《植被覆蓋與空氣濕度關(guān)系實(shí)證研究》5600字（論文）

植被覆蓋與空氣濕度關(guān)系實(shí)證研究TOC\o"1-2"\h\u8757摘要 1279661緒論 1206731.1研究背景 1118581.2研究目的 2152331.3研究意義 2101742相關(guān)概念 3223642.1植被指數(shù) 372762.2歸一化植被指數(shù) 3324322.3植被覆蓋度 3317372.4濕度 4119173.研究區(qū)域與方法 449843.1研究區(qū)域 4150953.2研究方法 474654.數(shù)據(jù)選取及預(yù)處理 667084.1濕度數(shù)據(jù)的獲取 6284494.2遙感數(shù)據(jù)的選取 6100824.3數(shù)據(jù)的預(yù)處理及計(jì)算 7184195.結(jié)果分析 8324975.1蘭州新區(qū)植被覆蓋度分析 8291445.2海南五指山計(jì)算結(jié)果分析 9275696.結(jié)果比較 10307007.結(jié)語(yǔ) 1220887參考文獻(xiàn) 12摘要：空氣濕度是環(huán)境中的一個(gè)重要因素。植被覆蓋度是勘測(cè)地表植被情況的重要指標(biāo)，是感染土壤侵蝕的最重要因素，對(duì)地區(qū)變化和環(huán)境監(jiān)測(cè)有重要意義。本文通過(guò)大量數(shù)據(jù)的比較，通過(guò)對(duì)蘭州2013和2017年植被覆蓋度的研究，以及對(duì)海南2008年這一年植被覆蓋度的討論。這些植被覆蓋與什么有關(guān)呢？我們發(fā)現(xiàn)，植被覆蓋與空氣濕度密切相關(guān)，這是最主要的因素。也就是說(shuō)，濕度與植被覆蓋的關(guān)系是反比例關(guān)系。用數(shù)據(jù)說(shuō)話，我們通過(guò)蘭州新區(qū)和海南兩個(gè)城市同一個(gè)月份好多數(shù)據(jù)的比較，得出結(jié)論：濕度越高，植被越好。關(guān)鍵詞：濕度；植被覆蓋度；蘭州；海南1緒論1.1研究背景我是土生土長(zhǎng)的海南人，過(guò)來(lái)蘭州讀書(shū)后發(fā)現(xiàn)這邊和海南在植被種植方面有些區(qū)別。在蘭州求學(xué)的四年時(shí)間里，我發(fā)現(xiàn)，蘭州的植被覆蓋不好，而海南的植被覆蓋好；夏天的時(shí)候，蘭州植物的葉子很茂盛，但入冬后，植物葉子就變得很稀少了；大二的時(shí)候，學(xué)院組織了植樹(shù)活動(dòng)，第一次見(jiàn)到這么光禿禿的山，有些感慨；為什么蘭州山上的樹(shù)長(zhǎng)得這么少，草也沒(méi)有幾棵；因?yàn)閷W(xué)校就在黃河邊上，閑來(lái)無(wú)事的時(shí)候，常常跟同學(xué)去黃河邊邊上走走逛逛，走的時(shí)間多了，逛的時(shí)間久了，我就發(fā)現(xiàn)了一個(gè)問(wèn)題，為什么黃河邊上的土地是濕的，但也長(zhǎng)不出茂盛的草呢？種種疑問(wèn)在心中堆積了很久，所以借著這次畢業(yè)論文的機(jī)會(huì)，想把這些問(wèn)題簡(jiǎn)單的了解了解。1.2研究目的本研究是在對(duì)蘭州和海南島濕度的基礎(chǔ)上，在自然條件較差、人為干擾頻繁的蘭州新區(qū)和海南島具有獨(dú)特地理位置的情況下調(diào)查植被覆蓋度的變化，并進(jìn)一步探討了植被覆蓋度和濕度的定量關(guān)系。1.3研究意義濕度是影響植被覆蓋度的特征指標(biāo)。探討了植被指數(shù)與濕度的關(guān)系，對(duì)于理解植被活動(dòng)、碳循環(huán)、水分循環(huán)、植被動(dòng)態(tài)等作用機(jī)制具有重要意義。蘭州新區(qū)是蘭州未來(lái)發(fā)展的預(yù)留地。但地處內(nèi)陸的西北半干旱區(qū)干旱少雨，植被少，環(huán)境敏感脆弱。因此，在半干旱地區(qū)，不僅要防范該地區(qū)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，而且要促進(jìn)城市的綠化和可持續(xù)發(fā)展。另外，以往對(duì)蘭州新區(qū)的研究主要集中在土地利用景觀模式的變更，環(huán)境安全的評(píng)價(jià)、生態(tài)服務(wù)的功能價(jià)值、濕度、植被等方面。且對(duì)于濕度與植被關(guān)系的研究不多。所以，本文對(duì)蘭州新區(qū)的生態(tài)建設(shè)活動(dòng)具有一定的科學(xué)指導(dǎo)意義。五指山地處海南島中部，為海南第一峰，有“海南屋脊”之稱(chēng)。海南島的天然林分布地區(qū)眾多，五指山市是最重要地區(qū)之一。因?yàn)楹Ｄ蠉u生物物種種類(lèi)眾多，河流眾多，因此五指山的環(huán)境保護(hù)十分重要。2相關(guān)概念2.1植被指數(shù)植被指數(shù)是對(duì)地表植被活動(dòng)的簡(jiǎn)單、有效和經(jīng)驗(yàn)的度量REF_Ref25599\r\h[1]。這些參數(shù)可以有效地評(píng)價(jià)地表植被的生長(zhǎng)活性。包括主要生產(chǎn)力分析、干旱監(jiān)測(cè)等。2.2歸一化植被指數(shù)歸一化植被指數(shù)是反映植被大尺度變化的標(biāo)準(zhǔn)，它廣泛應(yīng)用于大規(guī)模植被覆蓋度監(jiān)測(cè)等相關(guān)研究。其應(yīng)用是比較完善的，可為探究植被覆蓋度的發(fā)展供給理論支撐，植被指數(shù)是運(yùn)用遙感得到的，我們用植被的光譜實(shí)行了一連串的籌算。以下是模型的計(jì)算公式：NDVI=（NIR-R）/（NIR+R）,其中：NIR和R分別表示為近紅外波段反射率值與紅波段的反射率值。該公式可以減少云層、日照角度和地形的影響，對(duì)綠色植被非常敏感。NDVI的數(shù)值變化可以直接反映植被覆蓋的變化程度。2.3植被覆蓋度植被覆蓋度是指植被垂直投射面積占整個(gè)統(tǒng)計(jì)區(qū)域面積的百分比。它是定量的植被數(shù)據(jù)，能夠反映研究區(qū)的植被變化REF_Ref30834\r\h[2]。植被是探究水文、氣象、環(huán)境問(wèn)題的好指標(biāo)，反映了研究區(qū)植被的變化。此外，應(yīng)當(dāng)包括土地種植的垂直投影面積，反映了研究區(qū)域內(nèi)環(huán)境變化的總體情況。植被覆蓋度的測(cè)量方法包括地表測(cè)量和遙感監(jiān)測(cè)，分為目測(cè)法、抽樣法、測(cè)量法、遙感法等。在對(duì)植被進(jìn)行調(diào)查后，對(duì)整個(gè)標(biāo)本區(qū)域的植被進(jìn)行了評(píng)價(jià)。與長(zhǎng)距離測(cè)量相比，進(jìn)行高精度的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量是優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是測(cè)量的尺寸小、主觀、工作中大的困難和難以廣泛傳達(dá)。2.4濕度空氣濕度是指空氣中的水蒸汽量和空氣的干燥度或濕度。在一定的溫度下，一定體積的空氣中有大量的蒸汽，表示空氣干燥。蒸汽越高，濕度越高，空氣的濕度和脫水程度就叫做濕度。潤(rùn)濕蒸汽的蒸汽重量表示蒸汽總重量（體積）的比例。人體的相對(duì)濕度在70%以下。3.研究區(qū)域與方法3.1研究區(qū)域海南五指山市位于五指山山腹地[3]，屬于熱帶山區(qū)氣候，冬天無(wú)寒冷天，夏天無(wú)炎暑天，春回大地，一年中的平均溫度為22.4攝氏度。我國(guó)降水量大，光線充足。地勢(shì)由東向西，平均高度316米。山區(qū)以山地、丘陵區(qū)和低地盆地為主，分別占91%、6%和3%。山峰林立，海拔1000米以上有44座山，水源、水系眾多，河流120多條，森林資源豐富，熱帶雨林眾多。蘭州新區(qū)在蘭州、新寧、銀川中部，位于永登縣與皋蘭縣之間。大陸氣候寒冷，風(fēng)沙肆虐；年平均氣溫6.9攝氏度，早上和晚上的溫度相差比較大；年平均降水量300mm至350mm之間；年平均蒸發(fā)了1880mm。低含量的有機(jī)物質(zhì)容易導(dǎo)致土壤侵蝕。低生物量、低的植被覆蓋率和地形溝壑的自然特征增加了該地區(qū)生態(tài)結(jié)構(gòu)的脆弱性。在研究區(qū)域生態(tài)綠化建設(shè)的不斷成長(zhǎng)中，蘭州新區(qū)森林覆蓋率和綠化率分別達(dá)到13.54%和11.7%，一些地區(qū)的環(huán)境質(zhì)量得到了明顯改善[4]。3.2研究方法3.2.1植被覆蓋度遙感估算模型[5]像元分解模型的理論是，像元由圖像的多個(gè)部分構(gòu)成，任何部分信息都是從遙感器中觀察到的。通過(guò)對(duì)像元和像元模型進(jìn)行分解壓縮，能夠布局遙感信息（波段或植被指數(shù)）?；诙裨Ｐ?，如果一個(gè)像素的信息可以由土壤和植被構(gòu)成，則傳感器所觀察到的信息如下：S=fc×Sveg＋(1－fc)×植被覆蓋度的計(jì)算公式由式（1）導(dǎo)出:fc=S?3.2.2植被指數(shù)(NDVI)法估算植被覆蓋度[6歸一化植被指數(shù)是指兩個(gè)比值，分別是近紅外光譜與R值之差與可見(jiàn)光波段與R值之和的比值。公式如下:NDVI=NIR?RNIR+R由像元二分模型可知，一個(gè)像元的NDVI值可以表示為兩部分：綠色植被和非植被覆蓋。歸一化植被指數(shù)可代入式(2):fc=NDVI?其中NDVIsoil為非植被像元的NDVI值，純植被像元的NDVI值為NDVI對(duì)于大多數(shù)類(lèi)型的暴露表面，理論上它們的NDVIsoil值應(yīng)該是接近于零，通常在-0.1到0.2之間。NDVIveg的值可以隨時(shí)間或者空間的推移而發(fā)生變化。于是，在我們計(jì)算植被覆蓋度時(shí)，不可能固定和在同樣的場(chǎng)景中。在實(shí)際應(yīng)用中，在沒(méi)有測(cè)量數(shù)據(jù)的情況下，假設(shè)NDVImax和NDVImin的取值是理想圖像中固定置信度的置信區(qū)間中的最高值和最低值，NDVIsoil值作為圖像中曝光的NDVImin，數(shù)據(jù)選取及預(yù)處理4.1濕度數(shù)據(jù)的獲取本文所涉及到的濕度數(shù)據(jù)均是從統(tǒng)計(jì)年鑒分享平臺(tái)（）中獲取的。從上圖中我們可以看出，2008、2013和2017年這三年中，無(wú)論是哪一年的哪一個(gè)月份，海南的平均相對(duì)濕度均比蘭州高，年平均亦是如此。而且，這三年的年平均數(shù)據(jù)中，蘭州的年平均濕度數(shù)據(jù)都在50至60之間，這個(gè)數(shù)據(jù)是有點(diǎn)低了的。相比較下，海南的年平均數(shù)據(jù)差不多都在80左右。4.2遙感數(shù)據(jù)的選取蘭州新區(qū)的遙感數(shù)據(jù)來(lái)自于地理空間數(shù)據(jù)云（）[3]。為了確保各個(gè)時(shí)期圖像的可比性，有助于提取地表植被，本文選擇了兩個(gè)1T級(jí)的LandsatOLI_TIRS影像圖，本研究使用的圖像數(shù)和行數(shù)分別是131、35,2013年8月8日和2017年8月3日是它們的成像時(shí)間。圖中的云分別為0.86%和6.33%，清晰度均高。在利用遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行植被監(jiān)測(cè)時(shí)，TM遙感數(shù)據(jù)比較適合于區(qū)域和景觀植被的測(cè)量。因而，利用30m分辨率的遙感影像來(lái)評(píng)估五指山市的植被。為了充分理解總研究區(qū)植被變化的動(dòng)態(tài)和數(shù)據(jù)的限制，本文選擇了2008年的遙感數(shù)據(jù)。4.3數(shù)據(jù)的預(yù)處理及計(jì)算4.3.1蘭州新區(qū)數(shù)據(jù)的預(yù)處理在蘭州新區(qū)，對(duì)兩個(gè)時(shí)期的遙感數(shù)據(jù)采用ENVI5.3軟件進(jìn)行了歸一化處理，接著對(duì)每個(gè)周期的影像波段進(jìn)行了大氣校正，進(jìn)而得到可靠的地表反射率。然后，對(duì)于低分辨率多光譜圖像和高分辨率全色圖像，采用NNDiffuse

Pan

Sharpening融合方法進(jìn)行重新采樣，得到圖像是高分辨率多光譜的。鑒于矢量邊界的研究區(qū)數(shù)據(jù)不足，利用ARCGIS10.2軟件繪制"蘭州新區(qū).shp"文件，對(duì)研究區(qū)的shp文件，以及校正的多光譜波段表面反射圖像和熱紅外波段輻射圖像進(jìn)行裁剪。本文選取了植被綠度、土壤濕度和地表熱度及干度為指標(biāo)，構(gòu)建了生態(tài)質(zhì)量綜合指數(shù)。針對(duì)水體的特殊性，采用MNDWI水體指數(shù)對(duì)水體進(jìn)行掩膜，以避免研究區(qū)內(nèi)部分水域?qū)χ鞒煞址治鲚d荷分布的影響。另外，本研究還需要對(duì)輻射傳輸方程進(jìn)行反演地表熱，但地表輻射率的獲取涉及到NDVI的估計(jì)。為此，通過(guò)遙感反演得到歸一化差分水分指數(shù)和NDVI歸一化植被指數(shù)。以下是計(jì)算公式:改進(jìn)歸一化差異水體指數(shù)（MNDWI）:MNDWI=(ρGreen?ρ式中ρGreen、ρSWIRI分別為歸一化植被指數(shù)（NDVI）:NDVI=(ρNIR?ρ其中ρNIR和ρRed分別是它們近紅外和可見(jiàn)紅光波段的反射對(duì)于海南五指山而言，依據(jù)像元二分法遙感估算模型原理，推算了五指山市2008年的植被覆蓋度。具體步驟如下：1）根據(jù)五指山遙感影像的階段，推算出2008年的NDVI值；2）根據(jù)土地利用圖和土壤類(lèi)型圖繪制NDVI地圖，為各自的土地利用類(lèi)型和土壤類(lèi)型提取NDVI值；3)分析了各單元NDVI值的計(jì)算值。根據(jù)累積頻率表，選取0.5%NDVI單元和99.5%NDVI；4）將上述值（NDVIsoil，NDVIveg）代入公式（4）中，計(jì)算區(qū)域植被蓋度。5.結(jié)果分析5.1蘭州新區(qū)植被覆蓋度分析植被覆蓋度不僅是該地區(qū)植被生長(zhǎng)的直接反映，而且在監(jiān)測(cè)環(huán)境變化中起著重要作用。對(duì)研究區(qū)兩個(gè)時(shí)期的植被覆蓋度進(jìn)行計(jì)算解析，以明確不同時(shí)期植被覆蓋度的區(qū)別。2013年和2017年植被覆蓋率統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。由表1可知，2013年和2017年的最低和最高土地覆蓋度分別為0和1。進(jìn)一步對(duì)比兩個(gè)時(shí)期的平均植被覆蓋度和標(biāo)準(zhǔn)植被覆蓋度，2017年植被覆蓋度減少0.0621，減少率21.0152%，內(nèi)部離散度增加0.01，上升率為3.8640%。這說(shuō)明研究區(qū)植被脆弱性增加，植被覆蓋面積區(qū)別擴(kuò)大，在很大程度上感染生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量惡化。根據(jù)土地覆蓋基本數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特征，按照一定的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)將土地覆蓋劃分為五個(gè)檔次。分析了研究區(qū)不同時(shí)期的植被覆蓋特征。表2顯示了兩個(gè)階段植被覆蓋面積和百分比的統(tǒng)計(jì)表。 起初，表2給出了研究區(qū)兩種植被覆蓋度水平的數(shù)目特征。如表2所示：2013年，植被覆蓋度較低或低于64.6047%，平均植被覆蓋率為22.8323%，植被覆蓋度高達(dá)12.5630%以上；2017年，植被覆蓋度低或低于75.54%，平均植被覆蓋度是12.91%，植被覆蓋度高或高于11.53%。結(jié)果表明，近年來(lái)研究區(qū)域的植被蓋度有所下降，尤其是在中等植被覆蓋度向低植被覆蓋度過(guò)渡的過(guò)程中。5.2海南五指山計(jì)算結(jié)果分析由上述計(jì)算過(guò)程，得到了五指山市植被覆蓋圖像（圖1）。我們可以看到，圖中2008年五指山市下方顏色比上方深，說(shuō)明了在2008年這一年里，五指山市南邊植被覆蓋程度比北邊好。并且，將五指山植被覆蓋度劃分為：0%-20%（極低）、20%-40%（低）、40%-60%（中）、60%-80%（高度）和80%-100%（極高）這五個(gè)等級(jí)，從而獲得了五指山植被分類(lèi)圖。計(jì)算每個(gè)區(qū)域的面積和百分比（表3）。根據(jù)表3對(duì)五指山市植被覆蓋度估算結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析，可見(jiàn)，2008年五指山市高植被覆蓋度和極高植被覆蓋度所占百分比是比較大的，分別占有33.04%和54.87%。而1.34%和2.06%分別是極低植被覆蓋度和低植被覆蓋度的占有率。說(shuō)明了在2008年這一年中五指山市的整體植被覆蓋程度都是比較好的。造成該地區(qū)植被覆蓋變化的原因主要是20世紀(jì)末以前山體不多，加上人們的生產(chǎn)生活習(xí)慣差，以及當(dāng)?shù)厝藶E砍濫燒的現(xiàn)象，植被相對(duì)較小。上世紀(jì)90年代，海南省開(kāi)始砍伐天然林。上世紀(jì)90年代末，森林成為生態(tài)省建設(shè)的主體和中心，政府也形成了對(duì)森林的控制權(quán)。直到2005年，各級(jí)政府和人民提高認(rèn)識(shí)，采取一系列措施恢復(fù)和保護(hù)森林資源，包括保護(hù)山林、植樹(shù)造林和森林恢復(fù)。2008年圍繞生態(tài)城市建設(shè)目標(biāo)，五指城市繼續(xù)加強(qiáng)重點(diǎn)建設(shè)，如查封、保護(hù)天然林、退耕還林等。加強(qiáng)森林資源保護(hù)和開(kāi)發(fā)，促進(jìn)森林事業(yè)快速發(fā)展。通過(guò)這些措施，該地區(qū)的植被覆蓋率正在上升。6.結(jié)果比較本文主要選取了蘭州和海南2008、2013和2017年的年平均相對(duì)濕度數(shù)據(jù)，以及2008年海南植被覆蓋度數(shù)據(jù)、2013和2017年蘭州植被覆蓋度數(shù)據(jù)。按照一定的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，將植被覆蓋劃分為以下五個(gè)層次，下面我們將對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。由圖2和圖3我們可以觀察到，2008全年海南的平均相對(duì)濕度差不多在75左右，與圖3的植被覆蓋度相聯(lián)系，2008年海南的植被覆蓋度無(wú)論是五個(gè)等級(jí)中的哪個(gè)等級(jí)，植被覆蓋度均在1500以上。反觀2013和2017年蘭州的平均相對(duì)濕度和植被覆蓋度而言，2013和2017年蘭州的年平均相對(duì)濕度分別是53和57，而且從圖3可以看出，無(wú)植被覆蓋、低植被覆蓋和中等植被覆蓋的植被覆蓋面積均為3位數(shù)。在植被覆蓋度中，高植被覆蓋度和全植被覆蓋度為2位數(shù)。從圖3可以看出，海南2008年植被的最大值、最