[发明专利]一种快速评估人类活动对植被覆盖变化影响的方法

说明书

技术领域

本发明属于环境质量评估领域，涉及一种环境质量评估方法，具体涉及应用长时间序列MODIS卫星遥感数据以及气象数据，评估人类活动对植被覆盖变化影响的方法。

背景技术

植被是陆地生态系统的主体，是生态环境监测的指示器。植被覆盖变化同时受到气候和人类活动的双重驱动。随着城市化进程的不断加速，在局部区域人类活动对植被覆盖变化的影响程度甚至超过了气候变化，量化人类活动对植被覆盖变化的影响可以有针对性地为人类活动对生态环境质量评估提供数据支撑，同时也能够为区域经济可持续发展和生态环境建设提供技术支持。

传统的研究方法大多数为实地考察，定性评估，这种方法耗时、费力，不适宜进行大区域尺度评估，且不能直观反映出人类活动对植被覆盖变化的影响区域。遥感技术的不断发展，为大尺度范围内的动态监测定性评估提供了可能。归一化植被指数(Normal Difference Vegetation Index,NDVI)是监测植被覆盖变化最常用的指标之一，同时也是衡量区域生态环境的重要信息。MODIS NDVI数据具有时间和空间分辨率高、覆盖范围广、数据易获取等特点，这也为动态评估人类活动对植被覆盖变化的影响提供了坚实的数据保障。

发明内容

本发明的目的是提供了一种基于长时间序列MODIS NDVI数据以及气象数据，经专业软件处理分析，快速准确评估人类活动对植被覆盖变化影响的方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：提供一种快速评估人类活动对植被覆盖变化影响的方法，以长时间序列MODIS NDVI为数据源，采用MRT软件对数据进行分析处理获得区域时间序列NDVI数据集，采用线性回归模型、最小二乘法趋势分析及残差分析法，评估人类活动对植被覆盖变化影响情况，具体步骤如下:

(1)NDVI数据下载与预处理：

a、下载研究区域时间序列的MOD13Q1 NDVI，数据空间分辨率为250m，时间分辨率为16d，使用MRT软件对数据进行镶嵌拼接，将数据由HDF转换为Geotiff格式，投影坐标由Sinusoidal重投影到WGS84/Albers坐标系；

b、采用ArcGIS中掩膜提取对NDVI数据进行裁剪，通过最大值合成法计算得到研究区域年最大NDVI值，形成研究区域NDVI时间序列数据集；

(2)研究区域气象数据处理：

a、搜集研究区域内所有气象站点的日均气温与日降水量数据，将日均气温进行算数平均计算获取气象站点的年均气温，对日降水量求和获取各气象站点的年降水量；

b、利用ArcGIS软件中的克里格插值法对研究区域各气象站点的年均气温和年降水量进行空间插值，生成空间分辨率为250m×250m的时间序列年均气温和年降水量栅格数据集，投影到WGS84/Albers坐标系下；

(3)计算时间序列预测NDVI值：

建立NDVI和年均气温、年降水量的二元一次回归关系模型，在ArcGIS中利用公式(1)模拟计算每个栅格单元上的NDVI值；公式(1)如下所示：

NDVI_预测值＝β₀+β₁T+β₂P(1)

式中，NDVI_预测值为由年降水和年均气温因子预测的NDVI值，β₀为常数项，β₁、β₂为回归方程的待定系数，待定系数可以采用最小二乘法计算得到；T、P分别为年均气温、年降水量；

(4)计算研究区域的人类活动对植被覆盖变化的影响：

a、将步骤(1)中得到的年最大NDVI值，即通过遥感观测得到的真实NDVI值减去步骤(3)计算的预测NDVI值，得到时间序列NDVI残差数据集，若残差大于0，表明人类活动对植被生长有促进作用；若残差小于0，表明人类活动不利于植被生长；若残差等于0，表明人类活动对植被变化影响微弱；

b、采用非参数化趋势度与Mann-Kendall检验方法分析人类活动对植被覆盖变化影响的变化趋势，在ArcGIS中利用公式(2)计算各像元的残差NDVI变化趋势，非参数化趋势度计算公式(2)如下所示：