荒漠绿洲植被变化与景观格局耦合关系的研究--以新疆三工河流域为例

以三工河流域为例,讨论了荒漠绿洲植被变化与景观格局的耦合关系.结果表明:(1)荒漠绿洲景观格局最明显的特征是植被变化,其通过地貌、水资源利用、河流廊道或排碱渠等景观要素的变化对植被产生影响;随着景观格局的变化,流域内的植丛高度、盖度及生物量均表现出较大变异性.(2)以河流廊道为核心,通常荒漠绿洲景观格局呈带状分布且由内向外,随水热条件的改变,植被类型由乔灌木林依次向灌丛草甸、盐化草甸、荒漠化草甸和荒漠层次结构过渡.(3)人类活动影响强烈的景观要素,其缀块多样性、破碎度、分离度和缀块密度等指数的值较高,而人类活动影响较小的,其优势度和均匀度较高.(4)各景观要素的稳定性不同,通常自然缀块的稳定性高于人工缀块,其排序为:荒漠>砾石地、沙地>城镇工矿用地>水体>灌溉水田>牧草地>菜地>林地>农村居民点>盐碱地>荒草地>水浇地>果园.     

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。     

绿洲荒漠过渡带生态环境变化预警线提取与分析研究以新疆和田绿洲为例

运用MODIS时间序列数据,以干旱区和田绿洲为例,在对2002年、2004年SMVC-NDVI（Seasonal Maximum Value Composite NDVI）图进行分类后,通过对土地覆盖变化类型多度、重要度和评价等级的计算,将干旱区绿洲的生态环境强烈变化区定位于低草和中草的界限,并以此提取了过渡带生态环境变化的预警线。结果表明：从2002—2004年,预警线呈现整体缩小趋势,说明绿洲整体的生态环境在这3 a内有所退化,向恶性发展。通过对以气候因子为主的自然和人类活动因素定量分析后,认为预警线对干旱区荒漠绿洲脆弱生态环境的连续实时监测和可持续性发展研究具有很好的指示作用。     

基于NOAA/AVHRR和Terra/MODIS数据的植被指数季节信息比较

依据云南省中部地区的气候系统和地形地貌的区域差异,选择西南山地和东部高原地区为对比区,应用ArcGIS 9.2点面结合分析了AVHRR-NDVI、MODIS-NDVI及MODIS-EVI 3种植被指数对植被季节性变化的敏感度.结果显示:MODIS-EVI在消除影响因素方面效果最好,其与植被覆盖度的线性关系得到明显改善,尤其是在高植被覆盖区表现良好,既避免了植被指数饱和问题的产生,又削弱了大气云雨、地形地貌及土壤背景的影响程度,为遥感定量研究陆地植被提供了数据保证,尤其是涉及有关植被季节性信息的研究.     

基于MODIS数据的华北地区遥感干旱监测研究

选择4种遥感干旱监测模型,与土壤相对湿度（RSM）和自校准帕默尔干旱指数（sc-PDSI）进行相关性分析,并探讨了研究区生长季干旱的时空变化特征。结果表明：作物缺水指数（CWSI）和植被供水指数（VSWI）更适合监测华北地区的土壤水分,在草原区和农区CWSI干旱监测较好,在森林区和荒漠区VSWI干旱监测效果较好;研究区干旱化趋势有所减缓,且2007—2011年为干旱到湿润的转折区间;干旱空间分布呈北部大于南部、西部大于东部的变化趋势,阿拉善高原的干旱最严重,而大兴安岭山脉基本无干旱发生;干旱整体上向好的趋势发展,尤其是鄂尔多斯南部、山西省、燕山山脉和华北地区-东北地区交界处的农区,且易旱区重心有向西移动的趋势,该成果可以为区域农业干旱监测提供一定的参考。     

利用MODIS数据进行旱情动态监测研究

MODIS-EVI植被指数与不同覆盖程度植被的线性关系已得到明显改善,可以更有效地反映地表植被的生长状态。利用MODIS合成数据MYD11A2和MYD13A2获取的增强型植被指数(EVI)和陆地表面温度(Ts)构建EVI-Ts特征空间,并以该特征空间计算的温度植被干旱指数(TVDI)作为干旱监测指标,分析广西2006年秋旱分布。结果表明:以地表温度和MODIS-EVI为基础的温度植被干旱指数能较好地反映区域旱情分布和旱情发展过程,2006年9月中旬—11月中旬广西受旱区域不断扩大,旱情持续加重。     

基于MODIS数据的京津唐地区干旱监测研究

京津唐地区由于降水量不均,常出现丰枯交替或连枯、连丰现象,近几十年来呈现涝年减少、旱年增多趋势。该文利用MODIS数据,采用温度植被干旱法,结合京津唐地区的地形植被覆盖条件,利用2010年6-7月共5d的归一化植被指数(NDVI)、增强植被指数(EVI),借助分裂窗法反演地表温度(Ts),构建NDVI-Ts和EVI-Ts特征空间,结合研究区域实际情况确定干、湿边方程,建立了基于温度植被干旱法(TVDI)的干旱监测模型,对京津唐地区的干旱情况进行分析,比较了TVDIN和TVDIE的敏感性。结果表明:利用TVDI法对京津唐地区进行遥感干旱监测是可行的,并且TVDIE比TVDIN监测效果更好,MODIS数据可很好地满足大范围实时动态监测要求。     

基于土地利用/覆被变化表征的现代绿洲演变过程——以天山北坡三工河流域为例

本文以天山北坡三工河流域为例,利用1958年、1968年和1978年3期航片、1987年彩红外航片、1998年Landsat TM、2004年SPOT 5和2014年Landsat OLI影像,构建绿洲及其外围荒漠7期土地利用/土地覆被数据集,综合分析1950s屯垦戍边以来现代绿洲演变和外围荒漠植物群落变化。结果表明：①1950年以来,屯垦戍边使位于三工河冲洪积扇中下部的老绿洲不断向冲积平原扩张,老绿洲外围以柽柳和梭梭为建群种的土质荒漠景观不断转变为新绿洲,绿洲面积增加了4倍多。其中1958-1968年和2000s以来是绿洲变化最为显著的两个阶段,这两个阶段分别对应了农业用地和建设用地增幅最大的时期。② 三工河流域的现代绿洲演变过程中存在“地方管辖区”和“兵团农场区”两种基本管理模式,也正是这两种模式相互渗透、相互交叉融合,共同推动了现代绿洲演变。③三工河流域1950s-2004年现代绿洲演变具有干旱区绿洲演变的普遍特征,但2004年以后的演变仅适用于有较大规模跨流域调水或新增水源的绿洲演变情形。现代绿洲的扩张以荒漠植被的砍伐和破坏为代价,导致绿洲外围植物群落结构发生了显著的变化,这使得绿洲外围荒漠生态系统的保护愈加困难     

基于MODIS数据和气象观测数据的气温空间插值方法比较

本文以福建省福州市为研究区域,利用MODIS影像数据反演福州市地表温度;同时利用相同时间的福州市及其周边的32个气象站日平均气温数据,结合数字高程模型（DEM）中提取出的地形因子,研究温度与经度、纬度、海拔高度等的相关关系,提出了福州市地形因子与气温相关模型,利用该模型插值得到福州市的地表温度;再利用气温垂直递减规律进行插值得到地表温度。对比3种结果可知,对于气象数据容易获得,气象站点较多且均匀分布在研究区时,利用气象数据插值地表温度较快,但计算结果比实际值略高;对于气象数据不易获得或站点较少时,可以用影像数据来反演地表温度,其精度受提取参数的精度的制约,在参数使用正确情况下比插值方法反演精度高。     

基于MODIS的海南岛植被指数变化的驱动因子分析

温度、降水和地表覆盖是影响植被指数变化的主导因子，但在不同区域内不同因子对植被指数的影响程度有所不同。海南岛地处独特的热带区域，为弄清温度、降水和地表覆盖对海南岛植被指数的影响，根据MODIS遥感数据，提取了2004年海南岛的月平均植被指数集，采用了相关分析的方法，探讨了海南岛植被指数变化与其驱动因子（温度、降水和地表覆盖）的关系。结果发现海南岛植被指数的变化受温度的影响大于降水作用的影响，而降水作用的影响又大于地表覆盖的驱动作用。     

新疆三工河流域山地、平原区气候变化特征对比分析

通过分析三工河流域近40a气候变化特征,结果表明：(1)近40年三工河流域平原区平均温度以0．27℃／10a趋势上升,和全疆变化一致,低于北疆地区;流域山区增温趋势较慢,平均每10年以0．14℃的趋势增温,但冬季增温显著,暖冬趋势明显。(2)三工河流域平原区1987-2000年比1961—1986年平均降水量偏多35％;三工河流域山区,20世纪80年代降水增加较显著,90年代降水量减少到70年代水平。(3)三工河流域平原区和山区气温、降水,同一气象要素呈现正相关;三工河流域平原区温度与降水没有明显相关性：山区温度与降水表现出负相关性。(4)三工河流域山区温度和降水用Mann-kendall方法检验没有达到突变水平,工河流域平原区降水,用Mann-kendall方法检验在1984年发生了由低向高的突变,温度在1995年发生了由低向高的突变。近36a三工河流域平原区干旱指数下降趋势显著,用Mann-kendall方法检验在1983年发生了由高向低的突变;山区干旱指数下降较慢。     

An analysis of oasis evolution based on land use and land cover change: A case study in the Sangong River Basin on the northern slope of the Tianshan Mountains

This study investigated oasis evolution and the changes of peripheral desert in the Sangong River Basin since the 1950s by rebuilding seven land cover maps derived from black-and-white aerial photographs (1958, 1968, and 1978), a color-infrared aerial photograph (1987), Landsat Thematic Mapper (TM) imagery (1998), Satellite Pour l’Observation de la Terre (SPOT) imagery (2004), and Landsat Operational Land Imager (OLI) imagery (2014). The results showed that: (1) Since 1950, the oasis consecutively expanded more than four times from an alluvial fan to an alluvial plain, causing the shrinkage of desert landscapes that were dominated by a Haloxylon ammodendron Bunge community (HBC) and a Tamarix chinensis Lour community (TLC). Furthermore, the primary (1958–1968) and final (2004–2014) stages were the most important periods, during which agricultural land experienced the most rapid expansion during the period 1958–1968, and the built-up area showed the most rapid expansion after the 2000s. (2) Two basic management modes, a “local mode” formed by the local governments and a “farm management mode” developed by Xinjiang Production and Construction Corps, together promoted oasis evolution under various land-use and landcover (LULC) stages. (3) The evolution of the modern oasis during the 1950s–2004 showed the general features of an arid oasis, while during the period of 2004–2014 it was characterized by a large-scale inter-basin water diversion or the import of new water sources. (4) The oasis expanded at the expense of desert vegetation, resulting in distinct variation in the structure of the desert plant community, which will make it more difficult to protect the desert ecosystem.     

干旱区冲洪积扇-冲积平原绿洲浅层地下水质时空变化初步分析--以三工河流域绿洲为例

以三工河流域绿洲为例,分析了干旱区平原绿洲浅层地下水水质的时空变异性。结果表明,该区域地下水质不仅在空间上存在着显著的差异,而且年内及年际差异也很明显：1)冲洪积扇区域地下水质显著优于冲积平原区水质;2)春季地下水质总体好于秋季,且冲积平原区水质恶化程度要快于冲洪积扇区域;3)绿洲地下水质总体呈现下降的趋势,尤其是农业活动强烈且地下水埋深浅的冲积平原区域;4)水文地质条件是造成地下水质时空变异的主要原因,土地利用加剧了其变异性。     

三工河流域山地—绿洲—荒漠系统降水空间变异性研究

山地—绿洲—沙漠系统（MODS）是中国内陆干旱区最基本、也最典型的地理景观格局,以天山北麓中段、准噶尔盆地南缘的三工河流域为典型区,设置降雨量监测网,获取2007-2014年5-8月份降雨量数据,利用（旋转）经验正交函数分解（REOF/EOF）、分形理论及克里金法（Kriging）等方法探讨流域尺度干旱内陆区MODS多地貌单元复合情况下降水的空间结构型及异质性特征,为深入了解MODS生态系统植被演变规律及其恢复提供借鉴。主要结论为：依据第一特征向量（对总体方差贡献82.4%）0~30 km、30~70 km及70~150 km的3个荷载区段,将研究区划分为山地区、绿洲区及沙漠区;其夏季降水场以“整体一致”型为主,表现为降水一致全流域整体增加,且增幅自山地—绿洲—荒漠依次减小。山地区半变异函数曲线符合高斯模型,绿洲区符合球状模型变程为15.3 km,荒漠区5月、6月及其它时段分别符合高斯模型、指数模型及球状模型,变程58.6 km比山地和绿洲大。随机因素引起的空间异质性占0.01%~9.57%;绿洲区降水空间变异性最大,山地次之沙漠区最小;6月份降水空间异质性最显著,8月最小;在南北方向（0°）和东南—西北方向（135°）变异性最强。     

利用TM影像分析天山北坡三工河流域地表反照率的时空变化

下垫面状况是影响地表反照率分布的主要因素之一。利用遥感方法获取地表反照率时空特征是研究地表下垫面状况的有效手段。天山北坡具有典型的山地－绿洲－荒漠景观和山盆地貌格局,这一独特且复杂多样的地表下垫面特征形成了特有的垂直分布的地表反照率。通过对三工河流域TM影像进行地形校正,基于6S(Second Simulation of Satellite Signal in the Solar Spectrum)模型分析地表反照率的时空分布。结果表明:基于中空间分辨率遥感数据的地表反照率反演适合于地表起伏明显的天山北坡地表反照率的分析。由于受到地表覆被类型及地表干湿程度的影响,三工河流域地表反照率呈明显的垂直地带性分布。中山森林带和低山干草原带受地形起伏和阴阳坡作用,其地表反照率表现出有规律的上下波动。绿洲区随着地表覆被类型、作物结构和作物物候的变化,地表反照率波动较大。     

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。     

三工河径流系列重建及未来趋势预测

新疆三工河流域位于天山北麓中段东部 ,发源于博格达峰西北侧 ,著名的高山湖泊、国家级风景区—天池位于该河中游 ,下游是阜康市。对三工河径流量的研究 ,对于保持天池足够的蓄水量及当地环境和资源的开发利用都是非常重要的。但该河仅有短期不连续的径流实测资料 ,且测站断面迁移频繁 ,因而有多种径流估算值。应用Linest函数 ,对影响径流的因子进行筛选 ,重建了三工河 196 1年至 1999年径流系列 ,据此计算三工河多年平均径流量为 0 .6 16× 10 8m3 ,Cv值 0 .10 3。用方差分析法对径流的未来变化趋势作了初步预测 ,为正确评估当地水资源承载能力 ,保持水资源的可持续利用 ,尤其是目前有争议的地下水资源的评估和合理开发提供了定量依据。     

三工河流域地貌形态要素及其对环境的影响

地貌是地球表层系统中最重要的组成要素之一,并在一定程度上控制着其他生态与环境因子的分布与变化。在干旱区地貌对环境的影响更严重,是流域环境变化与区域发展研究不可忽略的因素。运用GIS的空间分析功能,在Arc GIS软件中对三工河流域DEM数据进行处理,得到海拔高度、坡度、坡向、地势起伏度四个地貌形态要素图,经过统计分析得出:海拔<1 000 m的低海拔地区占整个流域面积的61.34%;坡度平缓的地区(≤3°)占整个流域总面积的57.06%;西北坡向面积占整个流域总面积的26.62%;地势起伏度<20 m占整个流域面积的39.73%。利用GIS技术对流域地貌形态特征进行定量分析,并结合ETM卫星影象、野外调查,探讨地貌形态要素对环境的影响,为深入分析地貌环境特征对环境的影响奠定了基础。     

基于因果网络的黄河流域植被变化归因分析

人类与自然耦合系统是一个充满大量非线性互馈关系的复杂巨系统。当前对系统内单要素和静态特征的研究,虽有助于理解某个时刻的系统状态,却不能完整地表达其内部不同要素间错综复杂的关联。论文着眼于黄河流域区县尺度植被变化归因(以叶面积指数LAI作为表征植被的指标),综合利用人类—自然耦合系统多源数据和因果诊断方法,构建黄河流域LAI复杂因果网络。通过复杂网络统计方法对网络节点、结构特征进行分解,揭示影响流域LAI变化的关键要素及其空间分布特征。研究结果表明：(1) 1990—2018年流域LAI以1.3%/a的速率增长,增长速率在空间上由东南向西北逐渐递减。(2)在网络视角下,降水量、气温、饱和水汽压差、农业用地、城镇化率和粮食产量为影响流域LAI变化的关键要素。(3)自然要素(如降水量和气温等)主导了流域内259个区县的LAI变化;社会经济(如城镇化率和粮食产量等)和土地利用类型(如林地和草地等)要素主导了流域内76个区县的LAI变化,主要集中于黄土高原且影响强度远大于自然要素。研究在人类—自然耦合系统框架下构建了黄河流域植被变化多层互馈网络,综合认知流域植被演变的自然和社会驱动力,为理解自然...