基于EOF和M-K的晋祠泉域岩溶地下水水化学时空变化特征分析

为研究晋祠泉域岩溶地下水水化学的时空变化规律,以2001-2014年该泉域内具代表性的岩溶水监测点水质资料为基础,以pH值、7大主要离子及TDS作为因子,运用经验正交函数（EOF）分析与Mann-Kendall（M-K）突变分析相结合的方法,对晋祠泉域14年的水化学场进行时空结构分离。结果表明:在空间分布特征上,pH值由北向南逐渐减小,汾河中段以南出现低值区;Ca2+、Mg2+、HCO3-、SO42-和TDS的空间变化趋势相似,整体上均是由北向南逐渐增加,等值线在古交一带较周围地区升高;K+ + Na+和Cl-含量在整个泉域普遍较低,但K+ + Na+在泉域边界处的王封和西寨一带含量升高,Cl-在古交以及西华苑处增高。在时间演化特征上,从2001-2014年pH值、Mg2+、K+ + Na+、HCO3-和Cl-含量基本在平均值上下波动;Ca2+和SO42-含量逐年降低,且分别在2008年和2009年之后呈明显的下降趋势;TDS在2005-2007年呈明显的下降趋势,在其它时段下降趋势不显著。      

1981-2006年西北干旱区NDVI时空分布变化对水热条件的响应

气候是植被变化的重要驱动因子. 利用1981-2006年GIMMS归一化植被指数（NDVI）时间序列数据,结合68个气象站降水、气温数据和DEM地形数据等资料,研究分析了西北干旱区植被活动的年、季变化和空间差异. 结果显示：在1981-2006年的26 a,西北干旱区植被的覆盖率增加了4.5%,年平均NDVI增加了3.2%;植被的生长季延长,主要表现在生长季的推迟. 从总体来说,植被覆盖率、生长季和NDVI值在2000年以前显著增加,而在2000年以后都呈现减小的趋势;其中,减少明显的区域是在伊犁河谷、中天山及平原区,在河流上游山区或源头以及部分河流两岸呈现增加态势;在年际变化上,大部分区域的气温、降水与NDVI相关性不强. 而年平均气温在4.58 ℃以下低温区和年降水在180 mm以上的相对湿润区,气温和降水都呈现正相关;在季节变化上,NDVI值在春季和秋季与温度相关显著,而夏季与降水相关性强. 2000年以后,植被覆盖率和NDVI值开始出现降低趋势与气温持续升高、降水量增幅下降有关.     

典型岩溶区潜在蒸散发变化及其影响因素

蒸散发过程是联系大气过程和陆面水文过程的关键环节,对区域/流域水循环过程和水量平衡具有重要影响。岩溶区,地表生态环境脆弱,对气候变化响应敏感,蒸散发可能是联系大气、水、热交换和碳循环的关键生态水文过程。准确地估算蒸散发对于深入研究岩溶水循环响应气候变化、碳循环、生态修复等具有重要作用。本文选择典型岩溶区桂林市为研究对象,基于1951~2015年桂林市气象站逐日气象数据,采用Penman- Monterith方法计算了潜在蒸散发量,利用Mann- Kendall非参数检验法和相关性分析研究桂林市潜在蒸散发的变化趋势及其影响因素。研究结果表明,桂林市潜在蒸散发具有明显的年、年际和季节尺度变化特征。1951~2015年桂林市潜在蒸散发呈显著的减小趋势,变化速率为-8. 02 mm/10a;夏季、秋季和冬季潜在蒸散发呈下降趋势,而春季呈微弱的上升趋势;夏季潜在蒸散发的显著减小是影响年蒸散发下降的主要原因;桂林市潜在蒸散发在1967和2003年左右发生突变;通过Mann- Kendall趋势检验和相关性分析得出,桂林市平均气温、最高、最低气温呈显著的上升趋势,而风速、相对湿度、日照时数呈显著的下降趋势;日照时数是影响桂林市潜在蒸散发变化的主要因素,其次是风速。     

典型冰冻圈地区植被变化对人类活动的响应研究 ——以祁连山为例

在全球气候变化、种植业结构调整等背景下,亟需对祁连山区的植被展开长期有效的监测和持续研究。基于2000-2017年分辨率为250 m的MODIS数据,采用Mann-Kendall时间序列非参数估计模型、相关分析等方法,分析了祁连山区生长季NDVI与植被盖度的时空变化特征及其与气候因子的相关性,并从正反两方面就人类活动对对植被的影响做了讨论,得出结论如下：（1）从东向西祁连山年平均NDVI整体上逐渐减小,NDVI随海拔升高呈先增大后减小的特征,NDVI最大的区域分布在海拔2 700~2 900 m的范围内;（2）祁连山区域内NDVI显著减小的区域占祁连山总面积的0.6%,而显著增加的区域占总面积的33.6%,植被呈现出整体向好,局部退化的趋势;（3）2000-2017年,林地、草地和其他土地利用区的植被盖度分别以0.0029、0.0026和0.0004的速率增加,工矿用地的覆盖度以0.0112的速率在减少,反映出工矿业开发活动是造成植被盖度下降的主要因子;（4）植树造林区植被NDVI以0.0455的速度增加,而工程实施和矿产开发区NDVI以0.0125速度降低,表明人类活动是导致植被群落变化的主要因素之一。     

气温、降水量和人类活动对长江流域植被NDVI的影响

为了了解气温、降水量和人类活动对流域植被NDVI(normalized difference vegetation index)的影响,以长江流域为研究区,运用一元线性回归分析法和Theil-Sen Median趋势分析法研究了长江流域气温、降水量和植被NDVI变化特征,同时利用相关分析法和残差分析法探讨气温、降水量和人类活动对植被NDVI变化的影响.结果表明:1960—2015年长江流域年平均温度显著上升,而降水量的变化趋势并不显著;1982—2015年流域NDVI呈显著增加趋势;1982—2015年流域NDVI与气温的相关性较高,然而与降水量的相关性并不显著;人类活动使流域NDVI增加的区域主要分布于流域北部、东南和西南部分地区,而使NDVI下降的区域位于流域中西部区域和长三角地区.气温对长江流域植被NDVI变化的影响大于降水,气候变暖和人类活动对流域生态环境具有一定程度的影响.      

基于NDVI变化的三江源生态环境演变分区研究

在对1 km分辨率的1993年NOAA/AVHRR、2000年和2006年MODIS NDVI数据进行归一化处理的基础上,通过变化强度参量分析三江源地区NDVI的空间变化规律,结合源区内温度、降水、湖泊和湿地变化等调查资料,利用GIS空间分析技术综合研究三江源地区生态环境变化.结果表明:在1993-12000年和2000-2006年,三江源地区NDVI下降区域面积分别占源区总面积的50.73%和23.85%.三江源地区在20世纪90年代环境恶化严重,NDVI下降强烈,随着2000年8月三江源自然保护区的建立,该区环境治理取得良好效果,源区NDVI呈现稳定、轻微增加趋势,但局部地区仍存在NDVI下降趋势.综合分析温度、降水、湖泊、湿地和NDVI的变化状况表明,三江源环境变化存在显著区域特征.     

基于GIMMS NDVI的青藏高原植被指数时空变化及其气温降水响应

青藏高原植被生态系统脆弱, 是研究全球气候变化陆地植被生态系统响应的理想场所。以GIMMS NDVI、 气温和降水及植被类型数据为基础, 利用一元线性回归模型、 相关系数、 偏相关系数及t检验方法, 分析了青藏高原1982 - 2015年NDVI时空变化及其气温降水响应特征, 结果表明： 1982 - 2015年青藏高原NDVI时间变化过程总体表现为不显著的增加过程, 空间变化以显著增加为主, 占总面积的63.26%, 分布在高原北部、 西部和南部; 显著减少集中分布在高原中东部和东南部, 仅占总面积的3.45%。青藏高原主要植被类型NDVI平均值表现为： 阔叶林>针叶林>灌丛>草甸>高山植被>草原>荒漠, 其中草原、 高山植被和荒漠植被NDVI呈显著线性增加过程, 灌丛、 针叶林和阔叶林植被的NDVI呈不显著的减少过程。青藏高原NDVI与气温相关系数空间上呈南北向分布, 具有纬度地带性特征, 显著正相关分布在高原中北部, 显著负相关分布在高原中南部; NDVI与降水的相关系数呈东西向分布, 具有干湿度地带性特征, 显著正相关分布在高原中部, 显著负相关分布在高原东西两侧。研究认为1982 - 2015年青藏高原北部水热条件缺乏区域NDVI出现显著增加趋势, 而高原东南部水热条件充足地区NDVI呈现出显著减少趋势。深入开展植被类型NDVI气候响应的差异性研究, 有助于深入理解全球气候变化影响的区域差异及科学制定植被生态保护政策。     

21世纪前中期三江源地区极端气候事件变化趋势分析

利用国家气候中心发布的IPCC SRES A1B温室气体排放情景下水平分辨率为25 km的连续气候变化模拟试验数据, 分析了三江源地区极端气候事件变化趋势.结果显示: 2001-2050年冷暖等级呈显著增高趋势, 其中以夏季变化最为明显, 冬季变化最小; 极端高温事件发生频次呈显著增多趋势, 而极端低温事件总体呈显著减少趋势; 干湿等级呈不显著增高趋势, 四季中只有冬季干湿等级呈减小趋势, 其余三季均呈升高趋势; 干燥和暴雨事件发生频次均呈显著增多趋势.地形尤其是经、 纬度和海拔对极端气候事件的变化趋势有明显的影响.     

大凌河流域1998～2019年NDVI时空变化及其对气温和降水的响应

利用9个国家气象站数据和1998～2019年SPOT/VEGETATION NDVI数据，运用趋势分析、偏相关分析和复相关分析方法，研究大凌河流域22年来NDVI时空演变规律及其与气温和降水之间的关系。研究发现：(1)研究区22年来植被覆盖整体变好，90.8%的区域NDVI呈增加趋势，不同季节变化趋势各异，夏季NDVI增长率最高，春季最低。(2)大凌河上游地区NDVI总体呈缓慢稳定增长状态，中下游地区增长与减退并存；(3)研究区NDVI总体与气温呈负相关、与降水量呈正相关，且NDVI与年降水量关系更密切。(4)研究区植被覆盖降水驱动型占总面积的4.33%，气温驱动型占比为0.03%，降水、气温共同驱动型占比为2.73%。     

2000-2014年蒙古高原植被覆盖时空变化特征及其对地表水热因子的响应

利用MODIS NDVI数据、同期地表水热组合数据和植被类型数据,对2000-2014年蒙古高原生长季和三季（春、夏、秋季）植被覆盖时空演变特征及其对地表水热因子响应模式进行分析。研究表明：这15 a来,蒙古高原生长季及三季归一化植被指数NDVI均呈增加趋势,且呈显著增加趋势区域主要集中在内蒙古地区,一定程度上反映了该地区生态恢复工程的有效性。研究区植被覆盖变化与地表水分指数LSWI有密切的关系,因此证明研究区植被覆盖的增加归因于自然和人为因素的共同作用。不同类型植被NDVI均呈增加趋势,其中荒漠植被NDVI增加最明显,森林植被增加平缓,且存在季节性差异。此外,不同类型植被NDVI受水热因子影响也存在季节性差异。     

1982～2015年渭河流域植被变化特征及气候因素影响

基于GIMMS NDVI3g（the third generation of Global Inventory Modeling and Mapping Studies Normalized Difference Vegetation Index）数据,结合趋势分析、Mann-Kendall检验和Pearson相关分析等方法,识别了渭河流域19822015年不同时间尺度（年、月及季节）植被NDVI的动态变化特征及气候因素影响。结果表明,近34年渭河流域NDVI呈现增长趋势,且20002015年NDVI较19821999年显著增长,趋势线斜率分别为0.003和0.001,退耕还林后植被覆盖状况明显改善;年均NDVI与气温呈显著正相关,与降水的正相关性较弱;月均NDVI与气温和降水都表现为显著正相关,相关系数分别为0.926,0.743;春秋季NDVI与气温呈现显著正相关,夏季NDVI与气温、降水的相关性不明显,冬季NDVI与前期气温存在滞后相关。     

基于时间序列植被指数资料的承德市植被覆盖时空演变分析

承德是京津冀地区重要的水源涵养区和防风固沙区,是京津冀生态环境支撑区的重要组成部分,其植被状况将直接影响着区域生态环境质量的改善。基于MOD13Q1时间序列NDVI资料,利用线性回归分析法、像元二分法、稳定性分析法等测度承德市全域2000—2018年植被覆盖时空演变特征,并分析气候、地形等因素对植被覆盖的影响。结果表明:（1）承德市全域植被状况年际变化总体发生了改善,植被生长季夏季的NDVI值最高,月度变化中7月份NDVI值最大,多年均值达到0.775 2。（2）植被年际变化趋势显著性存在空间差异,植被指数极显著增加区域面积最大,占比59.08%,而极显著减少和显著减少的区域面积较小,分别占全域的0.76%和0.58%,主要分布在承德市中部、南部等地区。（3）承德市各区县植被覆盖状况均以较高覆盖度为主,面积达到45 585.69 km2。在多年植被覆盖度稳定性格局中,西北部波动较大,其余大部分地区稳定性好,波动较低。（4）承德市NDVI受5—7月份降水量和月均温的影响较大,植被的长势可能受到了前期气象条件的滞后效应影响。地形特征对承德全域植被覆盖状况也有一定的影响,总体来看承德市地势低平地区的NDVI值相对较低。研究结果可为承德市加强重要区域生态保护、优化国土空间开发格局和科学制定生态修复措施提供参考。     

中国过去300年土地利用变化及其气候效应

以两种植被数据为基础,分别利用区域和全球气候模式对过去300年土地利用和地表覆盖变化的气候效应进行了模拟研究。结果表明,耕地面积不断扩大所造成的自然植被破坏可能对区域性气候产生显著影响。通过对不同时期植被特征下地面温度、降水和低层大气环流的比较分析发现,中国东部地区耕地取代自然植被后,全年平均温度有所降低,且存在明显季节差异。植被退化地区的夏季温度有明显升高而冬季温度则显著降低; 同时夏季降水和850hPa风场发生显著变化： 夏季降水明显减少,而这一结果与低层(850hPa)大气环流的反气旋性增强相联系,即植被退化使中国东部夏季风环流减弱,这与目前观测事实是一致的。土地利用引起的地表覆盖的变化可能是东亚季风减弱的原因之一。     

Assessing vegetation dynamics and their relationships with climatic variability in Heilongjiang province, northeast China

In this study, the vegetation dynamics in Heilongjiang province and their relationships with climate variability were assessed using normalized difference vegetation index (NDVI) and meteorological datasets from 1981 to 2003. The conclusions from our results are as follows: (1) After 1981, vegetation cover, as indicated by the NDVI, exhibited an insignificant increasing tendency. However, the inter-annual variations of the NDVI showed apparent spatial differentiations. (2) The inter-annual changes of the NDVI were different from season to season. The spring and autumn NDVI values increased, while the summer and winter NDVI decreased. (3) The annual NDVI was significantly correlated with precipitation. Thus, as compared to temperature, precipitation was the dominant climatic factor affecting the vegetation dynamics in Heilongjiang province. (4) The trend in the NDVI showed a marked homogeneity corresponding to regional and seasonal variations in climate. Additionally, land use changes also play an important role in influencing the NDVI trends over some regions. All of these findings will enrich our knowledge of the natural forces that impact the stability of boreal ecosystems and provide a scientific basis for the environmental management in Heilongjiang province in response to climate change and human activities.     

The relationship between drought activity and vegetation cover in Northwest China from 1982 to 2013

We investigated drought activity and the relationship between drought and vegetation in Northwest China over the period 1982–2013 using the standardized precipitation evapotranspiration index (SPEI) and the normalized difference vegetation index (NDVI). The indexes were, respectively, calculated from ground-based meteorological data and from remotely sensed satellite data. The spatial and temporal distributions of drought (SPEI) and of vegetation cover (NDVI) were compared using annual trends, and the relationships between these trends were analyzed. The results are: (1) Overall, Northwest China had a drought trend during the study period, although some a few regions show a significant wetness trend; (2) the mean annual NDVI fluctuates, but overall shows an increasing trend, particularly in some mountainous areas that have at least adequate water and vegetation cover, while unused land becomes degraded; (3) most regions show a positive correlation between SPEI and NDVI, although the western parts of the Tarim basin, Qaidam basin, and some regions in the southeastern part of study area show a negative correlation; and (4) the various regions respond differently to global climate change, but in general regions with more vegetation cover show increased vegetation growth, while regions with less vegetation cover are becoming degraded and thus more vulnerable to the adverse effects of climate change.     

黑龙江省漠河地区土地覆被与地表温度时空变化特征研究

以我国高纬度多年冻土区漠河县城区及郊区862 km²的区域为研究对象,基于RS和GIS技术对该区地表覆被变化和地表温度进行研究。结果表明：地表类型和地表温度反演结果与现场比对结果一致;从1988年到2015年,经过火灾后重建和城镇化发展,建设用地面积增加了11.33 km²;以2015年为例,冬季由于积雪覆盖,有79.02%的区域无植被覆盖,夏季有80.91%的区域为高植被覆盖。冬季地表温度和高程具有高度相关性,高程每升高100 m,地表温度平均升高2.27℃,表明该区地表温度也存在显著的逆温现象。该区城镇热岛效应全年存在,城镇区域地表温度高于全区平均值,夏季最显著,最高温差可达6.37℃。地表温度与NDVI具有明显的负相关关系;不同土地利用类型地表温度由低到高的顺序为水体-林地-草地-裸地-建筑用地。     

黔桂岩溶山区土地利用变化的社会经济因素分析

基于黔桂岩溶山区1990、2015年的土地利用数据和社会经济统计资料,利用典范对应分析方法对1990-2015年25年间的土地利用变化及社会经济驱动因素进行了实证分析。结论如下:（1）黔桂岩溶山区土地利用变化存在明显的时空分异现象;（2）贵州高原区以草地大幅减少和林地增加为主要特征;黔桂峰丛洼地区以水域面积增加和草地减少为主要特征;广西丘陵区的主要特征是耕地减少和建设用地增加。（3）贵州高原区土地利用类型变化以经济和人口因素为主要驱动力;广西丘陵区土地利用类型变化以经济因素和农业结构水平为主要驱动力;农业因素对黔桂峰丛洼地区的土地利用变化驱动作用明显。未来应提高贵州高原和黔桂峰丛洼地区岩溶山区草地生态功能重要性的认识,在加强森林植被恢复的同时加强草地资源保护;城镇化发展背景下黔桂岩溶山区应减少优质耕地占用,开发低丘缓坡土地,建设山地特色城市。      

Observed trends of climate and land cover changes in Lake Baikal basin

Land cover and vegetation in Lake Baikal basin (LBB) are considered to be highly susceptible to climate change. However, there is less information on the change trends in both climate and land cover in LBB and thus less understanding of the watershed sensitivity and adaptability to climate change. Here we identified the spatial and temporal patterns of changes in climate (from 1979 to 2016), land cover, and vegetation (from 2000 to 2010) in the LBB. During the past 40 years, there was a little increase in precipitation while air temperature has increased by 1.4 °C. During the past 10 years, land cover has changed significantly. Herein grassland, water bodies, permanent snow, and ice decreased by 485.40 km², 161.55 km² and 2.83 km², respectively. However, forest and wetland increased by 111.40 km² and 202.90 km², respectively. About 83.67 km² area of water bodies has been converted into the wetland. Also, there was a significant change in Normalized Difference Vegetation Index (NDVI), the NDVI maximum value was 1 in 2000, decreased to 0.9 in 2010. Evidently, it was in the mountainous areas and in the river basin that the vegetation shifted. Our findings have implications for predicting the safety of water resources and water eco-environment in LBB under global change.