基于MOD16的河南省地表蒸散量时空变化特征

基于MODIS(Moderate-resolution Imagine Spectroradiometer)蒸散产品MOD16、归一化植被指数NDVI(Normalized Difference Vegetation Index)和河南省17个气象站点数据资料,运用线性趋势、相关分析和克里金插值等方法对河南省2001—2019年蒸散量时空变化特征、不同土地利用类型蒸散量差异及其影响因素进行了分析.结果表明:(1)2001—2019年河南省多年平均蒸散量为364.05 mm,空间上呈西南部伏牛山—桐柏山—大别山等山区较高,南阳盆地和中北部地区较低的分布特征.(2)河南省年内各月间的蒸散量呈"增加—减少—增加—减少"的"双峰型"分布特征,具有明显的季节差异,蒸散量从大到小依次为夏季(162.59 mm)、春季(113.47 mm)、秋季(66.47 mm)、冬季(35.79 mm).(3)河南省蒸散量空间分布受土地利用类型影响显著,蒸散量从大到小依次按林地(445.57 mm)、草地(347.87 mm)、水域(341.91 mm)、耕地(340.34 mm)、城镇用地(320.49 mm)、未利用土地(279.04 mm)的顺序递减.(4)近19年来,河南省蒸散量以5.968 mm/a的倾向率呈上升趋势,明显增加的区域主要分布在西南部伏牛山—桐柏山—大别山等高蒸散量地区.(5)相关分析表明,河南省蒸散量受气温和植被长势情况影响较为明显,受降水的影响较弱.     

城市空间水体热环境效应研究——以重庆市主城七区为例

水体作为地表热环境的重要敏感因子,对缓解热环境效应具有重要作用。基于2003、2011和2019年土地覆被数据与热环境指数数据,以重庆市主城七区为例,将景观格局与热环境相结合,利用空间分析和相关性分析探究地表重要覆被对水体降温能力的影响以及水体对热环境效应的具体调控机制。结果表明：(1)水体相比裸地、植被、建成区覆被类型,其热环境指数处于最低水平,与热环境效应呈显著的负相关性,有良好的降温效果,且单位水体比单位植被降温作用更强;(2)水体与植被之间存在相互作用,且随着植被比例增加,水体的降温效果越差;在非城市用地中,植被的降温效果最好,随着城市发展密度的增加,水体的降温效果也逐渐增强,超越植被调节热环境的能力;(3)水体自身热环境与水体形状指数无关,与面积、长度、宽度、深度因素有关,且在一定范围内,随着面积、长度、宽度和深度的增加,降温效果有所提升;(4)随着缓冲距离的增大,水体的降温效果逐渐下降,河流的最佳降温范围为200 m左右,水塘和水库的有效降温范围在300 m左右。为促进城市热环境的改善,未来应因地制宜利用城市空间增加绿化、加强水体循环等机制来缓解城市热环境效应,实现城市生态...     

近30年杭嘉湖平原湿地格局变化研究

使用1993年、2003年、2008年和2015年4期Landsat TM/OIL影像,对杭嘉湖平原区进行土地利用/覆被变化(LUCC)分析.结果表明:1)1993—2015年,湿地面积持续减少,总缩幅高达46.14%,主要受城市化进程影响;2)1993—2003年,城市面积由50.18km2扩增至118.13km2,湿地面积同期缩小99.2km2;3)2003—2008年,湿地退化程度较其他时期更为明显,总缩幅达51.09%,减少的湿地类型主要转变为城市和休耕地;同样城市扩张也最为显著,年均增长近30%;4)2008—2015年,在整治政策的保护下,湿地面积实现正增长,年平均增幅为6.32%.总体而言,杭嘉湖平原湿地格局变化受自然因素和社会因素共同作用,但人为因素占主导,2008年之前侧重城镇发展,将湿地用地变为城镇或农业用地,近年来在政策引导下,推动湿地保护,使其面积有所增加.     

黄土高原地区水量平衡研究

水分是黄土高原植物生长的主要限制因子,植被的生长和分布与水量平衡密切相关。利用MODIS数据,结合回归分析和t检验等方法,对比了黄土高原地区多雨、少雨、高温和低温等四种气候条件下的林地、草地、农田等三种主要植被类型的蒸散,并研究了各种生态系统的水量平衡。结果表明:(1)2000~2014年(15a)蒸散波动明显,上升不显著(p0.05),主要受降雨的影响,其次是温度;其中多雨区蒸散明显大于少雨区,高温区明显大于低温区;水量平衡随着降水的趋势变化而变化,水量平衡的高值和低值区域都在逐步缩小,中值区域逐步扩大。(2)三种植被类型的蒸散量的大小依次为林地农田草地。农田和草地相较于林地生态系统更容易受单一气候因子影响,也更加脆弱。(3)水量平衡并不是降雨与蒸散的绝对平衡,而是一个相对的平衡。各个生态系统中蒸散随着降雨的增加而增加;当降水达到一定的阈值后,蒸散受降雨的影响减小。     

冷却屋顶对南京夏季高温天气的缓解作用

冷却屋顶的安装预计能在一定程度上缓解城市化所带来热环境的破坏。利用耦合了城市单层冠层方案(UCM)的WRF模式,以南京2010年7月26日~8月5日夏季晴天小风天气为背景,模拟了不同高反照率屋顶和绿色屋顶的安装对城市高温的缓解效应。结果表明:(1)反照率为0.8的高反照率屋顶和100%的绿色屋顶有相似的降温效果,白天平均降温0.5℃,夜间平均降温0.1~0.2℃,一天中最大降温0.9℃,同时在建筑物密度集中的地区,降温效果更明显;(2)不同反照率的屋顶和不同比例的绿色屋顶对气象因子的影响效果不同,屋顶反照率和绿色屋顶比例的增加会使温度降低、风速减小、边界层降低,且呈线性变化;(3)反照率为0.8的高反照率屋顶和100%的绿色屋顶在白天可以降低人体舒适度(分别为0.2左右和0.1左右),提高人体舒适程度。     

水库对局地气候影响的数值模拟研究

大型水库建设改变了上游地区的地形高度和地表特征,必将对周边地区的局地气候产生影响.利用高分辨率边界层模式模拟研究了在高山峡谷地区由于水库建设可能导致的局地气候变化.结果表明:高山峡谷地区的水库将导致附近地区在冬季增温,增温幅度可达0.4～0.85℃,使春、夏、秋季降温,最大降温幅度可达2℃,但水库对附近地区气温的影响范围较小,影响温度0.1℃的水平范围约为2.5km,影响高度约500m;水库对气温影响的日变化规律冬季和其它季节不同,冬季使全天增温,白天增温幅度大,夜间增温幅度小,其余季节在夜间使气温增加,在白天使气温下降,夜间增温和白天降温的转换时刻大约在上午8时和晚间21时;在冬、春、夏和秋季,水库附近的相对湿度可分别增加约29.8%,37.2%,13.3%和20.3%,影响范围小于3km;水库将使附近的地面风速有明显增加,水库附近风速增加的幅度小于0.5m/s.     

海口市气温非对称变化的气候特征

利用海口市近52年四季及年平均气温、平均最高和最低气温及极端最高最低气温资料，研究其变化趋势，结果表明，各个季节（春季除外）和年平均气温都存在显著的增加趋势，其中冬季和年平均气温增温趋势非常显著；最高、最低气温的非对称变化显著，增温主要发生在夜间，无论平均最低气温还是极端最低气温都存在显著的增加趋势，白天气温变化趋势都不显著；DTR都呈显著的下降趋势；各个季节（冬季除外）及年气温突变性增温主要发生在夜间，且在前期夏季白天气温发生跃变性降温。     

宁夏六盘山3种针叶林蒸散及其组分特征研究*

为了揭示林分结构对蒸散组分的影响,在2012年5～10月,通过树干液流仪和传统水文学法,对宁夏六盘山华北落叶松人工林、油松人工林和华山松次生林的蒸散及其组分进行对比分析。结果表明:各林分的蒸散量和组分差异较大,华北落叶松林、华山松林、油松林生长季总蒸散量为568.2、413.2、377.6 mm,分别占同期降水量的112.0%、81.5%和74.5%。3种针叶林的林分蒸散在垂直层次上分配比例相似,但各分量所占比例明显不同。生长季内华北落叶松林、华山松林和油松林的林冠截留量分别为177.2、146.8和115.1 mm,占蒸散总量的31.19%、35.53%、30.48%,这主要是受叶面积指数影响(华山松5.16华北落叶松4.78油松3.66);受林分密度影响,林冠蒸腾量为华北落叶松林(209.8 mm)油松林(152.8 mm)华山松林(88.3 mm);灌木层蒸腾量以华山松林最大(106.9 mm),华北落叶松林次之(26.8 mm),油松林最小(24.7 mm),这与人工林林下灌木盖度较低紧密相关;华北落叶松林和油松林的林下蒸散量分别为154.4 mm、102.3 mm,是天然林的2.17倍和1.44倍,与人工林林下地被物接收到更多太阳辐射有关。可以认为,林分结构是导致人工林蒸散量高于天然林的重要因素,选择合理的树种和林分结构是保持区域水资源安全的关键。     

10年尺度金华市主城区夏季热环境变化及地表覆盖的影响

以Landsat7/ETM+和快鸟、高分2号遥感影像为数据源,研究金华市建成区夏季热环境的时空特征及土地覆盖类型的城市热环境效应.结果表明:从2005年到2015年,研究区(金华市主城区)夏季热环境发生了很大变化,从区域上看,研究区中心增温不明显,且其局部地区温度下降,研究区其他地方增温显著;从土地覆盖的转换看,水体、植被、裸地转化为厂房后增温20℃以上,林地耕地转化为裸地后增温10℃左右,稀疏林地转化为密林、不透水面转化为植被后降低了地表温度,其最大降幅接近10℃;从变化幅度上看,不透水面的地表温度10年增温幅度远超过植被和水体,而绿化、隔热建筑屋顶分别导致温度下降1.2℃和6℃左右.结论:土地覆盖及其转化是影响城市热环境的主要因素,通过绿化、水体扩容、改变土地利用的类型等方法可以有效地改善城市热环境.     

1960－2011年华北平原城市化增温变化分析

利用华北平原9个气象观测台站1960—2011年地面和850 hPa高空气温资料分析华北平原的城市化变化特征。分析城市化对大中城市增温情况,以及应用高空与地面温度差的方法验证城市化增温的可行性。结果表明:地面与城市化增温速率和幅度均呈现上升趋势。大城市的城市化增温率以及城市化对地面增温的贡献率明显大于中等城市。冬春季是城市化增温作用最为明显的季节。1980—2011年的各台站城市化增温与1960—2011年整个时段相比有所变化。部分台站增温效应趋于增强,另外部分站的增温效应趋于弱化或消失。     

干旱半干旱气候条件下夏季地表城市热岛特征与影响因素研究

利用MODIS土地利用产品提取城市建成区和郊区,以2013年6、7、8三个月的MODIS地表温度产品以及植被覆盖产品分析夏季甘肃省内干旱半干旱气候条件下的地表城市热岛特征,讨论影响地表城市热岛的主要因素。结果表明,在干旱半干旱气候条件下,地表城市热岛具有显著的昼夜差距与区域特点,表现为夜晚地表城市热岛强度大于白天;城市周围的农田、草地等生态屏障可以避免建成区地表被荒漠裸地直接包围,对于控制地表城市热岛具有重要作用,传统计算城郊温度差的方法对于衡量干旱半干旱气候条件下的地表城市热岛具有明显局限性;影响地表城市热岛的主要因素在一天中会产生变化,城郊植被覆盖度差异与夏季白天的地表城市热岛有显著相关性,夜晚地表城市热岛则可能与人类活动强度和人为热源排放有关。     

基于最大熵增原理的蒸发蒸腾量模型应用

为了检验和应用Wang和Bras基于最大熵增原理建立的蒸发蒸腾量模型,应用该模型计算实验站的实测数据来改进该模型。通过简述最大熵增原理和最大熵增的蒸发蒸腾量模型构建,用整理的实测数据重新验证最大熵增模型的可靠性和精度,并与Penman-Monteith公式计算对比。在给定净辐射条件下,运用最大熵增模型计算有植被地表的显热通量和潜热通量,与实测数据的变化趋势基本一致,显热通量符合较好;白天的潜热通量计算值偏大,夜间符合较好。对最大熵增模型的2个参数表面温度和表面比湿度分析表明:最大熵增模型计算显热通量和潜热通量的变化趋势主要取决于表面温度。     

黄河中下游典型地区农业景观格局的热环境效应——以中牟县为例

利用1988年和2007年的遥感数据,借助于地理信息系统技术,分析黄河中下游地区中牟县农业景观格局动态,采用单窗算法定量反演研究区的地表温度,尝试对农业景观格局的热环境效应进行探讨.结果发现,研究区近20年景观格局变化显著,地表温度对此动态有明显响应.不同景观类型的地表温度差异较大,1988年旱地景观和2007年未利用地景观的地表温度均比河渠高出10℃以上,而本研究区建设用地景观对地表温度影响作用偏小.距河渠景观较近的廊道缓冲区平均地表温度较低,而趋向道路中心线时其缓冲区的地表温度升高.研究表明,相比前人在城市景观热环境效应研究所得结论,农业景观格局对区域热环境有自己独特而重要的影响.     

不同气候区潜在蒸散发全局敏感性分析

基于Penman-Monteith公式,运用全局敏感性方法分析我国4个气候区12个气象站潜在蒸散发对最高气温、最低气温、相对湿度、风速和日照时数的敏感性。结果表明:(a)不同气候区及不同季节潜在蒸散发对气象因子的敏感性排序存在差异。夏季日照时数对潜在蒸散发影响最大;冬季最高气温、相对湿度和风速比较敏感;最低气温在全年各季节均不敏感。(b)从中温带半湿润地区→高原温带半干旱区→北亚热带湿润地区→南亚热带湿润地区,日照时数对潜在蒸散发的影响逐渐增强,风速对潜在蒸散发的影响逐渐减弱。(c)全局灵敏度与局部灵敏度方法分析结果具有很大差异,局部法分析对潜在蒸散发影响的气象因子敏感性排序与气象因子取值有关。     

6种城市下垫面热环境效应对比研究

选择6种具有代表性的城市下垫面(沥青路面、水泥路面、荷兰砖地面、草地、嵌草砖地面、大理石地面)作为观测对象,基于热红外成像技术对其地表温度特征进行观测,系统分析不同城市下垫面地表温度的日变化以及季节变化特征,并利用不同下垫面温度的时间标准差、空间标准差及时空数据标准差定量揭示城市不同下垫面地表温度的时空变化特征,对比研究不同下垫面的热环境效应,结果如下。1)不同下垫面地表温度的日变化一般呈先上升后下降的单峰形态,草地地表温度在不同季节的日变化波动差异较大。沥青的地表温度在全年均为最高,对热环境的影响较大;嵌草砖和大理石在全年的温度均较低,对热环境具有较好的缓解作用,且缓解作用在夏季最显著。2)不同下垫面地表日均温度全年均高于大气温度,表明城市下垫面对大气在一年中都有加热作用。3)气温、太阳辐射以及空气相对湿度对下垫面地表温度的影响均较为显著;气温和太阳辐射与下垫面地表温度之间呈正相关关系,对下垫面以增温作用为主;空气相对湿度与下垫面地表温度之间呈负相关关系,对下垫面增温起抑制作用。4)嵌草砖的热环境稳定性较草地和大理石要好;沥青路面的温度变化特征最能代表本研究观测区域下垫面地表温度的时空变化特征。研究结果对了解城市不同下垫面热环境具有一定参考意义,可为缓解城市热环境提供科学依据。     

Models for calculating phreatic water evaporation on bare and Tamarix-vegetated lands

Groundwater is the main source of water consumption of natural vegetation in arid regions. It is an effective approach to study ecological water demand of natural vegetation by phreatic evaporation. In order to study the ecological water demand of Tarim river basin, based on the observation data of phreatic evaporation on bare lands at the Aksu Water Balance Experimental station from 1989 to 1996, by analyzing the relationship of phreatic evaporation, depth of phreatic surface and evaporation of water, taking the limit rate of phreatic evaporation as the control condition, and based on the objective law that the relation between phreatic evaporation and evaporation of water is nonlinear, we establish models for calculating phreatic evaporation on bare land, which can fully reflect the law of phreatic evaporation in the Tarim river basin. According to the data of depth of phreatic surface and soil moisture when pheratic level decline is caused just by evapotranspiration on Tamarix-vegetated land from 2003 to 2004, we calculate the amount of phreatic evaporation and set up models for calculating phreatic evaporation on Tamarixvegetated land. Phreatic evaporation on bare land and Tamarix-vegetated land could be transformed each other by a Tamarix vegetation conversion coefficient. The test results show that the calculation accuracy of the models is high and the models are suitable for Tarim river basin.     

基于TVDI的横断山区干旱时空演变特征及影响因子研究

以横断山区为研究区,通过对比2001—2019年基于 MODIS获取增强型植被指数（EVI）和归一化差分植被指数（NDVI）反演的温度植被干旱指数（TVDI_N、TVDI_E）及潜在蒸散量（PET）和实际蒸散量（ET）反演的作物缺水指数（CWSI）,与土壤含水量进行相关性分析,选择适用于横断山区干旱监测指标,采用Mann-Kendall 检验等统计方法研究干旱的时空变化特征,并分析干旱在不同土地类型、海拔和气象要素影响下的空间演变特征．研究结果表明:1）基于EVI反演的TVDI_E与土壤含水量相关性最高,更适合于监测横断山区的干旱情况．2）TVDI_E监测结果表明横断山区近19 年来干旱变化情况整体呈下降趋势,空间分布呈现南高北低的变化趋势,严重干旱主要集中分布在攀枝花市附近及湿热地带;北部则集中于三江流域（澜沧江、怒江、金沙江）附近及红原草原地区;干旱程度最严重的阶段是夏季,由春季逐渐向夏季过渡期阶段干旱面积明显增加．3）随海拔的增加,耕地分布多集中于海拔<3 000 m的地区,林地分布海拔为1 000~5 000 m的地区,草地主要生长于海拔>5 000 m的地区;19年来耕地、林地和草地中TVDI_E总体呈减弱趋势,但处在高原过渡带及干热河谷周围的植被的干旱呈增加趋势．在生长季缺水期时,南部地区的植被、高原过渡带林地和北部高原的草地受干旱影响严重．4）TVDI_E与日照时间的正相关性最高,与相对湿度的负相关性最高．气象因子对春初和秋末的TVDI_E复合作用最强,大部分区域呈现显著正相关．      

基于地表裸露度和地表反照率影响的喀斯特地区热环境变化分析

在自然和人为因素的影响下,喀斯特地区地表覆盖受到破坏,导致大面积地表裸露,同时影响着地表反照率的变化,进而引起周围地表温度发生改变。以典型喀斯特区域安顺市为例,基于大气校正法反演2006—2017年地表温度,并结合同时期的地表裸露度和地表反照率变化情况分析喀斯特地区热环境变化特征。结果表明:地表裸露度、地表反照率与地表温度在空间上整体变化趋势相一致,是影响地表温度的因素之一;在时间上呈持续下降趋势,地表裸露度总体下降了53%,地表反照率和地表温度分别下降了37.1%和2.4%,表明热环境得到有效改善;地表裸露度,地表反照率与地表温度均呈线性正相关,地表温度随着地表裸露度和地表反照率的增加而上升,反之,地表温度则会降低。     

历史上西北农业开发及对生态环境的影响—以新疆和河西走廓为例

通过查阅历史献和实地考察,对历史时期西北地区农业开发及对生态环境所造成的影响进行了探讨,并以新疆和河西走廓为例,重点分析了历史时期由于对楼兰,河西走廓等区域的不合理开垦,利用以及对森林的滥伐等,造成对当地河流移徙,土地沙化等严重后果,为了吸取这一历史教训,从生态环境的角度提出了在当今西北大开发中,应遵循自然规律,宜农则农,宜牧则牧,宜林则林,有效地保护生态环境。     

山地城市热环境及其聚落特征的关联分析

以重庆主城区为研究对象,利用Landsat 8传感器OLI和TIRS获取的遥感影像为数据源,进行城市聚落特征包括地形特征、土地利用等与地表温度的差异性分析。结果表明:城市的热环境空间分布差异较大,海拔高度对温度的影响强于地形起伏度;(NDVI、NDBI、MNDWI等)和地表温度的相关关系呈分段线性关系;不同土地利用类型的热强度和热变异程度差异明显,建设用地的温度最高且斑块温度间的变异性最强,虽然水体的平均温度最低,但斑块温度间的变异性却较高;从格网分析的结果可以看出,格网内部水体的"冷岛效应"明显、建设用地的"热岛效应"显著,耕地与自然植被面积的增加使得各空间格网温度更趋向于稳定。