2000-2015年石羊河流域植被覆盖度及其对气候变化的响应

内陆河流域植被覆盖度的敏感性是预测未来生物多样性变化的重要指标,是植被应对气候变暖的重要反馈。分析了2000-2015年MODIS-NDVI数据反演的植被覆盖度时空动态变化趋势,结合平均气温、降水量、日照时数、相对湿度、地面温度和蒸发量数据,研究了流域及各生态功能区的植被覆盖度与气候因子的相关性,探讨植被覆盖度变化过程中的气候因素制约方式,了解不同时空尺度下内陆河流域植被覆盖度在全球暖湿化过程中对气候的响应。结果表明：（1）石羊河流域平均植被覆盖度较低,上游的植被覆盖度59.4%,下游13.6%;2000-2015年,流域植被呈现改善趋势的面积远远大于退化的面积,盆地绿洲区植被覆盖度增加趋势最明显。流域植被总体恢复较好,但高海拔地区、城市和民勤绿洲的周边地区植被有不同程度的退化。（2）2000-2015年,石羊河流域各气候因子对植被覆盖度表现为不显著的相关关系,其中与降水量呈正相关的面积最大,与蒸发量呈负相关的面积最大;从上游到下游,植被生长与热量的相关程度逐渐变弱,与水分的相关程度则逐渐增强。（3）石羊河流域的植被覆盖度与气候因子的样条函数存在极显著的线性相关,水原涵养区和荒漠区的植被覆盖度对气候因子的响应较高;绿洲区的植被覆盖度对气候因子的响应相对较低。地面温度的变化是影响石羊河流域植被覆盖度空间格局变化的主要气候制约因素。     

新疆气候变化及其对生态环境的影响

近100年来,中国西部地区从19世纪末到20世纪初气温开始上升,20世纪40年代达到最高．以后气温下降．大约在70年代初达到最低．以后气温持续上升．增温主要出现在1970年以后。根据新疆56个气象观测台站的气温资料统计,年均温呈稳定的上升趋势。滑动t检验表明1980年是气温突变的转折点。新疆已有的气象观测记录表明．新疆温度变化和全国的变化较为一致。新疆降水量的变化比较复杂．分东疆、北疆、南疆加以讨论．南北疆降水增加明显,东疆则变化不大。降水量的增量北疆最大东疆最少,而降水量的增幅则南疆最大东疆最少。20世纪80年代中期以来,沙尘暴发生日数在波动中减少,与大风发生日数有很强的一致性。70年代以来。温度的升高,局部地区的降水明显,增加对新疆生态环境的影响进行了分析。     

新疆宏观生态的空间分异与变化

根据新疆环境和生态特点，将新疆划分为14个二级生态区进行了研究。结果表明，新疆荒漠与非荒漠生态景观面积大致相当，但空间分异较大。新疆北部荒漠景观占全区域的约1／3，非荒漠景观占2／3，宏观生态相对稳定；新疆东部荒漠景观占全区域的2／3以上，宏观生态十分严峻；新疆南部荒漠景观占全区域的1／2，宏观生态稳定性差。沙漠、绿洲、水体三种主要景观类型中，北疆阿尔泰山南坡、伊犁盆地及南疆叶尔羌－喀什河三角洲地区沙漠化呈降低趋势；天山北坡各段及准噶尔盆地西部，20世纪90年代以来沙漠化明显减缓；新疆东部及南部其余各地区沙漠化均呈现增强趋势。新疆水体景观的变化表现为天然和人工水体面积的消长。近50年来，新疆修建的水库和坑塘等人工水体总面积与同期天然水体缩小的面积基本相当，表明新疆水体景观再近50年来的变化主要体现为水体的空间位移。绿洲景观的变化表明，北疆地区天然绿洲与人工绿洲面积的比例已经从50年代的5：1以上下降到约1：1，南疆由6：1以上下降到3：1左右。天然绿洲的减少是绿洲生态局部劣变的标志。研究还表明，新疆宏观生态的空间分异主要受自然因素的影响，其中，区域降水量的影响最为重要。     

1982-2003年内蒙古植被带和植被覆盖度的时空变化

利用内蒙古地区1982-2003年遥感归一化差值植被指数(NDVI)数据,对植被带进行了分时段的划分,并以典型草原植被带为例,分析植被覆盖度时空变化及其与水热因子的关系.结果表明:在整个研究期间,典型草原带的面积呈增加的趋势,荒漠草原带的面积呈减少的趋势,森林带、森林草原带和荒漠带的面积趋势变化不明显.总体上看,从时段1(1982-1987年)到时段2(1988-1992年)植被带进化演变的面积占优势,从时段2(1988-1992年)到时段3(1993-1998年)进化和退化演变的面积相当,从时段3(1993-1998年)到时段4(1999-2003年)退化演变的面积占优势.在典型草原带内,多年平均植被覆盖度具有明显的季节变化,从5月上半月返青开始到8月下半月达到年最大值,其空间演进以大兴安岭两翼为中心,逐渐向东南的西辽河平原和向西的乌兰察布高原扩展.前期降水量与覆盖度季节增量年际变化之间呈正相关,显著正相关的区域位于锡林郭勒高原西部和乌兰察布高原,而气温与覆盖度季节增量年际变化的相关一般不显著.典型草原年最大覆盖度线性趋势降低与升高的面积分别占52.6%和47.4%,其中,呼伦贝尔高原西部边缘以及大兴安岭山麓两侧的年最大覆盖度呈显著降低的趋势,而西辽河平原西南部和努鲁儿虎山东段的年最大覆盖度呈显著升高的趋势.年降水量是影响年最大覆盖度的主要因子,而年均温对年最大覆盖度的影响不明显.     

2000-2015年毛乌素沙区植被覆盖度变化趋势

毛乌素沙区是中国生态安全屏障的重要组成部分,土地沙漠化严重,近年来国家和地方政府实施了一系列生态保护与建设工程。利用2000-2015年MODIS13Q1 NDVI产品、年平均气温、年降水量数据,采用回归分析方法和显著性检验,对毛乌素沙区植被覆盖度变化趋势及其对气温、降水变化的响应进行了分析研究。结果表明：（1）毛乌素沙区植被覆盖度总体由东向西呈减少趋势,大部分区域植被覆盖度在30%以下,沙地腹地依然明显存在极低植被覆盖的流沙区。（2）21世纪以来毛乌素沙区植被覆盖度总体呈增加趋势,但空间差异明显。中东部大部分地区及腹地流动沙带之间植被覆盖度呈显著、极显著增加趋势;西部西鄂尔多斯荒漠草原区植被覆盖度变化不显著;植被覆盖度变化显著或极显著减小的地区极少,呈点状零散分布。（3）毛乌素沙区植被覆盖度对气温和降水响应的敏感性存在空间差异,且存在时滞性差异。东部黄土高原过渡区和西部西鄂尔多斯荒漠草原区植被对降水和气温的响应敏感,植被覆盖度的变化与气温和降水因子呈显著相关关系;毛乌素沙地主体区植被覆盖度变化与当年总降水量和年平均气温相关性不强,但与时滞降水的相关系数显著增大,可能与毛乌素沙地土壤质地和植被类型对降水的分配与利用方式有关。     

青藏高原植被覆盖变化及其与气候变化的关系

近几十年来,全球气候变化对青藏高原植被覆盖产生了重要影响。基于青藏高原1981—2005年遥感影像及同期气象数据,结合生态学模型,分析了青藏高原植被覆盖度变化趋势及其与气候变化的关系。结果显示,25 a间,青藏高原温度升高、降水量增加,植被覆盖度呈"整体升高、局部退化"趋势;地表植被改善区主要位于植被低覆盖区,退化区主要位于高覆盖区;从不同植被类型看,除针叶林、阔叶林受采伐影响覆盖度下降外,其他植被覆盖度均不同程度的上升;植被覆盖度变化与同期降水量变化、温度变化均呈正相关,且具有明显的区域差异。     

近15a新疆不同类型植被NDVI时空动态变化及对气候变化的响应

为了研究新疆不同类型植被对气候变化的响应,以地带性划分的植被类型作为研究对象,1998-2012年为时间尺度,利用GIS的空间分析方法结合数学统计方法,分析了新疆各地带植被覆盖变化的时空分布特征;并采用"多元回归+残差插值"的方法,模拟了气温和降水量的空间分布;利用SPOT VGT/NDVI数据以及气候数据(气温和降水量数据),分析了5个不同地带植被的动态变化、年际变化和生长季内各月变化及其对气候变化的响应。结果表明:(1)新疆各地带植被覆盖度存在着显著差异,其中,温带北部草原地带高植被区和浓密植被区的范围较广,植被覆盖度较高,而高寒荒漠地带的极低植被区占该地带面积的一半以上,且植被覆盖度最低。(2)新疆各地带植被覆盖在近15 a间呈波动增加的趋势,5个地带的植被覆盖均有所改善,其中,高寒荒漠地带和暖温带半灌木、灌木地带的植被覆盖改善较为明显,其余3个地带均有少部分地区出现轻微改善现象。(3)温带半灌木、矮乔木荒漠地带,暖温带半灌木、灌木荒漠地带和温带半灌木、灌木荒漠地带4~10月的平均气温呈上升趋势,而温带北部草原地带、高寒荒漠地带对应的平均气温则出现下降趋势。5个地带的降水量在该时段内均表现为下降趋势。(4)基于年际尺度,新疆各地带植被NDVI与气温、降水量的相关性均不显著;基于月尺度,各地带植被NDVI受降水量的影响比气温大。同时,仅有暖温带半灌木、灌木荒漠地带植被NDVI与气温存在1个月的滞后性,其余4个地带对气温和降水均不存在滞后性。     

青海省都兰县察汗乌苏绿洲植被覆盖度变化研究

为研究青海省都兰县察汗乌苏绿洲植被覆盖度变化,利用归一化植被指数NDVI提取察汗乌苏绿洲不同时期的植被覆盖度等级图,定量分析评价植被覆盖度的多年变化。结果表明,近16 a来,察汗乌苏绿洲植被覆盖度总体呈现波动增长趋势,2001—2006年期间各植被覆盖等级变化幅度明显高于1990—2001年期间的变化幅度,1990—2001年植被整体向好的方向发展,有50 017.50 hm2的极低覆盖度植被转变为更高覆盖度植被,2001—2006年增加了6 026.85 hm2的极低覆盖度植被,并有4 048.47 hm2的高覆盖度植被减少,说明仍存在局部退化。影响都兰县察汗乌苏绿洲植被覆盖度变化的主要因子是生态工程措施、气候因素和水资源因素。研究结果可以为该区域植被恢复和荒漠化防治提供理论支撑。     

1981-2010 年柴达木盆地气候要素变化特征及湖泊和植被响应

以1981-2010 年柴达木盆地及其周边气象站点逐月气温和降水量资料为基础, 通过气候趋势分析、气候突变分析等方法, 研究了柴达木盆地气候要素的变化特征, 并结合Landsat TM/ETM+影像、NOAA/AVHRR-NDVI和EOS/MODIS-NDVI 数据, 研究了近30 年来柴达木盆地湖泊面积和植被生长的动态变化及其对气候要素的响应。结果表明:① 1981-2010 年, 柴达木盆地气温整体升高, 秋冬增幅最为明显, 年平均气温在1997 年发生暖突变, 1998 年以后升温趋势显著。② 1981-2010 年, 柴达木盆地年可利用降水量经历了“减少—增加—减少—增加”的变化, 但整体呈增加趋势, 1980-1985 年、1990-2001 年, 年可利用降水量呈减少趋势;1985-1990 年、2001-2010 年, 年可利用降水量呈增加趋势。③ 柴达木盆地湖泊面积受夏季可利用降水量影响显著, 1985-2010 年, 托素和冬给措纳湖泊面积呈“扩张—萎缩—扩张”变化;1985-1990 年, 湖面轻微扩张;1990-2001 年, 湖面明显萎缩;2001 年以后, 湖面显著扩张。④ 柴达木盆地植被生长受生长季可利用降水量影响显著, 1982-2010 年柴达木盆地植被生长呈“退化—改善—退化—改善”变化, 但整体呈改善趋势;1982-1985 年植被轻微退化, 1985-1990 年植被轻微改善, 1990-2001 年植被显著退化, 2001 年以后植被显著改善。     

2000—2019年新疆积雪终日时空变化特征

基于Google Earth Engine（GEE）遥感云平台,利用2000—2019年MODIS积雪产品资料提取和计算新疆积雪终日信息,利用趋势分析,变异系数等方法分析了新疆积雪终日时空变化特征和变化趋势。结果表明：（1） 新疆积雪终日以天山为界,天山以北长于南部,山区为积雪终日的高值区,盆地为积雪终日的低值区。北疆准噶尔盆地和伊犁河谷积雪终日在75~114 d之间,南疆塔里木盆地在0~31 d之间属于低值区。阿尔泰山脉、天山山脉和昆仑山脉区域在224~365 d之间属于高值区。（2） 南疆和北疆积雪终日有明显的时空差异,2000—2019年北疆准噶尔盆地和高海拔山脉地区积雪终日有明显的推迟趋势,推迟幅度达到14 d,占新疆总面积的8%。南疆塔里木盆地和东疆区域有明显的提前趋势,提前幅度达到16 d约占新疆总面积的44%。塔里木盆地和准噶尔盆地具有相反的变化趋势。（3） 新疆积雪终日年际变化差异显著,天山中段和北疆积雪终日出现不稳定状况,天山中段2002—2009年总体上呈现“M”型的特点,即多年积雪消融日年均值中出现明显的波峰和波谷,北疆2009—2019年积雪终日有较大的年际变化呈现出不稳定状况,出现明显的波峰和波谷,年际变化较大。     

近60 a新疆大气水分亏缺的时空变化特征

在全球陆地大气水分亏缺(VPD)已经增加、并将持续增强的背景下,新疆大气环境是否趋于干旱化值得探讨。利用1961—2020年地面气象观测资料,采用线性趋势分析、Mann-Kendall检验等方法,研究了新疆VPD的分布及时空演变特征。结果表明：(1)近60 a来新疆VPD整体呈现显著增加趋势,增幅为0.015 kPa·(10a)^-1。VPD在2005年发生突变,突变前为弱波动变化,突变后呈增加趋势。(2)各季节VPD均以增势为主,其中春、夏季增幅较大,冬季增幅最小。春、秋季VPD突变特征与年变化较为一致,夏季略晚(2006年出现突变)。(3)空间分布上,VPD呈现“山区低、盆地高”的鲜明格局。时空演变分析表明,全疆大范围地区(近83.65%的气象站点)VPD呈增势变化,而VPD呈下降趋势的站点多分布在天山山脉东段的北麓以及南疆盆地的北、西北缘。季节尺度上,春季VPD呈增势变化的站点数占比最高(96.15%),是新疆大气水分胁迫范围最广的时段,而冬季大气水汽含量相较稳定。     

荒漠绿洲交错区绿洲扩张与主要水文过程

干旱区绿洲扩张主要发生在荒漠绿洲交错区（边缘区），绿洲空间变化对地表主要水文过程有直接影响。为了更好地了解这一变化机制，以绿洲与沙漠、荒漠、石质裸山交错分布的张掖绿洲边缘区为对象，采用F显著性检查和Mann-Kandell趋势分析对1987年以来绿洲与不同生态系统之间转化特点与趋势进行了研究，同时分析了绿洲扩张与主要水文过程关系。结果表明：1987—2017年来荒漠绿洲交错区不同生态系统空间变化主要发生在绿洲与沙漠和荒漠3种生态系统之间。转化以绿洲扩张为主要特点，累积扩张了1 696.86 hm²，平均每年56.56 hm²。其中，沙漠和荒漠分别转化了31.73 hm²·a^-1和24.83 hm²·a^-1。黑河中游干流用水量在研究时段内无显著性突变，多年平均为7.68×10⁸ m³，对绿洲面积扩张无显著性影响。但是地下水埋深在1998年发生显著性突变，突变周期发生在1997—2000年。总体来看，绿洲面积每增加520 hm²，地下水埋深下降1 m。地下水位埋深对绿洲扩张有显著性影响，是绿洲扩张最敏感的水文过程要素。     

河西走廊山地绿洲荒漠复合农田生态系统服务价值变化及其影响因子

从不同生态功能区分析生态系统服务价值有助于认识生态系统服务功能的异质性。以肃南裕固族自治县、甘州区和民勤县为例,分别计算了河西走廊南部山地、中部绿洲、北部荒漠区2002年和2009年的农田生态系统服务价值,并采用多元逐步回归模型分析了不同功能区人类活动对农田生态系统服务价值变化的影响。结果表明:河西走廊单位面积农田生态系统基本服务价值和农田生态系统服务总价值都呈北部荒漠>中部绿洲>南部山地的空间梯度分异;在研究期内,不同生态功能区农田生态系统服务总价值都呈增长趋势,其中北部荒漠区增加了1.83×108元、中部绿洲增加了0.70×108元、南部山地增加了0.13×108元;农田生态系统基本服务价值,北部荒漠区年均增加0.16×108元、中部绿洲年均增加0.11×108元、南部山地年均增加0.02×108元;使用化肥等导致农田环境污染损失的价值都表现出不同程度的增大趋势;农业耗水损失价值方面,下游荒漠区年均减少0.11×108元,而中部绿洲年均增加0.03×108元,南部山地变化较小;回归分析结果显示河西走廊农田生态系统服务价值的变化主要是由种植业结构调整引起的,不同生态功能区所受影响程度具有一定差异性。     

新疆绿洲变化与资源配置协调性分析

绿洲是干旱区最重要的人地关系地域系统，绿洲面积的扩张给资源配置的协调性带来了巨 大的挑战。以新疆各绿洲为研究单元，运用 GIS 技术和数理统计方法对新疆 1990—2015 年绿洲面 积变化的时序特征和空间差异进行分析，通过计算研究区水资源负载指数、单位面积耕地水资源弹 性指数、人口弹性指数和经济弹性指数，探讨新疆绿洲变化的资源配置协调性。结果表明：（1）新 疆绿洲面积呈扩大趋势，扩张速度呈现出明显的波动性和阶段性特征。（2）绿洲面积扩张与单位面 积耕地水资源变化的协调关系以绿洲扩张为主，各地区单位面积耕地水资源占有量不断减少。（3） 新疆绿洲面积扩张与人口增长的协调性指数都小于 1，各地区人口增长速度大于绿洲面积扩张速 度，绿洲面积扩张与人口增长的协调性较低。（4）新疆 4 个研究区各个时期的经济弹性指数均大于 1，说明新疆经济发展速度高于绿洲面积扩张速度，其中，天山北坡对新疆经济发展贡献最大。     

2015—2020年中国土地利用变化遥感制图及时空特征分析

持续地开展国家尺度土地利用/覆盖变化遥感监测对于新时代国土空间规划和“美丽中国”蓝图绘制具有重要的科学价值。本文采用Landsat 8 OLI、GF-2等卫星遥感数据,融合遥感大数据云计算和专家知识辅助人机交互解译方法,研发了中国土地利用变化（2015—2020年）和2020年土地利用现状矢量数据（CLUD 2020）,建立了完整的30 a（20世纪80年代末—2020年）每隔5 a的30 m分辨率中国土地利用动态数据库。基于CLUD 2020数据,从全国和区域两个尺度揭示了2015—2020年中国土地利用变化的总体规律、区域分异和主要特征。研究表明：将遥感大数据云计算生成的30 m分辨率植被覆盖变化和地表类型变化检测信息融入到人机交互遥感解译方法,可有效地提高大范围土地利用变化遥感制图的效率和变化图斑辨识的准确性;精度评价表明,CLUD 2020一级类型制图的综合精度达95%。总体上,全国范围内国土空间开发强度与2010—2015年比较进入相对稳定状态。期间全国耕地面积仍保持减少态势,空间分异特征为耕地南减北增,东北松嫩平原及其与三江平原交界区大规模的旱地向水田转移,西北新疆南部开垦和北部退耕/撂荒并存;全国城乡建设用地持续增加,空间分异特征表现为由以往的沿海地区和超大、大城市集聚转向中西部地区的大中小城镇周边蔓延为主。全国范围的林草自然生态用地面积持续减少,但强度与2010—2015年比较有所下降;受气候变化的持续影响,青藏高原地区的河流湖泊等水域面积显著增加。以上土地利用变化格局与“十三五”期间国家高质量发展、生态文明建设宏观战略和气候变化的影响密切相关。     

气候变化背景下玛纳斯河流域绿洲适宜规模研究

近年来干旱区人工绿洲规模不断扩大造成水资源日益紧张，其可持续利用面临新的挑战。为宏观调控水资源提供依据，本文基于水热平衡原理，以干旱区典型绿洲玛纳斯河流域为研究区，采用2000、2005、2010和2015年的水文气象资料和各年（6~8月）TM遥感影像数据，分析了玛纳斯河流域在温室气体中、高排放（RCP4.5和RCP8.5）两种气候情景下，以及理想绿洲结构（AbdEI-Ghani）、现有绿洲结构两种绿洲分布情景下的绿洲适宜规模。研究结果显示：玛纳斯河流域2005、2010、2015年实际绿洲面积分别为2000年实际绿洲面积的109%，114.91%，92.39%；2005、2010、2015年适宜绿洲面积分别为2000年适宜绿洲面积的111.39%，118.8%，115.39%。2020年和2030年的结果对比发现，相同气候情景下AbdEI-Ghani绿洲结构的适宜绿洲面积低于现状结构下的绿洲面积，表明如果按照现状趋势发展，绿洲表现出过度开发的趋势。     

近55 a新疆净生态系统生产力对气候变化的响应

新疆地处干旱和半干旱气候区,明确其生态系统的碳汇大小及其对气候变化的响应对研究中国干旱区植被碳汇及其对陆地碳平衡的贡献具有重要意义。基于最新地面气象观测数据,利用大气植被相互作用模型AVIM2（Atmosphere-Vegetation Interaction Model 2）,在0.05°×0.05°经纬度空间网格上估算分析了1961-2015年新疆净生态系统生产力（NEP）的时空分布特征及其对气候变化的响应。研究结果表明：近55 a新疆NEP平均值为14.4 gC·m^-2,没有明显变化趋势。空间上看,约40%地区的NEP呈下降趋势,主要分布在天山两麓的城市人口聚集区;而60%地区NEP呈上升走势,其主要分布在新疆昆仑山脉、天山山区和人烟稀少的荒漠地区。新疆NEP对降水量变化更为敏感,气温的变化对NEP的影响并不显著。虽然新疆平均碳汇随着年降水量的变化而在源与汇之间波动,但是从多年平均来看,新疆仍然为碳汇区。     

新疆于田景观特征变化的遥感分析

以4期Landsat遥感影像为基础,结合两期土地利用图及历年实地考察资料,分析了1977—2002年间新疆于田的景观变化特征。研究发现,于田平原与荒漠区环境退化严重,荒漠增加而交错带减少,高生态级别的高覆盖度草地锐减;绿洲在稳定增长,以绿洲为中心的核心区生态环境质量却明显退化,但天然绿洲整体变化不明显,波动小且变化恢复较快;生态的主要退化期为20世纪70—80年代,此后趋于好转,1999年以后好转明显;人工绿洲的开发只是明显影响了绿洲近缘景观,对远缘影响较弱。     

艾比湖流域绿洲化与荒漠化过程时空演变研究

艾比湖流域生态格局是绿洲化过程和荒漠化过程相互作用的结果,以1990、2000年和2005年的遥感数据作为数据源,进行景观分类与制图,利用ArcGIS提取了艾比湖流域的绿洲和荒漠景观,基于占补平衡原理和变化检测,对比分析了绿洲退缩区和扩张区的数量特征和空间格局,并利用重心迁移模型得出绿洲和荒漠重心的变化趋势。结果表明：①1990-2005年间,研究区绿洲面积有所增加,荒漠面积呈减少趋势,绿洲退缩区的面积为1 853.75 km2,而绿洲扩张区的面积达到了1 912.13 km2。②研究时段内,绿洲的空间变化较大,其扩张区多位于艾比湖湖区周围以及艾比湖湖区西部以耕地为主的区域,绿洲退缩区主要位于研究区的东北部。③绿洲的重心向西南方向迁移了3.4196 km,同时,荒漠的重心向东北迁移,迁移距离为6.9999 km。     

新疆黄土分布规律及粉尘来源

通过新疆不同区域地形、黄土时空分布规律、物质组成等资料的对比,结合区域环流形势和沙尘天气的综合分析提出:不同黄土分布亚区,受不同的大气环流、局地环流和地形的作用,具有不同粉尘来源。南亚区主要来自塔克拉玛干沙漠,北亚区主要来自古尔班通古特沙漠,而形成西亚区黄土的粉尘主要来自中亚荒漠。