黄河流域植被水分利用效率对干旱的时空累积响应EI北大核心CSCD

利用植被总初级生产力和蒸散发数据,结合标准化降水蒸散发指数(SPEI)数据,分析了1982—2018年黄河流域植被水分利用效率的变化特征,量化了干旱对植被水分利用效率的累积效应。结果表明:干旱对植被水分利用效率的累积影响可利用多尺度SPEI和植被水分利用效率之间具有最大显著相关性的月份来衡量;黄河流域多年平均植被水分利用效率呈北低南高的分布格局,与多年平均植被总初级生产力的空间分布呈现一定的相似性,植被水分利用效率呈上升趋势,主要原因是植被总初级生产力增速大于蒸散发增速;干旱对黄河流域内58.48%区域的植被水分利用效率存在累积效应,其中累积时间尺度为1~2月、6~8月和19~24月尺度的占比分别达到了43.58%、23.10%和16.96%;干旱对植被水分利用效率的累积时间尺度因植被类型和水文气候条件而异,干旱对北部靠近沙漠区域的草地和农田的累积影响是长期(>18月)的,对湿润半湿润区的草地和森林的累积影响是短期(≤4月)的;平均累积时间尺度随着年均SPEI的增加而下降,SPEI越大,干旱对植被水分利用效率的累积时间尺度越短。     

汉江流域植被变化及其对多时间尺度气象干旱的响应

干旱是影响植被生长的重要因素之一,因此研究植被对不同时间尺度干旱的响应具有重要意义。利用1982—2019年汉江流域逐月降水和归一化植被指数（NDVI）数据,计算得到不同时间尺度下的标准化降水指数（SPI）、植被状态指数（VCI）和植被覆盖度（FVC）,分析了植被时空变化及对多时间尺度气象干旱的响应特征。结果表明：汉江流域生长季NDVI在时间上呈现波动上升趋势,植被覆盖度在空间上表现为西高东低的分布特点;随着时间尺度的增加,干湿交替频率减小,表征干旱事件对降水的敏感性在降低;从干旱趋势来看,分别有37.62%和62.38%的地区呈现上升和下降趋势;从干旱频率来看,各季干旱高频事件集中在流域中部和东部;在年尺度下,NDVI与SPI-12在大部分地区呈负相关,有43.26%的地区表现为正相关,主要分布在流域中部和东南部;在季尺度下,春季NDVI对SPI-3的响应最明显,85.64%的地区表现为正相关;在月尺度下,汉江流域春季VCI受SPI-1和SPI-3的影响最为明显,而秋季VCI对SPI-12的响应更为显著;在不同土地利用类型中,草地和耕地与SPI的相关性较高,说明其对干旱的抵抗力较弱。     

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

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。     

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。     

标准化降水指数与有效干旱指数在新疆干旱监测中的应用

基于干旱监测理论,根据新疆测站1961—2010年逐日降水资料,对比分析了基于不同时间尺度(1、3、6、9、12、24个月)标准化降水指标(SPI)与有效干旱指数(EDI)对干旱监测的有效性与实用性。结果表明:不论针对短期干旱还是长期干旱,EDI监测能力均明显优于SPI。短时间尺度的SPI受短时间降水影响较大,能反映短时间新疆地区的干旱变化特征;随时间尺度的增加,SPI对短时间降水的响应能力较差,但仍可反映长时间序列下明显的干旱变化趋势。与SPI相比,EDI能够很好地反映出短期干旱和当时降水量的影响;同时能够随时间迁移,给每日降水量分配以不同权重,考虑前期降水量对当前干湿状况的影响。相关研究结果可为湿润区及其他气候区洪旱灾害监测提供重要理论依据。     

淮河流域植被降水利用效率时空格局分析

利用2001～2016年MODIS NDVI及气象数据,基于CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型估算了淮河流域植被净初级生产力(Net Primary Productivity, NPP),并结合降水量数据,分析植被降水利用效率(Precipitation Use Efficiency,PUE)的时空分布特征及其对气候因子的响应。结果表明:①2001～2016年间淮河流域的植被平均PUE为0.598 g C/(m~2·mm),总体呈下降趋势;②淮河流域植被降水利用效率空间上呈规律性变化,流域北部PUE增加,南部降低;③淮河流域不同植被类型PUE有较大差异,大部分地区为农田且PUE最高,其次是森林、灌丛,最后为草甸;④淮河流域99.7%的地区PUE与降水量呈负相关,而80.1%的地区与温度为正相关;⑤降水量是影响淮河流域植被PUE的重要因素。     

安徽省1978 年特大干旱研究

依据安徽省109个雨量站1978年逐日降水量数据,综合运用降水量距平百分率法、建立区域旱情指数法以及GIS空间分析技术,采用逐步缩小时间尺度的方式,对安徽省1978年干旱的时空演变特征进行了分析。研究结果表明:(1)通过修正的降水量距平百分率法,由于充分考虑了前期降水的累积效应,其分析逐日干旱结果符合实际情况;(2)区域旱情指数法是确定干旱过程起始和终止的有效方法;(3)安徽省1978年发生春、夏、秋三季连旱,干旱持续253 d,其中,4月4日—8月11日连续130 d全省旱情最重,在5月3日全省75%的耕地旱情等级达到重旱以上。     

基于SPEI指数的辽宁省多尺度旱涝特征分析

近年来辽宁省深受旱涝灾害的影响,明确其时空演变特征对进一步制定防灾减灾策略具有重要意义。利用1989—2018年辽宁省23个气象站点逐日气象数据,基于不同时间尺度的标准化降水蒸散指数(SPEI指数),运用Mann-Kendall突变检验、线性倾向率等数理统计方法,对辽宁省近30年来旱涝演变及持续性特征进行分析,并结合通径分析方法探究其影响因素。结果表明:(1)近30年来辽宁省经历涝-旱-涝的演化过程,辽西干旱化显著,变涝趋势最显著的是辽中和辽北,其次是降水量最丰富的辽东;(2)从中度及以上旱涝灾害频率看,1999—2008年为典型的干旱时段,而2009—2018年则为偏涝时段,旱涝事件发生频率春季冬季秋季夏季;(3)持续性干旱事件强度变小,主要发生在春季。持续性洪涝事件呈增加趋势,主要发生在春、夏两季;(4)降水量是影响旱涝变化的主要因素,蒸散量次之,气温是通过影响降水量和蒸散量进而影响旱涝变化的。     

基于地理探测器的珠江流域NDVI时空变化及驱动力分析

利用年度NDVI数据,结合气候、地形地貌、植被和土壤类型以及社会经济指标,辅以ArcGIS空间分析和地理探测器等方法,分析了2000—2015年珠江流域植被NDVI时空变化特征及驱动因素。结果表明：(1)2000—2015年珠江流域NDVI在年际变化上呈现阶段式增长,总体年均增速为0.005 3,中高和高植被覆盖区二者在时空变化上存在互补对应性,中高植被覆盖度极大地转变为高植被覆盖度,平均植被覆盖呈明显改善趋势;(2)人为因素对珠江流域植被覆盖变化的影响大于自然因素,夜间灯光强度所反映的地区人类活动强度是影响植被变化最主要的因素,地貌类型因子是影响流域植被覆盖的主要自然因子,年尺度上,流域植被覆盖的变化与气象因子相关性较小;(3)自然因子与经济社会因子的交互主要为双因子增强,地貌类型与夜间灯光强度的双因子增强作用对q值的贡献达到了58.9%,在非线性增强交互作用中,主要为自然因子之间的交互。通过分析研究区内适合植被生长的各自然因子的范围或类型,为进一步促进珠江流域水土保持及生态保护提供科学依据。     

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。     

柴达木盆地植被覆盖分布规律及影响因素

植被是陆地生态系统的主体,是自然生态系统中最活跃和敏感的因子,能够反映出气候、水、土壤等的变化。柴达木盆地地处干旱区,生态环境脆弱,采用MODIS遥感数据分析柴达木盆地植被类型、植被覆盖度的时空演化特征,结果表明:柴达木盆地总体植被覆盖较差,植被覆盖度较低,裸地或极稀疏植被占较大面积,2001—2012年裸地或极稀疏植被面积持续减小。植被指数一元线性回归分析结果表明盆地大部分区域植被呈明显好转趋势,这与近年来盆地内降水量增大密不可分。此外,地形地貌也是影响植被空间分布的重要因素。     

大清河流域水循环影响因素演变特征分析

以海河流域的重要支流大清河流域为研究区,从气象因素和土地利用的角度对该流域水循环影响因素的演变特征进行分析。采用滑动平均法、Mann-Kendall非参数检验和小波分析法,分别对气象要素的趋势性、突变性和周期性进行了分析;同时,基于大清河流域四期的土地利用数据,分析了不同土地利用类型的演变规律。结果表明:(1)1970—2011年,大清河流域年降水量呈不显著的"减—增—减—增"的变化趋势,年均气温则变现为显著增加的态势;年潜在蒸散量在近54年来变化也较显著,呈"减—增"的变化;(2)流域年降水量几乎未发生突变,年均气温和年潜在蒸散量分别在1991年和1973年发生突变;(3)年降水量、年均气温以及年潜在蒸散量的演变周期分别以22年、28年和28年为主;(4)大清河流域土地利用类型以耕地、草地和林地为主,而土地利用类型的转化则处于耕地与城乡、工矿、居民用地,林地与草地之间。通过对大清河流域水循环影响因素演变规律的分析,可为进一步在该流域开展基于水循环理论的科学研究提供依据和支撑。     

基于SPEI干旱指数的东北地区干旱时空分布特征

基于东北地区86个国家基本气象站1960年-2014年逐月降水量和平均气温数据,计算不同时间尺度下的标准化降水蒸散指数(SPEI),分析不同时间尺度下东北地区季节、年际以及年代际干旱时空分布特征,并与实际干旱成灾面积进行对比分析,验证SPEI在东北地区干旱评估中的适用性。结果表明:春季、夏季和冬季重旱发生频率随时间尺度增大而升高;中旱发生频率随时间尺度增大而降低。近55年东北地区旱涝情势交替出现,干旱频率随年代际变化逐渐升高,干旱程度逐渐加重。整体来看,随时间尺度增加,极旱发生范围逐渐扩大。东北三省在春季、夏季和秋季均有不同频率的干旱事件发生;冬季吉林和辽宁无极旱发生;黑龙江中部无重旱发生。     

西北地区城市干旱脆弱性评价研究

干旱是制约中国西北地区社会经济发展的主要自然灾害。以西北地区51个地级市(自治州、地区)为研究对象,采集社会经济统计数据、气象数据和遥感影像数据,从暴露度、敏感性、适应能力3个维度构建指标体系,运用函数模型法评价西北地区城市干旱脆弱性,揭示其空间分异特征,并应用障碍度模型识别影响城市适应能力的主要障碍因子,提出相应对策。结果表明:暴露度的高、低分布与降水量的低、高分布基本一致,适应能力空间规律性不显著,敏感性、脆弱性格局呈自东向西渐趋增加特征的趋势,敏感性格局与脆弱性格局相似;高脆弱性城市主要分布在新疆、甘肃西北部,根据脆弱性差异特征,将西北地区城市分为以下几种类型:高-高-高-高型、高-高-低-高型、低-高-高-高型、低-低-高-低型、低-低-低-低型;节水型城市、水库库容、人均水资源量是影响西北地区城市干旱适应能力的主要障碍因子。     

松花江流域NPP时空演变及其对极端气候的响应机制

为探究全球气候变化条件下松花江流域陆地生态系统健康程度的变化特征,基于2000—2020年MODIS MOD17A3HGF数据集,采用趋势分析、相关性分析、M-K检验、地理探测器和相对重要性分析等方法,结合气象站点数据和土地利用数据,分析植被净初级生产力（net primary productivity,NPP）时空演变特征及其对极端气候事件的响应机制。结果表明：松花江流域年均NPP值为407.45g/m2（以C计,下同）,以年均4.82g/m2的速率显著上升（p<0.01）;极端降水事件对植被NPP空间分异性的影响强于极端气温事件,极端气候指数间交互作用的影响大于单一极端气候指数的影响,流域及农田和草地生态系统NPP主要受总降水量（PRCPTOT）与年平均最低气温（TMIN）交互作用的影响,森林、湿地和聚落生态系统NPP分别受中雨日数（R10mm）与年平均最高气温（TMAX）交互作用、强降水量（R95P）与TMIN交互作用和 R10mm与暖夜日数（TN90P）交互作用的影响;时间尺度上PRCPTOT、TMAX和TMIN是植被NPP的主要影响因素,空间尺度上PRCPTOT和TMIN是多年平均NPP的主要影响因素。研究结果可为量化气候变化背景下区域生态系统健康程度和应对极端气候事件措施的制定提供科学依据。     

西辽河流域平原区植被与降水及地下水埋深的关系

以西辽河流域平原区为研究区,利用Landsat-5影像,采用最大似然法提取土地利用类型,用归一化植被指数(NDVI)计算得到植被覆盖度,结合地下水埋深、降水量资料进行分析,结果表明:自1989年至2010年,耕地、草地与居民用地的面积均不断增大;林地、未利用地的面积呈现不断减少的趋势;植被覆盖度在1989至1999年间下降,自1999年呈现上升趋势,但2010年的植被覆盖度仍小于1989年。1999—2010年研究区的植被覆盖度受降水量的影响相对较大。在上世纪90年代研究区西北部植被覆盖度受地下水埋深的影响较大。     

雅鲁藏布江流域近18年来植被变化及其对气候变化的响应

基于MODIS(moderate resolution image spectroradiometer) NDVI(normalized difference vegetation index)数据、DEM数据、1∶100万中国植被类型图,运用Mann-Kendall趋势及突变点检验法对2001—2018年雅鲁藏布江流域不同海拔梯度和植被类型的NDVI进行提取,分别在时间和空间尺度上分析其年际变化并探究流域NDVI变化与植被类型和气候因子的相关性。结果表明:全流域尺度、不同海拔梯度和不同植被类型近18年的NDVI年际变化均呈增长趋势且在2013年之后呈现明显的增长趋势。在空间尺度上,80%的流域近18年来NDVI呈增长趋势,植被状况得到较好的改善;流域NDVI在海拔小于等于3 500 m时主要受针叶林和阔叶林的影响,大于3 500 m且小于等于5 000 m主要受灌丛、草原及草甸的影响,大于5 000 m受高山植被和草甸影响较大;流域植被的NDVI受降水和气温的影响较大,其中温度的影响略强于降水;气候变化对流域植被的影响具有滞后效应,在该条件下流域植被的NDVI与气候因子的相关系数由大到小为草原、草甸、灌丛、高山植被、针叶林、其他植被、阔叶林。若一种植被类型受气温的影响大于降水,其对气温变化的响应也会更为敏感;反之,若该植被类型受降水的影响大于气温,则会对降水变化的响应更为敏感。     

滦河上游植被指数NDVI及EVI对SPEI的响应差异

在全球气候变化和人类活动的双重影响下,干旱呈广发、频发态势,使植被生长受到限制,进而影响生态系统结构,威胁区域生态安全。以滦河上游为研究区,基于2000-2019年归一化植被指数NDVI和增强型植被指数EVI,并结合标准化降水蒸散指数SPEI,分析滦河上游气象干旱和植被生长状况的变化趋势及空间分布特征,探讨植被变化对多时间尺度SPEI指数的响应差异。结果表明：近20年滦河上游SPEI呈波动式增大趋势,年尺度SPEI增大速率为0.040 1/a;干旱面积总体减少,减少速率为-1.430 4％/a;NDVI和EVI空间分布特征和变化趋势大体一致,植被覆盖度呈东南高西北低的特征,NDVI和EVI增大速率分别达0.027/a和0.026/a;大部分区域SPEI与植被指数呈正相关,其中NDVI对SPEI-3的响应最强,EVI对SPEI-6的响应最强,总体上EVI与SPEI的相关性强于NDVI;草地对气象干旱最敏感,农田次之,林地最弱。     

河北省植被时空变化及其对气象干旱的响应

基于连续时间序列的SPOT/VEGETATION NDVI卫星遥感数据和气象数据,利用Penman-Monteith、反距离加权插值、相关分析等方法,以河北省为研究对象,深入探讨植被动态特征及气象干旱影响。结果显示:河北省多年平均归一化植被指数(NDVI)在时间尺度上呈波动上升趋势,尤其在2003年开始出现0.028/(10 a)的飞跃增长,空间尺度上呈现中部高两侧低的分布特点;河北省气温上升趋势显著,空间分布呈西北—东南增加趋势,降水量从西北部—中部—东北部呈现低—中—高的分布格局;春季发生干旱的面积及频率皆为最高,夏季干旱高频地区位于唐山、张家口地区,秋季干旱频率最低,冬季以轻旱为主;植被NDVI与标准化降水蒸散指数(SPEI)相关性夏季最强(0.529),春秋季次之,冬季相对较弱;年尺度上,以蔚县站、张北站和承德站为中心区域主要为显著负相关,显著正相关主要分布于中部地区。研究结果可为生态系统管理部门制定科学合理的植被建设决策提供参考依据。     

Compound dry-hot events on Qinghai-Tibet Plateau and their effects on vegetationEI北大核心CSCD

基于Copula函数联合标准化降水指数(SPI)和标准化地表温度指数(SLTI),构建了复合干热事件指数(CDHI)用于评价青藏高原复合干热事件,分析了2000—2019年夏季干旱和高温的时空变化特征,探究了降水和地表温度对复合干热事件的相对贡献度及不同植被对复合干热事件的响应程度。结果表明:SPI与SLTI拟合效果最好的函数为Gaussian Copula函数,CDHI与标准化增强型植被指数(SEVI)拟合效果最好的函数也为Gaussian Copula函数;青藏高原夏季干热情况有轻微加重的趋势,4种植被类型中草地和林地的干热情况加重,干热情况在空间上呈现北部减缓、南部加重的趋势;SLTI持续增大是复合干热事件严重程度加重的主要原因,农田的SPI、SLTI对CDHI变化的相对贡献度差值最大,分别为0.71和0.29;东北部的植被生长易受复合干热事件影响,农田对复合干热事件最为敏感。