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。     

基于SEBS-METRIC方法的黑河流域中游地区农田蒸散

使用涡度相关蒸散数据验证表明SEBS-METRIC方法可以用来估算黑河流域中游地区作物农田蒸散.结果显示:黑河流域中游地区作物生长季内ET总量空间差异大(398~709 mm,平均567 mm).在作物不同生长阶段,ET在时间和空间上变化剧烈.在区域平均水平上,生长初期、生长中期1、生长中期2和生长后期的ET占全生长季ET总量的比例分别为10.24%,29.44%,47.11%,13.21%,各生长阶段区域平均日ET依次为1.45,3.28,3.52,2.08 mm/d.ET月份变化明显,3月最小,4,5月迅速增大,6月达到生长季的蒸散高峰,7,8月有所降低,维持在一定水平,9月作物进入生长末期,迅速降低.     

联合TM和NOAA数据研究黄河三角洲地表蒸发(散)量

不同类型下垫面水热传输机制不同,利用专题地图(TM)数据将黄河三角洲分为植被覆盖区域、裸地和水面3类计算区域,结合NOAA数据,根据SEBS(surface energyba lance system)模型并适当修改,分别建立植被、裸地和水面蒸发(散)模型,依据模型计算了黄河三角洲区域蒸发(散)量。黄河三角洲蒸发(散)量较高,2002年农田平均蒸发(散)量814mm,湿地平均蒸散量为843mm,裸地蒸发量变化较大,平均为637mm,与地表湿润程度有关。计算的冬小麦、棉花蒸散量基本接近其需水量;遥感方法计算结果与点上观测结果比较接近,说明计算结果符合实际。     

太湖流域土地利用变化对径流的影响研究

选取太湖流域作为研究区,利用2001和2010年的MODIS土地利用数据,以及1991—2012年降雨资料,采用L-THIA(Long-Term Hydrological Impact Assessment)模型对流域近年来的径流过程进行模拟,探讨土地利用变化对径流的影响.结果表明:从2001年到2010年,耕地面积由59.3%减少到57.7%;草地面积由8.9%减少到7.3%;裸地/荒地面积由0.5%增加到1.7%;滩涂面积由1.4%增加到2.5%.在2001年土地利用条件下,模型模拟的1991—2012年均径流量为6.03×109 m3;而在2010年土地利用条件下,年均径流量为6.66×109 m3,径流变化主要由裸地/荒地以及滩涂两种土地利用类型变化引起且由土地利用变化引起的年均径流量增加了9.4%.     

不同坡度和前期土壤含水率下裸地和草地的降雨产流试验分析

坡度和前期土壤含水率是降雨产流过程的重要影响因素。为探讨其对降雨产流过程的影响,采用人工降雨模拟试验,对太行山前平原区不同坡度和前期土壤含水率下草地和裸地降雨产流过程进行了研究。结果表明:(1)草地和裸地的径流量均随坡度和前期土壤含水率的增加而增大,且裸地在稳定阶段的产流量以及累积产流量均高于草地;同时,前期土壤含水率较高时,累积产流量与降雨历时呈现出分段函数的关系;(2)径流系数、产流滞时以及入渗率随坡度和前期土壤含水率的增加分别呈现出增大、减小和减小的趋势,且两影响因素对草地径流系数、产流滞时及入渗率的影响程度均强于裸地;(3)裸地和草地的入渗率均随坡度和前期土壤含水率的增加,其变化速率逐渐增大,且较其他入渗模型,Horton入渗模型可以很好地估算土壤入渗率以及入渗量。通过试验研究,以期为进一步探索太行山前平原区降雨产流规律提供参考。     

松嫩平原西部生态脆弱区土地利用时空变化研究

基于1986年和2000年2期TM影像资料，在空间图形库系统支持下，分析了该区土地利用数量变化、土地利用空间组成变化、空间邻接关系变化和变化主导类型，揭示了1986－2000年间松嫩平原西部生态脆弱土地利用时空变化特征。结果表明，此间林地、草地不断破碎化，耕地、盐碱地从整体上呈现集中化特征。耕地与草地、草地与盐碱地空间相邻度增大，草地开垦过快和土地盐碱化日益严重。土地利用空间变化内在过程基本以旱地－水田，草地－旱地，草地－未利用地相互转化为主导。     

水土流失重点治理区土地利用变化对人类活动程度的响应——以长汀县为例

该文利用2000年、2005年和2011年遥感影像数据提取土地利用数据,分别从土地利用速度、土地利用转移方向和土地利用程度三个方面,全面分析2000年以来长汀县人类活动干扰下的土地利用时空变化规律。结果表明:(1)2000年~2005年和2005年~2010年,长汀县水土流失重点治理区土地利用变化速度从0.32减小到0.14,土地利用变化速度下降快;(2)两个时段土地利用类型转移方向都具有从农田和裸地转化为城镇用地,从草地和灌丛转化为森林的特点;(3)研究区土地利用程度综合指数在2000年、2005年和2010年分别为2.0324、2.0590和2.0706,表明人类活动对土地开发利用程度逐年加大,城镇、农田面积逐步增加。     

基于RS与GIS的都兰县土地利用变化研究

为科学有效地研究土地利用变化,以都兰县2000—2015年的Landsat TM遥感影像数据为例,对影像进行解译分类并对其进行空间分析,得到土地利用动态度和转移矩阵,再与都兰县植被覆盖现状图进行对比验证。结果表明:(1)未利用地和草地是都兰县土地利用的主要类型(约占全县土地面积的4/5)。(2)15年间未利用地,农田逐年减少;草地、林地、建设用地增长明显;水域基本稳定。(3)2000—2015年,林地增长208.22 km~2、草地增长316.85 km~2、未利用地减少506.97 km~2。(4)在各类型转移变化矩阵中,园地转入率最大;未利用地、草地的转入量及转出量比较大,而水域与其他土地类型均无转移关系。都兰县草地和林地面积的不断增加,农田面积的下降表明要更加注重农田生态环境保护,保证耕地数量与质量。     

1982—2010年全国草地生长时空变化

基于遥感技术,利用1982—2010年间NOAA-AVHRR卫星获得的归一化植被指数(normalizeddifference vegetation index,NDVI)数据对全国29年来的草地生长动态变化及其与温度、降水的相关关系进行分析。结果表明:29年来,全国草地生长季NDVI总体上呈显著增加趋势(R2=0.25,p<0.01),尤其是在1982—1999年间(R2=0.60,p<0.01),而自20世纪90年代末开始失速。值得注意的是,最近十几年(1999—2010年)草地生长季NDVI变化趋势的大小和方向基本上取决于起始年份的选择,因而这一阶段草地生长的总体趋势不显著。不同地区、不同时段生长季NDVI变化趋势的空间分布存在较大差异。草地生长在1982—1999年间呈广泛(约占85%)增加趋势,在1999—2010年间出现较大范围(约占50%)的逆转,尤以干旱、半干旱地区的草地植被生长下降趋势最明显。水热组合状况是影响这一变化的主要原因。生长季平均NDVI与气候因子之间的相关关系分析表明,全国大部分地区草地生长变化主要受降水驱动,对于部分高寒和湿润、半湿润地区的草地,生长季NDVI与温度关系密切,温度上升对该地区草地生长有利。     

土地利用变化的碳排放机理及效应研究综述

就影响陆地生态系统碳储量的主要生态机制(CO2施肥效应、氮沉降增加、污染、全球气候变化、土地利用变化和土地管理),阐述了土地利用变化对陆地生态系统结构和功能产生的影响,以及对系统造成的碳储量变化.主要从土地利用变化和土地管理两方面对土地利用碳排放效应进行论述:森林砍伐后变为农田和草地,使生态系统中植被和土壤碳贮量大大降低;农田和草地弃耕恢复为森林,以及农田保护性管理措施的利用,能够使大气中的碳在植被和土壤中得到汇集;森林恢复过程中植被可以大量汇集大气中的碳,而由于农田耕种历史不同以及土壤空间异质性,导致土壤碳汇集速率差异极大;保护性农田管理措施(诸如免耕、合理的种植制度、化肥的施用等)可以影响土壤理化特性、作物根系生长以及残茬数量和质量、土壤微生物数量和活性,维持和提高土壤碳含量水平.土地利用碳排放核算主要从陆地生态系统的植被碳和土壤碳入手,综述了目前国内外的研究进展.     

东北区域农业生产对地面温度的影响

为深入研究土地利用/地表覆盖变化的气候效应,基于具有较高精度的中分辨率光谱成像仪(MODIS)土地利用及地面温度数据,在月、季、年等时间尺度上分析了我国东北区域耕地与草地的温度差异,以弥补基于常规站点观测资料的相关研究在空间分辨率、资料代表性等方面的不足。得到以下主要结论:在月尺度上,农业生产对地面温度的影响显著,耕地区域白天(13:30)温度相对草地偏低,7~9月偏差较大,偏差幅度为-3.9℃,夜间温度偏差相对较小;在季尺度上,冬季耕地与草地温度差异较小,且在不同时次的变化不大,在其他季节,白天(10:30,13:30)草地温度明显偏高,其中夏季的偏差幅度最大;在年尺度上,耕地与草地NDVI差值与二者地面温度的差值具有负相关性,二者的相关系数为-0.39。     

1982——-2010年全国草地生长时空变化

基于遥感技术, 利用1982---2010年间NOAA-AVHRR卫星获得的归一化植被指数(normalized difference vegetation index, NDVI)数据对全国29年来的草地生长动态变化及其与温度、降水的相关关系进行分析。结果表明: 29年来, 全国草地生长季NDVI总体上呈显著增加趋势(R²=0.25, p<0.01), 尤其是在1982?1999年间(R²=0.60, p<0.01), 而自20世纪90年代末开始失速。值得注意的是, 最近十几年(1999---2010年)草地生长季NDVI变化趋势的大小和方向基本上取决于起始年份的选择, 因而这一阶段草地生长的总体趋势不显著。不同地区、不同时段生长季NDVI变化趋势的空间分布存在较大差异。草地生长在1982---1999年间呈广泛(约占85%)增加趋势, 在1999---2010年间出现较大范围(约占50%)的逆转, 尤以干旱、半干旱地区的草地植被生长下降趋势最明显。水热组合状况是影响这一变化的主要原因。生长季平均NDVI与气候因子之间的相关关系分析表明, 全国大部分地区草地生长变化主要受降水驱动, 对于部分高寒和湿润、半湿润地区的草地, 生长季NDVI与温度关系密切, 温度上升对该地区草地生长有利。     

基于CA-Markov模型的吉林省西部土地利用/覆被变化研究及预测

为探明吉林省西部土地资源利用的状况与问题,基于Globalland30数据集,运用GIS(geographic information system)分析2000年、2010年与2020年各地类的分布与变化,并运用CA-Markov模型,预测2030年土地格局的变化趋势,结果表明:近20年内,耕地是主要地类,面积占比最大并持续增加;草地面积占比第二;其他地类面积较小,分布相对集中.在2000—2010年间,研究区土地利用/覆被变化(land use/cover change,LUCC)总体比较稳定,裸地增加和草地减少是该时段LUCC的显著特征,其他地类面积变化不明显.在2010—2020年间,LUCC变得活跃,耕地增加与草地进一步减少是该时段LUCC的显著特征,人造地表面积继续保持增长,林地、草地与湿地面积进一步减少.根据预测,在2020—2030年间,吉林省西部生态状况改善,城镇将进一步扩张,耕地数量变化趋于稳定,空间变化依旧活跃.     

北方农牧交错带不同土地利用方式土壤呼吸速率探究

农牧交错带地区土地利用方式多变,人为的改变土地利用方式会影响土壤释放CO2的速率.分别对新开垦农田、多年耕种农田、退耕还草草地、多年生草地4种利用类型的土壤温度、土壤有机碳含量、土壤呼吸速率进行监测和研究,结果表明：4种土地利用类型土壤呼吸速率的日变化图像呈单峰性曲线,其中草地平均呼吸速率最大,为0.85g·m-2·d-1.4种土地利用类型土壤温度与土壤呼吸速率呈正相关关系,其中新开垦农田变化明显,K值最高,达到0.045.从整个生长季来看,4种土地利用类型平均呼吸速率表现为新开农田＞草地＞还草草地＞农田,分别为0.97g·m-2·d-1、0.85g·m-2·d-1、0.77g·m-2·d-1和0.56g·m-2·d-1.0-10cm和10-20cm土层土壤有机碳含量大小关系与土壤呼吸速率基本吻合.试验表明不论对草地进行开垦还是对农田进行退耕还草都会增加土壤CO2的释放.     

典型草原恢复与退化群落土壤呼吸的特征研究

土壤呼吸是生态系统碳循环的重要组成部分,本研究针对内蒙古典型草原退化与恢复群落,测定了其在生长季和非生长季的土壤呼吸日动态变化.研究表明:退化群落平均土壤呼吸约是恢复群落的50%;非生长季CO2的排放速率最高约为生长季的10%.恢复群落土壤呼吸速率与温度呈显著正相关,与土表温度的相关性最高;退化群落的相似特征仅在非生长季出现.过度放牧导致的植被退化是土壤呼吸速率降低的原因.植被退化改变了群落土壤呼吸对环境变化的响应模式,影响非生长季土壤呼吸的因素及其权重与生长季相比发生明显变化.本研究对于了解土地利用变化对于碳释放的影响具有一定的科学意义,对天然草地可持续管理也有积极的意义.     

“山水林田湖草”视域下晋中市土地利用类型时空分异

山水林田湖草一体化保护是我国生态文明建设的一项重要内容,土地利用类型时空分异是开展山水林田湖草一体化生态保护和生态修复的重要依据。基于2000～2018年遥感影像数据,采用土地利用动态度和转移矩阵定量分析晋中市主要土地利用类型的时空分异特征,并探讨其山水林田湖草一体化生态保护有效途径。结果表明：晋中市全市山水林田湖草系统组成结构以林、草、田为主,林、草主要分布在东部丘陵山地区,农田主要集中于西部汾河谷地一带。2000～2010年土地利用变化较为剧烈,主要表现为农田类型的大幅度缩减和建设用地的显著扩张;2010～2018年在集约内涵式发展理念指引下,这种态势得到有效控制。前期土地利用结构不稳定,转移面积大,高于10 000 km²的转移类型有农田转向建设用地、农田转向草地和草地转向建设用地;后期结构稳定,转移面积小,农田转为建设用地、建设用地转为农田和草地转为建设用地较为明显,但均低于5 000 km²。因此,继续提高建设用地集约利用水平,严格保护基本农田,推进林、草、水等生态用地的建设,是今后晋中市山水林田湖草一体化保护的重要途径和有效措施。     

我国北方地区植被类型变化气候效应的虚拟数值试验

利用区域气候模式 (RegCM 2 )对东北西部、华北北部和西北东部、华北西部两个生态环境脆弱地区植被类型分别由草地变为农田和森林后对区域气候的影响程度进行虚拟数值试验 ,结果表明 ,我国北方地区植被类型由草地变为耕地或森林将使得这些地区夏季降水减少 ,温度升高 ,5 0 0hPa位势高度升高 ,副热带高压控制地区的位势高度降低 ,从而使副高减弱 ,不利于我国北方的降水增加 .从虚拟数值试验的对比中可发现 ,华北北部、东北西部地区植被类型改变比西北东部、华北西部地区植被类型改变所引起的降水减少、温度升高和副高减弱效果显著 .此外 ,对于同一个地区的植被类型改变而言 ,由草地变为森林比由草地变为耕地所引起的降水减少、温度升高和 5 0 0hPa位势高度变化效应大 .因此 ,根据数值试验结果可知 ,退耕还草可能是我国北方干旱半干旱地区改善环境的有效方式 ,华北北部和东北西部为开展有序人类活动的最佳地区     

基于RS和GIS的贵阳市土地利用/覆盖变化时空特征分析

利用TM、ETM+遥感影像,通过遗传神经网络分类方法提取了1995～2010年贵阳市土地利用/覆盖类型变化(LUCC)信息,并分析了LUCC的空间分布特征和近15a来的整体变化情况.结果表明:林地、草地、农作和裸地、建设用地和水体是贵阳市的主要地表类型,其总体变化特征为城市建设用地扩张明显,水体、草地面积保持平稳,农田和裸地面积减少,林地面积稳步增加.     

2000—2020年武威市土地利用/覆被时空变化及驱动力分析

为掌握武威市经济与生态的可持续发展道路,以2000—2020年GlobeLand30土地利用/覆被数据为基础,通过单一土地利用动态度、综合土地利用动态度及土地利用转移矩阵等方法,研究了武威市土地利用/覆被时空变化特征,并结合气象数据明晰了土地利用/覆被变化的驱动机制。结果表明：2020年武威市土地利用类型以裸地为主,裸地面积为17 628.2 km2,占武威市总面积的53.24%,主要分布在研究区的北部荒漠区;2000—2020年间,武威市灌木地、林地综合动态度最高,表明两者稳定度较低,其次是人造地表、水体和冰川积雪,裸地、耕地、草地和湿地四种土地利用/覆盖类型在20年内动态度较低,相对比较稳定;2000—2020年间武威市土地利用主要转移方向呈现耕地转入人造地表、林地转入草地、裸地转入耕地和人造地表的现象。研究得到武威市气温和降雨量对土地利用/覆被变化的影响相对有限,只对湿地、水体和林地等土地利用/覆被类型有一定影响,武威市土地利用/覆被变化的主要驱动力为社会经济因素,其中GDP、房地产投资、政府政策对土地利用/覆被类型的变化影响显著。     

黑河流域上中游植被蒸散发时空演变趋势及其影响因子分析

结合遥感产品及气象站点数据,分析了黑河上中游2001—2012年蒸散发(ET)时空演变规律及分布格局,对比分析地表温度(LST)、空气温度、降雨、水汽压、相对湿度、风速6个环境因子对ET的影响.结果显示,2001—2012年时间段黑河上中游年ET有略微下降趋势(R2=0.01),12a的年平均ET为470.3mm,年ET最小值出现在2001年,2002年发生了"突增",2003—2007年呈现上下波动趋势,2008年发生了"突降",2008—2012年呈现了显著上升的趋势(R2=0.97),同时上、中游区域年平均ET呈不同的变化趋势.对整个研究区域生长季内ET呈显著影响的因子为降雨、空气温度和水汽压.同时,由于气象条件及地表供水条件的时空变化,针对不同区域及不同植被类型,影响ET变化的主要环境因子也发生变化,除空气温度和水汽压之外,农田ET对能量供给的太阳总辐射变化较为敏感,草地ET对水分供给的降雨变化较为敏感,林地ET则对表征大气湍流情况的风速变化较为敏感,而灌木ET对地表温度的变化较敏感.