2000—2020年亚马孙流域地表覆盖时空变化分析

针对亚马孙流域地表覆盖变化对当地生态系统以及全球气候变化具有重要意义这一问题，该文基于国家基础地理信息中心牵头研制的、经一致性处理的全球30 m地表覆盖产品(GlobeLand30)三期地表覆盖数据产品，采用景观格局指数和转移矩阵，分析了2000—2020年亚马孙流域地表覆盖的空间格局分布以及时空变化，并对其变化原因做出分析。结果表明：2000—2020年亚马孙流域林地和湿地面积逐渐减少，耕地、草地和人造地表的面积逐渐增加，水体先减少后增加。亚马孙流域2000—2010年和2010—2020年的地表覆盖类型转变方向基本保持一致；人造地表在地表覆盖类别中破碎现象最为显著，但其破碎化指数持续降低。亚马孙流域地表覆盖的变化主要受人类活动的影响，其中城市扩张和人口增加是林地减少的最主要因素。相关研究成果可为亚马孙流域未来的社会经济发展和生态系统保护提供重要支撑。     

基于土壤地形指数和遥感分类的SCS模型参数率定

以RS为主要手段,结合GIS技术,基于屯溪流域遥感影像,研究得到了屯溪流域两期遥感影像的土地利用分类结果。在此基础上,利用屯溪流域DEM数据得到TOPMODEL模型中的土壤地形指数,并与SCS水文模型和遥感信息相结合进行水文分区,率定SCS模型的径流曲线数参数(CN值),然后利用1982~2002年间屯溪流域的水文数据对结果进行精度验证。实验结果表明,该方法取得了较好的效果,模拟径流与实测径流间的平均误差仅为14.1%。     

基于SWAT模型的细河流域土地利用/覆被变化对径流影响的研究

土地利用/覆被变化对细河流域的水文过程影响显著。为研究不同土地利用/覆被情景对流域水文要素的影响情况,本文构建了适用于细河流域的SWAT分布式水文模型,并拟算出不同情景下的流域多年平均月径流量、多年平均地表径流深度、多年平均蒸发量以及多年平均土壤侧流。模拟结果显示:当流域农林用地增加时,平均月径流量增加了8.40%;当建设用地增加时,平均月径流量减少了4.11%;当旱地及其他未利用地增加时,平均月径流量减少了1.93%。综上所述,细河流域农林用地变化对径流产量的影响相对最大,其增加导致径流量增加;旱地及其他未利用对径流产量的影响相对最小,建设用地和旱地及其他未利用地的增加导致径流量减少。     

矿业城市土地利用/覆被变化的水文效应研究

矿业城市受到矿山开发与城市扩张的双重影响,生态环境遭到严重破坏,水环境问题尤为突出。本文以煤矿城市河南省鹤壁市为研究区,根据汤河流域1970—2015年土地利用覆被时空变化特征设定5种不同时期土地利用情景,采用SWAT模型模拟分析5期土地利用/覆被变化的水文效应以及变化规律。研究结果显示,1970—2015年间,土地利用变化引起流域内蒸散发量、土壤下渗量和地下径流量年均分别减少-1. 48 mm、-0.38 mm、-0.29 mm,地表径流量年均增加0.76 mm,汛期与非汛期径流增加;在不同水文年份,土地利用变化对平水年的年径流影响最为明显,对枯水年年径流的影响大于丰水年。本文主要提出了以矿业城市土地利用变化对水循环的影响,该方法对矿区范围内水资源的科学管理具有一定的参考意义。     

不透水面与地表径流时空相关性研究——以杭州市主城区为例

城市化进程中不透水面的扩展对城市地表水文循环产生了显著影响。研究不透水面与地表径流时空相关性能缓解城市内涝灾害,可为"海绵城市"提供建设意见。本文以杭州市主城区为例,提出结合BCI指数(Biophysical Composition Index)的线性光谱分解方法提取不透水面、植被和土壤盖度,提高了传统的线性光谱分解方法的精度。进一步结合SCS-CN模型(Soil Conservation Service Curve Number Method)模拟1990年—2017年杭州市主城区地表径流,在此基础上计算景观格局指数,研究杭州市主城区不透水面与模拟地表径流的时空特征,探究不透水面与模拟地表径流的关系。结果表明:(1)研究区近30年不透水面聚集度较高且呈增长趋势,增长速率趋于平稳,上城区和下城区不透水面面积占比最高,江干区、西湖区和拱墅区增长速率和增长强度相对较大。(2)研究区近30年模拟地表径流不断增长,220—240 mm的径流由中心城区向四周辐射,上城区和下城区模拟地表径流最高,与不透水面的演变趋势总体一致。(3)不透水面的空间格局与模拟地表径流高度相关,不透水面的斑块数量和破碎度与地表径流呈负相关,斑块所占景观比例、斑块密度、斑块聚集等与模拟地表径流正相关,可通过合理控制相关景观指标、优化不透水面空间格局控制地表径流。在此基础上提出了防止城市内涝的建议:增加绿地、花园等用地类型;减少大面积不透水面斑块,划分成更多的小斑块等。     

基于空间分布式汇流时间方法的流域洪水模拟模型及应用研究

基于空间分布式汇流时间方法的流域洪水模拟模型采用SCS模型,进行空间分布净雨强度计算。格网单元的流向用流域的DEM来确定,出口的直接径流就是在各个汇流时间段内到达出口的所有格网单元的体积流之和。模型结构简单、参数物理意义明确。基于对该模型的原理和运行流程的描述,以浙江皎口水库流域为例,对该流域的1979~2001年中的6场洪水的径流过程进行模拟。结果显示,皎口水库流域小时径流模拟值与实测值曲线拟合度较好,水量拟合指数平均值为1.04,平均模型效率系数为0.68。     

改进局部等体积算法下的城市内涝情景模拟

针对城市内涝问题,提出一种改进的局部等体积地表径流汇流模型。首先基于SCS模型获取地表产流;其次通过结合形态学重构方法对分水岭分割算法进行改进,获得相应的子汇水区,提升局部等体积汇流模型的精度;最后以武汉市中心城区为研究区,对模拟结果进行评价。结果显示：1)10 a、50 a重现期下的内涝模拟精度分别为78.1%和78.6%,模拟精度良好;2)最大积水深度、总积水面积、严重积水面积和总积水水量均与重现期呈正相关,并在降雨峰值处,各参数增长趋势均为最大;3)武汉城区2 h短历时降雨过程中,1 a重现期为城市内涝是否严重的分水岭;4)武汉城区暴雨内涝主要集中在江汉区和江岸区。     

全球典型流域地表覆盖变化与净生态系统碳交换量时空相关性分析

随着社会经济的发展,流域管理目标已从早期的防洪、供水、航运等转变为注重资源利用和生态保护的综合管理,并在全球生态系统碳平衡中扮演着重要角色。作为量化生态系统固碳能力的重要指标,净生态系统碳交换量(NEE)在不同地表覆盖类型中的碳源/汇能力存在显著差异。探究全球典型流域地表覆盖类型与NEE的时空相关性对流域生态管理等具有重要意义。本文以全球30 m地表覆盖数据(GlobeLand30)和全球陆地净生态系统碳交换量数据为基础,分析2000—2020年全球8个典型流域的地表覆盖及NEE时空变化特征,研究地表覆盖类型变化与NEE的时空相关性。结果表明：(1)2000—2020年,流域内耕地、裸地、人造地表、湿地、水体及苔原面积增加,草地面积先增加后减少,整体为增加状态;(2)2000—2020年,流域整体NEE先减小后增加,整体为减小趋势,碳汇能力增强;(3)2000—2020年,草地与NEE呈显著负相关,耕地、裸地、人造地表、湿地及水体面积与NEE在2010—2020年呈正相关,地表覆盖类型变化对NEE有显著影响。本文可为流域碳中和管制和土地利用空间优化调控提供理论参考,推动流域协同减排和高...     

巴音河流域土地利用变化及驱动力分析

分析了近27 a青海省海西州巴音河流域土地利用时空变化,可为流域生态环境保护、土地利用方式优化和尕海国家湿地公园建设提供依据。在野外考察基本土地利用类型基础上,利用1990年、2000年、2010年和2017年Landsat卫星影像使用随机森林分类方法获取4期土地利用现状信息,通过运用转移矩阵、重心迁移模型定量计算,从面积变化、类型转化和空间格局变化三方面研究该流域土地利用变化时空特征,应用主成分分析方法定量确定了驱动因素。结果表明：在研究时间段内,林地、水域、草地面积先减少后增加;建设用地面积持续增加,耕地面积先增加后减少;耕地、建设用地、水域重心迁移明显,耕地、建设用地重心向西南方移动,水域重心向东北方移动。人类活动是流域土地利用变化最主要的原因,近年来温度升高和降水量的增加也是土地利用类型发生变化的重要因素。     

基于GIS的乌江流域地表径流模拟研究

基于GIS平台，建立了数字乌江流域。在此基础上，选择5个典型子流域，利用流域1956-2000年的降雨和水文资料及流域2000年土地利用数据，分别计算5个子流域的年均降雨量、年均地表径流量和土地利用百分比；用多元回归分析工具建立流域年均地表径流量与年均降雨量和土地利用百分比之间的关系式，得到不同土地利用方式下的降雨径流模型；通过实测资料对模型进行验证的结果表明，模型模拟精度较高，相对误差在7％以内。     

基于MODIS地表温度产品的北京城市热岛（冷岛）强度分析

城市热岛是影响城市及其周边地区天气气候和空气质量的重要因素。利用2000-2005年MODIS（Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer,中分辨率成像光谱仪）分裂窗算法反演得到的1km分辨率地表温度产品分析了北京的城市热岛效应,发现白天城市热岛强度具有明显的季节变化,夏季最大值可以达到10℃以上,冬季变为冷岛,即城市地表温度低于乡村,最低值可以达到-5℃;模拟结果表明冬季城市冷岛的存在主要是城市和乡村地表热特性（热惯量）的差异引起的。夜间热岛强度的季节变化较小,全年稳定在5℃左右。选择北京周边地区比较典型的乡村耕地、山区森林以及永定河流域来研究乡村的选择对热岛强度的影响。发现选择不同的邻近区域作为乡村时,不仅城市热岛（冷岛）强度有较大变化,而且热岛强度的季节变化情况也有较大差异。冬季白天北京城市冷岛增加了近地层的大气稳定度,可能会降低城市空气污染物的扩散能力,加剧了北京冬季的空气污染。     

土地利用变化反事实情景模拟与评价——以湖北省嘉鱼县为例

引入了反事实情景模拟方法来模拟土地利用变化的历史,通过重构土地利用变化历史情景来辅助评价土地利用政策实施效果。以我国的耕地保护政策对粮食安全和城市扩张影响为例,构建耕地保护政策干预下的事实情景和假设无耕地保护政策影响的反事实情景,并借助CLUE-S模型进行土地利用变化情景模拟。通过比较两种模拟结果在耕地数量、产能、空间分布以及城市建设用地数量、效益和空间扩张的差异,实现对耕地保护政策实施效果的评价。实例研究表明,现行的耕地保护政策在遏制耕地流失、提高粮食产量、调整耕地及建设用地空间布局等方面取得了积极效果。     

基于人工蜂群CA模型的南京市土地利用变化模拟与预测

以南京市为例,构建人工蜂群元胞自动机（CA_ABC）模型,对2000—2007年的土地利用变化进行模拟以实现CA_ABC模型的校正,并以2007—2015年的土地利用变化为案例,验证该模型的有效性。模拟结果总体精度（OA）2007年为87.79%,2015年为80.61%;模拟结果的品质因数（FOM）2007年为21.23%,2015年为19.25%。基于CA_ABC模型和马尔可夫链预测未来城市土地总量,对南京市2025和2035年的土地利用格局进行了预测,对城市扩张和生态用地被侵占现象进行分析。模型预测结果表明,未来20年的城市扩张主要以牺牲耕地和林地为代价,2025和2035年80%的城市扩张面积来源于对耕地面积的侵占,17%的城市面积扩张是由2015年的林地转换得到的。研究表明,准确模拟、预测未来城市格局及评估城市扩张能够对生态用地侵占,以及为决策者合理规划城市、推动城市可持续发展提供帮助。     

基于Markov-CA的土地利用变化预测研究

综合集成土地利用变化模型,提出基于Markov（马尔柯夫）模型和CA（元胞自动机）模型土地利用变化预测模式并对其进行实证研究。研究结果是：从1987年到2013年,皇甫川流域土地利用格局变化的总体态势是：城镇用地、林地、耕地和灌丛的面积逐渐增加,其增加速率依次减小;水体、草地、沙地和裸砒砂岩面积逐渐减小,其中水体缩减的幅度最大。     

1990-2019年艾丁湖流域城市空间扩展遥感监测

基于卫星遥感影像,监测艾丁湖流域1990-2019年土地覆盖类型变化,并利用多种城市变化监测指数及雷达图方法,揭示以自然流域为研究范围的城市扩展变化过程,并探究其驱动机制.结果表明:①1990-2019年,流域内土地类型变化巨大,城市扩展明显,建成区面积扩大了近3倍;②流域内城市扩展经历了中速扩张和高速扩张两个阶段;③...     

海河流域NDVI对气候变化的响应研究

以海河流域为研究区,利用8 km分辨率AVHRR/NDVI数据和气象资料,逐像元对1981-2000年时段的流域NDVI值、年降水量和年均气温的变化率进行分析,计算了NDVI和年降水量、年均气温的相关关系.结果表明,1981-2000年时段内,海河流域年降水量变化总体呈现北部和南部增加,中部减少的趋势,其变化范围在-8...     

遥感资料在SCS模型产流计算中的应用

SCS模型在降雨径流关系上,考虑了土壤类型、土地利用和前期土壤含水量状况,使产流计算建立在较合理的基础上。但由于反映上述因素的综合指标CN的地区性、前期土壤含水量分级太粗、土壤分类的不通用性等,在我国直接应用误差太大。本文分析了误差太大的原因,提出了对SCS模型产流计算的改进方法;并采用土壤质地分类,提出用混合聚类法进行土壤分类。改进后的SCS模型产流计算不仅提高了精度,还可用来进行降雨径流预报。     

基于遥感的四川省二级流域地表覆盖变化动态监测

为分析四川省境内各二级流域地表覆盖现状及动态变化趋势,基于遥感技术获取四川省2000-2015年3期地表覆盖分类数据,并分析境内长江干流、嘉陵江、岷江-大渡河等流域地表覆盖现状及16年来的动态变化情况。结果表明,五大流域中,耕地面积及其占比最大的是嘉陵江流域,林地面积及其占比、建设用地面积最大的是岷江-大渡河流域,草地面积最大的是雅砻江流域,建设用地占比最大的是长江干流流域;2000-2015年,各流域地表覆盖变化率从高到低排名依次为:嘉陵江流域、岷江-大渡河流域、长江干流流域、雅砻江流域、黄河干流流域;各流域主要地表覆盖变化表现为耕地转换为建设用地和林地。     

基于SWAT模型的汉江上游流域径流情景预测研究

气候变化和土地利用是影响径流变化的主要驱动因素,为了精确预测未来汉江上游流域径流量变化趋势,基于SWAT模型、天气发生器BCC/RCG-WG以及CA-Markov模型预测了未来2种土地利用变化模式下的径流量变化,土地利用情景的设置建立在CA-Markov模型预测结果的基础之上,结合全国林地保护利用规划目标以及汉江上游林地具体情况。结果显示:未来汉江上游流域径流将呈现明显的上升趋势,林地增加情景下径流量升高率少于自然生态情景,这可能与林地增多导致生态需水量增大有关,因此,对于汉江上游流域的水资源保护不可盲目投入大量人为林地增加,而应遵循植被自然生长规律,延续当前生态保护政策,尽量以减少人为污染、提高全民节约用水思想意识策略为主。     

基于SCS的四川省高速公路沿线山洪预警模型

山洪是汛期多发地质灾害之一。受地形和气候的影响,西南地区高速公路沿线易受山洪威胁。为了更好地防范山洪灾害,保障交通安全,基于SCS模型推导了流域产生径流的临界雨量模型。以四川省高速公路沿线小流域为研究区,利用土地利用类型数据、土壤属性数据及降水数据等资料,计算得到了四川省高速公路沿线小流域发生山洪灾害的临界雨量。计算结果显示,四川省高速公路沿线流域的临界雨量在14—26 mm之间。与山洪灾害历史数据对比结果表明,模型预测效果良好。