贵州高原1960-2016年降水变化特征及重心转移分析

利用贵州高原34个气象站1960-2016年共57 a的降水资料,基于协同克里金法、Mann-Kendall趋势检验法、气候倾向率、重心模型等方法分析了贵州高原降水在不同时间尺度下的时空分布规律以及降水重心的转移趋势。结果表明：① 贵州高原多年平均降水量呈现南多北少特征。在南部与东部存在3个多雨中心,分别位于西南暖湿气流的北上通道（兴义-安顺一带）、苗岭山脉的迎风坡（都匀-独山一带）以及武陵山脉的迎风坡（铜仁–松桃一带）;少雨区位于乌蒙山脉背风坡的威宁–毕节一带。② 1960-2016年降水量年代变化呈现出波动性,2010s的降水变异性最大,1990s的降水变异性最小;年际变化较为剧烈,呈不显著减少的趋势,在空间上呈现中部西部减少、东部增加的趋势;降水季节差异显著,春季、秋季降水显著减少,夏季、冬季的降水不明显增加;各月降水变化情况不同,1、3月降水增加最明显,4月降水下降最明显。③ 降水重心呈西南-东北向分布,有明显的东移趋势。贵州高原降水量的减少可能与西南季风的减弱有关。研究结果对贵州地区水资源配置及洪涝灾害预防具有重要意义。     

基于MODIS-NDVI的云南省植被覆盖度变化分析

植被覆盖变化监测是区域资源环境承载力研究的基础,本文通过计算2001-2016年MODIS-NDVI植被指数,辅以趋势分析、变异系数等方法,估算了2001-2016年云南省植被覆盖度,进而探讨了植被覆盖度的时空变化特征及与地形因子之间的分布关系。结果表明：① 2001-2016年云南省植被覆盖度呈显著增加趋势,增速为4.992%/10 a。② 在空间上,植被覆盖度空间格局呈现由南向北、由西向东逐渐降低的特征,滇西、滇西南地区植被覆盖度最高,滇西北地区最低;植被覆盖度稳定性表现为由西南向东北方向波动性越来越大;滇东北地区植被覆盖度增加趋势明显优于其他区域,研究区内植被覆盖度变化趋势为增加、基本稳定和减少趋势的面积分别占49.53%、43.76%和6.71%。③ 植被覆盖度在2001-2006年、2006-2011年、2011-2016年3个时段的面积转移矩阵结果均表现为植被覆盖进化面积大于退化面积,二者的比值分别为1.42、1.63、2.01,植被覆盖情况呈持续改善趋势。④ 云南省植被覆盖度与地形因子之间的关系表现为,平均植被覆盖度随海拔增加呈先增加再减少、再增加、再减少趋势;随坡度的增加呈先增加再减少趋势;随坡向的变化呈由北向南逐渐减少趋势。     

京津冀地区NDVI变化及气候因子驱动分析

植被覆盖动态监测及与气候变化的响应,是陆地生态系统研究的重要内容。本文以2001-2013年间京津冀地区MOD13A 3月合成NDVI数据,结合生长季的降水和气温资料,运用偏相关和复相关分析、趋势分析方法,研究了该区域NDVI的变化特征和空间分布,以及其区域植被覆盖变化的气候驱动力。结果表明,该区域NDVI最大值在13a间缓慢增加,植被覆盖呈现改善趋势;NDVI和生长季降雨量及平均气温的平均偏相关系数分别为0.20和-0.14,表明在年际变化水平上,京津冀地区NDVI总体与降水量呈正相关,与平均气温呈负相关,且降水对NDVI的影响大于温度对NDVI的影响。对植被覆盖驱动分区得出,降水和气温驱动型占区域面积的5.68%;单独降水驱动型和气温驱动型分别占4.51%、0.18%;区域内植被覆盖变化主要受非气候因子驱动型为主,所占比例为89.63%,表明人类活动对植被变化的影响巨大。     

近30年来中国陆地蒸散量和土壤水分变化特征分析

 对NOAH陆面模式模拟的近30年中国陆地蒸散量和土壤含水量,按照6大片区和5种生态系统类型进行了统计分析。讨论全国以及各大区不同生态系统类型蒸散和土壤含水量的变化,研究不同类型蒸散和土壤含水量的关系。中国陆地蒸散量总体呈增加的趋势,年内蒸散量最大的月份是7月,年末和年初蒸散量较小。而我国中南、西南、华东、东北和西北蒸散量变化趋势和全国的总趋势一致,呈增加的趋势。华北地区蒸散量近30年来总体趋势是下降的,华北蒸散量最大的年份是上世纪90年代。在所有生态系统类型中,林地蒸散最大的有东北、华东、西南和中南4区;而华北和西北草地在各类型中蒸散量所占比例最高。6大片区对比,林地蒸散水量最大的地区是西南和中南,最小的西北;草地蒸散水量最大的地区是西南,最小的是东北区;农田蒸散水量最高的是华东,最低的是西北;荒漠蒸散量最大的片区是西北;湿地蒸散最大的是东北。80年代以来,全国土壤含水量总体呈下降的趋势。从各片区的情况看,仅西北地区稍有增加,其余5区土壤含水量皆是下降的。植被覆盖度和土壤水分是影响蒸散量最重要的因子,在植被覆盖较差时,土壤水分和蒸散量相关性较好。     

潮滩表层沉积物含水量的高光谱预测模型与反演分析

潮滩土壤含水量具有变化频率快、空间变化大的特征,是影响潮滩地表反射率的重要因素。潮滩土壤含水量的精确提取,可为潮滩特征地物信息遥感反演提供基础。本文利用江苏大丰王港潮滩4种典型沉积物、449组不同含水量对应的实测光谱曲线数据进行特征分析,构建高光谱预测模型,实现了潮滩沉积物含水量的遥感反演。研究结果表明:(1)在短波红外波段,沉积物含水量与反射率之间存在良好的分段线性相关关系,分段点对应的含水量分别为42%和62%;(2)1165nm、1336nm、1568nm和1780nm特征波段反射率,对含水量变化具有良好响应,由特征波段组合计算得到的差值水指数DWI、比值水指数RWI和归一化水指数NDWI与含水量呈显著线性相关,可有效改善单波段反射率与含水量之间的分段线性关系;(3)3个水指数中,DWI反演的含水量精度优于RWI和NDWI,且对不同含水量大小均有良好适应性,而RWI和NDWI更适合含水量变化范围中等的情况;(4)对于粉砂、砂质粉砂、粉砂质砂和砂4种沉积物类型,DWI1336,1780验证组模拟含水量与实测含水量的相关系数,分别为0.891、0.915、0.920和0.905,均方根误差分别为9.87%、3.56%、4.24%和2.98%,表明由DWI构建的高光谱遥感反演模型,可有效实现潮滩表层含水量的时空变化预测。     

基于GF-3和Landsat 8遥感数据的土壤水分反演研究

基于我国首颗全极化雷达卫星高分三号（GF-3）和Landsat8数据,研究浓密植被覆盖地表土壤水分反演方法。为了提高浓密植被覆盖地表土壤水分反演精度,首先利用PROSAIL模型、实测植被参数及Landsat8光学数据分析了8种植被指数与植被冠层含水量的相关性,从中优选出归一化差异水指数（NDWI₅）用于反演植被冠层含水量,并通过分析植被含水量和植被冠层含水量的关系,构建植被含水量模型;然后结合植被含水量反演模型和简化MIMICS模型校正了植被对雷达后向散射系数的影响,最后基于AIEM建立裸土后向散射系数模拟数据集,发展一种主动微波和光学数据协同反演浓密植被覆盖地表土壤水分模型,并以山东省禹城市为研究区,实现了玉米覆盖下HH、VV和HH+VV 3种模式土壤水分反演。实验结果表明： ① NDWI₅为最佳植被指数,对于去除植被影响有较好效果;② 基于此方法,利用GF-3和Landsat8卫星数据反演得到的土壤水分具有较高的精度;③ 相比HH和VV两种极化模式,HH+VV双通道模式对土壤水分反演结果更好,决定系数（R2）为0.4037,均方根误差（RMSE）为0.0667 m ³m ^-3。     

黑河流域植被类型分布模拟分析

针对黑河流域植被类型空间分布的垂直地带性特征,本文基于支持向量机算法构建黑河流域植被类型空间分布的模拟分析模型,并运用Kappa系数和混淆矩阵检验方法对模拟精度进行检验。验证结果显示,模型总体精度（OA）值为75.54%,Kappa系数值为0.66,表明了该方法在植被分布模拟上具有较好的结果,适用于区域尺度下植被类型分布的空间模拟。模拟结果表明,该方法对半灌木-矮半灌木荒漠和温带禾草-杂类草草甸草原类型的模拟精度最高,分别为（90.20%和90.02%）;分布面积最大的植被类型（如半灌木-矮半灌木荒漠,灌木荒漠、嵩草-杂类草高寒草甸等）相比于其他面积较小的植被类型具有显著优异的模拟结果;人工经济作物、荒漠植被类型以及草原草甸等植被类型对于所选环境因子的敏感性更强,而灌丛类型和乔木类型的模拟结果在不同类型间的波动较大;空间分布上,环境要素差异性明显、植被类型丰富的上游地区具有更好的模拟结果,优于地势平坦、气候差异性小的黑河中下游地段,但模拟结果在景观形态上具有更高的破碎度。     

1982-2006年加纳植被覆盖时空变化及其气候影响

非洲陆地生态系统是气候变化的高敏感区,研究该区域植被覆盖变化及其控制因素,对深刻认识气候变化的影响具有重要意义。本文利用1982-2006年植被指数（NDVI）数据,研究位于非洲西部热带地区的加纳共和国植被覆盖的时空变化特征,结合同期的气温和降水量数据,分析其植被活动对气候变化的响应特征。研究结果表明,加纳86.4%的植被覆盖区NDVI在25 a间都呈现不同程度的增加趋势。20世纪80年代初和21世纪初这2个时期,NDVI值大于0.4的面积百分比呈增加趋势;NDVI值大于0.5的面积百分比从26%增加到38.2%;NDVI值在0.4-0.5之间的面积百分比从47.5%增加到51.9%。NDVI受降水量控制的区域占总区域面积的57.2%,而受气温控制的面积占总区域面积的42.8%。总的来看,加纳植被覆盖对降水量变化的敏感程度强于气温变化。     

秦巴山区植被覆盖与土壤湿度时空变化特征及其相互关系

基于2001-2014年MODIS-NDVI和MODIS-LST数据,利用温度植被干旱指数对土壤湿度进行遥感反演,分析了秦巴山区植被覆盖与土壤湿度时空变化特征及其相互关系。研究发现：① 秦巴山区植被覆盖与土壤湿度均呈增加趋势;② 植被覆盖整体水平较高且表现出“四周低,中间高”的空间分布特征,土壤湿度整体表现出“北低南高”的空间分布特征,大体上二者呈现出空间分布正相关性;③ 植被改善趋势表现明显,显著改善区分布分散,无明显集中区域,退化区域主要集中于北部渭河沿岸及东部边缘少量地区;土壤湿度增长态势明显,增大区分布于除西北边缘及东北边缘外的几乎整个研究区中,减小区域面积小且大部分表现不显著;④ 秦巴山区植被覆盖与土壤湿度时空变化上呈现出明显的正相关性,其中69.71%的区域表现出土壤湿度增大-植被覆盖改善的特征,分布于研究区除四周边缘地带外的大部分地区。     

新疆NDVI时空特征及气候变化影响研究

基于新疆50个气象测站2003-2010年逐日降水、气温资料,结合逐月归一化植被覆盖影像资料,利用趋势分析、R/S分析、模糊C均值聚类、图像处理等方法,系统分析了全疆NDVI时空变化特征及其可持续性,并探究NDVI与气候因子（气温、降水）之间的相关性。研究表明：植被覆盖及气象因子年际间差异不大,呈现出整体稳定的态势,但年内变化明显。北疆/天山北坡水热条件优良、植被长势最好,且植被长势对气候因子的滞后效应并不明显且滞后时间短。天山南坡/天山东段次之,而南疆植被覆盖程度最差,南疆/天山南坡植被长势对气候因子（降水、气温）存在明显的滞后效应,植被生长受气温、降水限制性更大,且气温作为主要因子,对天山南坡植被生长的限制作用表现得更为突出。总体上,新疆植被覆盖呈持续性变化,现有植被覆盖情况基本保持不变,但呈退化趋势的面积大于得到改善的面积,在一定程度上与人类活动有很大关系,探查植被长势的变化趋势并及时做出相应调整,不仅能为新疆地区的植被保护以及植被恢复工作提供一定的科学依据,更能够为合理有效地安排农作物生产提供重要的理论指导。     

基于GEE的黄河流域植被时空变化及其地形效应研究

黄河流域作为中国东部平原的生态屏障,研讨其植被覆盖的时空变化有助于生态环境治理。本文利用GEE平台,基于Landsat数据通过像元二分模型反演了1990—2020年黄河流域植被覆盖度（FVC）,并通过Theil-Sen Median趋势分析和 Mann-Kendall检验方法剖析FVC的时空变化趋势,挖掘出FVC趋势变化与海拔、坡度、坡向等地形因子之间的响应关系。结果表明：① 黄河流域FVC整体呈现西北低东南高的空间分布趋势,其中低等FVC占整个流域面积的45%,主要集中于西北部干旱半干旱地区;② 流域中部植被覆盖改善明显,占整个流域的57.07%,西北部和东南部退化程度相对较高;③ 植被覆盖受地形效应影响较为显著,在坡度大于40°及高程（-31~637 m）时高等级FVC占比较高,坡度8~18°及高程1852~2414 m范围内植被改善效果相对较好。结果可以为黄河流域生态环境保护及高质量发展提供科学支撑。     

乔木种植方式对护坡效果影响试验研究

近年来, 植被护坡作为一种生态友好型支护方式越来越多地被应用到斜坡支护工程中, 故如何科学地种植植被以充分发挥其护坡效果具有重要的研究意义。为此, 以乔木为研究对象, 结合3D打印技术制备乔木根系模型, 通过自行设计的滑坡模型试验系统, 开展了系统物理模型试验, 对3种根系排布方式与3种根系间距下乔木的护坡效果进行了研究。结果表明: ①在乔木根系支护下, 抗滑力峰值增大, 达到峰值的时间延长, 峰后抗滑力衰减程度降低。②对抗滑力的改善效果方面, 反拱型排布>正拱型排布>直线型排布>无根系支护。根系间距S=1.5D(D为根系间最大水平距离, D=7cm)与S=2.0D对抗滑力的改善效果接近, S=2.5D时抗滑力峰值最大。③就根系排布方式而言, 反拱型排布对坡体位移的改善效果最为明显, 正拱型排布与直线型排布对位移的改善效果接近; 就根系间距而言, S=2.5D对坡体位移的改善效果最为明显, S=1.5D与S=2.0D对坡体位移的改善效果接近。④直线型排布下坡体滑动范围增大, 正拱型排布与反拱型排布则能有效限制坡体变形。根系间距对坡体变形场的影响不大。综上可知, 在乔木护坡工程中可通过控制乔木的排布方式与根系间距来提升其护坡效果。      

武汉城市圈的水源涵养功能重要性评价研究

本文以武汉城市圈为研究对象,分析城市发展对该区域水源涵养功能的影响。文中选取植被、气象、地形、土壤和人为5个因子,分别以植被覆盖度、降水量、蒸发量、坡度、坡长、土壤层厚度和覆盖类型作为水源涵养功能重要性的评价指标,综合采用专家判断矩阵和层次分析法构建其指标体系。利用遥感、GIS等空间分析技术对武汉城市圈水源涵养功能重要性进行评价,并分析影响水源涵养功能的各单因子重要性的动态变化及空间分布格局。结果表明：2000-2009年间,武汉城市圈水源涵养功能呈现先增高后降低的趋势;空间分布格局主要表现为武汉城市圈东北部、东南部低山丘陵地带的水源涵养功能重要性较高;短时间尺度上,人为活动所导致植被覆盖度的变化和覆盖类型的改变是影响水源涵养功能的主要因素。其中,2005-2009年间,人类不合理开发利用土地导致植被覆盖度降低、湖泊湿地减少是武汉城市圈水源涵养功能下降的主要原因。     

水土流失区马尾松林植被提取的土壤调节指数分析

为实现水土流失区植被遥感信息的准确提取,本文采用2007年ALOS 10 m多光谱影像,利用土壤调节植被指数SAVI和MSAVI,对福建长汀水土流失区马尾松林不同植被覆盖密度的3个实验区进行植被提取,并选用不同的土壤调节因子（L=0.25,0.5,0.75,1）做实验,将结果和以NDVI植被指数提取的结果进行对比,分析了提取效果及受土壤噪音的影响程度。实验表明,SAVI指数能提高水土流失区的植被提取精度。在中、低植被覆盖区,其提取的总精度比NDVI高出2%~7%,Kappa系数高出7%~18%;而土壤调节因子L的取值对植被信息的提取也呈现出一定的规律性,即：随着L从0向1递增,SAVI提取稀疏植被的能力上升而探测阴坡植被的能力下降。总体来看,对于低植被覆盖和中等植被覆盖地区,可分别用SAVI（L取0.75）和SAVI（L取0.5）来提取植被信息,对于高植被覆盖区,仍可直接用NDVI进行植被信息提取;研究发现MSAVI在植被信息提取中并不具有特别的优势。     

武陵山区植被净第一性生产力的时空格局及其与地形因子的关系

本研究旨在探讨2001-2010年武陵山区植被净第一性生产力(NPP)的时空变化格局及其与主要地形因子间的关系。利用MODIS MOD17A3数据、地形数据,以及土地覆盖等数据,基于回归分析和分级统计等方法,开展了武陵山区植被NPP的时空变化格局及其与高程和坡度2个基本地形因子间关系的研究。结果表明：(1)10年间武陵山区植被年NPP的平均值为590.72 gC·m^-2·yr^-1,森林、灌草和农田的NPP平均值分别为596.79 gC·m^-2·yr^-1、586.98 gC·m^-2·yr^-1和563.31 gC·m^-2·yr^-1;(2)2001-2010年武陵山区植被NPP总量的平均值为98.90 TgC·yr^-1,波动范围为92.79 ~ 106.99 TgC·yr^-1,从NPP年际变化的空间分布来看,武陵山区植被NPP的变化趋势整体上呈北增南减的格局;(3)分别以30 m和3°为高程和坡度的分级级差时,发现武陵山区平均植被NPP随海拔和坡度的升高有明显的先增加后缓慢下降的趋势,但在海拔高于1500 m及坡度大于50°的地区,平均植被NPP出现了较大波动,然而,在波动中均有随海拔和坡度的增加而先上升后再下降的趋势;(4)在地理区间尺度上,200~1000 m的高程段以及5~25°的坡度段内植被NPP的平均值较高,500 m以上的高程区间平均植被NPP依次递减,但50°以上的坡度区间平均植被NPP反而有所增加,这在一定程度上反映了坡度高于某一临界值后坡面侵蚀强度又有所下降的趋势。     

基于NDVI的三峡大坝岸边植被时空特征分析

三峡工程建设对生态系统中植被的破坏很明显,尤其是岸边带附近。本文基于多时相遥感图像,采用NDVI序列计算植被覆盖度,通过比较三峡大坝蓄水前后1978、1999、2006年3个时期坝区9月份岸边3km缓冲区的植被覆盖度特征、动态变化,描述了研究区各年份植被覆盖分布以及近30年的植被覆盖变化特征;同时,从面积角度定量,采用分级分析了变化大小,并应用统计学的非参数Wilcoxon秩和检验方法对不同时期、不同土地利用类型的覆盖度样本进行了检验,得到如下结论:近30年间,三峡大坝岸边带植被覆盖变化显著,1978～1999年时间段,由于大坝工程建设植被破坏程度较高,有植被覆盖的区域面积下降了3.31km²;1999年至2006年时间段,在有8km²的淹没区情况下,有植被覆盖的区域仅下降1.57km²,说明植被恢复较明显。近30年间,三峡大坝植被覆盖度整体上有增加的趋势。     

地形对台风影响的数值模拟研究——以台风“泰利”为例

为研究台湾岛地形对台风移动路径及结构的影响,利用高分辨率中尺度MM5V3模式,设计3组敏感性试验,对“0513”号台风“泰利”在2005年8月31日00：06到9月1日18：00（世界时）影响台湾岛的过程进行数值模拟研究。主要就台湾岛地形对台风移动路径、气压场、散度场、涡度场和降水场进行分析。试验结果表明：台湾岛地形对台风“泰利”的移动路径和中心气压的影响不显著;地形的强迫作用对台风涡度场的中心强度和非对称结构有明显的影响;台湾岛地形是形成迎风坡诱生低压和背风坡诱生高压的主要因子;地形是台风外围降水加强的主要原因。     

广西珊瑚钨锡矿周边土壤和植物汞污染研究

对广西珊瑚钨锡矿周边尾砂厂、废石厂和居民区土壤、植被进行采样分析,采集珊瑚矿周边尾砂厂、废石厂和居民区采集土壤样271620个,尾砂厂采植物样27个。采用原子荧光测汞仪进行分析测定法,研究土壤和茅草的不同部分中的汞含量。分析表明,距离矿区近的土壤汞含量高于距离矿区远的;土壤汞含量居民区大于尾砂场大于废石场。其中有65.0%的居民区、7.4%的尾砂场和6.3%废石场的样汞含量超过了我国《土壤环境质量标准(GB 156182008)》第二级标准的最低限值(汞≤0.2μg/g)。     

典型石漠化峰丛洼地土壤重金属的空间分异特征及其影响因素

研究石漠化峰丛洼地土壤重金属空间分异特征及其影响因素, 对推动区域土壤重金属污染防治、石漠化综合治理具有重要的指导意义和实践价值。以广西平果市典型石漠化峰丛洼地土壤为研究对象, 通过调查采样分析以及综合运用地统计学、地质累积指数、潜在生态危害指数和地理探测器等方法, 分析探讨土壤重金属的空间分异特征及其影响因素。结果表明, 研究区8种重金属元素的空间分布总体呈东北向西南降低的变化格局, 研究区东北部和东南部为重金属高值叠加区的集中分布区, Cr,Cd元素呈现中等的空间相关性, 其他6个重金属元素表现为强空间相关性;研究区受Cd,As,Cr,Cu,Zn等元素不同污染程度的影响, 且以Cd的影响尤为突出, 其地质累积指数和潜在生态危害指数分别高达1.34和107.73;pH、地层、Fe₂O₃、土地利用、P、CaO、Mn、到断层距离、石漠化程度是影响研究区土壤重金属空间分异的主要因子, 而且不同因子组对土壤重金属空间分异的交互作用以双因子增强型和非线性增强为主。因此认为不同因子对石漠化峰丛洼地土壤不同重金属元素空间分异特征的影响程度存在差异, Cd是石漠化峰丛洼地土壤污染程度和潜在生态危害程度最严重的重金属元素, 地层、Mn、CaO、岩性、到断层距离、P是影响Cd空间分异的关键因子。      

吉林西部盐碱地数字图像植被覆盖度的自动提取

植被覆盖度是生态环境变化的重要指标,也是遥感反演的关键参数。盐碱地植被覆盖度的准确测量对研究地表植被蒸腾、土壤水分蒸发及土壤退化、盐碱化等具有重要意义。过绿指数(Excess Green index,ExG)对绿色植被比较敏感,能突显植被信息,去除土壤、阴影的干扰。通过对吉林西部盐碱地玉米、高粱、绿豆、杂草、土壤数字图像特征分析,利用改进过绿指数(Modified Excess Green index,MExG)算法计算植被和土壤的MExG值;并确定区分植被和土壤的MExG阈值为40,进而计算植被覆盖度。本文采用监督分类的最大似然法对比验证MExG自动提取结果,并对两种方法计算的玉米、高粱、绿豆和杂草的覆盖度,分别进行目视判读和t检验。研究表明,MExG自动提取方法具有客观性强,处理时间短,分类精度高等优点,是计算不同植被类型覆盖度的有效方法。