伊犁河谷蒸散量时空分布特征及变化趋势

基于2000-2014年MOD16蒸散量和气象站实测数据,借助于空间数据统计法和趋势分析法对中国西北干旱区“天山湿岛”—伊犁河谷地表蒸散量时空变化特征和多年变化趋势进行定量分析。结果表明:① MOD16-ET产品在伊犁河谷地区的精度总体上满足要求,可用于地表ET的时空分布特征研究;② 伊犁河谷地表ET、PET年际波动不大,多年平均ET为392.35 mm,多年平均PET为1331.19 mm,年均ET与PET的比例在0.26-0.33之间波动,说明研究区总体上水分不足。ET、PET年内分布处于先增大后减少的单峰型变化趋势,主要集中在5月到9月。秋季ET与PET的比例为0.29,此时研究区最干旱缺水。气温是研究区蒸散量变化的主要驱动因素之一。③ ET、PET的空间分布状况正好相反,东部喀什河及巩乃斯河上游地区、南部大面积草甸覆盖区域ET值较高,PET值较低,此区域水分比较充足。伊宁市及霍尔果斯河周边地区、察布查尔县、特克斯河下游等区域ET值均较低,PET值较高,此区域干旱缺水;④ 从2000-2014年伊犁河谷地表ET、PET变化趋势来看,ET总体上处于减少趋势,PET处于增加趋势,说明研究区近15年内干旱加重。     

1980—2020年中国九大流域蒸散发及其组分时空评估

蒸散发是地表陆气水分交换的纽带,准确量化蒸散发的时空演变格局对于水资源规划与管理至关重要。本文基于GLEAM模型的蒸散发及其组分数据集,借助7个通量观测站数据、120个流域的流域水量平衡及PML_V2蒸散发产品,在中国九大流域系统评估了GLEAM-ET产品,分析了植被恢复背景下,蒸散发（ET）及其组分（植被蒸腾Ec,截留蒸发Ei,土壤蒸发Es）在1980—2020年的时空演变格局。本文主要得到以下结论：① GLEAM-ET产品在中国九大流域具有较好的适用性,其性能与气候类型有关,干旱区效果优于湿润区。此外,GLEAM与PML_V2模型在九大流域相关性较好（R>0.7）,分布格局与变化趋势整体保持一致。② 全国尺度上,ET均值为416.88 mm,增长速率为1.21 mm/a。Ec与ET均呈自东南向西北递减的分布格局,而Es与其相反。Ec、ET在九大流域均呈显著增加趋势（p<0.001）。Ei、Es在季风区流域分别呈显著增加和显著减小趋势;在内陆区流域呈不显著减小（p>0.05）和显著增加趋势。③在植被恢复背景下,ET组分比例发生了变化。Ec占比变化存在南北差异,南方流域Ec占比均减小,北方流域均增加。Ei占比在各流域均增加,Es占比均减小。黄河流域ET组分对植被恢复的响应最为明显,Ec占比增加了5.21%,Es占比减小了5.56%。     

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。     

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。     

京津唐地区城市扩张对地表蒸散发的影响

以京津唐地区为例,基于SEBS模型,利用MODIS遥感数据和气象数据,计算了2000、2005和2010年四季代表月份的平均日蒸散发量,并结合3期土地利用图,定量评估了由城市扩张引起的日蒸散发量的变化。结果表明,不同土地利用类型的日蒸散发量在不同季节表现出不同的分布规律,春、夏和秋季的日蒸散发量分布规律为水域>林地>草地>耕地>城市用地,冬季的日蒸散发量在三年的分布不一致:2000年为林地>草地>水域>城市用地>耕地,2005年为水域>林地>草地>耕地>城市用地,2010年为林地>水域>草地>城市用地>耕地。以研究区土地利用变化不明显的区域为背景区域,评估了除土地利用/覆被变化外的其他因素对京津唐地区夏季日蒸散发的影响。除去该影响后得出土地利用/覆被变化,对日蒸散发的影响,结果表明,各土地利用类型转化为城市用地会使日蒸散发降低,且水域转化成城市用地后,其日蒸散发量降低最多,2000-2005年降低了0.977mm,2000-2010年其降低值为0.983mm。     

“一带一路”国家和地区百年尺度干旱化特征分析

为了充分了解“一带一路”国家和地区百年的干旱变化规律和趋势,探索其干湿变化情况,本文利用标准化降水蒸散指数SPEI（Standardized Precipitation Evaporation Index）1901-2013年12个月和3个月尺度的0.5°×0.5°数据,结合线性趋势、PCA主成分分析、Mann-Kenndall非参数检验和小波分析等方法研究多时间尺度下干旱趋势和周期变化特征。结果表明,研究区百年尺度内（1901-2013）干旱指数和面积呈现波动上升趋势,但干旱化进程缓慢,60%以上地区呈现缓慢变湿趋势,SPEI指数发生显著上升地区面积百分比为25.38%,发生显著下降地区面积仅占12.02%。MK检验和PCA分析均显示15°~35°N的中低纬度地区干旱化程度最为严重,主要地区为北非及阿拉伯半岛、伊朗高原,常年呈现显著干旱状态,而俄罗斯、哈萨克斯坦、印度半岛以及中国和蒙古两国干湿变化季节性特征明显。基于Morlet小波分析的周期分析显示,年际和季节SPEI指数的周期特征既具有相似性,又存在一定的差异性,尺度越小干湿变化交替越明显,尺度越大虽有全局特征但所展示的周期不能通过显著性检验,最终得到可用显著周期年际SPEI变化显著尺度为2~4 a,干旱特征在此尺度的周期中时间变化显著。     

东北黑土地产能时空演变及其提升对策

东北黑土地产能变化的时空演化规律研究对于保护东北黑土地、保障国家粮食安全具有重要意义。基于MODIS-EVI数据,利用阈值法以作物最优生长时长(MAD)表征黑土地产能,揭示2010～2018年东北黑土地产能的时空演变及提升潜力。结果表明：(1)东北黑土地产能整体由中南向西北递减,以作物最优生长时长2～4级为主,种植集中区主要分布于松嫩平原东部及三江平原中西部地区;(2)东北黑土地产能2010～2018年总体表现为先上升后下降的趋势,70%左右的黑土地产能保持稳定,产能显著提升的黑土地占3.99%,产能显著下降的占24.88%;(3)东北黑土地产能提升潜力整体处于中等水平,空间上呈现“西高东低”状态,具有较大提升潜力的耕地较少。基于上述研究结果,参考黑土地保护的梨树模式、龙江模式,针对黑土地出现的“变薄、变瘦、变硬”等问题,提出了东北黑土地产能提升与保护的政策建议。     

长江三角洲城市化地区植被初级生产力的时空变化研究

城市化过程对植被初级生产具有重要影响。以往研究主要集中于城市用地扩张对植被初级生产力的直接影响分析,而较少关注其间接效果。本文以长江三角洲地区为例,分别从地区尺度和城市尺度分别分析了2000-2013年植被初级生产力的时空变化,探讨了其与气温、降水量及城市建成区绿化覆盖率的关系。研究表明：地区尺度上,2000-2013年长江三角洲植被初级生产力呈现不断增加,其中城市建成区植被初级生产力呈现显著增加的趋势（P<0.05）;城市尺度上,城市建成区内植被初级生产力主要呈现增加的趋势,而其外围缓冲区内则与此相反。在当前气候变化背景下,这可能与城市建成区绿化覆盖率不断增加,及快速的城市扩张有关。     

欧亚北方森林MODIS 14数据的林火变化分析——以俄罗斯欧洲地区为例

人为或自然因素造成的森林火灾常导致森林覆盖和结构的变化,对森林碳循环产生重大影响。MODIS热异常-火灾产品(MOD14)包含地表火灾位置、可信度、火点辐射能量及其他属性信息,可用于火灾频率、等级及其变化的监测。本研究以俄罗斯欧洲地区的北方森林为研究对象,采用2005-2010年每日MODIS14数据和GIS空间分析方法,对研究区过火像元进行判别提取,分析该地区林火时空变化规律,并探讨驱动因素。结果显示,俄罗斯欧洲地区森林火灾主要分布在中南部。近年来,火灾数量呈上升趋势,2010年的火灾覆盖范围是2005年的1.5倍;年内火灾发生情况随时间波动,火险期为每年的4-10月;极端干旱天气造成的的特大型火灾事件在本研究结果中得以反映。     

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。     

Validation of Global Evapotranspiration Product (MOD16) Using Flux Tower Data from Panjin Coastal Wetland,Northeast China

Recent advances in remote sensing technology and methods have resulted in the development of an evapotranspiration(ET) product from the Moderate Resolution Imaging Spectrometer(MOD16). The accuracy of this product however has not been tested for coastal wetland ecosystems. The objective of this study therefore is to validate the MOD16 ET product using data from one eddy covariance flux tower situated in the Panjin coastal wetland ecosystem within the Liaohe River Delta, Northeast China. Cumulative ET data over an eight-day period in 2005 from the flux tower was calculated to coincide with the MOD16 products across the same period. Results showed that data from the flux tower were inconsistent with that gained form the MOD16 ET. In general, results from Panjin showed that there was an underestimation of MOD16 ET in the spring and fall, with Biases of -2.27 and -3.53 mm/8 d, respectively(–40.58% and -49.13% of the observed mean). Results for Bias during the summer had a range of 1.77 mm/8 d(7.82% of the observed mean), indicating an overestimation of MOD16 ET. According to the RMSE, summer(6.14 mm/8 d) achieved the lowest value, indicating low accuracy of the MOD16 ET product. However, RMSE(2.09 mm/8 d) in spring was the same as that in the fall. Relationship between ET and its relevant meteorological parameters were analyzed. Results indicated a very good relationship between surface air temperature and ET. Meanwhile a significant relationship between wind speed and ET also existed. The inconsistent comparison of MOD16 and flux tower-based ET are mainly attributed to the parameterization of the Penman-Monteith model, flux tower measurement errors, and flux tower footprint vs. MODIS pixels.     

CHARACTERISTICS OF ZONAL ANOMALY OF ANNUAL PRECIPITATION IN THE NORTHEASTERN CHINA

The characteristics of zonal anomaly and change rule of temporal distribution of annual precipitation in the northeastern China are revealed in this paper with EOF (Empirical Orthogonal Function) and REOF (Rotated Empirical Orthogonal Function) methods and results are drawn in the standard relief maps with GIS technology for practical application. Data used in the study were obtained from 208 meteorological stations over the northeastern China from 1961 to 2001. EOF results show that the first 3 loading vectors could give entire spatial anomaly structure of annual precipitation. In the Northeast Plain including the Songneng Plain and the Liaohe Plain, there is a regional compatibility (whether wet or dry) of annual precipitation change and this precipitation pattern has occurred since the late 1980s to the present. There also exist annual precipitation patterns of wet (or dry) in south and dry (or wet) in north and wet (or dry) in east and dry (or wet) in west. REOF results display 8 principal precipitation anomaly areas by the first 8 rotated loading vectors: the west plain, the Liaodong hills, the Sanjiang Plain, the Liaoxi hills,the Changbai Mountains, the Hulun Buir Plateau, the southwest plateau and the Liaodong Peninsula.     

1961-2013年东北与华北气温变化速度空间差异

全球气候的不断变化使得生物生境受到极大影响。气温作为最基本的气候要素,其变化迁移会胁迫生物对此做出响应,造成生物群落的迁徙。气温变化速度将气温看作物质的运动,能够直观地表示气温时空变化特征,对研究生物分布地理界限变化具有重要的指导意义。本文利用1961-2013年的全国每月平均温度数据集,分析了过去50多年中国东北与华北地区之间气温变化速度的区域差异。结果表明：东北与华北两地区整体气温变化速度均值为5.60 km/year,速度范围主要集中于0~9 km/year之间,约占总数的90%。东北地区气温变化速度均值大于华北地区。其中,东北速度均值为5.85 km/year,华北为5.41 km/year。从区域内部来看,东北地区气温变化速度整体较高,三省中黑龙江与吉林速度较高,辽宁省速度变化相对较小。华北气温变化速度高值区域主要分布在内蒙古高原与河北、天津的小部分地区,其他地区的气温变化速度则相对较小。     

Evapotranspiration Estimation Based on MODIS Products and Surface Energy Balance Algorithms for Land （SEBAL） Model in Sanjiang Plain, Northeast China

In this study,the Surface Energy Balance Algorithms for Land(SEBAL) model and Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer(MODIS) products from Terra satellite were combined with meteorological data to estimate evapotranspiration(ET) over the Sanjiang Plain,Northeast China.Land cover/land use was classified by using a recursive partitioning and regression tree with MODIS Normalized Difference Vegetation Index(NDVI) time series data,which were reconstructed based on the Savitzky-Golay filtering approach.The MODIS product Quality Assessment Science Data Sets(QA-SDS) was analyzed and all scenes with valid data covering more than 75% of the Sanjiang Plain were selected for the SEBAL modeling.This provided 12 overpasses during 184-day growing season from May 1st to October 31st,2006.Daily ET estimated by the SEBAL model was misestimaed at the range of-11.29% to 27.57% compared with that measured by Eddy Covariance system(10.52% on average).The validation results show that seasonal ET from the SEBAL model is comparable to that from ground observation within 8.86% of deviation.Our results reveal that the time series daily ET of different land cover/use increases from vegetation on-going until June or July and then decreases as vegetation senesced.Seasonal ET is lower in dry farmland(average(Ave):491 mm) and paddy field(Ave:522 mm) and increases in wetlands to more than 586 mm.As expected,higher seasonal ET values are observed for the Xingkai Lake in the southeastern part of the Sanjiang Plain(Ave:823 mm),broadleaf forest(Ave:666 mm) and mixed wood(Ave:622 mm) in the southern/western Sanjiang Plain.The ET estimation with SEBAL using MODIS products can provide decision support for operational water management issues.     

Spatial patterns of irrigation water withdrawals in China and implications for water saving

By considering numerical features, spatial variation, and spatial association, the spatial patterns of China's irrigation water withdrawals in 2001 and 2010 were explored at the regional, provincial, and prefectural scales. In addition, an overlay analysis was used to develop specific water-saving guidance for areas under different levels of water stress and with different degrees of irrigation water withdrawals. It was found that at the regional scale, irrigation water withdrawals were highest in the Middle-Lower Yangtze River region in both years, while at the provincial scale, the largest irrigation water withdrawals occurred in Xinjiang. During 2001–2010, the total of irrigation water withdrawals decreased; however, in the Northeast region, especially in Heilongjiang Province, it experienced a dramatic increase. The spatial variation was largest at the prefectural scale, with an apparent effect. The spatial association was globally negative at the provincial scale, and Xinjiang was the only significant high-low outlier. In contrast, the association displayed a significant positive relationship at the prefectural scale, and several clusters and outliers were detected. Finally, it was found that the water stress in the northern part of China worsened and water-saving irrigation techniques urgently need to be applied in the Northeast region, the Huang-Huai-Hai Plain region, and Gansu-Xinjiang region. This study verified that a multi-scale and aspect analysis of the spatial patterns of irrigation water withdrawals were essential and provided water-saving advice for different areas.     

东北区域水汽收支的变化及其与降水的关系

为了明确东北区域水汽收支变化及其与降水的关系,利用1970～2010年NCEP/NCAR逐月平均分析资料、国家气象信息中心提供同期的气象站逐日降水实况资料,对东北区域夏半年（5～9月）区域水汽收支的年（年代）际变化及其与降水的关系、降水偏多（少）年的水汽输送特征进行研究.研究结果表明：（1） 1970年代水汽异常输送主要来自华北地区;1980年代,水汽异常输送主要来自蒙古东部和日本海;1990年代,水汽异常输送主要来自鄂霍次克海;2000年以后,水汽异常自东北区域向西南方向输送.总体而言,1970～1990年代区域内的水汽增加,2000年以后区域内水汽明显大幅度减少.（2）东北区域水汽总收支与夏季降水相关性较好,相关系数可达0.79,通过99％的信度检验,南、北边界的水汽输送对该区域的夏季降水有显著影响.（3）东北地区降水偏多年,西北太平洋上的水汽明显增强;降水偏少年,西风带和西北太平洋的水汽输送明显减弱.     

基于格点数据的1961—2018年中国多种积温时空变化研究

积温能够影响植物的物候期和农业作物的产量及空间分布。在研究中,通常将有限数量站点积温数据外推插值到空间进行分析,在站点空间分布稀疏和地形复杂的地区,积温数据在空间上有较大的不确定性。目前,已有高分辨率的格点化气象数据,在此基础上直接计算可解决上述问题。本研究使用1961—2018年长时间序列的高分辨率格点气温数据（CN05.1）,分析了中国大陆≥0 ℃、≥ 5 ℃、≥10 ℃和≥ 15 ℃的4种积温时空变化,结论如下：① 在中国大陆范围,4种积温的低值区主要分布在青藏高原、新疆天山和中国东北地区,高值区分布在华南地区;② 在58年间,4种积温均表现出显著增加的趋势,尤其以内蒙古和东北地区积温增温趋势显著;③ 这种积温在空间上趋势变化引起了农业区划中热带和亚热带地区面积显著增加,温带和寒温带面积减少;④ 在58年中,4种积温开始时间显著提前,结束时间显著推后。4种积温开始时间转变间隔时间（0~5 ℃、5~10 ℃和10~15 ℃转变所需时间）在黄土高原和内蒙古地区较为剧烈。对于结束时间转变间隔时间,在华中地区趋势变化剧烈。     

亚非夏季风降水与热带东风急流的关系

为研究亚非夏季风降水的时空变化特征及其与热带东风急流的相关性,利用1948-2008年61年NCEP／NCAR再分析资料,采用经验正交函数分解和奇异值分解等方法讨论了亚非夏季风降水的变化及其与热带东风急流的关系。结果表明：从包括撒赫勒在内的北非地区到印度西北部、青藏高原南部,直到中国华北东北地区,是亚非夏季降水的最主要的空间分布型式。亚非夏季风降水总体呈现出逐年递减的趋势。多年亚非季风区夏季降水分布与热带东风急流的强度有密切关系,在急流不同部位降水特征不同。亚非夏季风降水与热带东风急流呈显著正相关,二者的分布趋势在极大程度上吻合。     

三北工程区植被恢复对土壤风蚀的影响及植被恢复潜力研究

三北地区是我国重要的生态屏障,分析2000—2019年三北防护林体系建设工程（简称：三北工程）区植被恢复时空变化状况,厘定人类活动与气候要素对植被恢复的贡献,探究植被恢复对土壤风蚀影响,评估植被恢复潜力空间,可为三北防护林体系建设工程未来规划管理和科学施策提供参考。本文在选取植被覆盖度和植被净初级生产力表征植被恢复状况基础上,利用地面数据,结合模型模拟,定量评估了2000—2019年三北防护林体系建设工程区植被恢复程度及其对土壤风蚀的影响,并对植被恢复潜力进行探究。研究结果表明：① 2000—2019年植被恢复程度高、较高的面积,占总面积的35.29%和13.16%,主要分布在黄土高原区及北部区域和风沙区与东北华北平原农区的部分地区。人类活动与气候因素对植被恢复贡献率为10.45%和89.55%;② 土壤风蚀以轻度侵蚀和微度侵蚀为主,呈逐年下降趋势,剧烈侵蚀面积减少了66.45%,防风固沙服务得到进一步提升。植被恢复程度与土壤风蚀模数呈负相关关系,植被恢复程度较好有助于降低土壤风蚀模数;③ 三北工程区森林、草地和荒漠生态系统仍有8.16%的恢复潜力,内蒙古高原北部部分地区、哈顺戈壁北部和准噶尔盆地西北部及周边区域、黄土高原南部部分区域存在较大恢复潜力。