基于相似性原理确定无资料格网土壤水分数据

地表土壤水分在陆地水循环中扮演着重要的角色,是水文、气象和环境研究的重要参数之一.研究地表土壤水分对我们在各种灾害、洪涝监测中能够起到许多帮助.但是在许多地区并无土壤水分数据,因此对无资料地区获取土壤水分数据的方法需要进一步研究.为此提出基于相似性原理通过GLDAS数据将有资料与无资料网格建立相关关系,从而由有观测资料...     

基于LMDI模型的三江源区植被对土壤侵蚀变化影响的定量分析

为了定量评价植被变化对土壤侵蚀量的影响,分别利用像元统计计算及RUSLE模型探讨了2000—2005年、2015—2010年、2010—2015年3个时间段的植被覆盖度及土壤侵蚀模数变化,并引入LMDI因子分解模型从像元尺度定量分析植被对土壤侵蚀模数变化的贡献值。结果表明:三江源地区的植被覆盖度整体呈现出增加的变化趋势,但不同时间段内的变化特点具有差异性;整体上土壤侵蚀模数在不断降低,且各时间段内侵蚀模数变化与植被覆盖度变化的空间分布特点不完全相同;植被对土壤侵蚀变化整体上具有积极作用,贡献值范围集中在-100~100 t/(hm²·a),贡献值的空间分布特点与植被覆盖度的变化特点一致;LMDI模型是一种能够较好地从像元尺度定量分析植被对土壤侵蚀模数变化的方法,可为水土流失治理提供新的思路。研究结果显示三江源地区的生态保护工程已取得一定效益,应继续加强环境保护工程。     

基于土壤水分状态指数的京津冀地区农业干旱时空变化特征分析

为研究京津冀地区多年来的农业干旱情况,采用该地区26个监测站点2003—2017年15年的土壤水分监测资料,计算了各站点逐年和逐月的土壤水分状态指数（SMCI）,并利用该指数研究京津冀地区年际、年内变化特征及其空间分布特征。结果表明：15年间,京津冀地区农业干旱平均发生3.7次/a,主要集中在河北省中部和南部地区,以轻度干旱和中度干旱为主;区域SMCI年平均值呈现上升趋势,其中2016年SMCI平均值最高,农业干旱情况加重;56.1%耕地的农业干旱程度表现出显著上升的变化趋势,集中分布在河北省东南部和北部大部分地区。研究结果可为京津冀地区干旱预警和抗旱减灾提供理论依据。     

基于MODIS数据的科尔沁区植被覆盖时空变化分析

我国植被覆盖辽阔,自然环境相对优越,但是随着时代发展,植被的生态系统遭到严重破坏,因此对植被空间格局的变化进行及时的研究至关重要。以通辽市科尔沁区为例,利用该区域2004—2013年的MODIS遥感数据产品,结合时间序列、均值法、插值法等理论,分析科尔沁区归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)的时间和空间变化特征,得出了科尔沁区近10 a的植被覆盖演变情况:近10 a间科尔沁区植被整体上呈增加趋势,增加速率为0.033/a,其中植被覆盖度较好的年份是2005,2010,2011,2012和2013年,对整个科尔沁区而言,西辽河流域植被覆盖度最高;从NDVI值看出,对植被覆盖度贡献最大的为夏季,增加速率为0.002 8/a。研究成果将为科尔沁地区日后地表生态环境的改善和治理提供决策依据和理论基础。     

基于多源遥感数据的青海省高寒植被覆盖时空变化分析

利用不同时空尺度的GIMMS NDVI和MODIS NDVI数据,构建了青海省1982—2018年长时序NDVI数据集,分析不同海拔、不同类型高寒植被覆盖变化特征与规律。结果表明：研究区1982—2018年植被覆盖整体有所改善,中高海拔和高寒草原植被覆盖改善较为显著;西北部和中东部地区植被覆盖增加,南部及柴达木盆地部分地区植被覆盖减少,不同时空尺度下获得的研究区植被覆盖时空变化规律具有较好的一致性;1982—2018年研究区植被覆盖的增加与气温升高、降水量增加显著相关,在3 000 m以上部分草原地区,植被覆盖变化与风速、日照时数显著相关;退耕还林(草)、退牧还草等政策有效驱动了研究区植被覆盖的变化。     

三江源地区流域生态补偿机制探讨

三江源地区是我国长江、黄河和国际河流澜沧江重要的水源补给区与涵养区,为保证该区域的可持续发展,建立有效的三江水源保护区生态补偿机制是十分必要且迫切的。结合目前的研究状况,对三江源地区生态补偿机制构建进行了思考,探讨了建立三江源生态补偿机制的思路、补偿的主体和客体、方式和标准等。建立并完善三江源地区生态补偿制度,是打开制约水源地生态环境保护颈瓶、从源头保护水环境和水源的一项长远、有效的措施。     

基于遗传优化神经网络的多源遥感数据反演土壤水分

为快速反演较高精度土壤水分,提出用遗传算法优化后的神经网络辅以多源遥感数据的方法进行地表土壤水分反演。首先建立4层神经网络并用遗传算法优化此网络,之后以雷达数据不同极化(VV、VH、VH/VV)的后向散射系数、雷达入射角、光学数据的归一化植被指数(NDVI)、以及高程数据作为网络的输入,土壤水分数据为输出,对网络进行训练与仿真,再运用地表实际测量数据与反演数据做对比验证。结果表明:反演结果与实际测量数据相关性良好,R2可达0. 79。采用遗传算法对神经网络优化的土壤水分反演方法可行,且添加光学数据等辅助数据后土壤水分反演效果更优,为多源遥感土壤水分的协同反演研究提供新思路。     

三江源重点河段湖泊浮游动物群落结构与水质评价

为研究青海三江源重点河段湖泊浮游动物群落结构特征,分别于2017年5月初、8月初和9月底对三江源重点河段湖泊浮游动物和主要水质指标进行了3次调查,分析了研究区的浮游动物种类结构、密度组成,并运用优势种指示法评价了水质情况。结果表明:3次共检出浮游动物98种。其中原生动物23种,占浮游动物总物种数的23.4%;轮虫51种,占52.0%;枝角类14种,占14.3%;桡足类10种,占10.2%。浮游动物种类密度介于0～3 201 ind./L,整体上呈现9月8月5月的情况。各监测断面水质状态优良,水体清洁。研究初步摸清了三江源重点河段湖泊浮游动物的背景值,可为该区域的水生态保护提供基础资料。     

三江源雁石坪水资源监测站巡测方案论证分析

根据国家对三江源生态保护的要求,2007年青海省水文水资源勘测局恢复了雁石坪水文水资源站的水文监测工作,并制定了该站的巡测方案。从断面的稳定性、水文测验的精度、年径流量等资料的精度方面进行了分析论证。分析论证结果表明,目前的巡测方案完全满足资料精度要求,巡测方案可行。     

基于CCI资料与EnKF方法的单点土壤湿度同化

土壤湿度作为天气、农林业、水循环研究中重要的地球物理参数,对气候变化有重要影响。陆面数据同化发展较晚,研究集中在同化土壤/积雪的常规观测与遥感观测来提高土壤湿度廓线/雪水当量的估计精度。卫星遥感资料的同化是一个研究热点,同化遥感数据对提高土壤湿度估计精度有积极的作用。基于CLM4.0(Common Land Model 4.0)陆面过程模式,采用集合卡尔曼滤波(EnKF)同化方法,在美国内布拉斯加州地区的Clay Center、Red Cloud及Grand Island观测站点进行了3个单点同化实验,同化的观测数据是由CDF(Cumulative Distribution Function)技术匹配调整后的卫星遥感资料——CCI(Climate Change Initiative)数据,同化分析实验时间为2008年5月1日至2008年10月31日,利用站点实测数据对0~2cm土壤湿度的同化结果与间接受其同化影响10cm处的土壤湿度估计值进行了验证。结果表明:通过单点同化卫星遥感资料的方法可以提高表层土壤湿度的估计精度,并且受其同化影响,靠近同化层的土壤,其土壤湿度的估计精度也得到提高。     

Comparison of soil moisture at different depths for drought monitoring based on improved soil moisture anomaly percentage index

To better understand the characteristics and mechanisms of droughts at different drought stages, this study selected the Xiangjiang River Basin in China as the study area, and evaluated soil moisture (SM) at different depths for drought monitoring, through SM data simulated with the variable infiltration capacity (VIC) model. To solve the problem of unreasonable drought/wetness classifications based on the soil moisture anomaly percentage index (SMAPI), an improved soil moisture anomaly percentage index (ISMAPI) was developed by introducing the Box–Cox transformation. The drought/wetness frequency generated by ISMAPI demonstrated preferable spatial comparability in comparison with those from SMAPI. The lag time of ISMAPI relative to the standardized precipitation evapotranspiration index was closely related to soil depth, and was characterized by a fast response in shallow soil layers and a relatively slow response in deep soil layers. SM in shallow soil layers provided a measure for monitoring short-term droughts, whereas SM in deep soil layers provided a better measure for long-term persistent drought events. Furthermore, the occurrence and mitigation time of drought events identified by SM in deep soil layers usually lagged behind that identified by SM in shallow soil layers. Compared with deep SM, SM in shallow soil layers responded faster to meteorological anomalies, thereby resulting in shorter periods of SM persistence in shallow soil layers than in deep soil layers. This can explain the differences of SM at different depths in drought monitoring.     

2010—2015年三江源地区植被净初级生产力变化特征及影响因素分析

三江源地区生态环境先天脆弱,掌握其植被净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)的时空变化特征及其影响因素对于环境保护具有重要意义。基于改进的CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型估算三江源地区2010—2015年的NPP空间分布及变化特征,引入地理探测器探讨植被、气候和地形因素及其交互作用对NPP的影响。结果表明:①整体上三江源地区NPP表现为自东向西逐渐减小的空间分布特征;2015年较2010年中部地区NPP减少最为严重,其次为西部地区,而东部NPP增加,且NPP的减少量大于NPP的增加量。②各因素对NPP的影响程度不同,从NPP空间分布现状角度分析,对NPP的影响由大到小依次为NDVI、太阳辐射、降雨量、温度、高程、坡度、坡向;从NPP动态变化角度分析,影响由大到小依次为NDVI、降雨量、太阳辐射、温度。③各因素的交互作用对NPP的空间分布现状及动态变化都表现出双因子或非线性增强作用,且NDVI与降雨量的交互作用最强。④地理探测器能够较好地指示各因素及其交互作用对NPP的影响,具有较好的效果。研究结果将为三江源地区的生态环境保护工作提供依据。     

基于分布式水文模拟的流域土壤水分时间稳定性分析

针对大范围地面土壤水监测会耗费大量人力物力等问题,为了获取密度较高同时又准确可靠的流域土壤水数据用于时间稳定性分析,寻找可以反映流域土壤水平均状况的代表性点,利用分布式水文土壤植被模型(DHSVM)模拟淮河黄泥庄水文站以上小流域293个采样网格上、中、下三层土壤含水量数据。结果显示:垂向方向上,黄泥庄流域土壤水分时间稳定性随深度递减;流域上层和中层具备时间稳定性特征的代表性点具有较高的一致性,易发生于流域主要土壤和植被类型覆盖区域,在此区域布设测点观测土壤水,可以更准确快速地捕获代表黄泥庄流域上层和中层平均土壤水分特征;采样点7、17和215可作为上、中层土壤的流域平均土壤水代表性点,利用它们预测流域土壤水平均值,可降低观测成本。研究成果可为流域土壤水监测方案设计提供参考。     

光学与微波数据协同反演植被覆盖区土壤水分

基于LandSat5 TM和ENVISAT-1 ASAR数据,通过水云模型剔除了植被层对雷达后向散射系数的影响,利用AIEM模型对黑河中游植被覆盖地表的土壤水分进行了反演。建立植被含水量(Mveg;水云模型中关键参数)与多种植被指数之间的响应关系,发现比值植被指数(RVI)反演的植被含水量精度较高(R2=0.71);去除植被影响后,利用AIEM模型建立LUT表,基于VV和VH极化的后向散射系数,通过查表法反演研究区的土壤水分。对比野外实测数据与反演结果,发现VV极化数据反演结果较好(R2=0.74)。考虑了植被覆盖层对后向散射系数的影响,该方法更适用于植被覆盖地表的土壤水分反演。     

基于冠气温差的枣树根区土壤水分预报模型

针对目前果树水分亏缺状况难以迅速准确地监测与预报的问题,以冠气温差理论模型为基础,建立以冠气温差为指标的枣树根区土壤水分预报模型,采用回归分析法分析土壤相对含水量与冠气温差及气象因子间的关系,对模型进行具体化,并对模型可靠性进行分析。结果表明:晴天日14:00时枣树冠气温差与根区土壤水分关系最为显著(P 0. 01);采用完全预报模型可以较为准确得到枣树根区土壤水分状况(MRE≤6%);采用概化预报模型可以在一定误差范围内(MRE≤10%)预报枣树根区土壤水分状况;枣树生长期内冠气温差高于阈值,表明枣树需要灌溉,否则不需要灌溉。基于冠气温差的枣树根区土壤水分预报模型能够有效的诊断枣树水分亏缺状况,为枣树的科学灌溉提供指导。     

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。     

基于多源遥感土壤湿度与模型数据同化的流域径流模拟

为提升径流模拟精度,以秦淮河流域为例,采用集合平均法将SMAP、SMOS、AMSR2卫星遥感土壤湿度融合并利用地形湿度指数进行空间降尺度处理,采用卡尔曼滤波算法和栅格新安江模型进行遥感融合土壤湿度同化。对2016—2018年秦淮河流域3个流量站记录的11场洪水进行模型数据同化的结果表明：日尺度率定期洪峰、径流深相对误差合格率均为71.43%,验证期洪峰、径流深相对误差合格率分别为66.67%和100%;经同化后,8场洪水径流深误差减小,平均误差降低29.01%;8场洪水确定性系数增大,范围在0.01～0.09之间,模拟精度最高可提升11.84%;同化多源遥感土壤湿度能有效改善土壤湿度估计的准确性,进而提升径流模拟精度。     

砾石土质条件下葡萄滴灌生育期土壤含水率变化规律研究

为探究酿酒葡萄在砾石土质条件下的土壤含水率变化规律及合理灌溉制度,选取贺兰山东麓砾石土典型试验区,以五年生赤霞珠品种为研究对象,设计2 550、2 850、3 225、3 600 m3/hm24个不同定额的灌水处理,应用TDR土壤水分剖面仪和土壤水势仪,监测生育期滴灌前后不同土层含水率与水势变化,针对监测数据从灌水处理整体与单个生育期不同角度进行分析,研究酿酒葡萄在砾石土条件下不同滴灌定额土壤含水率变化规律,最终提出生育期适宜灌溉制度。研究结果表明:随着灌溉定额的增加,土壤含水率在0~40cm土层范围内变化较明显;不同深度土层土壤水势变化规律与灌溉定额的大小有关;1m深土壤水分蓄存比并不是随着灌水量的增加而增大,而是当灌水量达到某一定额时,随着灌水量的增加,土壤水分蓄存比减小,砾石土单次灌水量高于300 m3/hm2时,土壤水分蓄存比较低,易产生深层渗漏。     

基于土壤含水量模拟的干旱监测指数研究

以山西省汾河流域为例,采用水量和能量平衡原理的VIC模型模拟了区域内径流和土壤含水量的变化过程,并构建了土壤干旱指数进行实例研究。结果表明:建立的VIC模型能够较好地模拟研究区站点的径流和土壤含水量的变化过程,基于土壤含水量模拟的土壤干旱指数与实际干旱的发生具有较好的相关性,土壤干旱指数物理意义清晰,能较好地刻画区域干旱在时空上的发生、发展及结束过程,对区域干旱监测具有一定的应用价值。