CN106484973A - 一种量化人类活动对植被消耗的方法 - Google Patents

一种量化人类活动对植被消耗的方法 Download PDF

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任鸿瑞
薛娟娟
苏巧梅
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Abstract

一种量化人类活动对植被消耗的方法是收集研究区域内的研究年份的站点气象数据；获取研究区域的研究年份的栅格气象数据；获取研究区域的研究年份的植被覆盖图；计算研究区域的研究年份的植被潜在生产力；获取研究区域的研究年份的MOD17A3数据；提取研究区域的研究年份的植被实际生产力；计算研究区域的研究年份的人类活动对植被的消耗量；计算研究区域的研究年份的人类活动对植被的消耗程度。本方法定量给出区域内人类活动对植被消耗的时间、地点及消耗程度，实现人类活动对植被消耗的快速准确量化。

Description

一种量化人类活动对植被消耗的方法
技术领域
本发明涉及一种量化人类活动对植被消耗的方法，尤其是一种利用卫星遥感数据与气象数据快速、高效、低廉、准确量化人类活动对植被消耗的方法。
背景技术
陆地植被通过光合作用将大气中的二氧化碳以碳水化合物形式固定在陆地生态系统中。植被生产力是陆地生态系统获取能量、固定二氧化碳的物质载体，是生态系统碳储量的主要组成要素，对生态系统结构和功能的形成具有十分重要的作用。
气候变化与人类活动是影响陆地植被生产力的驱动因子。目前，人类活动（例如：放牧、砍伐、开垦等）已经成为植被生产力变化的主要因素，甚至超过了气候因子对植被生产力的影响。因此，量化人类活动对植被的消耗对于进行陆地植被生态系统管理与采取适应性对策具有重要的现实意义。
目前，国内外学者研究人类活动对植被消耗的主要方法有残差趋势法、降水利用效率法以及主成分分析法。然而，残差趋势法不适合分析短时间序列数据，在拟合降水与植被的关系时也不能忽略人为因素的影响；降水利用效率法存在不确定性，降水的剧烈变化对研究结果会产生很大的误差；主成分分析法强调用数学参数来表征人类活动的影响，而且通常以行政区划为研究单元，无法区分空间尺度上驱动力的差异。因此，当前亟需发明一种快速、高效、低廉、准确的标准方法来量化人类活动对植被的消耗。
发明内容
本发明的目的在于提供一种量化人类活动对植被消耗的方法，以克服现有方法无法准确量化大区域尺度人类活动对植被消耗的不足。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种量化人类活动对植被消耗的方法，其所述方法是按下列步骤进行的：
1) 收集研究区域内的研究年份的站点气象数据
收集研究区域内所有气象站点的研究年份365天的日降水量与日平均温度，将日降水量求和获取气象站点的年降水量，对大于0摄氏度且小于30摄氏度的日平均温度进行算术平均计算获取气象站点的年平均生物温度；
2) 获取研究区域的研究年份的栅格气象数据
利用克里格空间插值方法对上述步骤1）收集到的站点年降水量与年平均生物温度进行空间插值，生成研究区域的研究年份的栅格年降水量与年平均生物温度，空间分辨率1km ×1 km，数据格式为TIFF格式，投影为WGS84/Albers Equal Area Conic；
3) 获取研究区域的研究年份的植被覆盖图
下载研究区域的研究年份的MODIS陆地产品MCD12Q1数据，使用MRT软件对MCD12Q1数据进行格式与地图投影转换，HDF格式转换为TIFF格式，正弦曲线地图投影转换为WGS84/Albers地图投影，提取研究区域的研究年份的植被覆盖栅格数据；
4) 计算研究区域的研究年份的植被潜在生产力
以上述步骤3）获取的植被覆盖图以底图，基于周广胜植被生产力模型，利用上述步骤2）获取的栅格年降水量与年平均生物温度，计算研究区域的研究年份的植被潜在生产力，空间分辨率1 km ×1 km，数据格式为TIFF格式，投影为WGS84/Albers Equal Area Conic；
5) 获取研究区域的研究年份的MOD17A3数据
下载研究区域的研究年份的MODIS陆地产品MOD17A3数据，使用MRT软件将MOD17A3数据进行格式与地图投影转换，HDF格式转换为TIFF格式，正弦曲线地图投影转换为WGS84/Albers地图投影；
6) 提取研究区域的研究年份的植被实际生产力
以上述步骤3）获取的植被覆盖图为底图，依据上述步骤5）获取的MOD17A3陆地产品数据，提取研究区域的研究年份的植被实际生产力，空间分辨率1 km ×1 km，数据格式为TIFF格式，投影为WGS84/Albers Equal Area Conic；
7) 计算研究区域的研究年份的人类活动对植被的消耗量
利用上述步骤4）计算的植被潜在生产力减去上述步骤6）提取的植被实际生产力，其差值大于0的栅格表明该区域存在人类活动对植被生产力的消耗，数值的大小代表该栅格区域人类活动对植被的消耗量，数值越大，消耗量越大，数值越小，消耗量越小；
8) 计算研究区域的研究年份的人类活动对植被的消耗程度
利用上述步骤7）计算的人类活动对植被的消耗量除以上述步骤4）计算得到的植被潜在生产力，其比值代表人类活动对植被的消耗程度，比值越大，消耗程度越大，比值越小，消耗程度越小。
实施本发明上述所提供的一种量化人类活动对植被消耗的方法，与现有技术相比，本发明挖掘了遥感卫星数据与气象数据的应用潜力，构建了量化大区域范围人类活动对植被消耗的方法，克服了传统方法定性研究人类活动对植被消耗的局限性。与传统的人类活动对植被消耗的研究方法相比，本方法可以定量给出研究区域内人类活动对植被消耗的时间、地点及其消耗程度。本方法实现了基于卫星遥感数据与气象数据的大区域范围人类活动对植被消耗的快速、高效、低廉、准确量化。
附图说明
图1是本发明实施案例所述的一种量化人类活动对植被消耗方法中计算的年锡林郭勒草原植被潜在生产力。
图2是本发明实施案例所述的一种量化人类活动对植被消耗方法中提取的锡林郭勒草原植被实际生产力。
图3是本发明实施案例所述的一种量化人类活动对植被消耗方法中计算的人类活动对2008年锡林郭勒草原植被的消耗量。
图4是本发明实施案例所述的一种量化人类活动对植被消耗方法中确定的人类活动对2008年锡林郭勒草原植被的消耗程度。
具体实施方式
下面通过一种量化人类活动对我国内蒙古锡林郭勒草原植被消耗的方法的应用实例，对本发明的具体实施方法作进一步说明。
实施一种量化人类活动对植被消耗的方法是按下列步骤进行的：
步骤一、收集研究区域内的研究年份的站点气象数据
收集研究区域内所有气象站点的研究年份365天的日降水量与日平均温度，将日降水量求和获取气象站点的年降水量，对大于0摄氏度且小于30摄氏度的日平均温度进行算术平均计算获取气象站点的年平均生物温度。
步骤二、获取研究区域的研究年份的栅格气象数据
利用克里格空间插值方法对上述步骤一收集到的站点年降水量与年平均生物温度进行空间插值，生成研究区域的研究年份的栅格年降水量与年平均生物温度，空间分辨率1km ×1 km，数据格式为TIFF格式，投影为WGS84/Albers Equal Area Conic。
步骤三、获取研究区域的研究年份的植被覆盖图
下载研究区域的研究年份的MODIS陆地产品MCD12Q1数据，使用MRT软件对MCD12Q1数据进行格式与地图投影转换，HDF格式转换为TIFF格式，正弦曲线地图投影转换为WGS84/Albers地图投影，提取研究区域的研究年份的植被覆盖栅格数据。
步骤四、计算研究区域的研究年份的植被潜在生产力
以上述步骤三获取的植被覆盖图以底图，基于周广胜植被生产力模型，利用上述步骤二获取的栅格年降水量与年平均生物温度，计算研究区域的研究年份的植被潜在生产力，如附图1所示，空间分辨率1 km ×1 km，数据格式为TIFF格式，投影为WGS84/Albers EqualArea Conic。
步骤五、获取研究区域的研究年份的MOD17A3数据
下载研究区域的研究年份的MODIS陆地产品MOD17A3数据，使用MRT软件将MOD17A3数据进行格式与地图投影转换，HDF格式转换为TIFF格式，正弦曲线地图投影转换为WGS84/Albers地图投影。
步骤六、提取研究区域的研究年份的植被实际生产力
以上述步骤三获取的植被覆盖图为底图，依据上述步骤五获取的MOD17A3陆地产品数据，提取研究区域的研究年份的植被实际生产力，如附图2所示，空间分辨率1 km ×1 km，数据格式为TIFF格式，投影为WGS84/Albers Equal Area Conic。
步骤七、计算研究区域的研究年份的人类活动对植被的消耗量
利用上述步骤四计算的植被潜在生产力减去上述步骤六提取的植被实际生产力，其差值大于0的栅格表明该区域存在人类活动对植被的消耗，如附图3所示，数值的大小代表该栅格区域人类活动对植被的消耗量，数值越大，消耗量越大，数值越小，消耗量越小。
步骤八、计算研究区域的研究年份的人类活动对植被的消耗程度
利用上述步骤七计算的人类活动对植被的消耗量除以上述步骤四计算得到的植被潜在生产力，其比值代表人类活动对植被的消耗程度，如附图4所示，比值越大，消耗程度越大，比值越小，消耗程度越小。

Claims (1)

1.一种量化人类活动对植被消耗的方法，其所述方法是按下列步骤进行的：
1) 收集研究区域内的研究年份的站点气象数据
收集研究区域内所有气象站点的研究年份365天的日降水量与日平均温度，将日降水量求和获取气象站点的年降水量，对大于0摄氏度且小于30摄氏度的日平均温度进行算术平均计算获取气象站点的年平均生物温度；
2) 获取研究区域的研究年份的栅格气象数据
利用克里格空间插值方法对上述步骤1）收集到的站点年降水量与年平均生物温度进行空间插值，生成研究区域的研究年份的栅格年降水量与年平均生物温度，空间分辨率1km ×1 km，数据格式为TIFF格式，投影为WGS84/Albers Equal Area Conic；
3) 获取研究区域的研究年份的植被覆盖图
下载研究区域的研究年份的MODIS陆地产品MCD12Q1数据，使用MRT软件对MCD12Q1数据进行格式与地图投影转换，HDF格式转换为TIFF格式，正弦曲线地图投影转换为WGS84/Albers地图投影，提取研究区域的研究年份的植被覆盖栅格数据；
4) 计算研究区域的研究年份的植被潜在生产力
以上述步骤3）获取的植被覆盖图以底图，基于周广胜植被生产力模型，利用上述步骤2）获取的栅格年降水量与年平均生物温度，计算研究区域的研究年份的植被潜在生产力，空间分辨率1 km ×1 km，数据格式为TIFF格式，投影为WGS84/Albers Equal Area Conic；
5) 获取研究区域的研究年份的MOD17A3数据
下载研究区域的研究年份的MODIS陆地产品MOD17A3数据，使用MRT软件将MOD17A3数据进行格式与地图投影转换，HDF格式转换为TIFF格式，正弦曲线地图投影转换为WGS84/Albers地图投影；
6) 提取研究区域的研究年份的植被实际生产力
以上述步骤3）获取的植被覆盖图为底图，依据上述步骤5）获取的MOD17A3陆地产品数据，提取研究区域的研究年份的植被实际生产力，空间分辨率1 km ×1 km，数据格式为TIFF格式，投影为WGS84/Albers Equal Area Conic；
7) 计算研究区域的研究年份的人类活动对植被的消耗量
利用上述步骤4）计算的植被潜在生产力减去上述步骤6）提取的植被实际生产力，其差值大于0的栅格表明该区域存在人类活动对植被的消耗，数值的大小代表该栅格区域人类活动对植被的消耗量，数值越大，消耗量越大，数值越小，消耗量越小；
8) 计算研究区域的研究年份的人类活动对植被的消耗程度
利用上述步骤7）计算的人类活动对植被的消耗量除以上述步骤4）计算获得的植被潜在生产力，其比值为人类活动对植被的消耗程度，比值越大，消耗程度越大，比值越小，消耗程度越小。
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CN107480818A (zh) * 2017-08-09 2017-12-15 中国热带农业科学院科技信息研究所 一种快速评估人类活动对植被覆盖变化影响的方法
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