基于GRACE数据的黄河流域地下水储量变化与人口暴露研究

近年来黄河流域人与水资源矛盾愈发突出,尤其是地下水储量的过度消耗已成为限制该区域人与自然和谐发展的主要矛盾之一。基于重力反演与气候实验卫星数据和全球陆面数据同化系数数据,根据流域水循环与水量平衡原理,测算2003—2016年黄河流域地下水储量的变化情况,在探究其时空变化特征的基础上,识别了地下水储量下降明显区域的人口暴露度。结果表明：（1） 空间分布上,黄河流域地下水储量西多东少,由西向东下降程度不断加剧,且下降区域呈现由下游向中上游扩散的态势。下降区域主要集中在中东部地区,变化等级以较剧烈减少和剧烈减少为主。（2） 时间变化上,2003—2016年黄河流域地下水储量整体呈下降趋势,年均降幅为5.93 mm·a^-1。其中,2004—2016年为连续下降,2015—2016年的下降幅度最大;另外,地下水储量时间变化存在季节效应,地下水储量下降幅度春季最大、冬季次之、秋季再次之、夏季最小。（3） 地下水暴露风险状态下的地级市人口密度在空间上呈东高西低、中部交错分布的状态,暴露风险人口密度最大地级市共16个;地下水储量下降人口累积百分比呈现明显上升的趋势,在2016年达到最大值。研究结果以期为黄河流域地下水资源可持续利用提供科学参考。     

民勤盆地地下水水位下降特征与可持续利用评价

在水文地质调查的基础上，以地下水化学与同位素为基础数据，研究了民勤盆地地下水组成的琏本特征．自然演变规律和人类活动影响下的变化过程。地下水δ^18O较现代降水值低-3．5‰左右，表明民勤盆地地下水均为地质时期封存或入渗补给年代久远的古水，现代农业灌溉地下水是不可再生资源，大规模超采地下水导致地下水水位形成漏斗形曲面下降。作者以水量平衡理论为依据建立了估算地下水储量与农业经济规模灌溉可开采储量的“漏斗”模型，经计算绿洲浅层、深层地下水可开采静储量632亿m^3；绿洲浅层地下水淡水农业生产经济资源可开采总量为110亿m^3；按照目前开采速率，维持目前产业经济规模极限时问约为16．7a。因此，必须实施农业种植业经济向农业畜牧业、草业经济发展，以及产业调整期经济平稳过渡。     

塔里木河流域水储量变化及绿洲生态安全评估

绿洲是干旱、半干旱地区最具生态敏感性和独特性的景观类型,是维系人类生存和社会经济发展的重要区域。然而,在气候变化与人类活动双重影响下,干旱区水资源及其绿洲生境正发生剧烈变化。基于2000—2020年MODIS、GRACE卫星数据、土地利用数据和气象观测资料,通过计算植被覆盖度,估算植被初级生产力(NPP)和遥感生态指数(RSEI),系统分析了过去20 a塔里木河(简称塔河)流域陆地水储量和绿洲的动态变化并完成了绿洲区生态安全评估。结果表明：(1)2002—2020年塔河流域陆地水储量以0.27 mm·月^-1的速率减少,空间上塔河流域陆地水储量在北部和西部区域显著减少,而在南部区域显著增加。(2)2000—2020年塔河流域绿洲面积显著增加,面积增加6.49%(0.42×10⁴km²)。塔河流域整体生态环境呈转好趋势,生态等级由较差级别转为中等级别,生态改善区占总流域面积的69%,而生态退化区面积不足5%。塔河流域归一化植被指数(NDVI)由2000年的0.13增至2020年的0.16,近20 a植被覆盖度增加36.79%...     

"三江并流区"水储量的时空变化特征及其对ENSO的响应

青藏高原东南部的"三江并流区"气候环境复杂且敏感,陆地水循环过程空间分异明显,在全球气候变化背景下,区域旱涝灾害频发,水循环过程发生变化,刻画区域水储量时空变化特征有助于揭示灾害事件产生的原因。本文使用GRACE RL06数据、水文模型数据、实测数据等,反演获得了2002年4月—2016年8月"三江并流区"水储量变化时间序列及其多年变化空间分布,分析了水储量异常与旱涝事件的联系,进一步探讨了ENSO对水储量影响的强度及滞后程度,并就水储量反演的不确定性做了讨论。获得如下结论:(1)区域水储量处于下降状态,除个别年份,水储量的亏损超过35 mm/a,区域整体较干旱,土壤水是水储量变化的主要组分,区域干旱事件的发生大多与土壤水的持续下降有关;(2)水储量变化空间分异明显,西南下降、西北上升,怒江流域为水储量严重亏损的区域,水储量持续下降的区域常伴随着干旱事件的发生;(3)ENSO对水储量变化的影响存在2.72个月的时滞,每个月的影响强度为0.95 mm,水储量存在重大亏损的区域,ENSO影响强度相对偏大;(4)使用双重尺度因子能在一定程度上恢复滤波造成的误差,但受数据空间分辨率的影响,反演结果仍只能反映变化趋势,难以刻画水储量变化的细部特征。     

天山北坡经济带土地利用效益评价

土地利用效益评价是衡量土地利用可持续发展的重要标度。从经济效益、社会效益、生态效益三方面建立天山北坡经济带土地利用效益评价的指标体系,利用熵值法确定各指标权重,对天山北坡经济带1990和2005年的土地利用效益变化及各类效益的协调度进行了综合评价,得出以下主要结论:(1)1990-2005年天山北坡经济带各县市的土地利用综合效益均有所增长,其中克拉玛依的综合效益上升幅度最大,而呼图壁的综合效益上升幅度最小,其余市县呈小幅增长。三大效益子系统在不同的市县具有较大的差异。(2)目前天山北坡经济带11个市县中有6个呈现出不协调状态;4个处于基本协调状态,总体协调状态不理想。1990-2005年的协调度动态变化区域差异明显。沙湾、乌鲁木齐、奎屯和乌苏的协调度呈现上升状态;协调度呈下降态势的是阜康、米泉、玛纳斯、呼图壁和克拉玛依,昌吉和石河子的协调度的变化较小。     

冰川冰储量计算方法及发展趋势

冰川冰储量不仅是冰川的重要属性,而且是核算冰川水资源及预测冰川变化的基础数据,因此准确计算冰川冰储量及其变化具有重要的理论与现实意义。目前冰川储量估算的主要方法有经验公式法、冰厚模型估算法、探地雷达法;冰川储量相对变化计算方法有实地测量法和遥感监测法。通过系统分析和讨论各计算方法的原理、现状及存在的问题,以期为冰川储量估算提供方法参考。研究表明：对于冰川冰储量计算而言,经验公式法适用于区域性或全球性的冰川储量估算;模型估算法适用于个体或小范围冰川储量估算;探地雷达法适用于人类易到达区域冰川储量的估算。对于冰川冰储量相对变化计算,实地测量法适用于对精度要求高且满足实地测量条件的单条或中小型冰川,遥感监测法适用于全球性冰储量变化估算,但需改进算法和提高数据空间分辨率。目前,随着无人机技术的逐步应用,以及冰川流速等理论模型的提出,为冰川冰储量估算方法的发展提供了新契机。     

新疆天山中段南北坡水储量变化对比分析

区域水储量变化同时受多个水文气象要素影响。采用2003年1月至2013年11月GRACE重力卫星的UTCSR-RL05 L-2月数据,对比分析了近11 a新疆天山中段南北坡水储量时空变化特征及影响因素,并用GLDAS模型模拟结果进行验证。研究结果表明:(1)每年5~9月是天山中段水储量的消耗期,11月至翌年3月是水储量的积累期,北坡水储量的变幅大于南坡。(2)近11 a南北坡水储量均呈现增加趋势,北坡水储量增加幅度较大,其年周期的起始时间也较南坡早14 d。(3)在影响南北坡水储量的众多因素中,冬季水储量受降水影响较大,夏季水储量受蒸发影响较大,而雪水当量变化则在冬春季节对水储量产生一定影响,但春季具有延迟性。(4)北坡水储量与降水蒸发差的一致性较好,而南坡相对较差。     

近40年甘肃省耕层土壤有机碳时空分异及影响因素

区域耕层土壤有机碳（Soil Organic Carbon, SOC）调查是明确全球土壤碳储量和认识土壤碳循环的重要任务。利用甘肃省1980s、2000s、2020s等3个时期的耕层土壤调查数据,通过计算耕层土壤有机碳密度（Soil Organic Carbon Density,SOCD）,估算了甘肃省耕层有机碳储量。结果显示：（1）1980s、2000s、2020s甘肃省耕层SOC储量分别为97.68、109.14、123.13 Tg,近40年固碳总量约为25.45 Tg,固碳速率为0.012±0.01 kg·m^-2·a^-1,说明当前的农田管理措施有利于研究区耕地土壤长期固碳;40年间河西绿洲灌区、黄土高原区和陇南山地区耕层SOC储量呈增加趋势,甘南高原呈下降趋势。（2）从不同土壤类型来看,黄棕壤固碳速率最大,栗钙土最小。（3）近40年间甘肃省耕层SOC储量总体呈递增趋势,化肥、有机肥施用量以及秸秆还田量的持续增加,提高了作物归还量,进而增加了耕层有机物质含量,最终促进了耕层SOC的累积。     

天山北坡土地利用/覆被及生态系统服务功能变化

土地利用/覆被变化及其生态效应是生态环境演变最重要的因素之一,其研究对于促进区域生态经济协调发展有重要意义。以天山北坡土地利用/覆被数据为基础,分析了土地利用/覆被与生态系统服务功能的时空特征及其差异。结果表明:1989年到2000年研究区草地、未利用土地面积明显减少,其它类型土地面积在增加,奇台县土地利用变化动态度最高,乌鲁木齐最低;区域生态系统服务功能从1989年的31 993.31×106元增加到2000年的32 126.27×106元,增加量为132.96×106元,增长率为0.42%,其中,增长最多的是奇台县,下降最大的是玛纳斯县;山前倾斜平原圈是土地利用/覆被变化与生态系统服务功能价值变化的集中区域。天山北坡生态系统服务价值没有降低不能说明生态环境得到了良好的维护与保育,将来区域发展必须加强生态环境保护力度。     

黄淮海平原耕地转移对植被碳储量的影响

应用GLO-PEM模型和1988年NOAA/AVHRR遥感数据,估算了黄淮海平原植被净初级生产力(NPP),并根据NPP和植被凋落物产生量计算了不同土地利用类型的植被碳密度。通过对1988年与2000年土地利用图的叠置分析,统计了耕地与其他土地利用类型之间的转移量,并估算了耕地转移对植被碳储量的影响。研究发现,耕地转移对植被碳储量变化的影响在不同区域与不同土地利用类型上存在显著差异。1988~2000年间,耕地转移导致全区植被碳储量下降了0.24%,其中耕地转为建设用地是植被碳储量减少的主要原因。这一研究结论为正确把握耕地转移对区域植被碳储量的影响,并据此制订碳汇管理措施具有重要的参考价值。     

1990-2020年间念青唐古拉山中段北坡边坝地区冰川变化及气候响应

念青唐古拉山作为青藏高原东南缘重要山古冰川分布区,受季风影响,各区域冰川变化特征差异明显。论文通过Landsat TM/ETM+/OLI资料、ASRTMGDEM与气象数据,采用比值—阈值法、目视解译和VOLTA模型,结合实地考察,对1990—2020年间念青唐古拉山中段北坡边坝地区现代冰川进退状况、面积变化、冰储量变化以及冰川变化对气候变化响应特征进行研究。结果表明：① 1990—2020年5条冰川(玉贡拉冰川、玛拉波冰川、祥格拉冰川、孔嘎冰川、贡日—庚东冰川)末端高程逐渐升高,面积和冰储量分别减少30.38 km²和4.64 km³,总体缩减并呈现加速趋势。② 冰川冰储量减少0.14~1.92 km³,总体变化率为0.40%·a^-1。2020年上述5条冰川储量占1990年冰川储量的比例分别为0.70、0.99、0.98、0.91和0.82,显示出冰川规模越大,在短时间尺度的变化量越小。③ 气象数据分析显示,1990—2020年研究区冰川变化受气温升高主导,平均气温变化率为0.51 ℃。水热组合呈现温度升高—降水减少,且在最后10 a日益显著,预测未来冰川变化仍受气温控制并呈加速退缩趋势。④ 区域对比研究表明,念青唐古拉山冰川面积变化总体呈退缩状态,但各区域冰川变化特征差异明显。同时,不同研究方法对同一冰川区冰储量模拟结果相差较大,相对误差范围为34.45%~115.49%,精确的冰储量可对比研究方法仍有待进一步研究。     

1980—2020年新疆土地利用变化下生态系统服务价值时空演变分析

随着社会经济的发展,探究土地利用变化下生态系统服务价值(Ecosystem service value,ESV)时空演变对优化土地利用结构和区域持续发展有着重要意义。基于1980—2020年新疆土地利用数据,在ArcGIS和GeoDa支撑下,使用单位面积当量因子法、空间自相关等方法,分析新疆土地利用变化下ESV时空演变特征。结果表明：(1)1980—2020年新疆主要的土地利用类型是草地和未利用地,两者共占新疆总面积的91.00%。耕地和建设用地面积呈增加趋势,分别增长58.89%和166.79%;水域和林地面积减少量最多,分别减少29.95%和26.62%。(2)1980—2020年新疆ESV总体呈现“先增后减”的变化趋势,净减少1114.51×10⁸元(6.68%)。从空间分布来看,新疆ESV高值区和较高值区主要分布在阿尔泰山、昆仑山、天山(简称“三山”)和伊犁河谷地区,中等价值区和较低价值区分布在绿洲地区,低价值区主要分布在盆地和沙漠地区。(3)1980—2015年新疆ESV变化很小,但2015—2020年北、中天山地区EVS变化显著。2015—2020年北...     

过去陆地生态系统碳储量估算研究

准确估算陆地生态系统碳储量并认识其空间分布和时间演变规律是碳循环研究的关键 问题。本文回顾了全球与中国陆地生态系统在碳储量估算研究方面的若干进展, 包括基于各种方 法和资料的主要估算结果及其尚存在的不确定性。重点评述了末次盛冰期和中全新世两个时期 陆地生态系统碳储量的变化及其影响因素, 对8.2kaB.P.以来全球大气CO₂ 浓度呈现升高的现象 及其可能原因进行了讨论。全新世中晚期全球大气CO₂ 浓度逐渐升高与旧大陆地区陆地生态系 统碳储量减少的事实是一致的, 新石器时期特别是农业文明开始以后人类活动对陆地植被的持 续干预可能是造成陆地生态系统碳储量减少的原因之一。     

1959年来中国天山冰川资源时空变化

基于两期冰川编目数据与气象数据,对天山1959年来冰川资源的时空变化特征进行研究。研究发现：① 天山地区现有冰川7934条,面积7179.77 km²,冰储量756.48 km³。冰川数量以面积< 1 km²的冰川居多,面积以1~10 km²和≥ 20 km²的冰川为主,冰川集中分布在海拔3800~4800 m之间。② 在四级流域中,阿克苏河流域冰川面积最大为1721.75 km²,面积最小的是伊吾河流域,为56.03 km²。在各市（州）中,阿克苏地区冰川资源量最多,其面积和储量分别占天山总量的43.28%和68.85%;冰川资源量最少的市（州）是吐鲁番地区,面积和储量仅占天山总量的0.23%和0.07%。③ 1959年来,天山地区冰川面积减少了1619.82 km²（-18.41%）,储量亏损了104.78 km³（-12.16%）,其中数量以< 1 km²的冰川减少最多,面积减少以< 5 km²的冰川最为严重。④ 冰川变化呈现明显的区域差异,变化速度最快的是天山东段博格达北坡流域,变化最慢的是中部的渭干河流域。初步分析认为夏季气温显著上升带来的消融大于年内降水带来的积累是天山冰川退缩的主要原因。     

东南亚红树林时空变化趋势及驱动因素分析

为揭示东南亚红树林的时空变化特征及其变化驱动因素,基于Google Earth Engine (GEE)云计算平台,利用Landsat系列卫星数据及红树林分布数据集,采用趋势分析法分析了1990—2020年东南亚红树林的时空变化趋势,并利用地理探测器分析其时空变化的驱动因子。结果表明：1) 1990—2020年东南亚红树林面积整体呈下降趋势,面积减少1 467 883.1 hm²,年平均流失速率达1.1%;2)红树林面积增加的区域主要分布在菲律宾、印度尼西亚西部和东部以及越南北部等区域;3) 1990—2020年东南亚红树林退化的区域远远多于改善的区域,退化的区域占红树林总分布面积的79.25%,改善的区域占20.32%,仅0.43%的区域稳定不变;4)红树林变化受驱动因素的影响程度排序主要为养殖池面积>人口>红树林距道路的最短距离>年均温>年均降雨>地形,且各因子之间呈现交互增强作用,增强效果较为明显的主要有：养殖池面积-人口、养殖池面积-红树林距道路最短距离、人口-红树林距道路最短距离。     

咸海流域陆地水储量时空变化研究

采用2002—2016年GRACE(Gravity recovery and climate experiment)重力卫星JPL-RL06M数据分析咸海流域陆地水储量变化(Terrestrial water storage change, TWSC)时空变化特征,并结合CRU TS4.03气象数据、GLDAS-Noah地表蒸散发数据和高精度土地利用数据探究气候变化与人类活动对陆地水储量的影响。结果表明:(1)2002—2016年咸海流域陆地水储量变化呈现-3.20 mm·a~(-1)下降趋势,春、夏季陆地水储量呈盈余态势,秋、冬季呈现亏损状态;水储量变化在空间上表现为中部和东部盈余,周边亏损的特征。(2)2002—2016年咸海流域降水量呈-1.14 mm·a~(-1)下降趋势,地表温度呈0.11℃·a~(-1)上升趋势;相比气温,水储量变化与降水量相关性更强。(3)2000—2015年,咸海流域耕地面积小幅增加1.65×10~4km~2,水域面积减少;农作物耗水和灌溉需水的增加加剧了咸海流域水量支出,咸海流域蒸散发呈21.63×10~8m~3·a~(-1)增加态势,在空间上与陆地水储量变化的相关系数最高达0.74,是影响陆地水储量变化的主要因素之一。     

近40 a天山北坡气候与生态环境对全球变暖的响应

新疆天山北坡气候变化与生态环境的历史演变过程及未来可能变化趋势是天山北坡经济带可持续发展必须面对的问题,也是正确制定西部大开发战略方针的重要科学基础。通过利用天山北坡18个气象台站在近40a的气温、降水逐年月资料,采用相关分析及线性趋势分析等统计方法,分析了在全球变暖的大背景下,天山北坡生态环境演变特征及其与气候的关系,指出了未来的气候与生态环境变化对天山北坡地区的社会经济发展将产生重要影响。研究表明：天山北坡目前的生态环境正转向好的态势,天山北坡山区和平原普遍存在升温的变化趋势,尤其是平原绿洲升温比较明显。天山北坡在升温的同时,其降水量也呈现上升的趋势。     

毛乌素沙地绿洲化过程中生态服务价值及生态网络格局演变

揭示沙地生态系统服务价值及其稳定性网络格局的动态演变规律,对沙地分区治理及农、林、牧产业结构调整具有重要意义。以1986年以来土地利用变化数据为基础,统计分析毛乌素沙地生态系统服务价值（ESV）时空分异规律,以生态服务价值最大化为目标和策略,利用最小累积阻力模型（MCR）,探讨了毛乌素沙地生态网络格局演变规律。结果表明：（1）1986—2020年,随着毛乌素沙地绿洲化过程的推进,林地取代沙地成为毛乌素沙地的主导地类,2020年林草覆盖率达71.38%。（2）1986—2020年,毛乌素沙地生态服务价值整体上升了198.76亿元,1986—2006、2006—2020年沙地生态服务价值增长速率分别为每年2.51亿元和10.62亿元;从空间上来看极高生态服务价值区集中分布在河南乡和毛盖图苏木,至2016年以来逐渐扩展到苏米图苏木、嘎鲁图镇等区域。（3）生态网络格局呈明显的双区分异,即生态网络稀疏的西北区,以沙地复垦地、流动沙丘和半流动沙丘为主;以及生态网络稠密的东南区,以林草覆盖率较高的固定沙地和河流、湖泊水资源丰富地区为主,且随生态服务价值高值点迁移,稳定性网络结构逐年向东北方向偏移。     

新疆天山北麓水资源供需发展趋势研究

新疆天山北麓石油、天然气、煤、有色金属等矿产资源储量丰富,奎屯"金三角"地区大型石油化工基地、准东煤电、煤化工基地和以乌鲁木齐为中心的"天山北坡经济带"等均分布在该区域内,是新疆经济发展的龙头。GDP占全疆的56%,水资源却仅占全疆的11%,是严重的资源性缺水地区。目前经济社会发展,很大程度是靠超采地下水和挤占生态用水来维系的,水资源的"瓶颈"制约已成为普遍关注的焦点问题。近年来,围绕解决这一地区资源性缺水问题,跨流域供水工程相继建成或被提到议事日程,由此,受水区的水资源配置问题又成为普遍关注的热点问题。因此,通过分析预测天山北麓水资源供需发展趋势,对当地水资源及其可利用量、地下水超采情况、农业节水措施与潜力、生态环境保护目标及需水量等深入研究,结合外流域可调入的水量和社会经济发展布局,系统地提出了区域水资源合理配置及重点工程规划,这对天山北坡经济带生态环境保护和经济可持续发展具有重要意义。     

新疆天山北坡经济带土地利用时空变化特征研究

基于GIS平台,以新疆各县市统计资料及Landsat TM 影像解译得到的三期土地利用数据为基础,对天山北坡经济带1996-2004年土地利用数量、类型及其变化进行了分析.结果得出,前后2个4年间,天山北坡经济带林地和未利用土地是先增加后减少.在8年尺度上土地利用总的动态特征是,耕地、园地、林地、水域、建设用地及未利用土地面积增加,草地面积减少.8年尺度天山北坡经济带综合土地利用动态度为12.95%.前4年综合土地利用动态度为12.83%,园地、水域及未利用土地的年变化率较大,林地的年变化率较小.后4年天山北坡经济带综合土地利用动态度为1.58%,建设用地与园地的年变化率较大,草地及耕地的变化率较小,前4年变化程度比后4年明显.最后,引入单一土地利用类型相对变化率反映出天山北坡经济带土地利用变化存在明显的区域差异.政策变动、经济发展、城市化水平、市场需求和人口增长是天山北坡经济带土地利用变化的主要原因.