The Spatial-Temporal Variation Characteristics of Vegetation Coverage in Five National Parks from 2000 to 2020
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摘要: 【目的】明确2000—2020年我国5大国家公园内的植被覆盖变化特征,揭示气候对植被覆盖的影响。【方法】基于MODIS-NDVI数据,采用趋势分析和Hurst指数分析5大国家公园园区2000—2020年的植被时空变化特征以及未来变化趋势,并将气温和降水作为影响因子,利用偏相关分析法探究植被覆盖变化与气象因子的关系。【结果】2000—2020年5个园区的植被覆盖均呈波动上升趋势,其中海南热带雨林国家公园增速最快,大熊猫国家公园增速最慢;2000—2020年各园区内植被覆盖变化以改善为主,改善面积均占各园区面积的70%以上;5大园区未来植被变化反持续性要强于持续性,变化类型均以由增加到减少为主,其中在东北虎豹国家公园植被减少趋势最为显著;三江源和大熊猫国家公园内的植被覆盖变化在年际水平上与降水的相关性较强,其他园区的变化主要受气温影响;三江源、大熊猫、东北虎豹、海南热带雨林和武夷山园区的植物生长对气温分别表现出0、1、0、2和2个月为主的时滞效应;对降水而言,仅在海南热带雨林园区表现出有1个月的滞后性,其余园区均没有明显滞后效应。【结论】我国5大国家公园植被在近21年都得到了改善,受气温和降水的影响呈现不同的时空变化特征,但未来植被变化反持续性较强,需重点关注。Abstract: 【Objectives】 To clarify the characteristics of vegetation coverage variation in five national parks from 2000 to 2020 and investigate how climate affects vegetation coverage. 【Methods】 Based on MODIS-NDVI data, trend analysis and Hurst index were used to analyze the spatial-temporal variation characteristics and future change trend of vegetation in five national parks from 2000 to 2020. Temperature and precipitation were taken as influence factors to explore the relationship between vegetation coverage changes and meteorological factors by partial correlation analysis. 【Results】 From 2000 to 2020, the vegetation coverage showed a fluctuating upward trend in all parks, with the fastest growth rate in National Park of Hainan Tropical Rainforest and the slowest growth rate in Giant Panda National Park. From 2000 to 2020, the vegetation coverage in five parks has mainly improved. In addition, the improved area accounted for more than 70% of the area of each park. The anti-persistence of vegetation changes in five parks has been stronger than persistence in the future, and the change types were mainly from increasing to decreasing, among which the decreasing trend was the most significant in Northeast China Tiger and Leopard National Park. The variations of vegetation coverage in Three-River-Source and Giant Panda National Park were strongly correlated with precipitation at the interannual level. However, the changes in vegetation coverage in additional parks were mainly affected by temperature. The vegetation growth in Three-River-Source National Park, Giant Panda National Park, Northeast China Tiger and Leopard National Park, National Park of Hainan Tropical Rainforest, and WuyishanNational Park had a time lag, with a lag of zero, one, zero, and two months on temperature. For precipitation, only National Park of Hainan Tropical Rainforest showed a lag of one month, while the rest of the parks showed an insignificant lag effect. 【Conclusions】 The vegetation of five national parks has been improved in the last 21 years, showing different spatial and temporal variation characteristics influenced by temperature and precipitation. However, the future vegetation changes showed a strong anti-persistence which needs to be paid more attention to.
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Key words:
- National Parks /
- vegetation coverage /
- trend analysis /
- Hurst index /
- climate factors /
- lag
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表 1 2000—2020年NDVI变化趋势统计
Table 1. NDVI change trend from 2000 to 2020
S值 ZMK值 NDVI变化趋势 ≥0.0005 ≥1.96 明显改善 ≥0.0005 −1.96~1.96 轻微改善 −0.0005~0.0005 −1.96~1.96 稳定不变 <−0.0005 −1.96~1.96 轻微退化 <−0.0005 <−1.96 严重退化 表 2 NDVI未来变化趋势统计
Table 2. NDVI future change trend
S值 Hurst值 NDVI未来变化趋势 ≥0.0005 >0.5 持续改善 ≥0.0005 <0.5 由增变减 −0.0005~0.0005 — 无显著变化 <−0.0005 <0.5 由减变增 <−0.0005 >0.5 持续退化 表 3 五大国家公园年尺度植被覆盖与气象因子偏相关系数
Table 3. Partial correlation coefficient between annual vegetation coverage and meteorological factors in five National Parks
气象因子 三江源国家公园 大熊猫国家公园 东北虎豹国家公园 海南热带雨林国家公园 武夷山国家公园 降水量/mm 0.207 0.161 0.120 0.090 −0.023 年平均气温/℃ 0.152 0.023 0.363 0.305 0.301 表 4 五大国家公园月尺度植被覆盖与气象因子偏相关系数
Table 4. Partial correlation coefficient between monthly vegetation coverage and meteorological factors in five National Parks
计算类型 平均系数 正相关面积占比/% 计算类型 平均系数 正相关面积占比/% 显著 总面积 显著 总面积 NDVI1-T0 0.43* 29.01 92.94 NDVI1-P0 0.85* 94.92 98.11 NDVI1-T1 −0.07 0.42 25.72 NDVI1-P1 0.49 10.30 97.59 NDVI1-T2 0.27 0.52 97.87 NDVI1-P2 −0.11 0.18 11.11 NDVI1-T3 0.41 2.23 98.20 NDVI1-P3 −0.42 0.19 1.02 NDVI2-T0 0.25 12.03 79.78 NDVI2-P0 0.22* 7.60 78.78 NDVI2-T1 0.40* 28.37 87.79 NDVI2-P1 −0.14 1.50 33.02 NDVI2-T2 0.30 16.42 85.73 NDVI2-P2 −0.19 0.82 26.11 NDVI2-T3 0.01 0.91 46.28 NDVI2-P3 −0.01 0.31 53.30 NDVI3-T0 0.60* 57.18 99.84 NDVI3-P0 0.41* 1.97 99.96 NDVI3-T1 0.52 12.72 99.09 NDVI3-P1 0.03 0.00 73.28 NDVI3-T2 0.43 0.92 100.00 NDVI3-P2 −0.24 0.00 0.02 NDVI3-T3 0.24 0.00 100.00 NDVI3-P3 −0.25 0.00 0.00 NDVI4-T0 0.05 17.29 49.63 NDVI4-P0 0.10 7.73 63.25 NDVI4-T1 0.10 18.94 54.11 NDVI4-P1 0.36* 23.52 95.07 NDVI4-T2 0.17* 29.48 63.83 NDVI4-P2 0.06 21.29 52.54 NDVI4-T3 0.07 8.75 60.33 NDVI4-P3 0.12 13.91 54.16 NDVI5-T0 0.63 64.58 97.78 NDVI5-P0 −0.55* 0.00 0.76 NDVI5-T1 0.73 80.27 99.95 NDVI5-P1 −0.20 2.61 25.34 NDVI5-T2 0.74* 90.53 99.46 NDVI5-P2 0.02 12.53 51.27 NDVI5-T3 0.40 14.28 94.26 NDVI5-P3 0.47 39.58 93.82 注:计算类型NDVI下标中,1、2、3、4、5分别代表三江源、大熊猫、东北虎豹、海南热带雨林和武夷山国家公园,T、P分别代表气温和降水,P0、P1、P2、P3分别代表当月降水、前1月降水、前2月降水和前3月降水;*表示0~3月中偏相关系数最大值。 -
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