纵向岭谷区植被特征参数的空间变异

采用GPP(总初级生产力)、NPP(净初级生产力)、NDVI(归一化植被指数)、EVI(增强型植被指数)四项表征植被特征的参数,对中国西南纵向岭谷区植被特征参数的空间变异性进行分析．采用Moran系数(MC)对植被特征参数的空间自相关程度进行度量,采用半变异函数进行西南纵向岭谷区植被特征参数的空间分异及其结构特征研究．研究结果表明:(1)植被特征参数在全局范围内呈现负的空间自相关,各向异性自相关程度均表现在南-北方向自相关程度较大,其次为东南-西北方向;(2)植被特征参数的空间变异尺度较大;(3)植被特征参数在南-北方向上空间自相关距离较大,其次为东北-西南方向．西南纵向岭谷区植被特征参数的空间分异特征与本区地形走向吻合,表现出南-北方向的自相关程度较大,东西方向自相关程度最小．     

纵向岭谷区土地利用时空变化与岭谷格局及通道效应的关系研究

以中国西南纵向岭谷区整体为研究对象,基于研究区1980和2001年两个时期的遥感影像与土地利用解译数据以及该区1:50000DEM数据,通过GIS地图代数手段,分析土地利用和海拔因子与水系因子之间的相互关系,以及人为干扰的空间格局,将人为干扰与纵向岭谷区通道的空间分布相结合,进行综合分析得出如下结论:(1)在低海拔、水资源丰富的河谷内,各种土地利用类型的空间格局和时间动态具有以河流为中心规律性分布的特点,土地系统的活跃程度具有一定的空间递变性;(2)以海拔因子为基础,从土地利用动态和人为干扰强度变化的角度,将纵向岭谷区分为4个海拔层,不同海拔层内,土地利用和人为干扰作用存在差异;(3)纵向岭谷区人为干扰空间分布不均匀,会对河谷的通道效应产生阻隔作用,形成4个具有阻隔作用的潜在区段．     

纵向岭谷区降水量时空变化及其地域分异规律

利用纵向岭谷区内36个气象观测站1960~2001年逐日观测降水量,根据纵向岭谷区典型南北走向山系河谷特点,选取区内7个典型剖面,通过系统分析区内降水量纬向、经向的时空变化特征及其地域分异规律,探讨降水变化与纵向岭谷特殊环境格局中"通道-阻隔"作用的关联.分析结果表明:由于受到纵向岭谷特殊地形的影响,研究区水热条件的分布格局及其变化具有独特的"通道-阻隔"多重效应,区内北部(>26°N)大部分地区降水量的年内分配状况出现具备"桃花汛"小雨期的"多峰型";至26°N,"桃花汛"小雨期渐趋消失,降水量年内分配由"多峰型"逐渐过渡为"单峰型";24°~25°N地区,降水量年内分配均为单峰型、且峰型相似,至纵向岭谷区南部,年内分配出现了具备"后雨期"的"准双峰型",且随着经度增加,这种双峰型特点更突出.由于干季该区大气环流较为单一,纵向岭谷"阻隔"作用对干季降水年际变化的空间影响并不明显,区内干季降水变化趋势较为一致;湿季降水量年际变化趋势的空间分布则更复杂,空间分异也较大.     

纵向岭谷区植被覆盖的空间分异及其对气候的时滞效应

分析了西南纵向岭谷区NDVI时间序列与温度降水两类气象因子的相关性,探讨植被对温度和降水变化响应敏感性的空间格局,通过构造NDVIr指数揭示纵向岭谷区植被覆盖变化与土地利用之间的相互关系,得出如下结论:(1)纵向岭谷区植被对温度和降水变化的响应过程具有"时滞效应",不同地区出现最大相关系数所对应的滞后时间不同;植被对温度和降水变化的反应可以分为"雨热同期、雨先热后和热先雨后"3种时间组合.(2)植被对温度变化反应的敏感程度在空间上形成数个不连续的高相关中心和低相关中心;与温度不同,在研究区北部形成了植被-降水相关关系的两个低敏感区,沿纵向岭谷方向形成了两条高相关带.(3)构造了NDVIr指数,发现NDVIr与气象因子和土地利用状况具有较好的对应关系.     

纵向岭谷区人口密度的空间分布规律及其影响因素

将GIS手段和统计方法相结合,选择地貌因子和气候因子,研究各类因子对人口分布的影响强度和函数形式,并通过人口分布影响因子法模拟西南纵向岭谷区的人口密度分布状况.研究结果表明:(1)各类自然地理要素对纵向岭谷区人口的空间格局均具有影响,但影响程度、影响形式存在差异.地貌因子和交通网密度对人口分布影响较为强烈,而温度和降水因子对研究区人口分布影响甚微;人口分布与海拔和交通网密度分别呈现负线性和正线性相关趋势,水网密度和坡度对人口分布分别表现为指数和对数的函数关系;(2)受自然条件影响,人口在纵向岭谷区的分布不均匀,具有整体零散,局部集中的特点,在纵向岭谷区中部形成人口高密度分布带,在东南部形成人口高密度片区;(3)西南纵向岭谷区的人口密度与土地利用的人为活动指数(HAI)具有很好的线性回归关系,人口密度可以反映人为活动对区域自然生态系统的干扰强度;(4)人口密度提高导致植被指数NDVI降低.     

区域气候模式(RegCM3)中积云对流参数化方案在纵向岭谷区的适用性研究

为了检验RegCM3中积云对流参数化方案在纵向岭谷地区5月和夏季降水模拟能力,选取不同积云对流参数化方案,运用区域气候模式模拟了纵向岭谷地区1982~2001年共20年5月份和夏季的降水,并对模拟降水场与实测降水场的关系进行了定量的对比分析.结果表明,从RegCM3对纵向岭谷区20年模拟的总降水量来看,Fritsch-Chappell对流参数化方案对纵向岭谷区5月降水的模拟能力最好,Anthes-Kuo积云对流参数化方案次之;Anthes-Kuo积云对流参数化方案对纵向岭谷夏季降水的模拟能力最好,Fritsch-Chappell积云对流参数化方案次之,但模拟获得的总降水量比实际值稍微偏小.对纵向岭谷地区5月和夏季降水年际变化的模拟结果与对纵向岭谷区20年总降水量的模拟结果相一致.Anthes-Kuo和Fritsch-Chappell积云对流参数化方案比较适合描写纵向岭谷区5月和夏季的模拟积云对流物理过程.     

末次冰盛期以来中国陆地植被净初级生产力的模拟

利用AVIM(植被与大气相互作用模式)模拟了末次冰盛期(21 ka BP)、全新世中期(6 ka BP)及现代中国陆地植被净初级生产力(NPP)的大小与分布特征, 计算了3个时期陆地植被NPP的碳总量. 研究结果表明, 冰期-间冰期尺度下的东亚夏季风的变化是影响中国陆地植被NPP变化的主要原因, 21 ka BP时期中国陆地植被NPP最小, 平均值为208 gC/m²·a, NPP碳总量为2.05 Pg/a; 6 ka BP时期NPP最大, 平均值为409 gC/m²·a, NPP碳总量为3.89 Pg/a; 现代陆地植被的NPP年平均值为355 gC/m²·a, NPP碳总量为3.33 Pg/a, 温暖湿润时期中国陆地植被的NPP比寒冷干旱时期要高. 对3个不同气候时期温度和降水与陆地植被NPP的相关性分析表明, 温度是影响21 ka BP中国陆地植被NPP的主要气候因子, 而降水是影响6 ka BP以及现代植被NPP的主要因子.     

纵向岭谷区流域景观变化与现代地表过程的关联分析

针对纵向岭谷区特殊的流域地貌景观构成状况,综合运用观测资料分析与空间信息处理方法,选取相应的可量测形态指标,对比分析纵向岭谷区不同流域景观构成的特征差异,探讨各流域景观不同的河网模式与土地覆盖状况,从空间多角度揭示纵向岭谷区的流域景观格局特性及其分布规律．基于对流域景观构成及格局分析,剖析纵向岭谷区流域景观变化与现代地表过程的交互作用,并从生态水文学角度探索其关联效应．     

纵向岭谷作用下的干湿季气候差异及其对跨境河川径流量的影响

以纵向岭谷区跨境河川的径流量观测数据和云南的雨量和气温场观测数据为基础,应用统计分析和小波变换的分析方法,研究了纵向岭谷作用下的干湿季气候变化差异及其对河川跨境径流量的影响．结论为:由于纵向岭谷区的独特下垫面作用,其降水量场变化与相应的跨境河川径流量变化的高相关区中心的纬度差异不显著,但经度差异却十分显著;在干季,东部的降水量明显大于西部,其降水量的相对偏差则稍小于西部,东部的平均气温则明显低于西部,其气温的偏差则明显大于西部;在湿季,西部的降水量明显大于东部,其降水量的相对偏差则明显小于东部,东部的平均气温也低于西部,但其气温的偏差则与西部差别不大;无论在干季还是在湿季,东部径流量的相对偏差都明显大于西部;纵向岭谷区对西南季风的阻隔作用较大,而对东北季风的阻隔作用相对较小,在其作用下的降水量变化的东西向差异主要表现在较小的时间尺度上,随着时间尺度的增大差异变小,而气温变化的东西向差异则比降水要小得多．近几年来,纵向岭谷区在湿季的降水量变化的主要特征是偏多趋势,受其影响,跨境河川的径流量变化也主要表现为偏大趋势．近十几年来,纵向岭谷区气温变化的主要特征是显著地偏高．     

纵向岭谷区河流生态水文时空分异及驱动力分析

以纵向岭谷区两条典型高山峡谷河流为例,对河流生态水文的时空异质性及变化驱动力进行相应的分析.通过对河岸带植被物种环境二元数据矩阵进行典型对应分析,识别影响河岸带植被分布的环境因子;借用生物多样性指数的变化来反映研究区生态状况的时空变异性;利用河流水文气象要素的多元相关性分析,界定河流水文情势变迁的主导性因素;对比分析澜沧江干流及元江水系水环境状态的时空变异性规律及影响要素.通过对纵向岭谷区典型河流的生态水文时空分异及驱动力分析,可知:南北纵向上,澜沧江与元江流域的生态水文时空分布呈现规律性变化;东西横向上,纵向岭谷区生态状况时空变异性显著;自然驱动力主要是海拔、坡向以及水分要素,而人为驱动力主要是水电开发、河岸带边坡公路建设以及流域土地利用等.     

自然植被净第一性生产力估计模型

植被的净第一性生产力NPP(Net primary productivity)是指植物在单位时间单位面积上由光合作用所产生的有机物质总量中扣除自养呼吸后的剩余部分,它是生态系统中物质与能量运转研究的基础。近年来,NPP的研究倍受重视,尤其在国际生物学计划(IBP)期间,进行了许多NPP测定,以测定资料为基础、并联系环境因子建立的模型可以对NPP的区域分布和全球分布进行评价,也可用于全球变化的影响研究,因而它是NPP研究的重要方面。Lieth等用53组实测资料提出Miami模型,他们把温度和降水分开处理。Efimova     

气候变化对中国陆地植被净初级生产力的影响分析

近来的气候变化对陆地植被净初级生产力(NPP)产生了综合影响. 通过对1982~1999年的中国陆地植被NPP及相应的气候数据进行系统分析, 结果表明: (ⅰ) 中国近20 a来的气候变化使温度、降水、光照均朝着有利于植物生长的方向发展, 其胁迫作用有所减弱: 受水分限制的西北地区, 其NPP的增长趋势平均为1.42%·a^-1; 受温度制约的东北、华北和青藏高原地区, NPP增长趋势平均为1.46%·a^-1; 华中、华东、华南受光照制约的地方, NPP增长趋势平均为0.99%·a^-1. (ⅱ) 18 a来, 中国陆地植被NPP总量增加了0.76 Pg C (24.2%), 其中由气候变化约导致NPP增加0.36 Pg C (11.5%), 其他因素(气候-植被相互作用、土地利用变化、造林等)约导致NPP增加0.40 Pg C (12.4%). (ⅲ) 与全球情况相比, 中国陆地植被NPP对气候变化的响应存在区域差异, 在20世纪80年代后期的几次厄尔尼诺事件中, 全球NPP均明显下降, 而中国的NPP因受季风影响, 情况复杂.     

纵向岭谷区地表径流对气候变化的敏感性分析:以长江上游龙川江流域为例

由于受印度洋强势季风系统及当地复杂地形的影响,中国西南纵向岭谷区过去50年的气候变化显现出与中国南方其他地区不同步的变化趋势．为研究西南纵向岭谷区地表径流对气候变化的响应,以龙川江流域为例和研究区1960-2001年气候因子-径流关系为背景,在综合考虑全球环流模型(GCMs)预测结果及区域气候变化历史趋势的基础上,通过建立人工神经网络模型对气温变化-1,0,1,2和3℃以及降水变化0％, 10％和 20％共25个气候情景下的气候变化-地表径流响应关系进行了分析．结果表明,尽管总体上降水与径流呈非线性正相关关系,气温与径流呈负相关关系,但径流的年和季节的具体变化却取决于气温和降水变化的组合．冬春季的地表径流的趋势更多的受气温变化的影响,夏秋季则基本与降水变化的趋势一致(径流响应高于降水变化)．若如GCMs所预测,暖冬和湿润夏季为今后气候变化的趋势的话,岭谷区将面临更加严重的干旱和洪涝灾害．     

纵向岭谷区南部“阻隔”作用及植被时空异质性研究

以MODIS-EVI为定量指标，应用ARCGIS和SPSS等软件对纵向岭谷区南部的植被时空分布格局及成因进行分析，结果显示增强植被指数EVI区域差异显著，地形特别是纵向山地山体效应明显．时间异质性上，由于影响研究区的季风气流间存在一定的时相差，而EVI空间分布区域差异明显，这种区域差异与大地形，尤其是哀牢山和无量山，具有显著的位置相关性；空间异质性上，大体以哀牢山为界，研究区西北部高山峡谷相间分布，降水量自西而东随山地、峡谷地形几成正弦曲线般变化，EVI数值递变迅速，而东部整体地势平缓，EVI递变趋势不明显．究其EVI时空异质性格局形成的原因，纵向山地对水、热因子空间再分配所造成的影响是主要的，特别是无量山和哀牢山雨季对水汽的截留作用以及干季对冷空气的阻挡作用更为突出：统计横剖面上的海拔高度在1400-1500m之间点的自西而东5分区雨季多年平均降水量和干季平均极端低温，依次为1244．67，1081．44，1111．41，1033和807．11mm以及7．93．7．46．7．28．8．44和9．16℃．     

中国典型植被最大光利用率模拟

植被最大光利用率是净初级生产力(NPP)遥感估算的一个关键参数, 对它的大小一直存在分歧. 利用NOAA/AVHRR遥感数据、气象数据和中国NPP实测资料, 根据NPP遥感估算的建模思路, 采用改进的最小二乘法对中国典型植被的最大光利用率进行了系统的模拟, 并针对不同植被分类精度可能带来的误差对最大光利用率进行了敏感性分析. 结果表明: 文中模拟得到的中国典型植被最大光利用率介于光能利用率模型(CASA模型)和生理生态过程模型(BIOME-BGC)的模拟结果之间, 与前人研究结果比较一致; 由植被分类精度所带来的最大相对误差仅为-5.5%~8.0%, 说明了本文模拟结果具有一定的可靠性和稳定性.     

纵向岭谷区南部"阻隔"作用及植被时空异质性研究

以MODIS-EVI为定量指标,应用ARCGIS和SPSS等软件对纵向岭谷区南部的植被时空分布格局及成因进行分析,结果显示增强植被指数EVI区域差异显著,地形特别是纵向山地山体效应明显.时间异质性上,由于影响研究区的季风气流间存在一定的时相差,而EVI空间分布区域差异明显,这种区域差异与大地形,尤其是哀牢山和无量山,具有显著的位置相关性;空间异质性上,大体以哀牢山为界,研究区西北部高山峡谷相间分布,降水量自西而东随山地、峡谷地形几成正弦曲线般变化,EVI数值递变迅速,而东部整体地势平缓,EVI递变趋势不明显.究其EVI时空异质性格局形成的原因,纵向山地对水、热因子空间再分配所造成的影响是主要的,特别是无量山和哀牢山雨季对水汽的截留作用以及干季对冷空气的阻挡作用更为突出统计横剖面上的海拔高度在1400～1500 m之间点的自西而东5分区雨季多年平均降水量和干季平均极端低温,依次为1244.67,1081.44,1111.41,1033和807.11mm以及7.93,7.46,7.28,8.44和9.16℃.     

纵向岭谷区灌溉需水空间变异性及其与"通道-阻隔"作用的关系

利用纵向岭谷及对比区58个典型站点1971~2000年逐月气象资料及逐日降水量,分析各站ET0年值、月ET0最大值(5月份)、月ET0最小值(12月份)、水稻灌溉需水及农业综合灌溉需水定额(年值及4~6月主灌溉期),以地统计学方法分析了6者的空间变化特性.研究表明:在小范围内,6个灌溉需水变量随距离都有正的自相关性,且绝大多数都在S-N方向的Moran’sⅠ系数最大,空间自相关性最强;受不同季风气候、纬度、海拔及土壤因素影响,水稻灌溉需水的空间自相关性较其他变量更复杂;所有变量都是结构性因素引起的空间变异起主导作用,结构性变异达到60.2%~87.9%,随机成分引起的空间变异只占12.1%~39.8%;受夏季来自印度洋和太平洋两股水汽交汇区的移动轨迹、冬季来自大陆干暖的南支西风作用,ET0年值、5月份及12月份的ET0值都是在NW-SE和NE-SW两个方向的分形维数最小、变异性最大;水稻灌溉需水和农业综合灌溉需水定额(年值及4~6月主灌溉期)在S-N的变异性最大,主要受纵向岭谷走向的影响,水气和能量在南北向的河流通道作用下形成扩散的梯度效应;所有6个需水变量在E-W的空间自相关性都最小,证实纵向岭谷区各个灌溉需水变量在空间分布上受到"通道-阻隔"作用的影响.     

中国植被净生产力的比较研究

利用3个光能利用率模式(CASA, GLOPEM和GEOLUE)和2个生态过程机理模式(CEVSA和GEOPRO)以不同空间分辨率和不同输入参数对中国植被净生产力(Net Primary Production, NPP)进行时空模拟, 对5个模式模拟的中国的NPP进行了时间序列和空间格局的对比分析所得结论如下: CASA, GLOPEM及CEVSA 3个模式对中国NPP的月、季和年的时空模拟符合中国植被季节变化规律和季风气候下的中国植被的空间变化规律, 近20 a来中国NPP变化趋势以增长为主; 5个模式模拟的中国平均NPP季节的值为春季约为(0.571±0.2) Gt C左右, 夏季约为(1.573±0.4) Gt C左右, 秋季约为(0.6±0.2) Gt C左右, 冬季约为(0.12±0.1) GtC左右; 中国植被净生产力年值约为(2.864±1) Gt C/a; 5个模式较好地模拟了中国不同类型生态群落的生物量的季节特征和空间格局状况. 研究为中国利用造林、再造林、森林和农田管理等人为活动引起的碳增汇用于抵消中国承诺的温室气体减排指标的计算及碳收支平衡的研究提供参考, 为植被净生产力总量的国家本底的确定提供了依据.     

横断山地水土要素时空分布格局与耦合特征

水土要素耦合是影响横断山地资源环境安全、防灾减灾及生态环境保育的重要因素。根据横断山地地理环境与水土要素构成特征,构建了面向农业生产空间的水土要素耦合指数,利用多源空间数据计算得到了横断山地时间序列月、年水土要素耦合指数值。研究表明:横断山地水土要素耦合格局受宏观气候-地貌格局控制,西南季风、东南季风以及横断山地纵向岭谷的"阻隔-通道"作用造就了横断山地3个水土要素耦合明显分异的区域;地形起伏度、海拔、坡度和坡位等地形指标对水土要素耦合指数都有明显影响,在微观尺度上坡度对水土要素耦合的影响最大;受两大季风气候进退、水热时空匹配、气候-植被耦合作用的影响,横断山地水土要素耦合指数年内分异明显,在6月份水土要素耦合指数最高,在年际尺度上近15年来横断山地水土要素耦合指数无明显变化趋势,以年际波动为主。本文初步揭示了横断山地耕地的水土要素耦合时空格局特征,对横断山地的水土要素调控及国土空间功能优化管理有参考意义。     

纵向岭谷区生态承载力的时空动态及驱动因子研究

纵向岭谷区(LRGR)是中国生物多样性保护的关键地区,该区资源富集、环境复杂、生态脆弱,区域生态系统的安全水平和生态承载能力差异较大,生态系统受到的扰动和变化显著,分析生态承载力时空动态及其驱动因子对区域生态管理具有重要意义.以纵向岭谷区核心区各县(市)为研究对象,在GIS的支持下,从市级和县域两个尺度上研究区域生态承载力的时空动态变化;进而利用主成分分析法(PCA),辨识区域生态承载力空间分异的驱动因子.结果表明:纵向岭谷区各地州人均生态足迹、人均生态承载力与生态安全水平地区差异显著;区域生态承载力随时间呈下降趋势,空间分布格局由北部、南部向中部递减;驱动力分析表明,人均生态承载力受社会经济发展和人口增长因素影响较大,主要驱动力为国内生产总值、人口等指标,驱动力的空间变异决定了生态承载力时空动态.