基于县域单元的湖北省碳排放时空格局演变特征

识别碳排放区域异质性对于制定有效的碳减排政策具有重要意义。本文运用线性回归模型、变异系数法、Hurst指数和空间自相关分析方法,开展湖北省县域碳排放空间格局演变特征研究。结果表明,1997—2017年间,湖北省碳排放总体呈显著的波动上升趋势,年均增速高达4.74%;各县域碳排放变化波动性存在显著地域差异,整体呈“中低波动居多,高波动较少”的趋势;各县域碳排放变化长期相关性特征明显,整体以中强持续性特征为主,比例达70%,分布相对较广,其中强持续性区域主要集中在武汉市内;各县域碳排放空间分布聚集效应显著,呈以武汉为核心向周围不断辐射的圈层格局。     

太平洋年代际振荡与中国气候变率的联系

利用1951～1998年的太平洋年代际振荡(PDO)指数、全球海洋和大气分析资料及中国降水和气温站点观测资料，分析了太平洋年代际振荡在海洋中的特征及其与东亚大气环流和中国气候变率的联系。结果表明，PDO与东亚大气环流及中国气候年代际变化关系密切。对应于PDO暖位相期(即中纬度北太平洋异常冷、热带中东太平洋异常暖)，冬季，阿留申低压增强，蒙古高压也增强(但东西伯利亚高压减弱)，中国东北、华北、江淮以及长江流域大部分地区降水偏少，东北、华北和西北地区气温异常显著偏高，而西南和华南地区气温偏低；夏季，海平面气压在北太平洋的负异常较弱，而在东亚大陆的正异常较强，东亚夏季风偏弱，西太平洋副热带高压偏南，热带太平洋信风减弱，赤道西风增强，此时华北地区降水异常偏少而长江中下游、华南南部、东北和西北地区降水异常偏多，东北、华北及华南地区气温异常偏高，而西北、西南和长江中下游地区气温异常偏低。对应于PDO冷位相期，上述形势相反。结果还表明，处于不同阶段的ENSO事件对中国夏季气候异常的影响明显受到PDO的调制。在PDO冷位相期，当ENSO事件处于发展阶段，华南地区夏季降水偏少，东北地区夏季多低温，在其衰减阶段，华北地区和长江流域降水偏多，淮河地区降水偏少；而在PDO暖位相期，当ENSO事件处于发展阶段，华南地区降水变为异常偏多，而华北地区降水异常偏少，东北低温不再显著，在其衰减阶段，华北地区降水变为偏少，长江流域降水更加异常偏多，淮河地区则趋于正常。     

中国东北植被生长峰值时空变化及可持续性分析

植被生长峰值不仅是典型的物候节点,也是植被最大生长能力的重要指示参数。本文以中国东北地区为研究区域,基于长时序遥感NDVI数据,采用Mann-Kendall检验法探索植被生长峰值的变化趋势,利用Hurst指数对植被生长峰值进行可持续性分析。结果表明:1)我国东北地区植被生长峰值时间点(POP)和最大生长幅度(PEAK)整体上呈现出波动上升的趋势。植被峰值时间点在东部以及北部阔叶林和草原区域表现为延迟趋势;植被最大生长幅度在中部、北部以及西南部表现为增强趋势,在森林区峰值时间点表现为延迟趋势,生长峰值表现为增强趋势;2)东北地区整体上植被返青开始期(SOS)和生长峰值时间主要以延迟为主,峰值幅度有所升高;3)Hurst指数结果表明,东北地区植被PEAK呈持续增强趋势,仅6.38%的区域与过去呈现相反的变化趋势,植被增强区域主要集中在中部地区。东北地区植被生长峰值变化可持续性研究,可以为评价东北地区植被固碳能力和生态系统功能提供参考。     

基于MODIS的神东矿区植被动态监测与趋势分析

以神府-东胜矿区(简称神东矿区)为研究对象,利用2000―2015年获取的250 m分辨率MODIS NDVI数据,采用像元二分法提取矿区植被覆盖度(fractional vegetation coverage,FVC)的基础上,利用一元线性回归方法和重标极差分析法分析矿区植被空间格局变化并预测其未来发展趋势。结果表明:16 a来神东矿区的年均植被指数(NDVI)呈上升趋势,增加速率为8.9%/10 a;矿区大部分地区地表植被覆盖得到改善,其中明显改善面积占比为50.43%,分布趋向为矿区东南方向;而退化面积仅为4.90%,分布在乌兰木伦河、窟野河两侧以及西部和北部沟壑区;65.03%的矿区区域Hurst指数值在0.35~0.45之间,具有较弱的反持续性;矿区中部Hurst指数较高,而西部Hurst指数偏低;结合FVC来看,矿区地表植被未来仅有较弱的退化趋势。综合遥感分析结果,神东矿区植被改善的主要原因在于神东矿区对环保的重视和投入的增加,以及科学和高效的生态环境综合防治技术体系的建立与实施。     

遥感反演和站点观测的地气温度分布特征差异

地表温度和近地表大气温度是地球系统、大气系统以及地—气相互作用物理过程的重要参量。在陆地—大气的相互作用过程中,水汽含量、NDVI指数、下垫面变化等因素会对地—气热量传输造成一定的影响。本文首先利用地表温度产品（MYD11A1）以及气温站点数据（GSOD）获得全国尺度下地表温度年最大值、近地面气温年最大值。在此基础上,使用趋势分析法分析2003年—2018年地、气温度年最大值时空分布特征及变化趋势,以及地—气温差气候倾向率变化趋势。最后,结合大气总水汽含量产品（MYD05）、NDVI指数（MYD13A3）、二氧化碳平均浓度增长率分析导致地表温度年最大值与近地面气温年最大值趋势发生变化的原因。研究结果表明：（1）在全国尺度下,2003年—2018年地表温度年最大值呈现北高南低的空间分布特征。近地面气温年最大值的空间分布与地表温度年最大值相反。大气总水汽含量年最大值在热带、亚热带季风气候区内总体较高。水汽含量既影响近地面气温的大小,同时也受到近地面气温的影响,因此,水汽含量年最大值与近地面气温年最大值表现出一定的空间分布一致性特征。（2）在2003年—2018年期间,地表温度年最大值的气候倾向率在空间上表现出北高南低的分布特征。近地面气温年最大值的气候倾向率在空间上也表现为北高南低,与地表温度年最大值的气候倾向率变化基本一致。但地表温度年最大值的变化幅度要大于近地面气温年最大值,并且在个别区域表现不一致。主要分布在天山地区、三江平原以及秦岭南侧地区,地—气年最大值变化趋势相反即地—气差减小。（3）大气总水汽含量年最大值的增加可造成近地面气温年最大值的增加,而植被覆盖度的上升可造成地表温度年最大值下降。但在天山地区大气总水汽含量与地—气差的响应不明显,但天山地区的近地面气温年最大值与CO₂平均浓度增长率的关系较为明显。（4）遥感数据反演的地表温度年最大值和站点观测的近地面气温年最大值空间分布表现出差异,但时间变化趋势基本一致。     

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...     

基于GIS的东北三省气温降水空间自相关性分析

创新性地提出了基于两观测站点连线的垂直平分线构建空间连接矩阵,进一步计算空间自相关指数Moran's I来分析气象数据的空间分布模式。利用Moran’s I分析探讨了东北地区86个气象站1951~2011年气温降水数据的空间自相关。结果表明,东北三省气温降水存在显著的空间聚集现象,降水表现为吉林省北部显著低低聚集,吉林辽宁省东部显著高高聚集,气温表现为东北三省南北区域显著聚集;1960~2011年气温分布较降水表现出更强的空间自相关性,且随年份变化自相关性稳定程度比降水好;气温分布空间自相关性随时间有减弱趋势,但仍表现出区域显著聚集强相关现象。     

基于 GIS 的东北三省气温降水空间自相关性分析简

创新性地提出了基于两观测站点连线的垂直平分线构建空间连接矩阵,进一步计算空间自相关指数Moran＇s I 来分析气象数据的空间分布模式.利用Moran’s I 分析探讨了东北地区86 个气象站1951～2011 年气温降水数据的空间自相关.结果表明,东北三省气温降水存在显著的空间聚集现象,降水表现为吉林省北部显著低低聚集,吉林辽宁省东部显著高高聚集,气温表现为东北三省南北区域显著聚集;1960～2011 年气温分布较降水表现出更强的空间自相关性,且随年份变化自相关性稳定程度比降水好;气温分布空间自相关性随时间有减弱趋势, 但仍表现出区域显著聚集强相关现象.     

辽宁省气候变化与厄尔尼诺相关性分析

为了探讨近50年来辽宁省气候变化特征及其与厄尔尼诺的关系,文章根据1965—2013年辽宁省23个气象站点的降水、年均气温数据与表征厄尔尼诺南方涛动(ENSO)事件的热带太平洋海表温度距平和南方涛动指数资料,利用气候倾向率、M-K突变检验以及反距离权重插值等方法进行分析研究,结果表明:1965—2013年辽宁省降水量由东南向西北逐渐减少,在多个时间段内发生突变现象;气温有显著的上升趋势,并在空间上呈现由东北向西南逐渐增加的趋势;降水变化与ENSO事件强度存在着一定的负相关性,而气温变化与ENSO事件强度没有显著的相关性。     

1979年—2014年三峡库区月平均气温的时空变化分析

三峡区域气温变化长期以来受到科研人员和公众的关注。受三峡复杂地形的影响,仅仅基于气象站点观测数据很难准确获取区域气温变化的空间格局,遥感技术则可以通过提供空间连续的地表观测数据来辅助气温变化分析。以广义加性模型GAM (General Additive Model)为插值算法,以高程和夜间地表温度(LST_night)遥感产品为辅助变量,估算三峡库区1979年—2014年1 km空间分辨率的月气温数据,在此基础上分析了气温变化趋势的时空特征及其与高程和森林覆盖率的关系。研究表明,(1)在插值算法中引入遥感产品LST_night作为辅助变量可以明显改善气温估算精度,冬春季的改善幅度高于夏秋季;(2)三峡库区年平均气温在1997年后明显上升,但在2003年库区蓄水后无明显变化趋势,几乎所有月(除12月以外)的气温都呈现上升趋势,增温趋势最显著是3月和9月,3月增温主要来自于库区东部山区的贡献,而9月增温主要来自于库区西部平原的贡献;(3)多数月份(除7月、8月、9月以外)的低温上升速度超过高温上升速度,导致区域气温的动态变化范围缩小;(4)三峡库区年平均气温上升速度与高程呈正相关,即海拔越高,升温越快,但在同一海拔高度处,森林覆盖率越高,年均气温上升速度越慢,暗示森林具有抑制增温的作用。     

1960—2012年长江中下游极端降水与极端径流时空演变研究

利用1960—2012年间的长江中下游地区75个站点的逐日降水观测资料,基于11个极端降水指标,采用趋势分析、滑动平均、Mann-Kendall检验等方法对长江中下游地区各个子流域的极端降水事件的时空变化以及极端降水的集中度和集中期进行了研究.同时,分析了长江中下游干流区域4个水文站点的极端径流的变化情况,以期综合全面地分析极端事件的演变情况.结果表明:1)极端降水在各个子流域的大部分地区都表现为增加趋势,其中汉江流域西北部、中游干流区域东部、洞庭湖西部、鄱阳湖北部以及下游干流东北部显著增加;2)极端降水在总降水量中所占比例较大,这表明降水的形式更加趋于集聚化,并且比例自西北向东南逐渐减少,这表明越往西北部极端降水造成灾害的概率越大;3)长江中下游干流区域几个主要水文站点的极端径流各项指标均表现为较为显著地减小的趋势,极端降水和极端径流的变化趋势差异较大,这可能与人类活动有关(三峡工程).     

全国极端气温事件的空间关联模式挖掘研究

根据全国739个气象台站1961年1月至2005年12月的逐日气象数据记录建立时空序列数据集,提取极端高温事件和极端低温事件。结合传统关联规则挖掘技术和地理空间数据分析方法,对极端气温事件数据集进行了空间关联模式的分析。实验结果显示,所得空间关联模式中涉及的区域在空间上具有明显的聚集性;在东北、华中两个局部地区的台站中,极端气温事件的发生存在较强的关联规则（支持度阈值6%,置信度阈值95%）,而在其他区域的台站中,极端气温事件不存在类似的关联规则,且极端高温事件的关联规则数量要明显高于极端低温事件。对存在关联规则的台站进行空间分析发现,同一关联规则内的各台站具有空间邻近性,其邻近范围约为200 km。以上空间关联模式的挖掘分析,可以为我国极端气温事件的预警和防控提供有价值的参考。     

泛北极地区多年冻土活动层厚度演变

深入理解泛北极地区多年冻土活动层厚度的演变, 对于全球碳通量模拟、气候变化预测及泛北极地区冻融风险评估具有重要意义。目前开展的泛北极地区多年冻土活动层厚度模拟与分析, 大多无法全覆盖或空间分辨率过低(25 km或是更大), 在景观尺度(公里级)上的多年冻土活动层厚度变化特征仍有待解析, 尤其是关键基础设施区的活动层厚度变化仍不清楚。本研究基于站点监测数据、MOD11B3地表温度数据、MCD12C1土地覆盖数据, 采用Stefan模型, 在公里级空间分辨率上模拟泛北极地区2001年—2017年多年冻土活动层厚度, 并解析泛北极地区及主要油气区多年冻土活动层厚度时空变化格局及主要原因。研究发现: 2001年—2017年泛北极地区约有78.4%的冻土区域多年冻土活动层厚度呈现增长趋势, 尽管全区多年平均的增长速率为0.22 cm/a (p<0.05), 但具有较强的时空差异性。显著增长区主要集中在加拿大西北部的落基山脉及劳伦琴高原一带以及俄罗斯中西伯利亚高原中部地区, 增加速率主要在0.5—1 cm/a;而减少区主要分布在加拿大的哈得孙湾沿岸平原、拉布拉多高原一带, 俄罗斯的东西伯利亚山地北部、中西伯利亚高原的北部、贝加尔湖以东区域和泰拉尔半岛一带。泛北极地区主要油气区多年冻土活动层厚度也以增加为主, 80%以上的油气区呈现增加趋势, 增长速率在0.1—0.7 cm/a。泛北极地区多年冻土活动层厚度变化与气温变化在空间上具有较好的一致性;积雪厚度与活动层厚度关系复杂;不同植被类型的多年冻土活动层厚度有所差异(林地>草地>稀树草原>灌丛), 且多年冻土活动层厚度变化与植被转化方向一致。该成果将有助于深入理解北半球高纬度多年冻土区冻融格局, 尤其可为冻土区的油气设施冻融风险识别与防控提供参考。     

三种卫星云量数据在青藏高原地区的比对分析

青藏高原是卫星反演云参数的热点和难点区域。选取1982年—2015年0.1°空间分辨率的Patmos-x、0.25°空间分辨率的CLARA-A2的NOAA/AVHRR下午星数据和2003年—2015年0.05°空间分辨率的Aqua/MODIS C6等3种云量数据,针对青藏高原区域,从数据的反演算法和数据的空间属性出发,进行比对分析。Patmos-x和CLARA-A2具有相同的数据源和相近的云检测算法。与地面观测云量相比,Patmos-x云量与地面观测云量间的相关性大于0.8,MODIS次之,CLARA-A2云量与地面观测云量的相关性很弱。3种数据均表现出高原东部云量多于西部云量,北部云量多于南部的云量空间分布特征和白天云量大于夜间云量的时间分布特征。量值上CLARA-A2云量大于Patmos-x。2003年—2015 年夜间Aqua/MODIS 年均云量比CLARA-A2高8.82%。34年间Patmos-x和CLARA-A2年均云量以减少为主,夜间云量的变化趋势比白天云量变化趋势明显,CLARA-A2云量的变化趋势较Patmos-x明显。2000年是高原区域云量由偏多到偏少变化的拐点。1、4、10月多年云量以减少为主要变化趋势,7月云量以弱增多为主要变化特征。     

MODIS NDVI时序数据支持下的湖南省植被变化及其驱动因素分析

本文基于MODIS NDVI时问序列数据集,运用Sen+Mann-Kendall趋势检验、Hurst指数和相关分析等方法,对湖南省2000—2018年植被的时空变化特征、演化趋势可持续性及其与气候因子的相关性进行了研究.结果表明:①湖南省植被覆盖整体较高,并具有明显的季节变化特征;研究区植被与气温的相关性要强于降水.②近19年湖南省植被NDVI整体呈上升态势,增速为8.6％/10 a(P<0.001),其中显著和极显著上升的地区分别占10.3％、57.3％;主要分布在湘中与湘西北的林地、耕地区域;降低的地区主要分布在长株潭等城市建设用地区域及洞庭湖平原的局部耕地区域.③未来湖南省植被变化可能向退化的恶性方向发展的面积占80.1％.     

基于ArcGIS的青藏高原地区气候大陆性格局分布研究

利用Modis温度产品数据集,应用ENVI及ArcGIS软件通过计算青藏高原地区气候大陆度指数(温度法)分析青藏高原地区的水热格局分布,结果表明：青藏高原地区气候大陆性分布呈现明显的区域性分布,且由东南至西北大陆性气候逐步加强;以喜马拉雅山脉和雅鲁藏布江为主的南部区域呈现明显的海洋性气候,且会向北方和东方扩展;以塔里木盆地为中心的地区大陆性气候十分明显,今后会更加严重。通过对青藏高原的气候大陆度的研究,得到青藏地区大陆性气候的变化,可以帮助深入了解青藏高原环境的变化过程、程度、趋势以及可能带来的后果以及对其他地区可能产生的影响,同时促进全球气候变化的研究进程。     

基于Landsat TM的城市热岛效应与地表特征参数稳健关系模型

 首先,利用Landsat TM热红外影像结合地面气象观测资料反演地面温度,揭示了济南市夏季城市热岛效应| 然后,基于稳 健的LTS与最小二乘回归（LS）分析探讨了城乡地面热辐射与地表特征参数的线性变化趋势,认为植被指数（NDVI、SAVI和TCG）、 湿度指数（NDMI和TCW）以及近红外反照率与地表温度的变化趋势相反,亮度指数（NDBI和TCB）和可见光反照率与地表温度的变化 趋势一致,而短光波段反照率与地表温度不存在明显相关趋势。研究结果表明,NDMI能很好地解释地表温度变化,且最为稳健; 其次是NDVI、SAVI、TCG和NDBI,它们对地表温度的解释程度高且稳健性较强; 可见光反照率虽能较好解释地表温度,但其稳健性 较差; 近红外反照率、TCW和TCB对地表温度的解释程度和稳健性相对较低。     

基于Sentinel-2A/B的新疆典型城市不透水面提取及空间差异分析

随着城市化进程加快,自然地表物理结构及属性的变化使得城市不透水面不断增加,进而造成城市土地覆盖类型剧烈变化,极大地影响着其环境质量和生态循环。因此,探讨不透水面的空间变化规律,对建设生态、和谐、宜居城市变得极为重要。本文选取新疆维吾尔自治区（简称新疆）典型城市（乌鲁木齐、喀什、哈密及克拉玛依）主城区为研究区,通过对Sentinel-2A/B影像L2范数归一化处理,结合增强型归一化差值不透水面指数ENDISI（Enhanced Normalized Difference Impervious Surface Index）,采用最大类间方差法（OTSU）自适应确定阈值,提取2017年和2019年新疆典型城市不透水面。结果表明：L2范数归一化处理与ENDISI结合能较好的突显不透水面与非不透水面的差异;OTSU自适应确定的阈值能够很好的区分不透水面,经示例验证（2019年乌鲁木齐主城区）,不透水面提取结果总体精度为86.60%,Kappa系数为0.73。通过对不透水面空间差异分析可知：从剖面线角度分析得出乌鲁木齐北部、喀什中部和北部及哈密中东部和北部ENDISI指数值均显著增加,而克拉玛依北部和中西部区域ENDISI指数值增加较少;从不透水面盒维数分析中得出,新疆典型城市的盒维数值均呈增加趋势,城市结构复杂度不断增强,其中哈密盒维数值最大,乌鲁木齐盒维数值最低,且哈密的盒维数值变化幅度最大,克拉玛依的盒维数值变化最小。本文可为新疆典型城市内涵式发展提供科学指导,为干旱区城市生态环境保护提供理论依据。     

念青唐古拉山冰川高程变化的ICESat监测

针对青藏高原冰川高程变化研究较少的问题,该文提出一种大范围区域的冰川高程变化监测方法。基于ICESat激光高度计数据,联合利用SRTM DEM数据,计算念青唐古拉山脉冰川的高程变化,进而反演冰川的冰量变化。结果显示,念青唐古拉山冰川高程在2003—2009年间平均减薄速率为(0.53±0.47)(m·a~(-1)),估算得到冰量年均减少(0.32±0.28)km~3,总体呈逐年减少趋势,证明冰川一直处于消融状态。拉萨和当雄气象站的资料表明,冰川消融主要是由于当地气温升高。     

2001—2019年长江中下游农业干旱遥感监测及植被敏感性分析

长江中下游地区是中国最重要的粮食产区之一,近年来,由于极端天气影响,长江中下游地区的农业生产时常受到干旱灾害威胁。利用植被条件指数(vegetation condition index, VCI)、温度条件指数(temperature condition index, TCI)及植被健康指数(vegetation health index, VHI)对2001—2019年长江中下游地区农业干旱的时空演变情况进行监测,探究长江中下游地区VCI、TCI在VHI指数中的最优权重比例,挖掘不同植被对干旱的敏感性差异,同时基于气候变化背景分析长江中下游六省一市的干旱趋势。结果表明,VCI和TCI指数能够分别反映地区植被生长异常和热量异常;当VCI和TCI的权重分配比为7∶3时,VHI指数能够结合两种指数的特点,在长江中下游地区农业干旱监测上更有优势;不同植被对干旱的敏感性不同,在长江中下游地区,农作物对干旱的敏感性最高,森林最低,草地介于二者之间;在气候变化背景下,近20年来,长江中下游地区呈现逐渐湿润的趋势,干旱风险逐步降低,其中湖北、湖南、安徽、江西和浙江等地湿润趋势明显,而江苏和上海地区湿润趋势较弱,在极端气候下仍存在一定的干旱风险。相关结果能够为长江中下游地区各省市旱情预警及抗旱措施制定、区域农业生产管理提供参考。