2000~2011年黄河上游地区景观格局变化研究——以青海省海南州为例

通过采用2000和2011年TM遥感影像资料,选用多种景观格局分析方法分别从景观格局变化特征、转化特征、破碎度及多样性特征等方面研究了海南州近11年地表景观格局变化。研究结果表明:(1)草地是整个海南州地区最主要的景观类型,2000~2011年耕地、林地、人工用地和未利用土地均增加,草地和水域面积均减少。近11年景观类型斑块总数增加1155个。各种景观类型在空间分布上差异性较大;(2)2000~2011年海南州景观转化总面积为2022.13km2,转化面积最多的是草地,最少的是人工用地。2000年向2011年所转化的各类型景观中,草地的贡献率最高;(3)从斑块类型和景观尺度分别来看,2000~2011年海南州景观受到的干扰程度和破碎化程度在增加,景观空间的异质性程度在增大,团聚程度降低,多样性和优势度也显著降低。     

青藏高原地表特征时空分布

通过利用地理信息数据库、卫星反演参数、气象观测数据,分析了我国青藏高原地区地表植被覆盖、地表反照率分布、地表蒸发分布、地表积雪分布.结果显示,随着青藏高原地表年平均气温的显著升高,青藏高原部分区域地表覆盖特征也发生了改变.在青藏高原南缘湿润大区降水充分地区,地表反照率相对较低,潜热蒸发量最大,1982～2000年期间地表植被覆盖呈明显增加趋势.青藏高原地区积雪覆盖在各个气候区域也呈现同步变化特征,自1970～1989期间,降雪量呈持续增加趋势,但之后至2000年期间,全区降雪量呈下降趋势,其中积雪覆盖变化最强烈的时段发生在10月～4月之间,变化幅度最大的区域位于青藏高原的东南部区域.     

1980—2009水文年青藏高原积雪物候时空变化遥感分析

以青藏高原积雪为研究对象,首先对长时间序列逐日雪深被动微波遥感数据进行预处理,获得青藏高原1980—2009水文年逐日雪深数据,然后逐像元计算出每个水文年平均积雪深度、开始日期(SCS)和结束日期(SCE),利用GIS空间分析和地学统计方法系统分析20世纪80年代、90年代和21世纪初青藏高原积雪物候变化特征和异常分布。结果表明：青藏高原积雪深度在20世纪80年代呈递减趋势,20世纪90年代后开始呈现递增趋势。20世纪80年代青藏高原除阿尔金山和昆仑山以外的高海拔山区SCS呈提前趋势,青藏高原高海拔地区SCE呈推迟趋势;20世纪90年代青藏高原高海拔地区的SCS提前趋势减弱,而高原中部腹地SCS出现显著的提前趋势,高原高海拔地区SCE呈提前趋势,高原中部腹地SCE呈推迟趋势;进入21世纪初后帕米尔高原、念青唐古拉山和横断山脉SCS呈推迟趋势,横断山、念青唐古拉、巴颜喀拉山SCE呈提前趋势。总体上,青藏高原积雪物候变化存在明显的空间差异和不同演变规律。     

青藏高原积雪对中国降水的影响

通过对1958-2012年JRA-55青藏高原积雪雪深资料的分析,得到青藏高原积雪雪深的年代际分布状况,得到青藏高原积雪的年代际变化特征。采用国家气候中心整理的1951-2013年中国160站月降水资料,分析青藏高原前冬期积雪变化对中国夏季降水的影响,在青藏高原前冬期积雪偏多的情况下,我国长江中游地区,东北地区都为正相关;而东北北部、河套地区南部、淮河和华南地区是负相关。我国东部地区经向呈"负-正-负-正"降水异常分布型;青藏高原前冬期积雪减少,对应长江中下游和华北北部地区夏季降水减少和华南、淮河地区夏季降水增多,我国东部地区经向呈"正-负-正-负"降水异常分布型。     

青藏高原积雪日数与高原季风的关系

利用青藏高原50个气象台站1960-2004年的积雪日数、NCEP/NCAR再分析资料、青藏高原地面加热场强度距平指数和高原季风指数资料,采用EOF、滑动t检验以及相关分析等方法分析了近60年来青藏高原季风的变化特征和近45年来青藏高原积雪日数的变化特征以及二者之间的关系;分析了青藏高原季风与青藏高原高度场和青藏高原地面加热场之间的相关性。结果表明:当初冬(11月)青藏高原地面加热场强度强时,隆冬(12月~1月)的青藏高原冬季风弱,次年春季(4~6月)的青藏高原地面加热场强度弱;当青藏高原夏季风强(弱)时,有利于唐古拉山地区积雪日数的增加(减少),班戈地区和青海东北部积雪日数的减少(增加);当青藏高原冬季风强(弱)时,有利于青海北部和西藏南部积雪日数的减少(增加),喜马拉雅山和唐古拉山积雪日数的增加(减少)。     

中国近50a积雪变化时空特征

利用1961～2012年中国1400个站点逐日积雪增量、积雪日数和气温稳定通过0℃日数资料,对我国积雪时空变化特征进行了分析研究。结果表明：我国积雪主要分布在新疆北部地区、东北和内蒙古东北部地区及青藏高原地区,年积雪增量均超过50era;在年代际变化中,1991～2000年我国大部分地区积雪增量偏少;在对我国5个区域的趋势分析中,新疆北部地区、东北和内蒙古东北部地区积雪量有显著增加趋势,积雪日数的变化趋势均不显著,气温稳定通过0oC日数均呈显著减少。     

中国积雪时空变化分析

结合2001—2010年Aqua与Terra卫星MODIS积雪影像,分析了新疆、青藏高原和东北-内蒙地区积雪的空间稳定性,并探讨了这三大积雪区积雪季节和年际变化特征。结果表明,三大积雪区中新疆积雪空间稳定性最好,东北-内蒙地区次之,青藏高原较差,其稳定性指数分别为0.58、0.38和0.29。三大积雪区积雪年内分配存在显著的季节特征,2001—2010年新疆和东北-内蒙积雪区积雪面积最大值一般出现在1月,偶尔出现在12月,到7月和8月积雪面积很小;青藏高原积雪面积最大值则有可能出现在11—2月,其中以11月出现频率最高,10—3月的积雪面积差异相对其他两个积雪区的变化较小。从年际变化上看,2002年以来三大积雪区及全国稳定积雪面积无明显变化。     

中国冬季多种积雪参数的时空特征及差异性

利用1979~2006年冬季中国站点最大雪深和站点雪日、卫星遥感雪深、积雪覆盖率和雪水当量5种积雪资料,从多角度深入细致地分析了我国冬季积雪的时空变化特征。结果表明:5种积雪资料的经验正交分解第一模态都表现为中国南、北方反位相的特征,即当新疆和东北三省-内蒙古地区积雪偏多(少)时,青藏高原和南方地区积雪偏少(多)。新疆和东北三省-内蒙古地区的雪深、积雪覆盖率和雪日随时间有逐渐增多的趋势,而其中边缘山区的雪水当量表现出减少的趋势,青藏高原地区的积雪表现出与其完全相反的特征。南方地区站点最大雪深和雪日表现出随时间减少的趋势,卫星遥感难以监测到该区积雪。相比较而言,卫星遥感资料比较适合高原和山区缺少气象站的地区及北半球更大区域积雪的研究,而站点资料更适用于中国中东部和平原地区积雪的区域研究。雪深、雪日、积雪覆盖率和雪水当量这些多样性积雪参数存在一定的差异性,因此5种积雪资料结合使用才能得到更准确的结论。     

祁连山区冬半年积雪分布及变化的遥感研究

利用国家卫星中心提供的1996—2002年冬半年(11月～翌年4月)的旬积雪数据、地面气象站温度和实测积雪数据,以及结合祁连山区DEM数据,研究了同期祁连山区积雪时空分布及其变化特征。结果表明:祁连山区冬半年积雪大多随山脉走向呈带状分布在山脊区,而山谷和南面盆地分布较少;积雪西段最多,东段次之,中段最少。祁连山区不同积雪频率所分布的平均高度的基本趋势为积雪频率越大分布的高度也越高。就不同频率的积雪而言,频率越低所占比例越大,频率越高所占比例越小;总体上祁连山区在1998/1999年冬季积雪达到最小值,在1998/1999年冬季之前呈波动变化,之后呈持续显著增加的趋势,但主要贡献在低频率。对祁连山东、中、西三段而言,东、中两段在1998/1999年冬季前呈减少趋势,1998/1999年冬季后呈增加趋势,东、中两段平均积雪频率变化量很接近;而西段从1996/1997年冬季开始呈缓慢增加的趋势,而且积雪平均出现频率明显要比东、中两段高很多。祁连山东、中、西三段积雪覆盖度随着高度增加而增大,只有中段在1999—2001年随着高度的递增积雪覆盖度增加不明显,变化趋势比较复杂,这可能与中段所受天气系统和地形等的影响比较复杂有关。     

青藏高原区域性积雪增量序列及其变化特征

利用青藏高原83个气象台站的逐日积雪观测资料,充分考虑每次降雪过程所引起的积雪变化,建立了该地区1960-2007年度的区域性积雪增量序列,并讨论了其长期变化特征.结果表明:(1)积雪增量序列具有其他积雪参数指标的代表性,又较其他积雪参数指标序列有明显的统计学优点.(2)在48个年度里,1960-1966年度青藏高原区域性积雪增量处于负位相,1967-1998年度为多雪的正位相,1999-2007年度又为少雪的负位相,其中1998年度是个具有显著性的突变点.     

沙漠绿洲非均匀分布引起的中尺度通量的数值模拟

为了研究大气环流模式次网格中尺度通量的参数化问题，本文发展了一个Pielke中尺度边界层与陆面过程的耦合模式，陆面过程模式中包括一个简单植被水热传输模式及一个裸土沙漠模式。利用这一耦合模式，对黑河试验区中沙漠和绿洲这种典型的非均匀下垫面进行了模拟，20多个数值试验的模拟结果表明:（1）中尺度通量在特定的情况下具有和湍流通量相当的重要性，因此，大尺度模式中对中尺度通量的参数化是十分必要的。（2）对于中尺度通量的发展存在一个明显的最优尺度和最优块数，即当绿洲尺度为60 km，3块时，中尺度通量最大。而且当块数增加到一定数目时，可以忽略非均匀效应。（3）背景风速的增大可以使中尺度通量减小；粗糙度的试验说明非均匀块之间的热力差异的减小可使中尺度通量非线性地减小。     

Temporal patterns of deforestation and fragmentation in lowland Bolivia: implications for climate change

The lowlands of eastern and northeastern Bolivia are characterized by a transition between the humid evergreen forests of the Amazon Basin and the deciduous thorn-scrub vegetation of the Gran Chaco. Within this landscape lies one of the world’s best preserved areas: the ecoregion known as the Chiquitano dry forest, where deforestation patterns over a 30 year period were analyzed. Results indicate that the area of the natural cover was reduced from 97.21 % before 1976 to 82.10 % in 2008, causing significant change in the landscape, especially in the spatial configuration of forest cover. The density of forest fragments increased from 0.073 patches per 100 ha before 1976 to 0.509 in 2008, with a mean distance between patches of 151 and 210 m over the same period, leading to a considerable reduction in the fragment sizes, from 1,204 ha before 1976 to a mere 54 in 2008. This pattern, observed in forests, does not occur in the savannas because, on one hand the savanna area is much lower compared to that of forests, and on the other because the deforestation process tended to be concentrated within forested areas. Based on the observed patterns, it is possible that in the future the natural landscapes will be substituted principally by anthropic landscapes, if there is no change in the economic and land distribution policies. If this process continues, it will stimulate the expansion of mechanized agriculture and the colonization of new areas, which will lead to further deforestation and landscape fragmentation.     

青藏高原冬春雪深分布与中国夏季降水的关系

利用SSMR和SSM／I卫星遥感雪深反演资料,通过与高原测站雪深观测资料的对比分析,揭示了高原雪深的时空分布特征,在此基础上对积雪异常年中国夏季降水异常和大气环流进行了对比分析。结果表明,卫星遥感雪深资料可较真实反映出高原积雪的状况,并可反映出高原西部积雪的变化;高原冬、春季积雪EOF分解第1模态具有相同的空间分布,反映了高原冬、春季积雪分布具有相当的一致性,而春季积雪的第2模态则反映高原积雪的东西差异;冬、春季雪深EOF第1模态的时间序列与中国夏季降水的相关分析表明,大致以长江为界,我国东部地区呈现出南涝北旱的分布模态,春季高原东（西）部多（少）雪与东（西）部少（多）雪年的夏季,我国东部降水表现出长江以南（北）地区为大范围的降水偏多（少）。     

2000-2013年新疆植被覆盖变化多尺度遥感分析

基于中等分辨率成像光谱仪(MODIS)8 d 500 m分辨率地表反射率数据生成归一化植被指数(NDVI)时间序列,利用线性回归、转折点检测和Mann-Kendall趋势分析方法,分析2000—2013年新疆地区植被覆盖时空变化格局,并结合Landsat数据分析典型区域植被变化。研究结果表明：近14 a来,新疆地区植被覆盖整体呈波动型上升的趋势,植被改善区面积占全区的34.02%,恶劣区的占3.20%,其中2000—2003年植被明显增长、2003—2009年的波动下降及2009—2013年的逐渐回升,植被增长显著的区域主要分布在准噶尔盆地南部和塔里木盆地北部绿洲;大多数植被类型NDVI呈增长趋势,其中增长率最高的是作物、开放灌丛和混交林,6种主要植被类型常绿针叶林、混交林、开放灌丛、多树草原、草原、作物呈现出相似的NDVI变化趋势;在植被覆盖变化显著的4个典型区,NDVI变化受土地覆盖类型变化的影响,荒漠、草地被开垦成农田导致NDVI增加,城市建成区扩张导致NDVI降低。     

青海南部地区初冬雪灾变化及环流特征

利用青海南部地区1961~2004年气温、降水、积雪等资料,分析了初冬雪灾变化及环流特征。结果表明:青海南部地区初冬降雪量呈缓慢减少的变化趋势,平均积雪量变化与年及其它季相比,呈微弱的减少趋势,平均积雪量与气温呈反相关,而与降雪量呈正相关;影响青海南部地区初冬降雪的主要天气系统是西风带南北槽结合类、移动性高原槽类、高原低涡类、高原切变类、孟加拉湾风暴类;典型多雪(少雪)年高原及南亚与中亚地区850 hPa温度距平场配置为“南正北负”(“南负北正”)型5、00 hPa高原与东部沿海地区距平分布为“西低东高”(“西高东低”)型。     

基于Fragstats4的景观格局指数与地表温度的相关性——以石家庄市为例

以石家庄市城市景观为研究对象,选取1987年、2004年和2019年Landsat遥感影像数据,采用监督分类方法将研究区分为绿地、水体、不透水地表和未利用地四类景观,采用单窗算法和劈窗算法反演地表温度(LST)。从景观生态学角度出发,利用Fragstats4.2计算4种类型的景观格局指数,并对景观粒度和移动窗口的尺度选择进行探讨分析;利用ArcGIS空间分析方法和统计分析方法,分析4种类型的景观格局指数与LST的相关性。结果表明:1987—2019年绿地斑块类型面积(CA)、最大斑块面积指数(LPI)和聚集度指数(AI)逐渐下降,不透水地表CA、LPI和AI逐渐增加,随着城市化进程的加快,绿地面积逐渐减少和裂化,绿地景观优势在不断下降,不透水地表面积在逐渐增加和聚合,不透水地表景观优势在不断加强,逐渐形成优势景观。斑块百分比指数(PLAND)、LPI和AI与LST表现出一致的极显著相关关系,绿地和水体为负相关,不透水地表和未利用地为正相关;斑块破碎化指数(SPLIT)则相反,绿地和水体为正相关,不透水地表和未利用地为负相关。LST与PLAND和LPI的相关系数明显高于LST与AI和SPLIT的相关系数,说明一个优势景观对地表温度的影响效果明显大于几个比较分散或破碎的景观。     

1959-2003年中国天山积雪的变化

Mcteorological data at 17 weather stations in the Tianshan Mountains from 1959 to 2003 were analyzed to explore the variations in temperature and snow cover.The abrupt change test for snow depth was performed using Mann-Kendall statistic.The spatial distribution of maximum snow depth was calculated by employing GIDS interpolation and DEM data.The results show that mean temperature in winter had a rising trend at a rate of 0.44℃/10a.The minimum temperature in winter increased more evidently at a rate of 0.79℃/10a.The maximum snow depth has obviously deepened at a rate of 1.15 cm/10 a in the past 45 years,and it was about 16% higher than the average during 1991-2003.The Mann-Kendall statistic test of snow depth indicates that the abrupt change occurred in 1976.The maximum increment for snow cover depth occurred in Zhaoshu(Kunes)(39.3%)and Nilka(39.7%)in the west Tiansban Mountains.In contrast,the snow cover depth reduced by 17% in Barkol in the east Tianshan Mountains.There was a primary change periodicity of about 2.8 years in snow cover.In addition,snow cover days with a depth more than 10 cm increased distinctly,however,there was no obvious advance or delay in snow beginning and ending dates.     

Snow Cover Variation in the Past 45 Years (1959-2003) in the Tianshan Mountains, China

 Meteorological data at 17 weather stations in the Tianshan Mountains from 1959 to 2003 were analyzed to explore the variations in temperature and snow cover. The abrupt change test for snow depth was performed using Mann-Kendall statistic. The spatial distribution of maximum snow depth was calculated by employing GIDS interpolation and DEM data. The results show that mean temperature in winter had a rising trend at a rate of 0.44 ℃/10 a. The minimum temperature in winter increased more evidently at a rate of 0.79 ℃/10 a. The maximum snow depth has obviously deepened at a rate of 1.15 cm/10 a in the past 45 years, and it was about 16% higher than the average during 1991-2003. The Mann-Kendall statistic test of snow depth indicates that the abrupt change occurred in 1976. The maximum increment for snow cover depth occurred in Zhaoshu (Kunes) (39.3%) and Nilka (39.7%) in the west Tianshan Mountains. In contrast, the snow cover depth reduced by 17% in Barkol in the east Tianshan Mountains. There was a primary change periodicity of about 2.8 years in snow cover. In addition, snow cover days with a depth more than 10 cm increased distinctly, however, there was no obvious advance or delay in snow beginning and ending dates.     

基于实际灾情的青海高原雪灾等级（评估）指标研究

利用1951—2008年青海高原雪灾实际灾情资料,通过统计计算各年份雪灾造成的牲畜死亡率,并进行排序,参照了计算SPI(标准化降水指数)不同等级干旱在全部干旱中所占比例的过程,确定了不同雪灾等级的阈值,制订了基于实际灾情的雪灾指标。并对几次典型雪灾过程进行评估检验,结果表明:本研究确定的雪灾等级与DB63雪灾标准基本一致。在青海高原牧区,用雪灾造成的实际牲畜死亡率来确定雪灾等级指标,评估雪灾受灾程度,是一种较为科学和具有很好的现实指导意义的新方法。