窟野河流域植被覆盖变化及其对径流影响

论文摘要

流域地表植被覆盖变化,既能反映流域生态环境的变化趋势,同时也对流域降水、径流等有一定响应及影响。窟野河是黄河中游的重要支流,地处暴雨频发区,多大洪水发生,流域内最主要土地利用类型为草地。本文借助反映植被覆盖的NDVI数据,结合流域内降水径流数据,探讨窟野河流域植被覆盖变化与降水、径流之间的关系。选取基于NOAA-NDVI数据集的NDVI数据和黄河水文数据,对窟野河流域1982-1989年间的植被覆盖、降水量、径流量变化和三者之间的关系,进行了多时间尺度的研究分析,以期揭示植被覆盖对降水的响应及其对径流的影响,进而为研究黄河流域降水-植被-径流响应机制提供一定的参考和依据。得出的主要研究成果和进展如下：1)在研究期内连续96个月的月最大NDVI,变化起伏明显,并在每年的8月或9月达到年最大值,而月降水和径流的最大值出现在每年的7月或8月。月最大NDVI和月径流均对月降水有着极显著的响应,且NDVI对降水的响应具有滞后性。月降水对月径流有着显著的线性影响,是径流的主要影响因素,而植被覆盖对径流有着减缓作用,二者之间的作用关系较为复杂。2)在研究期间,降水与径流虽然变化剧烈,但是没有统计明显的线性变化趋势,年际变化呈现三年左右的周期性波动变化。最大NDVI年际变化有增加趋势,植被覆盖状况整体有所改善。当NDVI大于0.22时,植被覆盖对降水的响应明显,植被覆盖与径流之间没有明显相关性；当NDVI小于等于0.22时,降水、径流都与植被覆盖负相关且相关性不显著。年径流与降水的线性关系显著,径流随降水增大而增大；年径流虽然随年最大NDVI增大而减少,但与其线性关系并不显著。3)研究区多年月平均数据反映年内变化状况。降水、径流与植被覆盖度都在8月到达最大值。三者的变化趋势相似,之间存在明显相关,径流和植被覆盖对降水的敏感性很好,同时径流与植被覆盖之间也呈显著正相关。降水对径流的线性关系极显著,而NDVI对径流的线性关系则不显著。月均径流随月均降水和NDVI的增大而增大,反之减小。4)雨季降水、径流变化基本与年际变化状况一致,波动变化周期约为三年。雨季植被覆盖也呈上升趋势。雨季降水对径流仍然是关键影响因素。当NDVI大于0.22时,雨季降水对雨季植被覆盖的正影响显著,雨季径流与雨季植被覆盖正相关,相关性不显著；NDVI小于等于0.22时,雨季降水、径流与其植被覆盖负相关,相关性不好。在雨季降水较多且较集中的情况下,径流对降水的线性响应显著,NDVI与径流的线性关系则不显著,且对径流有着负影响。研究区非雨季降水变化复杂,径流则表现出一定周期变化,周期约为4年,而非雨季植被覆盖则无明显线性变化趋势。统计分析表明,当NDVI大于0.22时,非雨季降水对雨季植被覆盖也有强烈影响；非雨季降水与径流间也没有明显相关性；非雨季降水和非雨季植被覆盖负相关,且相关性较差；非雨季径流与植被覆盖正相关,相关性也不好。在非雨季降水相对较少的情况下,降水与径流的线性关系不显著,相反NDVI却对径流有着显著的线性影响,径流量随NDVI增大而增大。5)春季降水规律不明显,夏秋冬三季降水变化都呈大约三至四年的波动周期,其中夏季降水>秋季降水>春季降水>冬季降水。春季、秋季径流有减小趋势,夏季径流变化波动周期约3年,而冬季径流则有增加趋势,其中夏季径流>春季径流>秋季径流>冬季径流。春季和秋季NDVI未有明显线性变化,冬季NDVI略有减小,夏季NDVI则有增大趋势,其中夏季NDVI>秋季NDVI>冬季NDVI>春季NDVI。春季和冬季的降水径流之间相关性很差,秋季降水与径流正相关性也不显著,夏季降水则对径流有显著正影响,即只有夏季中,降水才对径流变化的起主导作用。四季平均NDVI与其对应降水都呈正相关,但相关性不好。春季平均NDVI与春径流、冬季平均NDVI与冬径流都有显著负相关关系；而夏季平均NDVI与夏径流正相关、秋季平均NDVI与秋径流负相关,相关性均不好。即在春季和冬季,植被覆盖与径流间存在此消彼长的负相关关系,夏秋季节的两者相互影响不明显。总而言之,在春季和冬季,由于降水量相对较少,降水量与径流量的线性关系不显著,而NDVI与径流量的线性关系显著,径流随NDVI增大而增大；夏季降水较多且集中,降水量与径流量线性相关显著,径流与植被的之间关系则较复杂,植被覆盖对径流存在影响,但这种影响的线性并不显著；秋季中径流与降水、NDVI的线性关系均不显著。6)次降水过程对径流变化有极大影响,两者呈显著正相关。植被覆盖对降水的响应很敏感。径流量随降水量增加而增加,二者线性关系显著。而植被覆盖增加时,径流量有所减少,二者关系较为复杂。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 文献综述
• 1.2.1 植被覆盖与NDVI
• 1.2.2 国内外对NDVI与降水径流关系的研究进展
• 1.2.3 在窟野河流域研究的意义
• 2 研究内容及方法
• 2.1 研究目标与研究内容
• 2.1.1 研究目标
• 2.1.2 研究内容
• 2.2 研究方法与技术路线
• 2.2.1 研究方法
• 2.2.2 技术路线
• 3 研究区概况
• 3.1 地理位置
• 3.2 气象水文
• 3.3 地质地貌
• 3.4 植被覆盖现状
• 3.5 水土流失状况
• 3.6 社会经济状况
• 4 研究材料数据的收集及处理
• 4.1 DEM数据收集以及流域边界的提取
• 4.2 NDVI数据收集及处理
• 4.2.1 NOAA/NDVI数据的选取依据
• 4.2.2 NOAA/AVHRR数据特征
• 4.2.3 长时间序列中国植被指数（AVHRR PathFinder NDVI）数据集
• 4.2.4 NDVI数据处理
• 4.3 LANDSAT TM数据收集及处理
• 4.4 降水、径流数据的收集及处理
• 4.4.1 降水数据的空间插值
• 4.4.2 插值精度的检验及方法的选取
• 5 降水量、径流量多时间尺度变化及其相关性分析
• 5.1 年内变化
• 5.2 年际变化
• 5.3 季节变化
• 5.4 多场连续降水对径流影响
• 6 植被覆盖多时间尺度变化分析及响应分析
• 6.1 NDVI年内变化的相关分析及多元回归分析
• 6.1.1 连续96个月NDVI变化及其与降水、径流变化关系分析
• 6.1.2 年内均值变化分析
• 6.2 最大NDVI年际变化特征及相关分析
• 6.2.1 年最大NDVI的趋势线分析
• 6.3 NDVI的季节变化及相关分析
• 6.3.1 雨季与非雨季NDVI的分析
• 6.3.2 四季NDVI的分析
• 6.4 多场连续降水后NDVI的变化及相关分析
• 7 结论与讨论
• 7.1 主要结论
• 7.2 讨论及展望
• 参考文献
• 致谢