基于GRACE监测数据的伊犁——巴尔喀什湖盆地水储量变化特征及影响因素

气候变化和人类活动对伊犁—巴尔喀什湖盆地自然生态环境的影响逐渐加剧,导致该盆地水资源问题日益突出。地处干旱区的伊犁—巴尔喀什湖盆地水资源的形成和耗散空间分离并且水文气象数据匮乏,使该地区的水资源研究和管理都相对欠缺。采用2003年1月至2014年5月1°×1°GRACE重力卫星的UTCSR-RL05L-2月数据反演得到伊犁—巴尔喀什湖盆地水储量变化,并利用全球陆面同化数据(GLDAS)对比分析,结合水量平衡原理,分析该地区水储量时空变化特征及影响因素。结果表明:伊犁—巴尔喀什湖盆地水储量变化呈现明显的年周期,该地区每年11月至次年4月水储量呈现增加趋势,水储量减少则出现在5月至10月;全年中8月份水储量减少最快,12月份增加最快。在影响整个盆地水储量变化的影响因素中,降水蒸发差是整个盆地水储量变化的最重要的影响因子,其次是蒸发,降水相对最弱。伊犁—巴尔喀什湖盆地水储量变化的影响因子具有明显的空间差异。水资源形成区水储量变化受降水影响最大,然而水储量耗散区水储量受降水蒸发差最明显。蒸发对耗散区的水储量变化的影响程度高于形成区。     

我国西北干旱区湖泊变化时空特征

以西北干旱区1990、1999、2007和2015年4个时期Landsat TM/ETM+/OLI遥感影像为基础,运用水体指数获取104个面积大于1km2湖泊数据,并分析湖泊变化的驱动机制。研究表明:(1)1990~2015年西北干旱区湖泊面积整体呈"增加"的状态,其中1999~2007年湖泊面积扩张速度最明显;(2)西北干旱区湖泊整体呈扩张趋势,存在明显的区域差异,面积呈先减少后增加趋势的湖泊数量最多,分布也最广。面积持续减少的湖泊数量较少,团状分布在腾格里沙漠腹地;(3)降水和温度是影响湖泊变化的两个重要因素。高山湖泊面积变化稳定,湖泊面积变化与降水、温度和蒸发量具有较好的一致性,人类活动对湖泊面积变化影响微乎其微。而平原湖泊面积变化则受自然因素和人类活动共同影响。沙漠湖泊面积则是气候变化与地下水补给源变化共同作用的结果。研究整体提高西北干旱区湖泊时空变化特征的认知,并将为本区湖泊变化研究和环境保护提供合理依据。     

Morlet 小波在地表物候遥感识别中尺度的选取与应用

地表物候是人类了解地球生态系统的必要参数,也是动植物保护、农耕等活动的重要依据。使用遥感数据进行地表物候提取为大尺度的地表物候变化监测提供了一种有效途径。研究发现目前应用最广泛的非对称性高斯函数拟合法和双 Logistic 函数拟合法存在一定的缺陷,尤其是在提取 NDVI 峰值谷值和物候周期不明显区域 (如干旱地区、沙地) 的物候参数时存在严重的误差,而 morlet 小波在分析地表年际变化的周期特征方面表现良好。本文使用 morlet 小波对青海湖流域 2003-2014 年的 MODIS 数据进行分析,得到地表物候在该时间段内的年度变化与趋势,进行不同区域、不同时间的差异性分析,发现青海湖流域的地表物候期整体都略有提前,但生长季的长度呈延长趋势,认为青海湖流域的地表物候整体上响应全球变暖的趋势。中部地区的生长季长度大于高海拔、高纬度区域和沙地区域,认为青海湖流域的中部地区是最适合动植物生长、活动的范围。     

GRACE数据反演水储量及监测干旱的应用现状与展望北大核心CSCD

水储量是全球和区域水文循环的重要组分,借此可分析区域水资源和干旱的时空演变规律。传统的水储量监测方法以地下水位监测为主,但站点布设和分布情况限制了大尺度的研究与探索。GRACE(Gravity Recovery and Climate Experiment)卫星提供了大尺度的逐月地球重力场变化数据,国内外众多学者将其反演的水储量变化数据应用至水文学领域,在一定程度上推动了水文学的进步与发展,但目前系统阐述GRACE数据在反演水储量方面的研究仍不够全面,鲜有研究对基于GRACE数据的监测干旱和插补重建现状进行系统性的总结。该研究简要介绍了GRACE数据的应用领域,探讨了两种数据处理方法的优缺点,分析总结了GRACE数据在反演结果验证和不确定性、陆地水储量变化、地下水储量变化、干旱演变与响应、插补重建等方面的应用现状及存在问题,建议未来在变化环境对水储量变化的影响、降低GRACE数据的不确定性、构建更适合干旱监测的干旱指数、提高插补重建GRACE数据精度和提升GRACE数据时空分辨率等方面进一步开展研究,旨在为利用GRACE数据的相关研究提供借鉴与思考。     

近30a内蒙古NDVI演变特征及其对气候的响应

以1982~2012年GIMMS NDVI 3g数据和同时期气象数据为数据源,借助于最大值合成法、趋势分析和相关性分析等方法,分析了近30a内蒙古NDVI的变化趋势及其对气候因子的响应机制。结果表明:近30a内蒙古NDVI在时空分布上整体呈增加趋势,仅在呼伦贝尔西南部、锡林郭勒盟西北部及乌兰浩特中部少部分区域NDVI呈减少趋势;内蒙古对全球气候变化响应显著,年均气温和年均降水量均呈增加趋势,年均气温变化率为0.2℃/10a,年均降水量变化率为-10.7mm/10a;NDVI与气温、降水的相关关系具有明显的空间差异性,17.6%的区域与降水量显著相关,仅有0.4%的区域与气温显著相关,且降水对NDVI的影响超过了气温对NDVI的影响。     

青藏高原1982~2015年FPAR时空变化分析

植被吸收利用太阳光合有效辐射比率反映了植被固碳释氧能力,根据青藏高原GIMMS NDVI3g（1982~2015年）和MODIS NDVI（2001~2015年）数据,采用非线性半理论半经验模型进行FPAR反演及时空变化分析。结果表明：①2001~2015年GIMMS NDVI3g和MODIS NDVI反演FPAR在空间分布上具有较高的一致性,相关系数为0.82（P<0.01）,年际变化趋势一致至少6年的区域占80%;②青藏高原FPAR受坡度和海拔影响较大,其中15~35坡度FPAR变化最快,700~2 100 m海拔区间FPAR值最大;不同坡向对应的FPAR除南坡方向偏低外其他方向差异不大。③1982~2015年青藏高原四季FPAR时空变化研究中,冬季FPAR年际变化最明显,约78.5%的区域表现为增长趋势;秋季FPAR下降区域最多,但超过71.5%区域变化不显著;④基于MODIS NDVI和GIMMS NDVI两数据反演的所有植被类型的FPAR都在2012年间出现小幅度下降趋势,且不同植被类型FPAR的年际变化趋势各不相同。     

基于遥感和气象数据的东南亚森林动态变化分析

为进一步了解热带森林动态变化与人类活动及气候变化之间的关系,利用MODIS遥感数据和ERA-Interim再分析气象数据,通过时间序列分析和相关性分析,得到2001～2013年东南亚地区11个国家的森林净初级生产力(NPP)时空变化情况及其与植被覆盖率(VCF)、温度、降水和光合有效辐射(PAR)的相关关系。结果表明:①东南亚地区森林NPP呈现由赤道向南北两极方向增加的趋势;②研究区大部分区域NPP呈减少趋势,NPP变化较剧烈的地区变异系数一般较大,生态系统的固碳能力不稳定;③研究区整体森林覆盖率较高(60%～80%),2001～2013年间大部分区域VCF呈增加趋势,部分地区VCF与NPP的偏相关系数较相关系数高,表明NPP受人类活动影响大;④东南亚地区温度、降水和PAR都较高,热带雨林气候国家较热带季风气候国家森林NPP与气候因子具有更好的相关性,一般与温度呈负相关,与降水和PAR呈正相关。     

1982~2015年海南岛NDVI时空变化及气候驱动力分析北大核心CSCD

为了揭示海南岛植被覆盖长期变化趋势以及进一步确定影响海南岛植被变化的主要气候驱动因子,为海南岛植被应对气候变化以及植被的良性发展提供科学指导。基于GIMMS NDVI数据,采用趋势分析法,探究1982~2015年海南岛植被的时空变化趋势;利用偏相关分析和主成分回归分析研究34 a里温度、降水和太阳辐射对海南岛植被变化的影响。研究表明:(1)空间上海南岛植被在北部和沿海地区呈明显增加趋势,而三亚及周边地区存在多处植被退化区域;(2)时间上海南岛植被整体以缓慢增长为主,增速为0.019/10 a,年际变化明显;(3)温度和太阳辐射显著主导海南岛88%地区的植被生长,其驱动因子存在如下关系:太阳辐射作用>温度作用>降水的驱动作用;(4)温度主导海南岛北部及西部地区植被的生长,太阳辐射主导驱动岛屿南部的植被生长,而降水是岛屿中部植被的主导气候驱动因子。综上所述,海南岛植被总体呈现良性发展的趋势,温度和太阳辐射是促进植被生长的主要气候因子。     

北美永久湿地NDVI时序变化特征分析——以哈德逊湾西南湿地区域为例

基于2001~2009年MCD12Q1数据,提取哈德逊湾西南区连续9年都是湿地的区域作为研究区。利用1982~2006年GIMMS NDVI数据,分析此区域25 a来NDVI季节、年际变化,并与温度、降水数据进行相关分析。结果显示:研究区域NDVI季节变化呈现单峰曲线形状,夏季达到最大值。1982~2006年NDVI年际变化在春秋两季与全年平均NDVI年际变化都呈增加趋势,夏季与冬季趋势则相反。此区域NDVI季节变化与温度、降水呈极显著相关,冬季NDVI年际变化与温度以及夏季NDVI年际变化与降水的相关性不显著,而其他各时期NDVI年际变化与温度、降水也都呈极显著相关。然而,由于人类活动及其他因素的影响,此区域的NDVI年际变化驱动还存在一定的不确定性。     

卫星重力监测全球地下水储量变化及其特征

地下水储量是水资源管理和陆地表面过程与水循环研究的一个重要参数。然而,由于传统观测技术成本高和空间分辨率低等局限性,很难建立一个全球连续的综合地下水监测网,因此监测全球高时空分辨率的地下水储量及其变化仍是当前的一个挑战。2002年发射的低低卫—卫跟踪"重力恢复与气候试验"(GRACE)重力卫星为高分辨率地监测全球地下水储量及其变化,提供了一种新的可能手段。利用2002年8月～2011年2月的GRACE观测数据估计近10 a的月间隔全球陆地水总储存量,扣除了GLDAS水文模型(全球陆地数据同化系统)中的地表水、冰雪和生物水,得到全球地下水储量时间序列,并分析其季节性和长期变化及其特征。研究结果表明:GRACE探测到全球地下水储量具有明显的季节性变化,例如在南美洲的亚马逊河流域和亚洲中南部的周年振幅达到50 mm,而在澳大利亚南部和非洲北部的周年振幅只有10 mm左右。另外全球地下水储量具有明显的长期变化,如南美洲亚马逊河流域由于洪水造成地下水储量以6 mm/a的速率增加,拉普拉塔地区由于干旱造成地下水储量以7.5 mm/a的速率减少;中国新疆吐鲁番盆地地区的地下水储量以3.1 mm/a的速率减少,中国华北地区的地下水储量以4.8 mm/a的速率下降。     

卫星重力监测全球地下水储量变化及其特征

地下水储量是水资源管理和陆地表面过程与水循环研究的一个重要参数。然而,由于传统观测技术成本高和空间分辨率低等局限性，很难建立一个全球连续的综合地下水监测网，因此监测全球高时空分辨率的地下水储量及其变化仍是当前的一个挑战。2002年发射的低低卫—卫跟踪“重力恢复与气候试验”(GRACE)重力卫星为高分辨率地监测全球地下水储量及其变化，提供了一种新的可能手段。利用2002年8月~2011年2月的GRACE观测数据估计近10 a的月间隔全球陆地水总储存量，扣除了GLDAS水文模型（全球陆地数据同化系统）中的地表水、冰雪和生物水，得到全球地下水储量时间序列，并分析其季节性和长期变化及其特征。研究结果表明:GRACE探测到全球地下水储量具有明显的季节性变化，例如在南美洲的亚马逊河流域和亚洲中南部的周年振幅达到50 mm，而在澳大利亚南部和非洲北部的周年振幅只有10 mm左右。另外全球地下水储量具有明显的长期变化，如南美洲亚马逊河流域由于洪水造成地下水储量以6 mm/a的速率增加，拉普拉塔地区由于干旱造成地下水储量以7.5 mm/a的速率减少;中国新疆吐鲁番盆地地区的地下水储量以3.1 mm/a的速率减少,中国华北地区的地下水储量以4.8 mm/a的速率下降。     

卫星重力监测全球地下水储量变化及其特征

地下水储量是水资源管理和陆地表面过程与水循环研究的一个重要参数。然而,由于传统观测技术成本高和空间分辨率低等局限性，很难建立一个全球连续的综合地下水监测网，因此监测全球高时空分辨率的地下水储量及其变化仍是当前的一个挑战。2002年发射的低低卫—卫跟踪“重力恢复与气候试验”(GRACE)重力卫星为高分辨率地监测全球地下水储量及其变化，提供了一种新的可能手段。利用2002年8月~2011年2月的GRACE观测数据估计近10 a的月间隔全球陆地水总储存量，扣除了GLDAS水文模型（全球陆地数据同化系统）中的地表水、冰雪和生物水，得到全球地下水储量时间序列，并分析其季节性和长期变化及其特征。研究结果表明:GRACE探测到全球地下水储量具有明显的季节性变化，例如在南美洲的亚马逊河流域和亚洲中南部的周年振幅达到50 mm，而在澳大利亚南部和非洲北部的周年振幅只有10 mm左右。另外全球地下水储量具有明显的长期变化，如南美洲亚马逊河流域由于洪水造成地下水储量以6 mm/a的速率增加，拉普拉塔地区由于干旱造成地下水储量以7.5 mm/a的速率减少;中国新疆吐鲁番盆地地区的地下水储量以3.1 mm/a的速率减少,中国华北地区的地下水储量以4.8 mm/a的速率下降。     

植被功能型差异对地表反照率时空分布的影响分析

地表反照率是表征地球表面捕获太阳辐射能力的特征参量,是影响气候系统的关键因素。植被通过物理(反照率)和生物过程(蒸散)影响陆地区域的能量收支过程,进而调控区域气候特征,其中陆表植被的变化及其可能的反照率影响规律受到了研究者的重视。以北京地区为例,利用MODIS地表反照率产品,结合地表覆盖类型产品中的植被功能型数据,计算并分析了2008~2013年北京地区典型植被功能型差异对地表反照率时空分布的影响。结果表明:北京地区典型植被功能型共6种,按其平均地表反照率从大到小依次为:谷物作物、城市用地、灌丛、落叶阔叶林、常绿针叶林及水体。因不同植被功能型的分布及变化对地表反照率的时空分布有直接影响,北京地区平均地表反照率总体呈东高西低、南高北低趋势,秋季最小,冬季次之,春、夏较大,且2008~2013年地表反照率呈现变化量约为-0.79×10-3/a的缓慢减小趋势。     

基于NDVI数据的江苏省植被物候变化及其影响因子分析

以气候变暖为主要特征的全球气候变化与生态系统的相互作用成为影响可持续发展的重要因素。植被作为陆地生态系统的主要组成部分,在生态环境评价及碳水循环等方面具有重要作用。以江苏省为研究区,利用长时间序列的GIMMS NDVI3g数据集和气象数据,采用Logistic函数法提取该区域过去34 a(1982~2015年)植被生长期物候(Start Of Season SOS,End Of Season EOS)变化的时空分布特征,并用相关性分析法定量确定主要气象因子(温度、降水)对物候变化的贡献。结果表明：①空间上,从江苏省南部到北部,SOS呈递增趋势,EOS呈递减趋势;②时间上,大部分(83.1%)像元的SOS提前,主要分布在江苏省中部及北部地区,大多提前1~2 d/a,69.2%像元的EOS延后,大多延后0~1 d/a;③植被生长期开始SOS/EOS对温度、降水有明显响应,70.5%像元的SOS与温度呈负相关,主要位于江苏省北部及少部分南部地区,55.5%像元的SOS与降水呈负相关,55.2%像元的EOS与温度呈正相关,71.2%像元的EOS与降水呈负相关。整体上,温度的升高导致生长期提前,降水对SOS具有双向作用,秋季物候的影响因子更为复杂,温度和降水的变化并不能导致EOS的提前或者推迟。本研究加深对气候变化与植被生态系统相互作用过程的认识,为未来植被及气候变化分析提供参考。     

中亚地区植被净初级生产力时空动态及其与气候因子关系

植被净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)及其对气候变化的响应是全球变化的核心研究内容之一,研究中亚地区NPP的时空格局变化对理解植被—环境的作用机理以及应对全球变化具有重要的意义。基于MOD17A3数据集、气象数据结合GIS分析方法研究中亚地区2000~2014年的植被NPP时空动态特征及其与气候因子的关系。结果表明：①中亚地区空间上NPP的变化范围在0~874 gC/m²·a之间,平均值为151.90 gC/m²·a,NPP年总量平均值为482.41TgC (1 Tg=10¹² g),NPP平均值与总量均呈现出下降趋势;②中亚地区NPP的高值区主要分布在高纬度地区和东南部高山地区,中部和南部荒漠区则为NPP的低值区;③中亚地区2000~2014年间NPP在空间上总体呈现下降趋势,达到显著下降的区域总体面积的39.89%。NPP呈下降趋势的区域主要集中在哈萨克斯坦的大部分区域,不同分区内以典型草原区最为显著;④中亚地区NPP受降水量的影响作用高于气温,荒漠草原区、典型草原区以及荒漠区主要受到降水量的控制,高山草甸区与高山林地区则受到降水和气温的共同作用。     

利用多源数据分析呼伦湖地表与地下水的动态变化

湖泊对揭示区域环境演变特征与规律具有重要意义。为研究近30 a呼伦湖地区地表水面积与地下水水储量的变化,利用Google Earth Engine（GEE）云平台处理了1986~2018年间所有Landsat卫星影像。结合卫星测高所获得的水位数据,得到呼伦湖的水体面积长时间变化序列,并将其划分为4个阶段：2000年之前的平稳扩张阶段,2000~2012年的骤减阶段,2013~2015年为迅速回升阶段,2016年之后的稳定阶段。在此基础上,综合利用降水、蒸发以及河流流量等模型数据对其变化原因进行了全面分析,揭示了3个因素在4个阶段所发挥的不同作用。最后,利用水量平衡公式推算出地下水储量变化,分析了（1986~2013年）呼伦湖地下水水储量变化趋势,结果表明该地区地下水水储量持续减少。     

基于面向对象—深度学习的闽东南低海拔海岸带地区湿地动态遥感分析

海岸带湿地具有重要的生态价值和经济开发价值,明确其时空变化特征与影响因素对于维持区域生态系统平衡和可持续发展具有重要意义。以Landsat TM/ETM+/OLI影像为基本数据源,综合利用面向对象与深度学习分类方法对1985~2015年闽东南低海拔海岸带地区的湿地信息进行提取,以揭示其时空演变特征与驱动力因素。结果表明：基于面向对象—深度学习分类方法对湿地进行信息提取,整体分类精度可达93%以上,分类结果整体性好;1985~2015年自然湿地面积呈减少趋势,人工湿地面积呈增加趋势,分别减少和增加250.31 km²和251.36 km²;湿地二级类型中,30 a间河口/浅海水域和淤泥质海滩面积减少最大,盐田/水产养殖场面积增加最大;1985~2015年湿地变化类型多样,且2000~2015年较1985~2000年湿地变化更为剧烈;湿地变化是人类活动和自然环境变化共同作用的结果,其中人类活动是影响湿地变化的主要原因。该方法及研究结果可为海岸带湿地监测与保护管理提供技术支持和决策参考。     

基于Landsat8热红外遥感数据的山地地表温度地形效应研究

地表温度是影响地表能量收支平衡的重要参量,能够综合反演地表的水热交换过程。虽然当前在基于地表温度开展全球或者区域尺度的地表能量平衡研究方面取得一系列的进展,但是面向山地区域尺度的类似研究仍然面临较大的挑战。为分析山地复杂地形对山地地表温度时空分布的影响规律,基于具有较高空间分辨率的Landsat 8热红外数据,以我国西南典型山地为研究对象,定量反演该区域的地表温度空间分布状况,结合SRTM90DEM数据,选择从海拔、坡度和坡向3个关键地形因子角度分析山地地表温度的地形效应特征。结果发现:山地地表温度随地形因子均呈现出十分显著的变化特征。总体而言,地表温度均随着海拔和坡度的升高而降低,而在坡向方面,南坡的温度相比北坡的温度要高。在地形效应分析的基础上,通过开展1km空间尺度地形和地表温度的空间统计分析发现,山地1km尺度下地表温度存在较大的空间异质性,且其影响不可忽略。研究结果表明:开展山地地表水热过程遥感动态监测需高空间分辨率地表温度作为数据支持,以准确描述山地地形因素对地表能量交换过程的影响。     

中国区域2007~2018植被荧光时空变化与气候响应模式研究

基于GOME-2 卫星日光诱导叶绿素荧光（SIF）产品数据集,对2007~2018年中国区域SIF进行时空变化分析,探讨了中国区域SIF对气温、降水、辐射等气候变化的响应。结果表明：①中国植被区域SIF总体上呈现从东南向西北递减的空间分布,12 a间年均SIF增加了20.2%,增幅达0.034 mW/m²/sr/nm,增加区域占比为80.3%,呈显著增长区域占比25.7%,增长区域主要分布在植被较为密集的中国东部、南部和东北部。②季节尺度上,夏季SIF增加的区域和幅度最大,增幅达0.065 mW/m²/sr/nm,增加区域占比为82.1%,呈显著增长的区域占比19.4%,SIF增长区域与年均SIF的趋势基本一样。春季和秋季SIF总体也是呈增长的趋势,而冬季只在中国南部增长趋势明显。③与气候因子的偏相关响应分析表明,在寒温带针叶林区域,气温是SIF增长主要的影响因子;在暖温带及温带植被区域,降水是SIF增长主要的影响因子;在亚热带常绿阔叶林区域,影响SIF增长的更可能是人类活动;对处于较低纬度地区的热带季风雨林区域来说,辐射是SIF增长的主要影响因子。研究结果揭示了2007~2018年间的中国区域植被荧光时空变化规律及其与气候变化间的响应关系,可为全球碳循环研究提供必要的数据支撑。     

植被覆盖度时空变化遥感监测——以博尔塔拉蒙古自治州为例

针对新疆博尔塔拉蒙古自治州独特的区位条件和地貌特征,利用国产系列卫星数据,开展中亚山地森林垂直地带性植被覆盖度时空变化监测研究。结果表明:(1)在2010年至2012年期间,植被覆盖度总体上呈现波动变化的趋势,2012年到2013年期间呈现整体下滑的趋势;(2)植被生长的前后期,植被覆盖度的变化较大,生长中期植被覆盖度变化小;(3)受人类活动干扰区域植被覆盖度变化大于自然区域;(4)自然条件优越的地方植被覆盖度变化大于自然条件恶劣的区域。