基于多尺度遥感数据的塔里木河干流地区植被覆盖动态

利用地面观测数据,Landsat TM和MODIS数据,基于尺度上推的研究思路,采用修正的三波段最大梯度差模型反演植被覆盖度,分析了塔里木河干流地区2000-2013年植被覆盖度时空分布及其动态变化特征。结果表明：（1）地面观测数据、Landsat TM与MODIS数据相结合进行尺度上推,尺度转换相对误差控制在4%以内,可以实现分析大范围长时间序列植被变化;（2）塔里木河干流区域植被覆盖度年内最大值出现在7、8月,2000-2013年平均植被覆盖度变化整体上呈现增长的趋势,上游年均植被覆盖度18.67%~23.67%,中游10.6%~12.44%,下游4.7%~6%,但呈现两段式发展（2000-2006年显著提高,2006-2013年小伏波动变化）;（3）塔里木河干流区域植被覆盖度空间差异明显,上游植被覆盖度增长速率最高,中游次之,下游增长速率最小。上游植被覆盖度年增长速率为0.37%,且增长趋势显著;中游年增长速率为0.06%,没有显著的变化趋势;下游年增长速率为0.05%,增长变化显著区域位于河道或稍远离河道附近及台特玛湖附近。     

塔里木河下游生态响应遥感监测研究

以生态应急输水为背景,分析总结了应急输水重大工程实施以来,塔里木河下游生态响应监测诊断研究成果,并利用遥感、GIS等空间信息技术,以2000年7月、2002年7月、2004年7月为研究时段,分别选取三个时相的CEBERS-1CCD遥感影像作为研究数据,对塔里木河下游生态响应进行遥感监测分析。首先,对三个时相的CBERS-1CCD数据进行几何校正、配准、拼接和切割等处理;然后以研究区NDVI数据值域分布为基础,并结合研究区8个样区的实地调查结果,研究建立NDVI分级标准体系;其次,按照建立的NDVI等级标准体系,分别提取研究区三个时相不同等级的NDVI值,并提取相应的土地面积;最后,计算求得研究区三个时相不同等级NDVI所对应土地面积的转化矩阵,并结合研究区生态应急输水背景,通过分析NDVI等级转化情况,揭示研究区生态变化趋势和规律。研究结果显示:2000-2004年期间,研究区植被状况好、较好、一般的土地面积分别增加906.39 km2、593.67 km2、384.13 km2,植被状况较差、差的土地面积分别增加了192.54 km2、348.03 km2。结果表明:遥感技术可以为塔里木河应急输水对塔里木河...     

塔里木河干流区天然植被的空间分布及生态需水

塔里木河流域荒漠河岸林具有重要的生态、经济和社会效益。本文以塔里木河干流的荒漠河岸林系统为对象,借助于卫星遥感、GIS等技术,研究塔里木河干流区各河段天然植被分布特征,应用缓冲区梯度分析方法对林地分布结构和生态需水进行分析。结果表明： （1）塔里木河干流区天然植被面积为146.1×10⁴ hm²,占研究区总面积的35.18%;北岸天然植被面积较南岸多46.34×10⁴ hm²。（2）塔里木河干流区荒漠河岸林分布随距离河道的增加呈波动下降趋势。在影响保护带、基本保护带和重点保护带下,天然植被保护范围分别为4.7～30.1 km、2.2～24.2 km和0.8～12.3 km。（3） 塔里木河干流区天然植被总的生态需水量为21.932×10⁸ m³,在重点保护带、基本保护带和影响保护带下,生态需水量分别为9.56×10⁸ m³、14.97×10⁸ m³和19.08×10⁸ m³。根据荒漠河岸林的分布特征和保护目标,对塔里木河干流用水作统一规划和协调是符合实际的生态治理措施。     

基于遥感和SEBAL模型的塔里木河干流区蒸散发估算

运用1985 年、2000 年和2010 年遥感资料与SEBAL 模型估算了塔里木河干流区蒸散发。结果表明：该区蒸散发量较大,介于0~5.11 mm/d之间;靠近河道区蒸散发明显大于远离河道区;各土地利用/覆被类型蒸散发大小依次为：水体> 耕地> 林地> 草地> 未利用地> 居工地,主要与其植被覆盖度和水分供给条件有关;而日总蒸散发大小顺序为：草地> 未利用地> 耕地> 林地> 水体> 居工地,这与各土地利用/覆被类型面积密切相关。在1985-2010 年间,塔里木河干流区日总蒸散发量先减小后增大;上游平均日总蒸散发量为中游和下游的1.27 倍和1.42 倍。2000 年塔里木河干流区日总蒸散发比1985 年减少了6.80×10⁴ m³,原因是中游和下游日总蒸散发减小,而上游日总蒸散发量却增加了3.02×10⁵ m³。2010 年干流区日总蒸散发比2000 年高6.78×10⁵ m³,其中上游和中游日总蒸散发量增加了1.19×10⁶ m³,而下游却降低了5.16×10⁵ m³,主要受中上游地区绿洲耕地面积扩张,水资源开发量过大,下游来水量减少的影响。     

塔里木河干流径流量变化与太阳黑子活动的关系

本文运用Morlet 小波分析方法, 分析了1957-2011 年塔里木河干流年径流量与太阳黑子相对数的关系。结果表明, 55 年间塔里木河干流年径流量和太阳黑子相对数都呈减小的趋势。塔里木河干流年径流量变化存在4 a、8 a、18 a、21 a 左右的主周期。在8~9 a 和18~21 a 尺度上年径流量序列与太阳黑子相对数序列具有相近的主周期。年径流量变化所表现的4 年主周期与太阳黑子活动关系不大;18~21 a 主周期特征应主要受太阳黑子活动的影响;8 a 主周期也与太阳黑子活动显著相关, 但由于受到人类活动的强烈干扰, 致使在20 世纪80 年代以后两者关系被扰乱。预测2012-2020 年间塔里木河干流将处于枯水期, 年径流量的平均值约为35×10⁸~40×10⁸ m³。     

塔里木河干流区土地利用与生态系统服务价值的变化

根据2005—2010年土地利用数据分析了生态环境脆弱和受人类活动影响强烈的塔里木河干流地区土地利用数量和结构变化特点,修正了谢高地等提出的中国陆地生态系统服务价值系数,结合敏感度分析,探讨了生态服务价值对土地利用变化的响应。结果表明:（1）研究区土地利用类型以草地和其他为主,覆盖率约为65％;2010年天然植被比2005年减少4.37×104 hm2,占总面积的1.04%;耕地面积增加最多,增加幅度为21.70%;高覆盖度草地土地利用类型减少最多,为5.95%;农田面积的不断扩大以林地和草地面积减少为代价。（2）研究区生态系统的服务价值以土壤形成与保护、生物多样性保护和废物处理等功能为主;森林和水体的生态服务价值贡献率占整个系统的80%以上,其次是草地;塔里木河干流2005—2010年土地利用的变化导致生态服务功能的结构发生变化。（3）研究区2005年和2010年总生态服务功能价值分别为137.76×108元和137.98×108元,波动较小;研究区由上游至下游生态系统服务价值存着的明显的由高到低的梯度分布规律,生态环境逐渐退化;生态服务价值相对于生态价值系数缺乏弹性的,说明本研究结果可信,可为区域土地利用效益评价及土地利用规划提供借鉴。     

气候和土地利用变化对塔里木河干流区植被覆盖变化的影响

基于遥感和地理信息系统技术,利用1998—2008年SPOT-VEGETATION归一化植被指数（NDVI）数据对塔里木河干流区1998—2007年植被覆盖的时空变化进行了监测,并从气候变化和土地利用变化双重角度分析了植被覆盖变化的原因。研究表明,塔里木河干流区植被覆盖变化经历了两个阶段:1998—2001年植被覆盖严重退化时期;2002—2007年植被覆盖度由急剧上升到缓慢下降再到持续升高时期,NDVI明显高于20世纪末期水平。塔里木河干流区植被覆盖变化存在显著的空间差异,绿洲农业灌溉区和退耕还林还草生态恢复区的植被覆盖度显著提高,天然草地植被区的植被退化严重。塔里木河干流区植被覆盖变化是气候和土地利用变化共同作用的结果。温度对植被覆盖变化的影响表现为对植被生长年内韵律的控制和秋季植被生长期的延长,年降水量的波动式上升是导致塔里木河干流区植被覆盖变化两个阶段呈现差异的主导因素。     

基于多时相CBERS/CCD数据的塔里木河下游植被变化

自2000年实施生态输水以后,塔里木河下游断流区沿岸自然植被得到了不同程度的恢复。根据逐年中等分辨率遥感数据,利用时间轨迹分析方法,对植被变化的过程和趋势进行分析。选择2000-2005年各年的最佳CBERS/CCD图像,根据土壤调整植被指数值,将各年土地覆被分为植被和非植被;基于分类结果逐像元构建土地覆被变化轨迹;并按照过程和趋势特征将变化轨迹划分为恒定非植被、恒定植被、转变为植被、转变为非植被和非稳定变化5种变化类型。通过分析植被面积变化与生态输水之间的关系、以及不同趋势类型的数量、空间特征,并结合输水资料和地面调查结果,了解各种变化趋势的变化过程、植被结构和变化原因。结果表明:植被面积随生态输水的进行呈逐年增加趋势;输水过程中,7.94%的区域呈现转变为植被的趋势,主要是草本植物恢复和灌木丛的复苏所致;同时仅有2.66%的像元转变为非植被;由于生态脆弱性较高,尚有10.43%的像元表现为非稳定变化。变化轨迹所揭示的过程特征显示,由非植被向植被转变的变化主要出现在2003年最大规模输水以后;在河水漫溢区尤为明显。实践还表明,干旱区植被变化波动频繁,时间轨迹分析方法有利于揭示植被的变化过程和趋势;而CBERS/CCD数据的免费使用,为利用中等空间分辨率遥感数据进行时间轨迹分析节约了成本。     

从光谱指数到融合数据集的全球植被遥感数据产品

遥感对地观测为理解陆地植被动态与全球环境变化规律提供了数据基础,基于卫星观测的全球植被遥感数据产品近年来层出不穷,但缺乏基于数据使用者视角的系统梳理。本文回顾了全球植被遥感数据产品的发展历程,梳理了相关卫星计划及对应数据产品,分析了从植被光谱指数到生物物理特征参量、传统光学遥感反演到叶绿素荧光及星载微波反演产品、从单一传感器生产到多数据源—多数据集融合产品的发展脉络,阐述了全球植被遥感数据产品的来源、特征与关联关系。认为当前全球植被遥感数据产品的生产与应用存在一定脱节,遥感产品精度制约了对地球系统的深入理解。全球植被遥感数据产品正从宏观状态监测向专业化、精细化、标准化转变,建议未来制备全球遥感数据产品应充分利用目前已积累的长时序观测数据,融合多源观测资料,提升现有数据集的时空分辨率、精度及连续性;注重提高特殊区域与特定类型生态系统的反演精度,加强多维植被特征的一体化监测;建立全球植被产品数据共享平台,提供标准的全流程数据处理与分发服务,将数据不确定性信息高效、清晰提供给用户。     

新疆荒漠稀疏植被覆盖度信息遥感提取方法比较

植被覆盖度信息是荒漠生态环境表征的重要指标之一。荒漠区地表植被稀疏,在遥感光谱信息中表现较弱,通用的植被覆盖度遥感提取方法应用于干旱荒漠区存在一定的局限性,为了探寻一种满足大尺度荒漠地区的植被覆盖度信息的提取方法,必须对比和分析现有的遥感方法在干旱荒漠区的应用效果。以新疆荒漠区为例,利用MODIS遥感影像和野外植被覆盖度实测数据,对常用的6种遥感植被覆盖度提取方法（改进的三波段梯度差法、像元二分法、线型混合像元分解法、归一化植被指数法、增强型植被指数法和修正型土壤调整植被指数法）的结果进行精度验证和对比分析。结果表明：MODIS影像上较难提取纯荒漠植被像元,用农作物的像元值代替会降低像元二分法和线性混合像元分解模型的模拟精度;植被指数法对地面实测数据依赖性较大,模拟的精度差异很大,仅考虑红光和近红外的归一化植被指数法模拟精度最低,而综合考虑土壤和大气因素的增强型植被指数法的模拟结果精度最高;改进的三波段最大梯度差法虽然模拟精度稍次之（R²=0.74;RMSE=13.46）,但依据光谱的物理特性,能显著地反映南、北疆荒漠植被覆盖度的差异,是目前大尺度的荒漠区覆盖植被信息提取较为适宜的方法之一。     

塔里木河干流水资源分配现状及其利用问题

基于塔里木河干流1957-2017年阿拉尔断面、英巴扎断面、恰拉断面来水量特征,首先初步分析塔里木河干流上、中、下游的耗水特征,并基于干流断流和生态输水时间节点,进一步分析1957-1972年、1973-2000年、2001-2017年上中下游各区间段耗水特征,根据这些历史数据变化,从管理角度判别上中下游较为合理的水量分配策略;其次,重点指出塔里木河干流在明确定位为生态河流背景下,未来水量调配精细化管理面临的主要三大基础性问题：灌区耕地面积不清、生态和农业用水量不清、水文数据存在偏差等,并指出问题产生的原因背景,以及从流域水资源管理体制机制上给出相关解决的建议。明确认识到目前塔里木河干流水资源分配利用存在的问题,是未来解决好流域生态环境的关键,通过这些问题的探讨藉此引起更多理性关注,对未来推动塔里木河流域生态环境改善的精细化管理具有重要意义。     

近50a来塔里木河干流年径流量变化趋势及预测

根据塔里木河干流1957-2008年的年径流量监测数据,利用Mann-Kendall非参数技术检验和R/S法,对干流年径流量时间序列变化趋势进行分析,并在此基础上采用滑动t检验法和Mann-Kendall法对其突变点进行检验,最后运用方差分析外推法和叠加趋势预测模型对干流水文周期和未来径流量变化进行分析和预测.结果显示...     

塔里木河下游地下水抬升的地表植被恢复价值初探

基于塔里木河下游生态输水前后地下水动态变化和地表植被响应的长期监测资料,以输水后地下水动态变化引起的地表植被生物量差异为出发点,借鉴国内外生态经济价值量化的计算方法,从地表植被响应的生态经济价值和地下水抬升的潜在恢复价值来计算生态输水后植被恢复的地表生态经济价值。目的是为量化生态输水工程的恢复效益提供理论依据。结果显示:在塔里木河下游典型的考干断面,垂直河道方向为长的2 000 m、平行河道方向为宽的100 m的样带内,地下水位出现了明显的抬升,水位抬升幅度以河道为中心由近到远逐渐降低,这点突出地反映在以柽柳灌丛为主的地表生物量的明显变化上。根据5年的河道区间耗水量资料,计算出该区间100 m宽的样带因输水而投入的水资源价值为0.65×104元,而输水后从地表植被生物量变化引起的地表生态响应价值为1.119×104元,投入产出比为1?1.72;地下水抬升的潜在经济价值是3.741×104元,总的投入产出比为:1?7.477,表明输水有显著的生态效益。     

塔里木河下游不同生活型植被对地表的防护效果

在干旱区植被生态建设过程中,需要进行决策并经常引起争论的问题是,究竟应该选择哪种生活型植被才能获得最大的防护效果.为比较不同生活型植被对地表防护效果的差异,本文选取塔里木河下游6种常见乔灌草植被,以降低风速百分比的平均值作为植被对地表防护效果的评价指标,对不同生活型植被对地表防护效果进行定量比较.结果表明:上述6种植被防风性能大小次序依次为:花花柴>罗布麻>骆驼刺>柽柳>盐穗木>胡杨.花花柴对地表防护效果最好,降低地表风速百分比的平均值达44.00%,胡杨对地表防护效果最差,降低地表风速百分比平均值13.21%.就乔、灌、草不同生活型植被而言,防护效果大小次序为:多年生草本>灌木>乔木.因此,从生态防护效应角度来说,在干旱区植被生态建设中,应坚持灌、草先行的原则,乔木植被只能在水分条件较优越的地区适度发展.只有这样才能充分利用有限的水资源, 取得最佳的生态防护效应.     

Ecological water demand of natural vegetation in the lower Tarim River

We have appraised the relationships between soil moisture, groundwater depth, and plant species diversity in the lower reaches of the Tarim River in western China, by analyzing field data from 25 monitoring wells across eight study sites and 25 permanent vegetation survey plots. It is noted that groundwater depth, soil moisture and plant species diversity are closely related. It has been proven that the critical phreatic water depth is five meters in the lower reaches of the Tarim River. We acquired the mean phreatic evaporation of different groundwater levels every month by averaging the two results of phreatic evaporation using the Qunk and Averyanov formulas. Based on different vegetation types and acreage with different groundwater depth, the total ecological water demand (EWD) of natural vegetation in 2005 was 2.4×108 m3 in the lower reaches of the Tarim River. Analyzing the monthly EWD, we found that the EWD in the growth season (from April to September) is 81% of the year’s total EWD. The EWD in May, June and July was 47% of the year’s total EWD, which indicates the best time for dispensing artificial water. This research aims at realizing the sustainable development of water resources and provides a scientific basis for water resource management and sound collocation of the Tarim River Basin.     

塔里木河下游植被生态需水量(英文)

We have appraised the relationships between soil moisture,groundwater depth, and plant species diversity in the lower reaches of the Tarim River in western China,by analyzing field data from 25 monitoring wells across eight study sites and 25 permanent vegetation survey plots.It is noted that groundwater depth,soil moisture and plant species diversity are closely related.It has been proven that the critical phreatic water depth is five meters in the lower reaches of the Tarim River.We acquired the mean phreatic evaporation of different groundwater levels every month by averaging the two results of phreatic evaporation using the Qunk and Averyanov formulas.Based on different vegetation types and acreage with different groundwater depth,the total ecological water demand(EWD)of natural vegetation in 2005 was 2.4×108m 3in the lower reaches of the Tarim River.Analyzing the monthly EWD,we found that the EWD in the growth season(from April to September)is 81%of the year's total EWD.The EWD in May,June and July was 47%of the year's total EWD,which indicates the best time for dispensing artificial water.This research aims at realizing the sustainable development of water resources and provides a scientific basis for water resource management and sound collocation of the Tarim River Basin.     

塔里木河干流上游洪水演进规律分析与数值模拟

塔里木河流域的水文特性在过去几十年内发生了深刻变化,源流的年径流总体增加,而干流发生量级洪水的频次与洪峰流量也有显著增长,干流防洪压力不断增长。通过从洪水传播时间、削峰率、耗水率三个方面对塔里木河干流上游（肖夹克-英巴扎）分河段展开系统分析,揭示了干流上游洪水传播的一般规律;在此基础上构建了一维水沙演进的数学模型,模型通过2010年洪水验证后,模拟了2017年干流洪水演进过程,模拟结果精度较高,显示了该数学模型的合理性和广阔的应用前景。研究成果不但从科学上揭示了中亚代表性内陆多沙河流的洪水特性,对于塔里木河干流的防洪管理与洪水资源化利用也有重要意义。