亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        植被指數(shù)最佳地理軸線研究

        2022-05-20 07:21:14姜欣彤周祖昊嚴(yán)子奇
        人民黃河 2022年5期
        關(guān)鍵詞:源區(qū)植被指數(shù)軸線

        姜欣彤,周祖昊,黎 曙,龐 亮,嚴(yán)子奇

        (1.中水珠江規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)有限公司,廣東 廣州 510610;2.中國海洋大學(xué) 工程學(xué)院,山東 青島 266100;3.中國水利水電科學(xué)研究院 流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100038;4.黃河水利委員會(huì) 西寧水文水資源勘測局,青海 西寧 810008)

        1 引 言

        在地形復(fù)雜、高程差異顯著的高原山區(qū),植被的空間分布格局具有明顯的特點(diǎn)。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)高原山區(qū)的植被分布受高程影響,植被指數(shù)(NDVI)空間分布具有明顯的垂向條帶性特征。如陳菁[1]對(duì)植被垂直分布空間格局進(jìn)行研究,并以位于四川省西南部的邛崍市為例探究植被與高程帶之間的關(guān)系,結(jié)果表明不同高程帶內(nèi)植被分布具有差異性;Li等[2]針對(duì)喜馬拉雅山東部雅魯藏布江流域內(nèi)NDVI沿海拔梯度的分布模式進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)NDVI在海拔3 000 m附近區(qū)域內(nèi)達(dá)到最大;劉曉婉等[3]對(duì)雅魯藏布江流域NDVI的空間分布特征進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)該流域內(nèi)NDVI與高程具有相依性,總體呈現(xiàn)隨高程提高而減小的趨勢(shì)。另有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)高原山區(qū)的植被分布除受高程影響外,地理要素也是其變化的影響因子,NDVI空間分布具有明顯的水平地帶性特征。如趙建軍[4]將阿帕拉契亞山NDVI分別與高程和地理因子的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行分析,研究表明高程和經(jīng)緯度均影響NDVI空間分布,該區(qū)域內(nèi)高程每升高100 m,其NDVI下降0.006 2個(gè)單位,緯度每向北移動(dòng)1°NDVI下降0.01個(gè)單位;張文江等[5]在對(duì)青藏高原中東部NDVI空間分布格局進(jìn)行分析時(shí)發(fā)現(xiàn),青藏高原呈現(xiàn)獨(dú)特的三維地帶性特征,在3 500 m高程以下NDVI與緯度相關(guān)關(guān)系較強(qiáng),而3 500 m以上NDVI與經(jīng)度相關(guān)關(guān)系更強(qiáng);趙健赟等[6]對(duì)青海高原植被空間分布特征進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn),研究區(qū)內(nèi)NDVI與經(jīng)度有明顯的正相關(guān)關(guān)系,與緯度有明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系,NDVI分布有明顯的水平地帶性特征。

        縱觀前人針對(duì)高原山區(qū)植被空間分布特征的研究,大都聚焦于NDVI與高程、經(jīng)度和緯度的相關(guān)關(guān)系上,以此說明NDVI具有垂向條帶性和經(jīng)緯向地帶性。但是,在地形條件復(fù)雜的高原山區(qū),植被指數(shù)并非嚴(yán)格按照經(jīng)度或緯度的方向呈現(xiàn)條帶性變化趨勢(shì),或許是沿著某一方向表現(xiàn)出顯著的條帶性分布特征,因此單用高程或經(jīng)緯度作為指標(biāo)難以定量描述。筆者在前人研究的基礎(chǔ)上,將經(jīng)緯度作為組合因子,提出植被指數(shù)空間變化最佳地理軸線的概念,即在此方向上,植被指數(shù)的空間分布具有最顯著的條帶性特征,以此深入探究高原山區(qū)的植被指數(shù)空間分布條帶性變化規(guī)律。

        位于黃河干流唐乃亥水文斷面以上的黃河源區(qū),集水面積僅占黃河流域面積的16.2%,但徑流量卻占黃河流域總徑流量的三分之一,故有黃河的“水塔”之稱[7]。黃河源區(qū)位于青藏高原東北部,因特殊的地理位置和氣候特征,其生態(tài)環(huán)境質(zhì)量對(duì)下游地區(qū)的生態(tài)環(huán)境有重要的影響,因此對(duì)黃河源區(qū)植被空間分布規(guī)律進(jìn)行研究具有重要意義。幅員遼闊、地形復(fù)雜的黃河源區(qū)植被空間分布格局遵循怎樣的規(guī)律?地理因子如何影響黃河源區(qū)植被空間分布格局?造成黃河源區(qū)植被空間分布格局的機(jī)制是什么?本文將從最佳地理軸線的角度出發(fā),揭示黃河源區(qū)植被指數(shù)的空間分布條帶性變化規(guī)律,并對(duì)其形成如此空間格局的原因作出合理解釋。

        2 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)

        黃河源區(qū)地理坐標(biāo)范圍為北緯32°09′—36°34′、東經(jīng)95°54′—103°24′,總面積約為13萬km2??傮w地形特點(diǎn)主要為起伏和緩的丘狀高原,區(qū)域內(nèi)地勢(shì)西北高、東南低。其中分布有峽谷、高山、盆地、冰川等地貌,西部和中部地勢(shì)高,最高處位于阿尼瑪卿山,最低處位于龍羊峽,海拔在2 409~6 254 m之間(見圖1)[8]。源區(qū)內(nèi)自然環(huán)境類型多樣,高寒植被分布廣泛,約占源區(qū)面積的3/4。主要的植被生態(tài)類型包括高寒草甸、高寒草原、高寒沼澤、高寒灌叢、常綠針闊葉林等[9]。

        圖1 黃河源區(qū)高程及氣象站

        本研究采用的數(shù)據(jù)如下:①美國NASA航天中心發(fā)布的MOD13Q1歸一化植被指數(shù),時(shí)間分辨率為16 d,空間分辨率為1 km,數(shù)據(jù)選用年份為2003—2017年;②中科院地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站下載的數(shù)字高程(DEM)數(shù)據(jù),空間分辨率為30 m;③基于研究區(qū)內(nèi)12個(gè)氣象站通過反距離權(quán)重法空間插值后再進(jìn)行高程修正的氣溫、降水量逐月數(shù)據(jù),將2003—2017年每年逐月降水量求和作為年降水量,逐月氣溫求平均作為年氣溫。

        結(jié)合MRT技術(shù)、ArcGIS及MVC法對(duì)MOD13Q1遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品進(jìn)行處理,得到NDVI值。通過MRT技術(shù)可以對(duì)遙感影像進(jìn)行拼接和重投影處理,并提取NDVI波段。利用ArcGIS掩膜工具提取研究區(qū)范圍,利用柵格計(jì)算工具將原始NDVI資料從-10 000~10 000的浮點(diǎn)數(shù)轉(zhuǎn)化為-1~1之間的標(biāo)準(zhǔn)NDVI值。本文在計(jì)算時(shí)只考慮有植被的區(qū)域,因此將柵格中河流、湖泊、巖石和裸土等NDVI值小于0的非植被區(qū)域像元設(shè)置為空值以剔除。MVC法是目前國際上通用的最大化合成法[10],即將每月內(nèi)的NDVI數(shù)據(jù)取最大值進(jìn)行像元合成,以此消除云、大氣和太陽高度角的部分干擾[11]。將通過MVC法進(jìn)行像元合成后的NDVI作為月NDVI值。植被生長季為4—10月,本文將每年4—10月NDVI值計(jì)算平均值作為該年植被生長季NDVI,得到研究區(qū)2003—2017年15幅生長季NDVI空間分布圖,再計(jì)算15 a植被生長季NDVI多年平均值,以此為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)研究黃河源區(qū)植被指數(shù)空間分布規(guī)律(見圖2)。采用ArcGIS工具在研究區(qū)內(nèi)等間距選取1 990個(gè)樣本點(diǎn),提取樣本點(diǎn)位置所在經(jīng)緯度和15 a植被生長季平均NDVI值。

        圖2 黃河源區(qū)植被指數(shù)空間分布規(guī)律

        3 最佳地理軸線計(jì)算方法及原理

        本文提出最佳地理軸線的概念,即將經(jīng)度和緯度作為組合因子,定義一種新的坐標(biāo)系,定義方法為:從地理平面上選定一個(gè)原點(diǎn),從原點(diǎn)向不同角度作極軸,計(jì)算樣本點(diǎn)xi在軸線上的投影距離Di。對(duì)于每一角度的軸線,可建立樣本點(diǎn)NDVI值與樣本點(diǎn)在此軸線上投影距離D的回歸關(guān)系并計(jì)算決定系數(shù)R2,R2最大值對(duì)應(yīng)的軸線即為“最佳地理軸線”,沿著此軸線方向,植被指數(shù)空間分布呈現(xiàn)顯著的條帶性變化趨勢(shì)。

        將經(jīng)線、緯線分別作為橫縱坐標(biāo),單位為度。以橫坐標(biāo)大于所有樣本點(diǎn)經(jīng)度最大值、縱坐標(biāo)小于所有樣本點(diǎn)緯度值為原則選取一個(gè)原點(diǎn)。從原點(diǎn)向研究區(qū)內(nèi)做不同角度射線,作為地理軸線,將經(jīng)線記作K1,緯線記作K2,穿過研究區(qū)內(nèi)部的軸線記作Ki。將研究區(qū)內(nèi)所有樣本點(diǎn)NDVI值與樣本點(diǎn)在軸線Ki上的投影距離D建立回歸關(guān)系,并計(jì)算決定系數(shù)R2。

        決定系數(shù)R2也稱為擬合優(yōu)度,它表征回歸方程在多大程度上解釋了因變量的變化,即表征因變量NDVI的變異中有多少可由控制的自變量投影距離D來解釋。其計(jì)算公式為

        式中:SSE為殘差平方和;SST為總離差平方和;y為樣本點(diǎn)觀測值;ˉy為樣本點(diǎn)均值;^y為根據(jù)擬合回歸關(guān)系得到的樣本點(diǎn)擬合值。

        R2的取值范圍為0~1,R2越大,自變量對(duì)因變量的解釋程度越高,自變量引起的變動(dòng)占總變動(dòng)的百分比越高,觀察點(diǎn)在回歸直線附近越密集。對(duì)于樣本點(diǎn)NDVI值與投影距離D的回歸關(guān)系,R2越高,表明對(duì)于同一投影距離D,NDVI分布越密集。過原點(diǎn)做半徑為D的圓,過不同角度的軸線(Ki)與圓的交點(diǎn)做切線(ti)。由于該切線上所有樣本點(diǎn)在軸線上的投影距離都為D,因此若此條切線上NDVI分布較散亂、大小不一,擬合NDVI值與樣本點(diǎn)NDVI值殘差平方和就會(huì)大,導(dǎo)致回歸模型決定系數(shù)R2變??;若此條切線上樣本點(diǎn)NDVI值分布較集中,樣本點(diǎn)NDVI值在回歸線附近密集,則決定系數(shù)R2就大。選擇R2最大值對(duì)應(yīng)角度的軸線作為最佳地理軸線,表明在此軸線的垂線方向上NDVI分布范圍較為集中,沿此軸線NDVI空間分布具有明顯條帶性變化規(guī)律。

        4 分析與討論

        以黃河源區(qū)NDVI為例,計(jì)算其最佳地理軸線,如圖3所示。把研究區(qū)NDVI值劃分為<0.2(藍(lán))、0.2~0.4(紅)、0.4~0.6(綠)和>0.6(紫)4個(gè)區(qū)間,將樣本點(diǎn)所在經(jīng)緯度和NDVI值做氣泡圖。由圖3可知,研究區(qū)NDVI值從東南向西北方向遞減。以(103.5°,31.5°)為原點(diǎn),從該原點(diǎn)出發(fā)分別把斜率k在tan 90°~tan 180°范圍內(nèi)的每一度軸線作為地理軸線,建立樣本點(diǎn)NDVI值與每條軸線上投影距離D的回歸關(guān)系并計(jì)算決定系數(shù)R2和均方誤差MSE,并對(duì)決定系數(shù)的顯著性進(jìn)行F檢驗(yàn)。

        圖3 黃河源區(qū)植被指數(shù)最佳地理軸線計(jì)算

        不同角度軸線樣本點(diǎn)NDVI值與軸線上投影距離D回歸關(guān)系如圖4所示。R2、F統(tǒng)計(jì)值和回歸模型的均方誤差MSE隨角度變化規(guī)律如圖5所示。

        圖4 不同角度軸線樣本點(diǎn)NDVI值與投影距離D回歸關(guān)系

        從與x軸正方向夾角90°(經(jīng)線)到夾角180°(緯線)內(nèi)的每一度軸線,NDVI與投影距離的回歸模型均通過了0.05顯著性水平F檢驗(yàn),這說明地理因子對(duì)黃河源區(qū)NDVI確實(shí)有顯著影響。由圖5可知,當(dāng)軸線與x軸正方向夾角為128°,即西偏北52°時(shí),NDVI與此軸線上的投影距離回歸關(guān)系最佳,R2達(dá)到0.649 6,此時(shí)回歸模型的F統(tǒng)計(jì)值最大,MSE最小,在此方向上,NDVI在擬合回歸線附近分布較密集,同一投影距離上NDVI分布較為集中,即在此方向上NDVI具有明顯的條帶性,因此西偏北52°為研究區(qū)NDVI空間分布的最佳地理軸線。

        圖5 NDVI與投影距離回歸模型統(tǒng)計(jì)指標(biāo)隨軸線角度變化

        為深入探究NDVI空間分布格局形成的原因,分析影響NDVI的氣象因子(降水量和氣溫)與NDVI的相關(guān)關(guān)系。對(duì)樣本點(diǎn)多年平均NDVI值分別與多年平均降水量和多年平均氣溫進(jìn)行皮爾遜相關(guān)分析,得到降水量與NDVI的相關(guān)系數(shù)為0.72,氣溫與NDVI的相關(guān)系數(shù)為0.40。結(jié)果表明,降水量與NDVI有強(qiáng)相關(guān)性。鑒于此,用最佳地理軸線計(jì)算方法對(duì)NDVI主要影響因子降水量進(jìn)行分析,以探析研究區(qū)內(nèi)降水的空間分布格局是否具有同樣的顯著條帶性分布規(guī)律。提取研究區(qū)內(nèi)1 990個(gè)樣本點(diǎn)的15 a平均降水量,將其與在不同軸線上的投影距離分別建立回歸關(guān)系,R2、F統(tǒng)計(jì)值和回歸模型的均方誤差MSE隨軸線角度變化規(guī)律如圖6所示。對(duì)于降水量,每一條軸線對(duì)應(yīng)的回歸模型也均通過了0.05顯著性水平F檢驗(yàn),說明降水也受地理因子影響。由圖6可知,降水的最佳地理軸線角度為西偏北53°,此時(shí)回歸模型F統(tǒng)計(jì)值最大,MSE最小,R2最大為0.791 4。

        圖6 降水量與投影距離回歸模型統(tǒng)計(jì)指標(biāo)隨軸線角度變化

        對(duì)比圖5和圖6可以看出,隨著軸線角度在經(jīng)線和緯線之間轉(zhuǎn)移,NDVI與投影距離回歸模型和降水與投影距離回歸模型基本展現(xiàn)出了較為一致的變化規(guī)律,均能找到R2最大、F統(tǒng)計(jì)值最大、均方誤差MSE最小的一個(gè)角度,且NDVI的最佳地理軸線為西偏北52°,降水的最佳地理軸線為西偏北53°,二者僅偏差1°。同時(shí)也可看出,在最佳地理軸線附近一定區(qū)域內(nèi)的角度,其R2與最佳地理軸線對(duì)應(yīng)的R2相差不大,為量化最佳地理軸線與其他角度上的R2差異,根據(jù)斜率計(jì)算公式做出R2變化斜率圖(見圖7),由圖7可知,無論是降水量還是NDVI,最佳地理軸線附近的軸線R2變化平緩,距離最佳地理軸線遠(yuǎn)的軸線R2變化相對(duì)明顯,角度偏向緯線方向的軸線比角度偏向經(jīng)線方向的軸線R2變化平緩。若以斜率的絕對(duì)值0.001作為閾值,則可以確定一個(gè)最佳地理軸線范圍,即對(duì)于NDVI,123°~137°是其具有顯著條帶變化的方向,對(duì)于降水量,123°~133°是其具有顯著條帶變化的方向。

        圖7 R2變化斜率隨軸線角度變化

        通過對(duì)黃河源區(qū)植被指數(shù)空間分布最佳地理軸線角度的計(jì)算,以及影響植被指數(shù)主要?dú)庀笠蜃咏邓康目臻g分布最佳地理軸線角度計(jì)算發(fā)現(xiàn),研究區(qū)內(nèi)NDVI的最佳地理軸線角度為西偏北52°,降水的最佳地理軸線角度為西偏北53°,且NDVI與降水量均在最佳地理軸線附近一定區(qū)域內(nèi),呈現(xiàn)出較為顯著的條帶性分布特征,二者的最佳地理軸線角度僅偏差1°,這也很好地解釋了為何研究區(qū)內(nèi)NDVI與降水量強(qiáng)相關(guān)。由此可見,在空間分布上,黃河源區(qū)降水量與NDVI的條帶變化規(guī)律具有較高的一致性,但存在微小差異,這是因?yàn)橹脖环植纪瑫r(shí)還受氣溫、土壤等因素影響。綜上所述,黃河源區(qū)的植被空間分布受地理因子影響,但地理因子只是影響植被分布的間接因子,造成黃河源區(qū)植被空間分布格局的機(jī)制主要是降水的分布規(guī)律。

        5 結(jié) 論

        以經(jīng)緯度為組合因子,提出植被指數(shù)空間變化最佳地理軸線的概念,深入探究黃河源區(qū)植被指數(shù)空間分布條帶性變化規(guī)律。選取研究區(qū)1 990個(gè)樣本點(diǎn),將樣本點(diǎn)NDVI值與不同角度地理軸線投影距離建立回歸關(guān)系,找到研究區(qū)植被指數(shù)條帶性變化的方向,并對(duì)呈現(xiàn)此種空間變化格局的原因做出合理解釋,得出的主要結(jié)論如下。

        (1)在地形復(fù)雜的高原山區(qū)植被指數(shù)往往不是嚴(yán)格按照經(jīng)緯向呈現(xiàn)水平地帶性,而可能是沿著某一特定軸線角度呈現(xiàn)出顯著的條帶性,因此將經(jīng)緯度作為組合因子,定義一種新的計(jì)算方法,可以得到植被指數(shù)空間分布最佳地理軸線。

        (2)植被指數(shù)與降水量的相關(guān)性較強(qiáng),相關(guān)系數(shù)為0.72,與氣溫的相關(guān)性較弱,相關(guān)系數(shù)為0.40。利用最佳地理軸線計(jì)算方法分別對(duì)黃河源區(qū)的植被指數(shù)和降水的空間分布規(guī)律進(jìn)行探析,結(jié)果表明植被指數(shù)的最佳地理軸線為西偏北52°,降水量的最佳地理軸線為西偏北53°。

        (3)黃河源區(qū)植被分布主要受降水影響,二者在空間上的分布規(guī)律基本一致,但植被分布同時(shí)還受氣溫、土壤等因素影響,因此NDVI與降水的“最佳地理軸線”存在微小差異。

        猜你喜歡
        源區(qū)植被指數(shù)軸線
        冬小麥蒸散源區(qū)代表性分析
        曲軸線工件劃傷問題改進(jìn)研究
        AMSR_2微波植被指數(shù)在黃河流域的適用性對(duì)比與分析
        河南省冬小麥產(chǎn)量遙感監(jiān)測精度比較研究
        基于回歸分析的水電機(jī)組軸線曲折預(yù)判斷分析
        渭河源區(qū)徑流量變化特征及趨勢(shì)分析
        行書章法淺析(十五)書寫應(yīng)把握行軸線
        主要植被指數(shù)在生態(tài)環(huán)評(píng)中的作用
        西藏科技(2015年1期)2015-09-26 12:09:29
        基于MODIS數(shù)據(jù)的植被指數(shù)與植被覆蓋度關(guān)系研究
        凸輪軸孔軸線與止推面垂直度超差問題研究
        河南科技(2014年16期)2014-02-27 14:13:21
        国产人妻久久精品二区三区特黄| 国产精品亚洲一二三区| 女色av少妇一区二区三区| 人妻少妇偷人精品无码| 亚洲av无码专区亚洲av| 久久精品国产久精国产69| 亚洲不卡av二区三区四区| 很黄很色很污18禁免费| 欧美丰满熟妇aaaaa片| 甲状腺囊实性结节三级| 一区二区三区免费自拍偷拍视频| 绝顶高潮合集videos| 亚洲av福利天堂一区二区三| 2019最新中文字幕在线观看| 亚洲av无码之日韩精品| 少妇熟女淫荡丰满| 日本不卡一区二区三区久久精品 | 牲欲强的熟妇农村老妇女| 久久精品国产亚洲黑森林| 亚洲av中文字字幕乱码软件| 日本一区二区三区爆乳| 永久免费av无码网站性色av| 国产不卡视频一区二区在线观看| 一本之道日本熟妇人妻| 国产精品视频免费播放| 国产在线一区观看| 亚洲www视频| 国产亚洲一二三区精品| 国产免费一区二区三区免费视频 | 亚洲一区二区三区色偷偷| 亚洲 欧美 国产 制服 动漫| 亚洲精品无码av片| 精品蜜桃一区二区三区| 久久精品免费中文字幕| 精品亚洲成a人无码成a在线观看| 国产精品厕所| 日韩亚洲午夜精品一区二区三区| 激情综合婷婷色五月蜜桃| 亚洲av无码第一区二区三区| 亚洲国产精品自产拍久久蜜AV| 日韩精品有码在线视频|