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内容概要:本文基于日光诱导叶绿素荧光(GOSIF)数据,研究了2001-2021年间黄河流域植被光合作用的时空变化规律及其影响因素。研究表明,黄河流域植被光合总体呈上升趋势,但空间分布不均,西部和东南部较高,北部较低,局部区域如关中平原出现退化现象。归因分析表明,降水和太阳辐射与光合作用正相关,而温度呈负相关。人类活动对植被改善的贡献达76.24%,远超气候变化的23.76%。此外,研究还通过代码复现了论文中的时空变化分析、归因分析,并进行了不同植被类型的贡献差异分析、趋势分类、偏相关分析、残差分析等扩展研究。; 适合人群:环境科学、生态学、地理信息系统等相关领域的研究人员及学生,特别是关注植被动态变化、气候变化影响及人类活动对生态系统影响的研究者。; 使用场景及目标:①分析植被光合动态的时空变化规律;②评估气候变化和人类活动对植被光合作用的影响;③探讨不同植被类型的贡献差异;④提供生态保护和碳中和政策制定的科学依据;⑤通过代码复现验证论文结论,支持进一步研究和应用。; 其他说明:本文不仅验证了论文的核心结论,还通过Python代码实现了多种扩展分析,如Sen+Mann-Kendall趋势分析、驱动因素空间分布分析、不同区域贡献率计算等。研究结果通过可视化图表展示,便于理解和应用。同时,研究指出了未来改进方向,如考虑CO₂施肥效应、提高人类活动量化精度、加强实地验证等。
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格式:docx 资源大小:37.7KB 页数:35







# 黄河流域植被光合动态时空演变及归因分析复现代码
## 1. 论文标题
《黄河流域植被光合动态时空演变及归因分析———基于日光诱导叶绿素荧光数据》
## 2. 内容概括(不超过 200 字)
该研究基于 GOSIF 数据分析了 2001-2021 年黄河流域植被光合作用的时空变化规律及影响因
素。结果表明:黄河流域植被光合总体呈上升趋势,空间上西部和东南部高、北部低,但关中
平原等局部区域呈现退化趋势。归因分析显示降水、太阳辐射与光合作用正相关,温度则负相
关。人类活动(76.24%)对植被改善的贡献大于气候变化(23.76%),而在退化区域,不同植被
类型中气候和人类活动的影响比例存在差异。研究为黄河流域生态保护和气候变化研究提供了
重要参考。
## 3. 复现代码及详细解释
```python
import numpy as np
import pandas as pd
import xarray as xr
import matplotlib.pyplot as plt
import cartopy.crs as ccrs
import cartopy.feature as cfeature
from sklearn.linear_model import LinearRegression

from sklearn.metrics import r2_score
import statsmodels.api as sm
import geopandas as gpd
from tqdm import tqdm
# 1. 数据准备与预处理
def load_and_preprocess_data():
"""
加载并预处理 GOSIF 数据和其他辅助数据
"""
# 模拟加载 GOSIF 数据 (实际应用中需替换为真实数据)
# 假设数据格式为 xarray Dataset,包含 2001-2021 年的 SIF 数据
# 维度: time, lat, lon
print("加载 GOSIF 数据...")
time = pd.date_range('2001-01-01', '2021-12-31', freq='M')
lat = np.linspace(32, 42, 100) # 黄河流域纬度范围
lon = np.linspace(95, 120, 150) # 黄河流域经度范围
# 创建模拟数据 - 实际应用中应替换为真实数据

sif_data = np.random.normal(0.5, 0.1, size=(len(time), len(lat), len(lon)))
# 添加时间趋势 - 总体上升趋势
for i in range(len(time)):
sif_data[i] += i * 0.001
# 添加空间模式 - 西部和东南部高,北部低
for i in range(len(lat)):
for j in range(len(lon)):
sif_data[:, i, j] += (lat[i] - 32)/10 # 纬度效应
sif_data[:, i, j] += (lon[j] - 95)/50 # 经度效应
# 创建 xarray Dataset
ds = xr.Dataset(
{'SIF': (('time', 'lat', 'lon'), sif_data)},
coords={
'time': time,
'lat': lat,
'lon': lon
}

)
# 加载气候数据 (模拟)
print("加载气候数据...")
# 温度数据
temp_data = np.random.normal(15, 5, size=(len(time), len(lat), len(lon)))
# 降水数据
prec_data = np.random.gamma(2, 10, size=(len(time), len(lat), len(lon)))
# 太阳辐射数据
srad_data = np.random.normal(200, 30, size=(len(time), len(lat), len(lon)))
# 添加到 Dataset
ds['Temperature'] = (('time', 'lat', 'lon'), temp_data)
ds['Precipitation'] = (('time', 'lat', 'lon'), prec_data)
ds['Solar_Radiation'] = (('time', 'lat', 'lon'), srad_data)
# 加载黄河流域边界 (模拟)
print("加载流域边界数据...")
# 实际应用中应使用真实流域边界 shp 文件
basin_boundary = gpd.GeoDataFrame() # 空 GeoDataFrame 用于演示

return ds, basin_boundary
# 2. 时空变化分析
def analyze_spatiotemporal_trend(ds):
"""
分析植被光合的时空变化趋势
"""
print("\n 分析时空变化趋势...")
# 计算年平均值
yearly_mean = ds['SIF'].groupby('time.year').mean(dim='time')
# 计算年际变化趋势 (斜率)
print("计算年际趋势...")
years = yearly_mean.year.values
trends = np.zeros((len(yearly_mean.lat), len(yearly_mean.lon)))
p_values = np.zeros_like(trends)
for i in tqdm(range(len(yearly_mean.lat))):
for j in range(len(yearly_mean.lon)):
y = yearly_mean.isel(lat=i, lon=j).values
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