2003—2018年中国地表温度年最大值的时空分布及变化特征

中国幅员辽阔、气候差异大、人口众多,在全球气候变化背景下研究中国的气候变化对维护中国乃至世界的粮食安全以及社会经济持续稳定发展具有十分重要的意义.地表温度最大值可避免云雨天气对热红外遥感获取地表温度准确数据的干扰,且年变化较为稳定,但对重大土地利用转移、干旱热浪等高度敏锐.基于2003—2018年MODIS(Moder...     

2000—2015年伊犁河谷植被覆盖时空变化特征

利用2000—2015年的EOS/MODIS数据,采用趋势分析、Hurst指数、变异系数法对伊犁河谷植被时空变化及未来趋势进行分析,结果显示:空间分布上,伊犁河谷植被覆盖度呈北部、南部、东部偏高,西部、中部偏低的分布特征;时间变化上,2000—2015年,伊犁河谷植被覆盖度波动减小,减速为6.25%·(10 a)^-1;区域分布上,伊犁河谷植被表现为低波动变化,波动程度中等以及下占73.16%,波动程度高的区域占26.84%。未来预测表明,伊犁河谷植被覆盖呈退化趋势,其中,持续退化的面积占57.55%,持续改善的面积占13.51%。     

2001—2020年中国地表温度时空分异及归因分析

地表温度（LST）变化对陆面过程的能量收支平衡与生态系统稳定有着至关重要的影响。本文基于MOD11C3数据,使用回归分析、GIS空间分析、相关性分析及质心模型等方法,分析了中国2001—2020年LST变化及其时空分异格局;运用地理探测器识别中国38个生态地理分区下LST变化的主导因子,进而探寻其形成原因。结果表明：① 中国2001—2020年LST气候平均值为9.6 ℃,整体呈东南及西北干旱区高、东北及青藏高原低,平原高、山区低的基本格局;LST与海拔呈显著负相关,相关系数达-0.66;第一阶梯负相关性最为显著,相关系数达 -0.76,LST递减率为0.57 ℃/100 m;② 中国2001—2020年LST倾向率为0.21 ℃/10 a,升温区占国土面积的78%,整体呈现“多核式升温,轴线式降温”的空间特征;③ 中国LST及变化具有显著的季节性特征,冬、夏两季均温空间分布较其他季节的差异较大且波动更为明显;季节性升/降温区的质心轨迹呈环状,且运动呈现出对应的季节性反向轨迹,降温区质心移动幅度更大,说明降温区的区域差异性和季节变异性较大;④ 中国LST变化由自然影响与人类活动共同驱动,其中自然因素贡献更大,日照时数和海拔是关键因子;两大主导类型在空间分布上与“胡焕庸线”高度吻合,其以东区域多以人类活动强度为主导并与地形因子共同作用,而以西区域则多以自然因素为主,通过与气候、地形、植被等因子的相互耦合从而增强/削弱LST变化幅度。本文可为应对气候变化、解析地表环境模式、保护生态环境等方面提供科学参考。     

2003-2017年北京市地表热力景观时空分异特征及演变规律

利用2003-2017年MODIS地表温度数据,分别从数量、形状和结构角度揭示北京市不同季相和昼夜间地表热力景观时空分异特征,并进一步通过热力等级变化图谱及质心迁移轨迹揭示城市热力景观空间演变规律,探究热力景观等级转换生态过程。结论如下：① 城市地表热力景观季节和昼夜空间特征差异显著;② 中温区在城市热环境中占主导地位。白天中温区是最不稳定的热力景观等级;夜间次低温区和次高温区不稳定性增加;③ 地表热力景观等级变化以稳定型占主,反复变化型和前期变化型次之。地表热力景观等级通常呈现逐级递增或递减规律,山区呈现逐级降温趋势,北部城郊—山地交错地带表现出次低温和中温的反复转向,南部地区有一定的升温趋势;④ 2003-2017年高温区面积增大且质心向城市中心集中,低温区质心向城市外围扩散。生态涵养发展区对北京市地表热力景观质心迁移贡献率最高。热力景观时空分异特征及演变规律可为有效缓解城市热岛效应提供管理决策支持。     

基于MODIS日地表温度产品的兰州市热岛效应特征

由于MODIS 8 d地表温度产品和Landsat热红外波段很难准确反映地表温度的日变化,这导致由此得到的热岛效应结果不够准确,因此利用MODIS日地表温度产品1天4次的数据来分析长时间段上的热岛效应变化和已有将日地表温度转换成月和年地表温度的算法得到月和年地表温度值,以兰州市为实验区分析了2002-2015年兰州市的热岛变化特征,结果表明：兰州市热岛效应总体上处于增长趋势,2002-2009年波动变化,2010-2015年平稳增加。空间上由中部逐年向北部永登县和皋兰县方向扩展;兰州市热岛的月变化特征分为两个部分,1～5月呈“人”字形变化;6～12月整体下降,空间上表现为东北和西南向条带中心紧缩;兰州市热岛季节变化表现为：夏季>春季>秋季>冬季,空间上在兰州的中心位置以及延伸至榆中县的东南角高温区面积增减。研究表明MODIS日地表温度产品能更加准确地评价区域尺度热岛效应的演变特征。     

基于改进的地表温度-植被覆盖特征空间估算地表蒸散

地表温度-植被指数特征空间被广泛应用与地表蒸散估算和土壤湿度监测,而利用散点图直接拟合干边会造成很大的不确定性。本研究采用改进的地表温度-植被覆盖特征空间进行地表通量的计算。该方法是基于能量平衡公式进行干边定位,从而减少干边确定过程中的不确定性。我们选取的17天的MODIS数据以及相应气象数据进行地表蒸散计算,并采用郑州的LAS观测站验证显热通量计算值,估算结果均方根误差（RMSE）、偏差（Bias）和相关系数平方（R^2）分别为44.06Wm^-2、36.99Wm^-2和0.71。总体来讲,通过能量平衡公式确定的理论干边相比通过散点图拟合的实测干边更合理。     

基于MODIS/NDVI的新疆伊犁河谷植被变化

利用2000-2010年16 d合成的MODIS/[NDVI]数据,结合植被异常指数、趋势线分析和Hurst指数等分析方法,对新疆伊犁河谷植被覆盖的时空变化特征进行了分析。结果表明：（1） 伊犁河谷内植被覆盖随海拔增高而先增加后减小,最高植被覆盖区位于2 000～2 500 m的高程带;2000-2010年伊犁河谷各高程带内植被覆盖整体下降趋势明显,但海拔低于1 000 m的高程带除外。（2）受干湿环境影响,伊犁河谷全区平均被植异常指数最高值出现在降水最多的2002年,最低值出现在降水最少的2008年,但不同区域植被异常指数的变化存在较大差异。（3）伊犁河谷内植被覆盖增加和减小的区域分别占总面积的4.09%和19.34%,增加区域主要位于伊犁河两岸的平原区,减小区域主要位于乌孙山两端以及伊犁河谷周围海拔2 000 m左右的低山区域;变标度极差分析结果表明,伊犁河谷内植被覆盖年际变化呈现很强的持续性,未来一定时间内将保持现有变化趋势不变。     

基于MODIS的新疆地表温度时空变化特征分析

地表温度（LST）作为陆地环境相互作用过程研究中的重要地学参量,其时空分异与下垫面属性、地形地貌格局等息息相关。本文基于2000—2020年MOD11C3数据,采用GIS空间分析、空间重心模型及改进的半径法等手段,对新疆地区月、季、年及昼夜等序列时空尺度LST的分布特征及变化趋势进行研究,并借助LUCC、DEM等多源遥感数据进一步探讨各类下垫面、不同地貌单元及部分典型区域的LST垂直递减率、增减温及热（冷）岛效应等地理特征。结果表明：① 研究期间新疆年均LST为9.45 ℃,呈减温和增温趋势的区域分别占研究区面积的13.3%和86.7%,增温区域占绝大部分,故近20年研究区整体呈升温趋势（0.024 ℃·a^-1）,较全国高出约0.01 ℃·a^-1,其中春季增幅最大,冬季次之;夜间LST变化明显强于白天,春、夏两季昼夜温差均大于23.7 ℃,而冬季最小（约15 ℃）;研究区年际高、低温重心迁移轨迹大多分布于LST变幅较大区域,各月LST空间分布及高低温重心转移轨迹均表现出以7月为中点的年内强对称性规律。② 不同下垫面地表冷热环境空间分布差异较显著。其中以荒漠和裸土为主的未利用地年均LST最高（13.42 ℃）且昼夜温差最大（23.6 ℃）,高寒区冰川年均LST最低（-7 ℃）且昼夜温差（14.3 ℃）最小,其他下垫面年均LST在2.6~11 ℃之间,昼夜温差较小且较一致（平均16.75 ℃）。③ 东西走向的“三山夹两盆”地貌结构,使新疆LST的纬度地带规律被大幅削弱。研究区各山区（群）LST垂直递减率不尽相同,地处较高纬的阿尔泰山递变（0.63 ℃/100 m）最明显,山体高大的帕喀昆阿山群递变（0.57 ℃/100 m）次之,天山山脉递变（0.54 ℃/100 m）最小。另外各山区（群）山麓处均出现了不同程度的逆温现象,而山腰处LST垂直递减率线性拟合效果最佳。④ 本研究所选取的部分典型城市大都表现出不同程度的热岛效应。其中乌鲁木齐市热岛效应最为强烈,伊宁市其次,哈密市最微弱,而阿克苏市则表现出绿洲城市冷岛效应,但各城市热（冷）岛效应均存在一定环数（8环）范围的冷、热岛足迹。     

历史时期伊犁河谷文化遗址时空特征及驱动力分析

运用Arc GIS软件对伊犁河谷文化遗址时空分布进行分析,探讨了遗址时空演变特征与人文历史、自然环境的关系。结果表明:1从夏—西周到清—近现代6个时期中,遗址数量及在总数中的比重、出现频率呈倒"V"型变化,从萌芽阶段到巅峰阶段,至衰落阶段。2遗址的空间分布格局由前3个时期的"东高西低"转变为后3个时期的"西高东低",人类活动空间重心发生了转移。3遗址主要分布在1~5级坡度上,其比重由春秋—秦时期的75%增至清—近现代时期的93.75%;而遗址集中分布高程则由春秋—秦和西汉—南北朝时期的4~8级转移到后3个时期的1~4级,且其数量表现出明显的从高海拔的山地丘陵向低海拔平原、从高坡度向低坡度转移。4研究区遗址演变模式与典型干旱区遗址迁移模式相反,表现为特殊的"中上游→下游"迁移的"湿润模式"。5研究区文化遗址分布、时空演变受政治、经济、生产力等人文因素和地貌、海拔、坡度、气候等自然因素的综合影响。由于其气候湿润,水资源丰富,虽然遗址分布和演变表现出一定的河谷谷地、阶地、平原、水资源等"自然因素"指向性规律,但更突出表现为生产力水平、政治稳定、经济发展、商贸交通等"人文力量"指向性规律,这一点在中后期表现得更为明显。     

伊犁河中下游近40年土地利用与覆被变化

针对跨界流域土地利用/覆被变化(LUCC)信息十分有限,无法满足对环境变化评估需要的现状,本文以跨界流域——哈萨克斯坦境内伊犁河中下游为研究区,利用20世纪70年代的MSS、90年代的TM、2000年和2007年的ETM卫星遥感影像,采用目视解译与决策树相结合的分类方法,可较高精度提取研究区LUCC的时空信息,通过一套数理统计模型,定量分析了区域LUCC的过程和趋势。近40年来,高覆盖度林草地、中覆盖度林草地和耕地始终是伊犁河中下游地区所占比例最大的3种土地利用/覆被类型。整个研究时段内,耕地、水库坑塘和未利用地先增加后减少,其中耕地总体呈现减少的趋势,但减少幅度逐渐减小,水库坑塘和未利用地面积总体趋于增加。高覆盖度林草地和河流呈现出持续减少的态势,而建设用地面积持续增加。中覆盖度林草地、湖泊和沼泽先增加后减少,总体呈现增加趋势。低覆盖度林草地经历了减少—增加—减少的变化过程,总体呈现减少趋势。耕地和林草地相互转换频繁,其中耕地与高覆盖度林草地之间的转换和高、中覆盖度林草地之间的转换为区域内最主要的四种变化类型。1970-2007年间,伊犁河中下游地区土地利用始终处于准平衡状态,但有向不平衡状态发展的趋势。20世纪70年代卡普恰盖水库的建立和90年代初期的政策变化改变了原有变化的随机性和平稳性,使区域内相关土地利用/覆被发生显著变化。     

伊犁河谷文化遗址时空分布及地理背景研究

选取伊犁河谷为研究区,探讨了夏朝以来的1 029处遗址时空分布和地理背景。结果表明：遗址分布的地貌类型依次为“河岸阶地→河流谷地、谷地的丘陵和高阶地→低起伏低山和低丘陵→冲（洪）积平原、河谷平原”。遗址分布范围分别经历了“分散”、“扩大”、“收敛”、“集中”的演变,其空间格局由前3个时期的“东高西低”演变为后3个时期的“西高东低”,其分布中心经历了从河流“中上游→下游”的演变。遗址集中分布于第2～8级（601～1 300 m）高程和第1～5级坡度（0～9°）,且随着时间的推移,其表现出从高海拔、高坡度向低海拔、低坡度转移的趋势。古遗址数量、规模均以宋元明时期最高,而古墓葬则以春秋-秦时期居首。古墓葬遗址主导文化经历了“安德罗诺沃文化→索墩布拉克文化→乌孙文化”的演变过程。     

基于生态服务价值的伊犁河谷土地利用变化环境影响评价

运用遥感技术、GIS和实地调查方法,对新疆伊犁河谷1985—2005年间的土地利用变化进行了分析,同时借助土地利用变化驱动下的生态服务价值变化量,探讨了研究区土地利用变化对生态环境的影响及效应。结果表明,1985—2005年,研究区耕地、水域和建设用地面积增加,林地、草地和未利用地面积减少,其中耕地和草地面积变化最大,分别为31.53万 hm2和-29.02万hm2。土地利用变化引起了研究区生态环境的变化,对生态服务价值亦产生了一定的影响,伊犁河谷生态服务功能整体提高了4.43%,其中正向变化最大的特克斯县,其生态服务功能增加了7.57%,负向变化最大的是伊宁市,其生态服务功能下降了27.33%;各单项服务功能价值中,生态系统所提供的气体调节、土壤形成与保护、生物多样性保护和原材料等4项生态服务功能有所下降,其余8项生态服务功能均有不同程度的提高。敏感度分析表明,赋予生态服务功能价值指数的大小对研究区总的生态服务价值变化影响不明显,研究结果可信。     

岷江上游土地利用的时空分异

运用土地利用变化率、土地利用类型综合转换速率、土地利用结构差异度系数和信息熵等指标,分析了岷江上游土地利用的时空分异特征.研究表明:1986～2000年间,岷江上游土地利用类型趋于多样化,土地利用结构趋于均匀化,呈现与牧草地、耕地和建筑用地挤压林地的趋势;空间单元土地利用结构整体差异性变化不大,土地利用系统不同程度地趋于复杂无序;上地利用的空间生态效应与海拔梯度、人口密度变化具有一定相关性;土地利用变化与空间生态效应变化呈现逆向关联特征;区域开发政策、人口密度、资源分布、产业活动强度等的变动驱动了土地利用时空变化.     

伊犁河跨界流域土地利用变化特征分析

土地利用变化引发的水资源问题往往成为跨界流域各国矛盾的焦点,如何充分考虑跨界流域的特殊性和复杂性,对土地利用变化研究提出了新的要求。本文利用 MODIS产品提取了伊犁河流域2001-2009年土地利用数据,划分流域的产水/耗水区,结合流域跨界特点分析其土地利用变化特征。研究时段内,伊犁河流域土地利用以农田和天然植被为主,农田总面积有所下降,天然植被面积基本稳定。其中上中游产水区林地出现萎缩,草地面积增幅较大;中游水库耗水区内农田大幅度转化为天然植被;下游三角洲耗水区土地利用开发受限,人类干预程度下降。产流区内中国农田面积相对境外持续增加,而天然植被面积相对境外则持续缩小。受制度影响,哈萨克斯坦境内土地利用变化波动明显,中国境内土地利用变化幅度相对稳定。     

珠江三角洲土地覆盖变化对地表温度的影响

由于经济的快速增长,1978年以来的25年中,珠江三角洲地区的土地覆盖变化,特别是城市扩展速度非常之快。通过把遥感和地理信息系统相结合,研究了土地覆盖变化及城市增长状况,并且评估了城市增长对地表温度的影响。利用陆地卫星多时段数据监测了土地利用和土地覆盖变化;通过陆地卫星热红外单波段反演了地表温度,研究了土地覆盖变化特别是城市增长对地表温度的影响。结果发现,珠江三角洲地区土地覆盖变化明显,城市增长显著且不平衡。城市的发展使城市化地区的地表温度提高了8.9K。研究表明,遥感和地理信息系统的结合,在监测和分析土地覆盖变化,特别是城市增长状况以及评估城市化对地表温度的影响方面,是十分有效的。     

伊犁河谷不同植被带下土壤有机碳分布

结合2008年和2009年野外实地调查与室内分析的资料,运用方差分析等方法对伊犁河谷高山草甸、草甸草原、典型草原、荒漠草原、温性针叶林等9种不同植被条件下的土壤有机碳含量分布及其储量进行了分析估算.研究结果表明:伊犁河谷土壤有机碳含量因植被类型变化而不同.在0～50 cm土层范围,高山草甸、草甸草原土壤有机碳含量较高,其次是温性针叶林和典型草原,含量最低的是隐域植被和荒漠植被土壤.除隐域植被外,各植被类型下土壤有机碳含最基本呈随着土层深度增加而降低的,变化趋势.有机碳密度同样是高山草甸、草甸草原和温性针叶林土壤有机碳密度较高且比较相近,荒漠植被下土壤有机碳密度最低.伊犁河谷草地表层土壤有机碳含量高、密度大,因此应重视对伊犁河谷草地的保护,尤其要保护草地表层土壤以降低浅层土壤有机碳发生变化的可能性,维护土壤碳库的稳定性.