1987—2022年新安江水库（千岛湖）水面面积时空变化及其与水位、蓄水量的响应关系

水面面积、水位、蓄水量是水库水资源管理的重要基础数据,遥感是湖库水体提取、水位和蓄水量估算的重要技术手段。由于不同水体提取方法的适用性差异、测高卫星数据的有限时间覆盖度和开源数据集的时空分辨率不足等原因,湖库水面面积、水位、蓄水量的长时序、高频率时空变化监测仍存在一定挑战。本研究以新安江水库为研究区,结合多源遥感、气象、水文和土地利用等数据,基于Google Earth Engine云平台,运用水体指数法,分析1987—2022年新安江水库水面面积时空变化特征,构建水位—水面面积、水位—蓄水量和水面面积—蓄水量响应关系,探究水面面积时空变化成因。结果表明:(1)Landsat 5、Landsat 8和哨兵2号数据的最佳水体提取指数分别为AWEI_sh和GNDWI,F1-score分别为91.93%、91.03%和93.14%。相比于开放数据集GSWED(32.61%)、JRC GSW(76.17%)和ReaLSAT(69.76%),基于最优水体指数的水体提取结果具有最高的F1-score(91.26%);(2)时间上,1987—2022年新安江水库水面面积呈显著上升...     

陕北定边盐湖卤水水位历史演变及其气候指示意义(1265—1949年)

受自然环境和资料限制的原因,中国西北的季风边缘区内的湖泊千-百年时间尺度演变序列重建工作存在不足.历史文献中的湖泊演变信息丰富,有效利用可较好地解决这一问题.本文通过梳理历史文献记录的定边盐湖采盐方式资料,反演历史时期定边盐湖卤水水位,重建公元1265-1949年陕北定边盐湖卤水水位演变序列,该序列较好地指示出公元12...     

抚仙湖水质变化(1980-2011年)趋势与驱动力分析

水质恶化是湖泊系统生态健康的主要制约因素之一,科学地判别水质变化趋势是正确认识和解决水环境问题的首要步骤.基于抚仙湖1980-2011共32年湖体水质监测数据,采用Mann-Kendall和Daniel趋势检验法分析了高锰酸盐指数(COD_Mn)、总氮(TN)、总磷(TP)、透明度(SD)、叶绿素a(Chl.a)和浮游植物丰度等6项指标的年际变化趋势;从人类活动和自然环境变化2个角度,筛选出9项水质变化的驱动指标,建立了水质指标与驱动指标之间的灰色关联模型.研究结果表明:①统计的6项指标年际波动较大,其中TP、TN和浮游植物丰度的变异系数最大,达到0.6以上;②在α=0.05显著性水平上,COD_Mn、TN、SD、Chl.a和浮游植物丰度等5项指标均有恶化趋势,Mann-Kendall和Daniel趋势检验2种方法的检验结果一致;③驱动因子与水质指标之间有较强的相关水平,其中,人口数量和水温是主要驱动因子,与主要水质指标的灰色关联系数达到0.7以上的强相关水平.     

乌梁素海沉水植物群落光谱特征及冠层水深影响分析

沉水植物对于改善富营养化水体和重建水生生态系统起着至关重要的作用.应用遥感技术可以实时、大面积监测沉水植物的分布和生长情况,而冠层水深直接影响沉水植物在湖泊、河流中的准确遥感解译.本研究基于实测光谱数据,分析了乌梁素海沉水植物光谱特征,并研究了冠层水深对乌梁素海沉水植物反射光谱的影响,建立了乌梁素海沉水植物冠层水深反演模型.结果表明:1)挺水植物在短波红外1662 nm和2223 nm附近分别有一个反射峰,这是挺水植物区别于沉水植物和漂浮藻类的重要波段; 0深度沉水植物(WDC=0)与漂浮藻类的光谱反射率非常接近,但是在绿波段(550～690 nm)有明显差异,因此,可以利用绿波段和短波红外波段的光谱特征来区分挺水植物、沉水植物和漂浮藻类.2)沉水植物群落的光谱反射率随冠层水深的增加而降低,在700～900 nm波段范围内变化最为明显,且在700～735 nm波段附近,沉水植物群落光谱反射率与冠层水深呈显著负相关.3)在建立的单波段/波段比沉水植物冠层水深反演模型中,波段比反演模型要优于单波段反演模型,波段比反演模型的决定系数R2> 0.70,均方根误差<13.70 cm,...     

抚仙湖、洱海、滇池浮游藻类功能群1960s以来演变特征

作为主要的初级生产者,浮游植物在水生生态系统中扮演着重要的角色,浮游植物的时空分布反映了生态环境的变化.依据浮游植物的形态、生理、生态特点而定义的浮游藻类功能群对藻类的耐受性和敏感性进行了描述,因而浮游藻类功能群的组成是生境特征的良好指示者.对1960s至今抚仙湖、洱海、滇池3个高原湖泊的浮游藻类组成进行分析,并首次将功能群理论运用到这3个湖泊.结果表明,3个湖泊的浮游藻类优势功能群组成在近50～60年间发生了明显的改变:抚仙湖的浮游藻类优势功能群演变过程为C、X2、Lo、F、P(1960s)-H1、C、P(1980s)-P、C、T(1990s)-T(2000年以后);洱海的浮游藻类优势功能群演变过程为J、Lo、MP、C、H1(1960s)-C、H1(1980s)-C、H1(1990s)-C、H1、M(2000年以后);滇池的浮游藻类优势功能群演变过程为J、N、P、MP、Lo(1960s)-J、P、MP、M(1980s)-J、M(1990s)-M(2000年以后).抚仙湖、洱海、滇池水体内的藻类功能群演替趋势特征,即耐低温物种的减少以及喜营养物种的增加,表明3个高原湖泊在近几十年可能受到了气候变暖和营养程度增加的影响.     

滇池、抚仙湖、阳宗海长期水位变化(1988-2015年)及驱动因子

水位变化影响湖泊水质、水量和生态系统功能,是研究湖泊演变的重要内容,但目前针对滇中高原湖群水位变化特征还少见系统报道.本文选择滇池、抚仙湖、阳宗海3个滇中高原湖泊作为研究对象,基于1988-2015年实测水位数据和Mann-Kendall趋势检验法评估了3个湖泊水位变化特征;运用RClimDex模型获得了流域极端降水指标,结合其他指标构建了基于极端气象因子的湖泊水位驱动力指标体系;采用主成分-多元回归模型,解析了极端降水、蒸发等气象因子对滇中高原湖泊水位变化的贡献.结果表明：①滇池、抚仙湖、阳宗海水位年际波动不突出.滇池的年平均水位总体略呈上升趋势,年均上升0.025 m.阳宗海和抚仙湖水位无明显变化.②滇中高原湖泊流域的极端降水指数年际变化趋势不明显.滇池的蒸发量呈明显减小趋势,年均减小21.05 mm.抚仙湖蒸发量呈明显增加趋势,平均每年增加5.52 mm.阳宗海蒸发量的变化不明显.③气象指标可解释滇池水位变化的49.7%,滇池水位变化受气候变化和人类活动的综合影响;阳宗海和抚仙湖水位变化主要受气象条件控制,蒸发量、综合降水指标和连续降水指标对阳宗海水位变化的解释率高达93.3%;综合降水指标和干旱状况指标可以解释抚仙湖水位变化的64.5%.极端降水指标对解释高原湖泊水位变化具有重要作用.     

生态补水对白洋淀湿地植被格局的影响

白洋淀位于雄安新区腹地,是雄安新区重要的生态屏障与后花园,生态补水与植被恢复是白洋淀生态修复的重要内容.本文运用遥感影像资料,对比分析了雄安新区设立以来(2017年和2020年)白洋淀挺水植被、沉水植被、陆生植被、开阔水域、建设用地和裸地6种土地利用类型的变化趋势,深入剖析了挺水植被、沉水植被和陆生植被的时空分布格局、生长期内逐月生物量变化及其演替规律,探讨了水位变化对挺水植被和沉水植被生物量的影响,分析了雄安新区设立以来生态补水对淀区植被恢复的整体效果.结果表明:白洋淀水生植被主要分布在淀区北部、西北、西南和沿岸水深较浅的区域,相比2017年雄安新区设立之初,生态补水作用下,2020年淀区水位平均上涨0.63 m,沉水植被、陆生植被分布面积分别扩大了7.5%和21.4%,挺水植被和裸地面积则缩减了19%;挺水植被在8月生物量达到最大值,其分布面积和生物量随水位的增加整体呈减小趋势,同时受季节演替影响,温度升高则会显著促进挺水植被生长;与之相反,沉水植被随季节演替,其年内生物量最大出现在5、9和10月,但分布面积未有明显变化,且其生物量变化受水位影响不明显.总体而言,雄安新区设立以来,白洋淀年内植被生物量明显增加,为淀区水环境质量和水生态安全提供保障.     

洞庭湖湿地植被长期格局变化(1987-2016年)及其对水文过程的响应

基于长序列遥感影像数据、水位日观测数据以及高精度湖盆地形数据,通过提取洞庭湖1987—2016年湿地植被信息,并构建表征水位波动的多周期水情变量,采用逐步回归分析法识别影响洞庭湖湿地植被分布格局的关键水情变量并建立其与植被面积的响应关系.结果表明：1）1987—2016年,洞庭湖湿地典型植被面积在全湖尺度上呈增加趋势,尤其是林地面积,占比由1.77%上升为7.24%.湿地植被格局演变上,东洞庭湖呈现芦苇群落挤占苔草群落空间,并推动湿地植被整体向湖心扩张的趋势.2）影响东洞庭湖苔草和芦苇分布最关键的水情变量是丰水期水位.苔草对丰水期水情存在非线性阈值响应,丰水期平均水位维持在29 m左右,最适宜苔草生长;对于芦苇,丰水期偏枯的水情条件对其生长发育起到促进作用.涨水期和退水期水文过程是影响东洞庭湖湿地植被分布的次为重要的水情因子.涨水期、退水期水位偏低的水情条件对芦苇分布面积的扩张起促进作用.     

沉水植物生态修复对西湖细菌多样性及群落结构的影响

沉水植物的重建是湖泊富营养化修复的关键措施之一.本研究利用在杭州西湖进行的沉水植物生态修复工程,应用基于聚合酶链式反应的变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)及分子克隆等手段,研究种植菹草和苦草对水体中细菌多样性及群落结构的影响.未进行沉水植物生态修复的湖区细菌以Bacteroidetes(42.9%)、Betaproteobacteria(30.8%)和Verru-comicrobia(14.3%)为主.而种植菹草和苦草后,Bacteroidetes所占的比例分别减少到12.7%和5.3%;Betaproteobacteria则分别提高到52.4%和59.5%;Alphaproteobacteria由4.4%分别提高到19.0%和12.8%.种植菹草后Verrucomicrobia所占比例大幅降低,而种植苦草对Verrucomicrobia的影响不大.沉水植物修复不仅可以改善水质,同时也可以显著提高水体中细菌的多样性,改变细菌的群落结构.     

考虑生活史的太湖沉水植物优势种遥感监测

水生植物是浅水湖泊的重要类群,也是湖泊环境变化的指示物,快速监测水生植物的时空分布对湖泊生态修复和管理具有重要的指导意义.基于多时相环境星影像,构建太湖水生植物分类决策树模型,将太湖水生植物分成挺水、浮叶和沉水植物3种类别,结合沉水植物优势种生活史特征,提出了一种考虑生活史信息的太湖沉水植物优势种遥感监测方法,并对太湖7大沉水植物优势种进行时空监测.通过2013年7、8和9月野外调查样点验证,3期遥感影像分类后总的精度分别为83.04%、81.82%和85.47%,2013年太湖沉水植物优势种总体识别精度为62.20%.提出的水生植物遥感分类及沉水植物优势种识别方法为太湖管理部门开展水草打捞和生态修复提供依据和参考,同时为研究太湖沉水植物的历史变迁奠定基础.     

基于长时间序列(1975—2020年)生态耗水的岱海动态生态需水分析

生态需水是湖泊生态系统的重要指标,维持着湖泊生态系统的良性循环.以内蒙古中部半干旱湖泊岱海为研究对象,对湖泊动态生态需水进行分析.本研究在遥感和气象数据的基础上,获得1975-2020年长时间序列高精度水文要素数据,分析岱海水文要素时空演变规律;通过天然生态水深分析法、水深经验频率分析法和湖泊形态分析法分析岱海的水深随面积变化的关键水深;构建基于生态耗水规律的湖泊生态需水模型,计算自然状态下岱海生态需水动态变化范围.研究结果如下:岱海地区6-9月为丰水期,10月至次年5月为枯水期;45 a以来岱海水面面积呈显著下降趋势,近年来下降速率减缓;枯水期岱海适宜生态水深为8.72~9.92 m,丰水期为9.40~10.69 m,适宜生态需水量为5.62亿~7.71亿m³,适宜湖面面积为70.92~84.77 km².本文构建了长时间序列气候水文数据库,确定岱海动态生态需水范围可以实现对湖泊生态健康的实时监测,为相关规划与管理提供科学依据及可操作性指导,从而为岱海湖泊治理提供理论参考.     

鄱阳湖国家级自然保护区湿地植被的干旱响应及影响因素

近年来鄱阳湖干旱事件频发,干旱导致的气象水文要素变化直接影响植被生长状况,尤其是对于地上植被生物量的影响极为显著.研究鄱阳湖干旱事件对于湿地植被的影响,对于保护鸟类栖息地,认识湿地生态功能和结构的变化具有重要的现实意义.利用长期卫星遥感数据,结合植被生物量野外调查,以2003和2006年极端干旱年份为出发点,从湿地植被面积、生物量密度和总生物量的角度分析了鄱阳湖湿地植被生物量对于极端干旱的响应.研究表明:湿地植被面积、生物量密度以及总生物量均呈现双峰分布特征,在4和11月分别达到上、下半年的峰值.2003年植被生物量与多年均值一致,2006年下半年植被面积、生物量密度以及总生物量均明显超出多年均值.影响湿地植被面积的主要因素为鄱阳湖水位变化;而影响植被生物量密度的主要因素为气温和水位,退水时间提前对于生物量密度影响最大;总生物量同时受到植被面积与植被生物量密度的综合影响,其中植被面积的影响更大,植被面积对于总生物量的影响在2006年表现得比2003年更加显著.总之,2006年湿地植被对水文干旱的响应要比气象干旱强烈得多.