基于MOD16产品的我国2001-2010年蒸散发时空格局变化分析

蒸散发的时空格局分析对理解气候变化与水资源之间的相互影响具有重要的作用。本文基于MODIS全球蒸散发产品(MOD16),分析了2001-2010年我国陆面蒸散发的时空格局变化,得出以下结论：(1)站点尺度和流域尺度的精度验证结果表明,MOD16产品对于我国森林、农田生态系统类型,以及辽河、海河、黄河和淮河流域的模拟精度较高;(2)2001-2010年,我国年均蒸散发为532±10 mm,年内蒸散值变化最大的是东北区,月均蒸散变异系数为0.87,而西北区变化幅度最小,变异系数为0.19;(3)2001-2010年,我国陆面蒸散发年际变化总的趋势不明显,占陆地面积11.2%区域的蒸散发呈显著减少趋势(p<0.05),主要分布在青藏高原中部,内蒙古中东部地区及新疆北部,只有2.3%的区域的蒸散发增加趋势显著,(p<0.05),主要分布在黄土高原地区、黄淮海平原及东北平原;(4)通过对比干旱指数变化趋势、植被指数变化趋势图可以看出,蒸散发显著减少的区域主要分布于干旱加剧的半干旱地区,而蒸散发显著增加的区域主要位于植被变好的地区。     

基于SEBAL模型的渭-库绿洲蒸散量特征及影响因子研究

对渭-库绿洲蒸散发量的估算在绿洲水资源管理和分配以及生态环境的保护方面扮演着重要作用,同时对于深刻了解流域水循环和水文过程也具有重要意义。本文以渭干河-库车河绿洲为研究靶区,将Landsat TM/OLI遥感数据与地面气象站点实测数据相结合,利用SEBAL模型估算了渭-库绿洲1997年和2016年的日蒸散量,并对日蒸散量的空间分布特征及日蒸散量与相关地表参数的相关性进行了分析。结果表明:渭-库绿洲日蒸散量的空间分布表现为西高东低,北高南低的分布特征,其高值出现在水体和植被覆盖较多的绿洲内部区域,低值则分布在研究区东、东南和西部的低植被覆盖区域;在日蒸散量与植被指数(NDVI、SAVI、LAI)、水体指数(MNDWI、NDWI、TVI、VSWI、TVDI)和地表温度(LST)等地表参数的相关性方面,研究时段内全部地表参数与日ET具有较高的相关关系,Pearson相关系数都通过0.01水平的显著性检验,其中NDWI与日蒸散量表现出了最好的相关性,表明在渭-库绿洲水分对日蒸散量分布与变化的影响是最大的。     

土地利用和气候变化对海河流域蒸散发时空变化的影响

蒸散发（ET）是水文能量循环和气候系统的关键环节,研究ET的时空变化特征及其响应土地利用和气候变化的驱动机制对于理清流域水资源和气候变化的关系具有重要的意义。本文基于MOD16/ET数据集定量分析了海河流域2000-2014年ET的时空变化特征,并结合时序气温降水数据和土地利用数据,采用相关分析方法定量探索了ET与气候因子的驱动力关系。结果表明：① 海河流域2000-2014年ET表现为较为显著的空间分布格局,呈现出北部和南部高、西北部和中东部低的分布特性。不同土地利用类型的多年ET呈林地>草地>耕地>其他类型的特征;② 2000-2014年海河流域年均ET波动范围为371.96~441.29 mm/a,多年ET的均值为398.69 mm/a,平均相对变化率为-0.41%,整体呈下降趋势;③ 多年月ET与气温和降水均呈单峰型周期性变化趋势,年内月ET呈单峰变化趋势;④ 春秋两季的ET与降水和气温的相关性明显高于其他季节,ET与气温和降水的平均相关系数是-0.17和0.37,表明降水对于ET的响应程度强于气温;⑤ 驱动分区结果表明海河流域ET受气候因子驱动的主要类型是降水驱动型和降水、气温共同驱动型;⑥ 海河流域耕地ET变化气候因子驱动模式主要是降水、气温共同驱动型;林地、草地的驱动模式主要气温驱动型和降水驱动型,其他土地利用类型的驱动模式主要是受其他因素驱动。该研究将对海河流域水资源开发管理和区域气候调节起到科学指导作用。     

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。     

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。     

半干旱夏季放牧草地能量收支和地表蒸散量变化特征

以半干旱区域典型夏季放牧草地为研究对象,采用涡动相关法,获取了2012年5月至2013年5月水汽和能量通量观测数据,分析夏季近地层能量收支特征、地表蒸散量变化及其气象控制因子。观测结果显示:生长季有效能量的分配以潜热通量为主,非生长季则以感热通量为主;地表蒸散日总量最大值为3.0mm,日蒸散量大小主要取决于土壤温度、气温和净辐射;降雨量的季节分布是地表蒸散量季节变化的一个重要的影响因子。     

基于SPEI的内蒙古地区近55年干旱时空变化趋势分析

研究干旱变化的特征,有利于预防干旱发生.利用1961～2016年内蒙古境内的气温、降水数据计算得到不同时间尺度的标准化降水蒸散指数,结合趋势分析法、Mann-Kendall突变检验法和消除趋势波动(DFA)分析法,分析不同时间尺度干旱演变趋势及未来干旱预测.结果表明:①内蒙古年际干旱呈现增加趋势,1995年发生突变,由湿润转变为干旱.总体上,内蒙古地区呈现东部干旱程度加重,而西部减缓的趋势.轻旱发生频率较高,且东南部干旱的发生较多.②春、夏和秋季存在明显变干及突变趋势,且突变年份不一致,而冬季有不太明显的变湿趋势.春、夏和秋季干旱发生较为严重且范围较广.③在未来,内蒙古地区干旱将保持现有趋势,干旱仍持续一段时间.     

三亚热带雨林环境植被和地表能量空间分布特征

遥感地表能量信息通过空间分布及变化趋势体现生态系统要素的格局、状态、质量,客观反映城市生态系统的状态,是度量区域生态系统要素生态过程的重要内容。本文以三亚市热带雨林植被环境的地表能量综合响应特征和作用、影响关系特征为基础,采用植被指数分级、地表能量分级和植被-能量关系等指标,结合雨林垂直分带和植被分布信息,探讨近30年（1987-2016年）不同时期热带雨林环境的水平地带性、垂直地带性及其时空变化特征。结果表明：①近30年三亚市域植被覆盖比例维持在90%左右,植被指数分级构成以高、中数值分布为主,并呈现整体趋高态势。②各级地表能量分布比例的波动幅度在10%之内,中等地表能量级别范围呈现向低地表能量区域扩展趋势。③随着海拔高度的提升,植被指数高数值的热带雨林分布比例增加,地表能量值降低。④热带雨林的地表能量和植被指数的时空分布稳定性均高于人工植被。本文基于遥感地表能量综合响应特征和作用、影响关系特征建立的指标评价体系,可以为热带雨林生态系统的量化评价提供支持。     

北方农牧交错区干旱特征变化及其对植被总初级生产力的影响

北方农牧交错区地处半湿润/半干旱生态脆弱过渡带,干旱是影响该区植被生产力的关键因素之一。探究干旱对植被总初级生产力的影响,对深刻理解气候变化下生态系统生产力变化响应特征及优化区域碳水循环具有重要意义。为了更好地了解水分限制区不同干旱特征对GPP影响,本研究以北方农牧交错区为例,基于长时间序列的标准化降水蒸散发指数(SPEI3,1900—2020年)和植被总初级生产力(GPP,1982—2018年)等数据,首先采用小波分析明确SPEI3与GPP强相关周期,在此基础上利用游程理论识别干旱特征,进而分析了北方农牧交错区干旱特征与GPP的变化趋势,最后厘定了不同干旱特征对GPP的影响。结果表明:(1) 1982—2018年北方农牧交错区SPEI3与GPP在半年周期和年周期存在显著相关关系,滞后效应随时间变化而变化;年际分析能够减弱滞后效应对SPEI3与GPP相关性的影响;(2) 1900—2020年北方农牧交错区干旱历时、干旱烈度和烈度峰值均呈现显著增加趋势,干旱烈度随着干旱历时和烈度峰值的增加而加剧,干旱特征高值区往往具有更强的增加趋势;(3) 1982—2018年北方农牧交错区GPP总体呈...     

1980-2015年黄河流域降雨侵蚀力时空变化分析

本文利用1980-2015年黄河流域及周边166个气象站点36 a的降雨资料,采用日降雨侵蚀力计算模型,对克里金插值后的栅格数据,通过利用主成分分析法、isodata聚类和最大似然法实现区域划分,并在此基础上应用重心模型研究了黄河流域降雨侵蚀力的时空变化。研究结果表明：黄河流域内不同区域的年降雨侵蚀力差异较大,最小的区域在200 MJ·mm·hm^-2·h^-1左右变化,最大的区域可达3000 MJ·mm·hm^-2·h^-1,年降雨侵蚀力具有由西北向东南递增的趋势。年降雨侵蚀力大的区域其侵蚀力值在不同年份中波动范围也大。西宁、呼和浩特等所在的一区、二区和三区的年降雨侵蚀力的重心总体上呈现向东北方迁移趋势。太原、西安所在的四区、五区其重心总体上呈现向西南方迁移趋势,其年降雨侵蚀力重心迁移范围小,重心点分布更紧密。各区域年降雨侵蚀力重心的迁移范围在空间和时间尺度上总体呈现由西北向东南方向逐渐缩小趋势。     

Assessing the spatiotemporal distributions of evapotranspiration in the Three Gorges Reservoir Region of China using remote sensing data

Evapotranspiration (ET) is a critical component of the global hydrological cycle, and it has a large impact on water resource management as it affects the availability of freshwater resources. It is important to understand the hydrological cycle for the water resources planning and management. This study used Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) satellite derived ET, and potential evapotranspiration (PET) and Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) satellite derived precipitation datasets to assess the spatial and temporal distributions of ET, PET, and precipitation during the study period at Three Gorges Reservoir (TGR) region. Based on the topographic variations and land-use/land-cover distributions, the study region which includes five counties of Hubei Province and nineteen counties of Chongqing Municipality was divided into four study zones. The ET and precipitation data were evaluated using in situ observations. The ET, PET, and precipitation data were compared to analyze the spatial and long-term (2001-2016) temporal distributions of average annual ET, PET, and precipitation, and to understand the relationships between them in the study region. The results showed that each selected zone had highest ET at the counties with the Yangtze River passing through whereas lowest at the counties which were located away from the river. Results also showed increasing trends in ET and PET from south-west to north-east in the study region. Analysis showed TGR had a significant impact on spatial and temporal distributions of ET and PET in the study region. Therefore, this study helps to understand the impact of TGR on spatial and temporal distributions of ET and PET during and after the construction.     

基于HASM方法的黑河流域潜在蒸发量的模拟

潜在蒸发作为研究蒸发及区域水循环的重要因素之一,其模拟结果对相关领域的研究应用具有重要影响。利用 2000-2009年“黑河流域每日四次常规气象观测数据集”所提供的12个气象站点的潜在蒸发数据,对黑河流域潜在蒸发量进行模拟。首先针对潜在蒸发的特点,分析影响研究区域潜在蒸发的气象因素、地理及地形因素,使用多项式回归和逐步回归的方法对研究区域潜在蒸发进行了背景趋势模拟,选出影响潜在蒸发的最优影响因素组合,在此基础上采用高精度曲面建模（HASM）方法,结合站点实测数据,对去掉趋势后的残差进行精度修正。本文使用kriging法、IDW法和Spline法插值所得潜在蒸发数据,以及“黑河流域1980-2010年3 km 6 h模拟气象强迫数据”作为对照,比较验证模拟精度。模拟结果表明：HASM方法模拟精度最高,模拟结果分布合理,表明该方法在潜在蒸发模拟中具有应用前景。该方法所得到的潜在蒸发数据可作为基础地理数据供相关研究应用。     

基于DEM数字河网提取时集水面积阈值与河源密度关系的研究

以研究区3030个流域水文数据为基础,利用数字高程模型（DEM）并运用非线性拟合法分析中小流域集水面积阈值与河源密度的相关关系,分析集水面积阈值与河源密度的幂函数关系可得,幂指数a近似为-1,拟合公式常系数k具有区域分布特征,反映了不同地区的河网发育程度,k值越大,河源密度越大,河网越密集,河网发育程度越高。对河源密度随集水面积阈值的变化趋势进行分析,发现2个具有统计意义的阈值临界点,分别为河源从坡面到沟道及从沟道到河道的集水面积分界点,在研究区内选择不同k值区间的贡曲流域、辰清河流域和藤条江流域作为样本流域,利用样本流域数字正射影像（DOM）手工提取其沟谷河网及主河道河网的图形信息和水文信息,并与分界点处阈值提取的河网作对比,将分析得出的河网密度相对误差率作为检验标准,对临界点的物理意义进行检验。     

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。     

Spatial variability of soil carbon to nitrogen ratio and its driving factors in Ili River valley,Xinjiang, Northwest China

Soil carbon to nitrogen(C/N) ratio is one of the most important variables reflecting soil quality and ecological function,and an indicator for assessing carbon and nitrogen nutrition balance of soils.Its variation reflects the carbon and nitrogen cycling of soils.In order to explore the spatial variability of soil C/N ratio and its controlling factors of the Ili River valley in Xinjiang Uygur Autonomous Region,Northwest China,the traditional statistical methods,including correlation analysis,geostatistic alanalys and multiple regression analysis were used.The statistical results showed that the soil C/N ratio varied from 7.00 to 23.11,with a mean value of 10.92,and the coefficient of variation was 31.3%.Correlation analysis showed that longitude,altitude,precipitation,soil water,organic carbon,and total nitrogen were positively correlated with the soil C/N ratio(P 0.01),whereas negative correlations were found between the soil C/N ratio and latitude,temperature,soil bulk density and soil p H.Ordinary Cokriging interpolation showed that r and ME were 0.73 and 0.57,respectively,indicating that the prediction accuracy was high.The spatial autocorrelation of the soil C/N ratio was 6.4 km,and the nugget effect of the soil C/N ratio was 10% with a patchy distribution,in which the area with high value(12.00–20.41) accounted for 22.6% of the total area.Land uses changed the soil C/N ratio with the order of cultivated land grass land forest land garden.Multiple regression analysis showed that geographical and climatic factors,and soil physical and chemical properties could independently explain 26.8%and 55.4% of the spatial features of soil C/N ratio,while human activities could independently explain 5.4% of the spatial features only.The spatial distribution of soil C/N ratio in the study has important reference value for managing soil carbon and nitrogen,and for improving ecological function to similar regions.     

黄河三角洲蒸散的遥感研究

蒸散是水资源管理的一个重要参数。与传统的蒸散计算方法相比 ,利用遥感进行蒸散研究具有快速、准确、大区域尺度及地图可视化显示等特点。 SEBAL模型是一个应用遥感影像收集到的可见光波段、近红外和热红外波段信息对大区域范围进行蒸散计算的模型 ,它是基于地表能量平衡方程 ,通过计算地表净辐射通量 ,土壤热通量和显热通量 ,最后计算出用于蒸散的潜热通量 ,进而计算出遥感影像拍摄时的瞬时蒸散及当天的总蒸散量。本文利用 SEBAL模型采用 ETM+影像对黄河三角洲进行了遥感蒸散研究 ,并对黄河三角洲的蒸散特点进行了分析。蒸散研究对黄河三角洲水资源的合理利用有潜在的指导意义。     

Exploring the influence of environmental factors in partitioning evapotranspiration along an elevation gradient on Mount Gongga,eastern edge of the Qinghai-Tibet Platea,China

Evapotranspiration(ET) is a crucial part of the global hydrological cycle, and quantifying ET components is significant for understanding the global water cycle and energy balance. However, there is no consensus on the value of ET components, especially in topographic abrupt change zone, such as eastern margin of the Qinghai-Tibet Platea, where values of ET changes along the altitudinal gradients. Our aim is to explore the influencing factors in partitioning evapotranspiration and how ET components change with increasing elevations. A novel approach was proposed to estimate ET components by adding net solar radiation(Rn) instead of the vapor pressure deficit(VPD) into the underlying water use efficiency(u WUE) model based on one-year continuous measurements of flux data along the elevation gradient on Mount Gongga. Correlation analysis shows that the u WUE model's performance can be improved significantly by considering Rn instead of VPD, with correlation coefficients increasing by 35%-64%. The ratios of transpiration(T) to ET(T/ET) were 0.47, 0.48, 0.50 and 0.35 for the deciduous broadleaf forest(BF), mixed coniferous and deciduous broadleaf forest(MF), evergreen needle forest(ENF) and shrub land(SL), respectively. Leaf area index(LAI) and air temperature(Ta) were the two main controlling factors in determining T/ET during the growing season and at an annual scale, while Rn and Ta played more important roles during the dormant season. This study highlights the importance of incorporating Rn in partitioning evapotranspiration by using the water use efficiency(WUE) method in a humid mountainous region, which can improve the estimation of T/ET on a global scale.     

MIKE BASIN支持下的流域水文建模与水资源管理分析——以西藏达孜县为例

基于ArcView GIS平台,利用流域水资源规划管理软件工具MIKE BASIN,以西藏达孜县为试验区,采用50×50m格网DEM数据,开展拉萨河流域内的地表水的产汇计算,并进行流域水资源合理配置研究。本文建立了流域供需水的空间分析网络,对各汇流区进行流域模拟分析,研究结果以直观的专题图表显示,为本区的流域水资源管理提供了可视化的研究框架。