西北干旱区黑河下游植被覆盖变化研究综述

植被作为干旱区敏感的环境要素, 能直观反映自然环境状况, 任何植被覆盖变化都可揭 示区域环境状况的演化与变迁。因此, 植被覆盖变化研究已成为揭示干旱区自然环境变化及其规 律的重要手段。本文针对干旱区黑河下游这一特殊地域及其植被生态系统存在的问题, 综述了植 被覆盖变化及与其密切相关的地下水、土壤水盐平衡、全球气候变化和人类活动等因素的关系, 目的是全面分析与植被覆盖变化相关的各因素, 为分析植被覆盖变化机理及进一步研究黑河下 游生态环境演变服务。最后总结了目前黑河下游植被覆盖变化研究中存在的问题, 并提出了相应 的解决策略, 为区域植被覆盖变化研究提供了参考依据。     

黑河下游植被对调水的响应

由于黑河下游来水量的减少,黑河下游绿洲面积急剧退化.为了改善黑河下游的生态环境问题,遏制绿洲进一步退化的趋势,国务院批复于2000年开始对黑河下游进行调水,通过9年调水,黑河下游水资源时空分布发生了很大变化.为了客观评价黑河下游植被对调水的响应,本文通过实地调查、遥感等手段,分析了黑河下游1995-2004年地下水埋深、典型植被、景观类型及东居延海在调水以来的变化情况.研究结果表明:黑河下游生态环境对调水响应明显,下游生态环境向良好的方向转变.     

基于遥感的贺兰山两侧沙漠边缘带植被覆盖演变及对气候响应

使用NOAA/AVHRR 8KM 1981-2001数据,以及准同期逐日观测气象数据,用GIS与RS空间分析方法和数理统计的分析方法对数据进行了归纳和插值处理。对贺兰山东西两侧腾格里与毛乌素两大沙漠的南缘带植被覆盖、气候要素的降水与气温变化特征以及它们之间的响应关系进行了分析。通过比较得出不同干湿条件沙漠边缘带植被覆盖状态变化的差异,以及各自生境对气候变化的响应特征。研究表明:气候条件中水分条件是决定干旱区与半干旱区土地覆盖状态的关键性因素;但是地形条件对植被覆盖的季相差异的影响也不可忽视;与植被覆盖相比,低覆盖植被分布面积的变化可以更好的揭示生态环境对气候变化的响应;整个研究期气候整体趋于暖干化,暖干程度在1999-2000年达到了高峰,随之植被覆盖在2000-2001年达到了最低值。这说明生态环境对气候变化的响应存在一种时间上的滞后性。从RS与GIS角度为干旱区与半干旱区沙漠边缘带宏观土地覆盖变化研究提供了一种较为可靠方法,为因地制宜进行生态环境综合治理与防治土地沙漠化也提供一种新的参考。     

基于MODIS/EVI的内蒙古高原西部植被变化

内蒙古高原西部生态环境脆弱,是全球变化的敏感地带.为了解该区域植被覆盖的时空动态变化,根据2000—2012年MODIS/EVI影像,使用趋势分析和标准差分析方法,研究了近13年内蒙古高原西部植被生长状况及其空间格局动态变化.同时,根据《1:100万植被类型图》把研究区分为荒漠区、草原区、草甸区和灌丛区,以研究不同植被类型下的EVI变化情况.结果显示:内蒙古高原西部植被覆盖退化面积大于改善面积;植被退化区主要分布在内蒙古农牧交错带北部边缘,包含乌兰察布、呼和浩特、包头等市及大通河、疏勒河、黑河等河谷地带;植被增加区域分布在河西地区、河套地区和阿巴嘎旗附近;研究区植被稳定性存在明显的地域差异,波动较高的区域位于阴山南部、祁连山南北和阿巴嘎旗,与植被覆盖退化或者增加的区域基本吻合;仅荒漠区植被覆盖水平上升,草甸、草原区植被覆盖退化严重.     

基于LiDAR数据的额济纳绿洲胡杨(Populus euphratica)河岸林植被覆盖分类与植被结构参数提取

黑河下游额济纳旗气候极端干旱,生态环境十分脆弱,该区域胡杨(Populus euphratica)河岸林植被覆盖分类与植被结构参数提取是生态环境评价、植被变化分析、区域生态水文过程研究的基础。利用机载LiDAR数据,综合多种处理方法,进行植被覆盖分类与植被结构参数提取,分析了胡杨河岸林的分布和生长状况。结果表明,植被覆盖分类总体精度和Kappa系数分别为95.86%和0.91,整体分类精度高,能够有效区分额济纳绿洲中胡杨、柽柳、建筑物等,对胡杨树高、冠幅、胸径和叶面积指数等植被结构参数提取精度总体较高,能够为多尺度生态耗水研究等提供有效参数。     

应用同位素研究黑河下游额济纳盆地地下水

黑河下游额济纳盆地位于两北内陆干旱区,大部分地区为戈壁沙漠,降水稀少,蒸发强烈,生态环境脆弱。盆地内天然植被的生长发育主要依靠于区域地下水,研究盆地地下水形成和循环机制,对流域治理、生态环境建设具有重要意义。本文采用环境同位素示踪技术,结合水化学分析方法和区域水文地质条件,研究分析了盆地地下水循环特征、地下水与地表水的相互关系和流域不同地区地下水补给来源等,为黑河下游水利工程规划和水量调度提供科学依据。     

近15 a黄土高原植被覆盖时空变化及驱动力分析

研究黄土高原地区植被覆盖变化及其驱动因素可以揭示研究区气候变化和人工生态调节过程对植被变化的影响。基于500 m分辨率的MODIS-NDVI数据和同期气象数据,运用均值法、斜率分析法、相关分析法及残差法,分析了2001-2015年黄土高原的植被时空演变变化特征及其驱动因素。结果表明：近15 a黄土高原植被在季度上总体都呈现增加趋势且存在一定差异,夏、秋季植被增加最为明显;黄土高原植被覆盖在空间上呈现自东南向西北递减的分布特征;植被NDVI变化在不同季节上都存在明显的空间差异;黄土高原植被NDVI对气温、降水的响应关系有明显的季节差异,并在空间上与降水的相关性显著,与温度相关性不明显;人类活动对植被覆盖变化有双重影响,其中生态恢复工程是黄土高原中部地区植被覆盖快速增加的重要因素。     

2000—2020年中国荒漠化潜在发生范围区林草覆被时空变化特征

干旱地区林草植被生长动态变化是研究荒漠化形成发展和演变过程的重要依据。本文基于改进方向性像元二分模型构建的2000—2020年中国荒漠化潜在发生范围区（PEDC）年植被覆盖度数据集,采用Sen+Mann-Kendall时间序列趋势变化检测方法,分析了2000—2020年PEDC,特别是林草覆盖区的植被生长状况时空变化特征。研究结果表明：① 2000—2020年,PEDC平均植被覆盖度为0.284,改进的植被覆盖度估算结果能够较好地反映研究区植被覆盖状况,估算精度为86.98%。PEDC植被生长状况不断趋好,其中干旱区表现最为突出,显著增加区域达到了48%,而亚湿润干旱区平均增长量最大为0.1。② 林草生态恢复工程措施效果显著,但植被恢复是个长期缓慢的过程,特别是林草面积的恢复。2000—2010年林草面积增加较少（0.002%）;2010—2020年增加较多（0.371%）。③ 2000—2020年PEDC林地植被改善最明显,草地则较为稳定,植被覆盖度显著性增加区域分别为76.4%和71.8%。其中林地植被覆盖度在亚湿润干旱区增长量最大为0.15,而整个研究区草地增长了0.06。本文更深入地掌握PEDC林草覆盖区长时间序列植被生长状况,为进一步制定和实施各项生态工程提供重要信息参考。     

沙丘风蚀坑的形态及动力过程的研究进展

随着风沙活动对全球变化的响应研究不断深入,沙质海岸、湖岸和半干旱区草原环境中不同程度植被覆盖沙丘及其风蚀坑的动态得到了广泛的重视。本文对沙丘风蚀坑的形态及动力学特征的研究成果作了初步总结,着重阐述了沙丘风蚀坑内气流场、沙粒输移和蚀积变化。最后,提出了沙丘风蚀坑研究巾存在的问题和主要研究趋势。     

干旱地区植被指数(VI)的适宜性研究

以位于典型干旱区的甘肃河西地区石羊河下游的民勤绿洲为例,对NDVI、SAVI、MSAVI和GEMI等4种VI(植被指数)受土壤背景光谱影响的程度和探测低盖度植被的能力进行了对比研究。通过分析VI提取植被信息时植被土壤噪音比的变化发现,植被覆盖较低条件下VI提取植被信息总体受土壤背景光谱影响程度较低,相比而言,GEMI提取植被信息中受土壤背景影响最小,其他3种VI的区别不太明显。通过分析不同VI随植被覆盖度增加的反映速率变化及不同覆盖条件下不同VI的取值范围的变化发现,NDVI探测低盖度植被的能力最强,GEMI次之。GEMI可能是干旱地区植被探测较适宜的植被指数。     

黑河下游绿洲NDVI对地下水位变化的响应研究

本研究选取黑河下游核心绿洲区作为研究区域,通过对绿洲区植被变化和地下水位的长期监测,分析黑河下游绿洲植被与地下水位的关系;通过表面分析以及空间分析方法,探讨地下水位变化对绿洲植被的分布格局的影响,揭示绿洲植被变化对地下水位的响应。结果表明：额济纳地区2001年归一化植被指数(NDVI)值整体上小于1990年NDVI值,植被生长状况较1990年差;2009年河道附近绿洲区局部NDVI值增加,但大部分NDVI值仍小于1990年。相较2001年,2009年西河中上段河道附近植被有明显改善,西河下段植被仍呈现退化趋势,这主要与东西河分水措施有直接关系;东河上段河道附近绿洲呈现明显好转,东河中段变化不大,而东河下段植被面积略微增加,东居延海周围植被明显好于2001年。通过比较1990年、2001年和2009年地下水位与NDVI值的关系发现,地下水较为适宜的水位仍保持在2~4 m之间,地下水位下降与植被退化或者植被盖度降低有直接关系。     

黑河下游五种不同植被类型土壤呼吸的差异性解析

土壤呼吸的微小变化会对大气CO₂浓度产生重大影响,尤其在极端干旱区。通过对黑河下游额济纳旗四道桥的混合林、胡杨、柽柳、农田及裸地的土壤呼吸进行研究,结果表明：2014 年夏季5 种不同植被类型的土壤呼吸速率大小排序：胡杨柽柳混合林 > 柽柳 > 农田 > 胡杨 > 裸地,各类型的5 cm处土壤温度和湿度无明显变化规律,土壤温度在22～35 ℃,土壤湿度集中在13%～61%的变化范围。探究了5 种不同植被类型的土壤呼吸速率与土壤温度、土壤湿度、地表温度、空气温度及空气湿度的线性相关关系,发现它们的土壤呼吸速率与土壤温度、土壤湿度、空气温度、空气湿度之间无显著相关（P>0.05）,表明水热因子对土壤呼吸的影响具有很大的不确定性。     

黑河下游地下水波动带土壤盐分空间变异特征分析

以黑河下游地下水波动带为研究区,根据64个样点的实验数据,采用地统计分析法对区域土壤盐分空间变异函数理论模型进行了选择,同时还利用GIS交叉验证(Cross-Validation)对目前较为薄弱的空间插值方法的适用性选择问题进行了分析.并在此基础上对整个区域土壤盐分空间分布进行了模拟,进而分析了其空间变异特征.结果表明:(1) 受地下水影响,黑河下游地下水波动带土壤盐分含量整体较高,且其空间分布具有明显的变异特征.在沿河流流向及垂直于河流流向方向上,各盐分要素在整体规律性变化基础上都存在局部性变异,且这种局部性变异在垂直于河流流向方向上比河流流向方向更显著;(2) 各盐分要素的变程为本研究今后合理布置采样点提供了参考依据,同时也为黑河下游地区水文及生态研究提供了有关研究尺度的参考信息;(3) 研究区土壤盐分空间分布模拟也为该区植被恢复提供了必要的土壤盐分信息,这对本区乃至整个黑河下游植被恢复及生态重建工作都具有重要指导意义.     

实施分水方案后对黑河下游地下水影响的分析

由于黑河中上游的水土资源近年来的大规模开发利用,加之缺乏有效的水资源管理,使得下游河道来水量逐年减少,进而产生了一系列严重的生态问题,为了遏制这种恶化,以及加以恢复和重建下游的生态环境,自2000年7月开始在黑河下游实施国家分水方案。本文根据近五年来的黑河分水资料以及对分水前后地下水监测区的地下水位观测资料进行分析,探讨了分水过程及分水量在各年的变化,以及分水前后地下水位的时空变化,同时依据前人的一些研究结果,探讨了分水前后地下水位与生态环境之间的关系,尤其是地下水位与植被生长之间的关系。进而为下游分水以及生态环境建设提供科学依据。     

黑河“97”分水方案适应性分析

黑河“97”分水方案自2000年实施以来,流入下游水量明显增加,缓解了下游生态环境恶化趋势,但在丰水年难以完成分水指标,其适应性受到各方关注。本文在分析“97”分水方案的技术特点及背景条件变化对分水方案适应性影响的基础上,通过构建黑河水资源配置模拟模型,对分水方案在不同需水条件和黄藏寺水库建成运行后长系列年（1958-2012年）实施情况进行了模拟,分析评价了黑河“97”分水方案的适应性。研究表明,由于分水方案制定和实施前后黑河经济社会、水系连通性等背景条件发生了较大变化,在现状工程和需水条件下,不能完成“97”分水方案的分水要求;在中游退耕至2000年水平和黄藏寺水库建成的情况下,虽然可以完成“97”分水方案的分水要求,但仍存在地下水超采情况,因此,基于20世纪80年代中期黑河经济社会和1955-1986年水文条件的“97”分水方案与黑河流域现状存在一定的不适应性。     

The research of three-dimensional numerical simulation of groundwater-flow: taking the Ejina Basin, Northwest China as example

Water is a primary controlling factor for economic development and ecological environmental protection in the inland river basins of arid western China. And it is groundwater, as the most important component of total water resources, that plays a dominant role in the development of western China. In recent years, the use-ratio of surface water has been raised, the groundwater recharge rate from surface water has been reduced, and groundwater has been exploited on a large scale. This has led to the decline of ground-water levels and the degradation of eco-environments in the Heihe watershed. Therefore, the study on the change in groundwater levels in recent years, as well as simulating and predicting groundwater levels in the future, have become very significant for im-proving the ecological environment of the Heihe River Basin, to coordinate the water contradiction among upper, middle and lower reaches of Heihe River Basin and to allocate the water resources. The purpose of this study is to analyze the groundwa-ter-level variations of the Ejina region based on a large scale, to develop and evaluate a conceptual groundwater model in Ejina Basin, to establish the groundwater flow model using the experimental observation data and combining Modular Three-Dimensional Groundwater Flow Model (MODFLOW) and GIS software, to simulate the regional hydrologic regime in re-cent 10 years and compare various water-delivery scenarios from midstream, and to determine which one would be the best plan for maintaining and recovering the groundwater levels and increasing the area of Ejina oasis. Finally this paper discusses the pos-sible vegetation changes of Ejina Basin in the future.     

利用多源数据估算黑河流域总初级生产力

总初级生产力（GPP）决定了进入陆地生态系统的初始物质与能量，但由MODIS GPP产品获取的GPP在地表覆盖复杂的黑河流域却不足以准确的反映生态系统物质与能量的分布。因此，利用MODIS影像数据、ASTER GDEM数据、30 m分辨率土地利用覆被数据和中国区域地面气象要素驱动数据，驱动VPM模型模拟黑河流域2015年5～10月的总初级生产力，并据此揭示黑河流域GPP在生长季的时空格局，时间分辨率为8 d，空间分辨率为500 m。研究结果表明：VPM模型估算结果的精度高于MODIS GPP产品，判定系数增长了45.5%，总均方根误差降低了57.0%；黑河流域生长季累积[WTBX]GPP[WTBZ]总体呈现出中游最高、上游其次、下游最低的显著空间分布梯度格局；全境与局部有植被覆盖区域的日GPP均呈先增加后减少倒U型变化规律，且前者在7月下旬达到最高值；植被覆盖率极低的地表区域生长季内的日GPP在基本稳定中上下波动，稳定值处于1 gC·m^-2·d^-1附近。     

MODIS-NDVI时序数据分析方法研究——以塔里木河下游第七次秋季输水为例

采用季节指数方法对MODIS-NDVI数据进行时序分析,以塔里木河下游为试验区开展生态环境遥感监测应用研究,对塔河下游2005年第秋季生态输水效应进行定量化评价:与2001年相比,此次输水改善了下游区域总体生态状况,距河道3 km内NDVI平均波动在0.7~0.85左右;而各河段区的生态改善程度因地而异,下游上段NDVI变异函数变程为0.65 km,后段为0.4 km;同时发现输水对植被物候历有16天的滞后作用;另外,输水后16天旱区植被状况最佳,输水后32天下游生态整体改善最为明显。利用NDVI时间序列可以对生态输水效应进行评估,然而NDVI空间变化与输水过程中地下水位抬升变化的相关关系需要进一步研究。