长江流域陆地生态系统NDVI时空变化特征及其对水热条件的响应

为辨识长江流域陆地生态系统植被的时空变化特征及其对水热条件的响应,根据长江流域2000—2015年MODIS NDVI(Normalized Difference Vegetation Index)资料和气象资料,利用时间序列分析技术研究长江流域及主要陆地生态系统NDVI和水热条件的年际变化及相关性特征。结果表明:①近16 a来,全流域及主要生态系统NDVI均呈现出显著的增加趋势,农田、森林、水体与湿地生态系统NDVI增长率较大;②降水量整体略微增加,具有明显的空间差异性,积温(≥10℃)增加明显,且在空间上普遍呈现出增加的趋势;③受气候条件和生态系统类型差异性的影响,不同水热条件分区上NDVI与降水量和积温(≥10℃)的相关性有所差别,但整体而言,由于长江流域水量相对丰沛,降水量并不是长江流域植被生长的限制性因子,降水量与NDVI相关性并不显著,但对于森林、草地和荒漠生态系统而言,植被NDVI与积温呈现出较为明显的正相关关系,表明热量条件是长江流域植被生长的限制性因子。研究成果可为长江流域主要陆地生态系统变化的监测和预测提供一定的数据和技术支撑。     

2000—2014年云南省陆地生态系统水分利用效率的时空变化

基于MODIS卫星遥感数据,计算了云南省2000—2014年陆地生态系统水分利用效率(WUE),结合国家气象站点的观测数据,采用趋势分析、EOF分析和相关性分析等方法,获取了云南省陆地生态系统WUE时空变化规律和主要驱动因子。结果表明:云南省陆地生态系统WUE空间分布差异明显,呈现南北低、中间高的格局,WUE在大部分地区呈现了明显的季节变化,而在低值区变化不显著;WUE年际变化趋势存在明显的南北差异,北方主要呈增加的趋势,南方主要呈减少的趋势,蒸散发是其变化的主导因素;WUE空间模态呈现南北反向分布模式,北方增加,南方减少,反之亦然;WUE驱动因子自北向南依次为相对湿度、最高温度和日照时数,相关关系呈现南北差异。     

基于GLDAS-NOAH的长江流域蓝绿水资源时空变化特征

基于GLDAS-Noah水文模型,模拟长江流域蓝绿水资源量,并揭示其时空变化特征。结果表明:2000—2019年长江流域多年平均蓝水资源和绿水资源分别为420.24 mm和686.95 mm,绿水资源约是蓝水资源的1.62倍。近20 a来长江流域蓝水资源、绿水资源和绿水系数呈不显著增加趋势,2000—2019年蓝水资源与绿水资源变化速率分别为3.26 mm/a 和2.27 mm/a。从年内分配上看,蓝绿水资源在7—8月份较多,占全年的29%~32%;在1 —2月份较少,占全年的5%~6%。从空间分布来看,蓝水资源呈现东南高西北低的分布格局,绿水资源呈现东高西低的分布格局,而绿水系数呈现西北高东南低的分布格局。科学全面评价蓝绿水资源可以为优化水资源利用模式、提高水资源利用效率提供科学依据。     

陕西省NDVI时空变化及其对气候和人类活动的响应

利用2001—2020年MODIS NDVI数据,结合降水、气温等资料,采用Sen趋势分析、Mann-Kendall检验、Hurst指数、Pearson相关分析以及多元回归残差分析等方法,研究陕西省近20 a归一化植被指数NDVI的时空变化特征及未来变化趋势,探讨省内气候因素及人类活动对NDVI变化的影响以及NDVI对降水和气温响应的时滞效应。研究结果表明：(1)2001—2020年陕西省NDVI整体呈上升趋势,增长速率为0.004 7/a,NDVI在不同生态区有所差异,空间异质性明显;(2)陕西省NDVI变化的反持续性强于持续性,未来NDVI变化趋势以反持续改善(退化)为主;(3)陕西省降水和气温对NDVI变化均产生了正向影响,且NDVI与气温的相关性强于降水;(4)陕西省NDVI对降水的响应不存在明显的时滞效应,对气温响应的滞后期以0～1个月为主;(5)陕西省大部分地区NDVI残差呈增大趋势,人类活动对植被覆盖变化起到了显著促进作用。     

2012—2021年粤港澳大湾区植被NDVI时空变化及其对气候响应

探讨粤港澳大湾区植被NDVI变化及其对气候变化的响应规律,对于区域的生态环境修复和植被改善具有重要意义。基于MODIS NDVI数据和气象数据,利用Sen趋势分析、CV变异系数和相关性分析方法,对近10年粤港澳大湾区区域植被时空变化特征及其对气候变化的响应进行分析。结果表明：(1)粤港澳大湾区植被NDVI总体呈现缓慢上升趋势,上升斜率为0.003 3/a,植被持续改善效果良好;(2)大湾区植被NDVI稳定性较强,平均变异系数为0.054 8,植被低波动变化和较低波动变化的面积占比为89.94%,高波动变化和较高波动变化主要分布于佛山市、中山市、东莞市、深圳市、珠海市及广州市南部等经济发展快的区域;(3)大湾区植被NDVI与平均气温的相关性高于降水量,气温是影响植被生长的主导因子,降水量与植被NDVI以负相关性为主。研究结果可为粤港澳大湾区生态环境治理及绿色可持续发展提供一定的理论依据。     

长江流域1961~2015年不同等级干旱时空变化分析

分析长江流域历史时期的干旱时空变化特征,对于目前和未来的干旱应对具有重要参考价值。采用12月尺度标准化降水指数（SPI_12）对长江流域134个气象站1961~2015年逐日降水数据进行统计分析,探究了流域内不同等级干旱的时间变化特征和空间分布格局。结果表明：长江流域每年发生干旱的平均次数和站点数均没有明显变化趋势,但特旱发生次数和站点数均呈升高趋势;流域内各站点发生干旱的频率主要介于30%~35%之间,四川盆地、云南省北部、贵州省北部发生干旱的频率大多呈增加趋势,其他地区干旱发生频率以降低趋势为主。上述结果表明,长江流域不同等级干旱呈现不一致的时间变化特征,发生特旱的风险呈增加趋势,不同区域的干旱变化趋势也存在显著差异,因此需要分区制定针对性的应对措施。     

近10年来金沙江石鼓上游NDVI时空变化研究

为分析过去10余年长江源区保护治理的效果,采用归一化植被指数（EOS/MODIS的NDVI）,依据地貌、气候、土壤和植被类型等影响植被生长发育的几个主导因素,对金沙江石鼓以上流域近10 a来的归一化植被指数时空分布特征进行了分析。结果表明,2000~2010年NDVI均值为0.51,总体上呈略增大的趋势。NDVI均值增大的趋势主要表现在低植被覆盖地区,高植被覆盖区变化不大;从高程上看,4 000 m以下地区NDVI值较大且历年变化不大,而4 000 m以上地区NDVI值较小且呈略增大的趋势;从气候和植被类型看,森林植被气候区NDVI均值较大但历年变化不大,草原植被气候区NDVI均值较小,但呈增大的趋势;从土壤类型分布看,森林土壤的NDVI均值较大但无增减性变化趋势,草甸、草原土NDVI均值较低但呈增大的趋势。     

基于高程分段的黄河源区NDVI和水热条件空间分布格局

以黄河源区植被为研究对象,应用MODIS13Q1遥感数据、DEM数据、气象数据以及土地利用类型图,采用基于高程分段的研究方法对研究区NDVI(归一化植被指数)与水热条件空间分布特征进行深入探究。根据NDVI随高程分布特征,将研究区划分为高程段Ⅰ(3 400m),高程段Ⅱ(3 400～4 200m)和高程段Ⅲ(4 200m)。在各高程段内分析植被分布格局、NDVI与水热条件分布特征、NDVI与水热因子响应关系。结果表明:黄河源区内主要植被类型为草地,其面积占源区总面积75%,林地面积占比为7%,农田面积仅占1%。高程段Ⅰ内主要植被类型为农田和草地,高程段Ⅱ内主要植被类型为林地和草地,高程段Ⅲ内基本只有草地。3种不同类型植被NDVI平均值大小为林地草地农田。气温表现为梯度递减的空间分布格局,降水量呈现从东南向西北递减的趋势。高程段Ⅰ属干旱区域,高程段Ⅱ属湿热区域,高程段Ⅲ属干冷区域。3个高程段内水热组合条件最好的是高程段Ⅱ,高程段Ⅲ水热条件较差。植被NDVI在不同高程段内受水热因子的驱动作用不同。高程段Ⅰ和高程段Ⅲ内降水量较低,NDVI主要驱动因子是降水量,高程段Ⅱ的降水量丰沛,影响NDVI的主要因子是气温。     

生态工程背景下西双版纳NDVI时空变化分析

利用中分辨率成像光谱仪(MODIS)所合成的MOD13Q1数据,从时间变化、空间分异、重心迁移和地形因子4个方面分析了西双版纳生态工程实施前(2004～2010年)和实施后(2011～2017年)NDVI(植被归一化指数)值的变化特征,并探讨夏季NDVI值和气象因子的关系。结果表明:①2004～2010年西双版纳NDVI以-0.176%/a的速率下降,而2011～2017年NDVI以0.221%/a的速率上升。②西双版纳NDVI频度呈"单峰"结构,生态工程实施后NDVI阈值0.9所占面积比例增加最为显著(增加了17.2%),NDVI重心由西南方向(迁移距离7.58 km)转向东南方向(迁移距离4.75 km)。③与2004～2010年相比,2011～2017年NDVI在海拔720～870 m、坡度13°～16°以及东北方向上恢复成效最为显著,增长率分别为2.7%,1.4%和1.2%。④夏季气温过高、降水过多以及日照时数少是导致夏季NDVI值最低的主要因素之一。⑤生态工程的实施对2011～2017年西双版纳NDVI的上升具有重要影响,但西双版纳NDVI下降区域的面积比重仍然较大,部分地区的生态环境建设需要继续加强。     

长江流域极端降雨事件时空分布特征

近年来,许多学者对中国的极端降水进行了研究,但对长江流域极端降水的研究多集中在日时间尺度强降水事件,从不同子流域极端降水事件入手的研究较少。利用1961～2017年长江流域各子流域面雨量资料,根据面雨量的分布曲线确定长江流域各子流域极端降雨事件判断的阈值,得到各子流域极端降雨年份,分析极端降雨事件的时间变化特征,以及不同子流域间极端事件的相关关系。研究表明:①20世纪60年代长江上游极端多雨事件频发,70年代以全流域极端少雨为主,80年代极端多雨事件中心转移至长江中下游,90年代长江上游变为极端少雨事件中心,2000年以来,长江流域处在由少雨向多雨转变的年代际背景中。②当子流域发生极端少雨事件时,流域其他流域大部也是以降雨偏少为主,空间的一致性较好。但是子流域发生极端多雨事件时,存在大部分地区少雨的情况,会出现旱涝并存的情况。     

基于GRACE和MODIS数据的长江流域陆地水储量变化分析及预测

利用GRACE重力卫星数据反演的长江流域陆地水储量变化(TWSA)以及MODIS遥感数据生成的归一化植被指数(NDVI),从趋势性、相关性及时空变化特征3方面分析长江流域陆地水储量变化以及植被覆盖变化。结果表明:长江流域归一化植被指数(NDVI)与陆地水储量变化(TWSA)之间有强相关性,二者均在2月份达到最低值,在8月份达到峰值,季节变化均呈现夏季＞秋季＞春季＞冬季的规律。利用GRACE水储量与NDVI最小二乘拟合关系,通过灰色预测模型得出长江流域2016年为偏丰水年。研究结果可为长江流域水资源规划及预警提供参考依据。     

1980～2015年长江流域土地利用变化分析

基于长江流域1980,1990,1995,2000,2005,2010,2015年7期土地利用数据,通过土地利用转移矩阵以及多种指标,分析了1980~2015年间长江流域土地利用的时空变化过程。研究表明：近35 a来耕地和草地呈下降趋势,而林地、水域和城乡用地面积明显增加,未利用地总体呈下降趋势;随着时间的推移,各地类的变化形式由以交换变化量为主导转变为以净变化量为主导,说明各地类逐渐倾向于在原有空间位置发生面积变化,而不是在流域内发生空间位置转移;长江流域土地利用综合动态度从大到小排列依次是1990~1995年、1980~1990年、2005~2010年、1995~2000年、2000~2005年、2010~2015年。1980~1990年和1990~1995年这两个时期的综合土地利用综合动态度明显大于其他各时期,即这两个时期长江流域土地利用变化程度最为剧烈。     

长江与黄河流域复合高温干旱事件时空演变特征

利用1961—2014年月降水与日最高气温数据,定义了3d/90%型和5d/90%型两类复合高温干旱事件,比较分析了长江流域和黄河流域夏季复合高温干旱事件的分布特征与时空变化规律,量化了复合高温干旱事件与单独热浪事件的温度差异。研究结果表明：复合高温干旱事件在长江流域中下游地区发生频率较高,在黄河流域空间差异不大;两流域复合高温干旱事件频率均呈增加趋势,长江流域3 d/90%型和5 d/90%型复合高温干旱事件日数增加趋势分别为每10 a 0.19 d和0.14 d,黄河流域的增加趋势分别为每10 a 0.29 d和0.096 d;长江流域复合高温干旱日数在西北部与南部地区增加较多,下游东北部地区有所减少,黄河流域在中部和西部增加较多;两流域1988—2014年复合高温干旱事件影响范围总体上比1961—1987年增加,黄河流域影响范围占比大于长江流域;相比于单独热浪事件,复合高温干旱事件的平均温度更高,长江流域和黄河流域3 d/90%(5 d/90%)型复合高温干旱事件与单独热浪事件平均气温差值分别为0.65℃和0.64℃(0.54℃和1.21℃)。     

莱茵河流域水环境管理的经验对长江中下游综合治理的启

以欧洲莱茵河流域近 5 0年的综合治理经验 ,尤其是近 10年相继开展的一系列流域管理行动计划的成果 ,介绍莱茵河从传统的单一流域水管理向以生存质量可持续发展为目标的可持续综合管理转变过程 ,即流域有关国家跨国协调的经验 ,流域内各国为共同治理莱茵河签署的控制化学污染公约、控制氯化物污染公约、防治热污染公约、2 0 0 0年行动计划、洪水管理行动计划等一系列协定 ,由此展望莱茵河流域可持续管理的未来。建议我国在长江三角洲经济发达地区尽快采用严格的欧洲环境管理标准 ,严密监测 ,强化监督 ,依法治理。     

长江流域极端降水与当地平均气温的响应关系分析

研究极端降水的非平稳性及对气温的响应有助于应对相关灾害事件带来的消极影响。基于长江流域1961-2020年降水和气温格点数据,建立广义极值模型以确定当日(T₀)和前1～9 d(T_1-9)当地平均气温是否会引起极端降水的非平稳性,然后通过等样本箱元法、分段线性回归法和指数回归法探讨极端降水对T₀和T_1-9的响应。结果表明：长江流域99.7%格点的极端降水是非平稳的,T₀和T_1-9共驱动74.4%格点的极端降水向非平稳演变,且T_1-9对极端降水的影响更大。流域极端降水随T₀升高主要呈低温时增加而高温时减少的峰值型结构,且峰值点气温以青藏高原东缘为界西低而东高并分别集中于9℃和24℃左右;同时,极端降水随T₀的变化率介于(-12.3%～53.6%)/℃之间,并以四川盆地为中心向四周呈超CC(Clausius-Clapeyron)、类CC和次CC变率的分布格局。极端降水随T_1-9     

长江生态系统特征分析

根据生态系统基本概念及理论,讨论河流生态系统的时空尺度及栖息地、水文过程与物质通量、水生生物及人类活动影响等特征;通过长江科学考察和已有研究成果之间的对比,分析长江生态系统中的环境特征及人类活动影响机制。研究结果表明:长江水系由于跨越区域大,人类活动影响程度不同,存在自然、半自然及受人类影响强烈的河段;总体水量和水质可以满足人类经济社会发展需要;由于栖息地和水文过程变化剧烈,珍稀和特有物种生存环境堪忧,需要特别重视流域整体生态系统的保护和管理。     

长江流域大型水库实施生态调度方法框架研究

为减缓水库运行对河流生态环境的影响,开展生态调度已成为流域管理的一项重要内容。结合长江流域水利工程与生态环境背景,探讨了水库生态调度相关概念和主要调度内容;分析了生态调度与常规兴利调度的关系;从生态影响辨析、生态目标设定、生态流量确定、调度方案设计、经济可行性、生态监测反馈等方面探讨实施生态调度的方法框架;最后探讨长江流域生态调度面临的主要困难。研究结果将为长江流域未来实施生态调度提供一定的参考。     

长江上游及清江流域土地覆被变化分析

随着长江上游电站及清江流域电站开工、投产发电,其控制的流域成为重要敏感性区域。利用国家基础地理信息中心于2014年研制的2000,2010 年两期30 m分辨率土地覆被数据产品GlobeLand30,对2000~2010年长江上游及清江流域土地覆被的空间分布格局、变化幅度、区域差异及主要土地覆被类型的变化原因进行了综合分析。研究发现,总体上2010年较2000年,长江上游及清江流域耕地、森林变化率较低,分别为-0.09%,0.31%;冰川及永久积雪、人造地表、湿地、水体变化率较高,分别为-7.25%,22.9%,10.60%,2.87%。分析结果客观反映了气候变暖、城市扩张、水电站建设等活动对流域的影响,可为长江上游及清江流域调查、生态评价提供依据。     

长江流域1951—2000年蒸发皿蒸发量变化趋势

以长江流域内115个气象站1951—2000年逐日气象观测数据为基础,采用线性倾向估计、滑动平均和相关分析等方法对长江流域近50年来蒸发皿蒸发量及其主要影响因子进行了相关性及趋势性分析。结果表明:近50年来,长江流域4个子区域年平均蒸发皿蒸发量呈下降趋势,其中中游下降趋势明显,其他3区域呈微弱下降趋势;蒸发皿蒸发量下降的主要原因可能是平均水汽压的增加和日照时间的减少。