。虽然以上研究结果都反映了气候要素与LAI相关程度，但没有以淮河流域为研究区的研究。

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