基于MOD16产品的我国2001-2010年蒸散发时空格局变化分析

蒸散发的时空格局分析对理解气候变化与水资源之间的相互影响具有重要的作用。本文基于MODIS全球蒸散发产品(MOD16),分析了2001-2010年我国陆面蒸散发的时空格局变化,得出以下结论：(1)站点尺度和流域尺度的精度验证结果表明,MOD16产品对于我国森林、农田生态系统类型,以及辽河、海河、黄河和淮河流域的模拟精度较高;(2)2001-2010年,我国年均蒸散发为532±10 mm,年内蒸散值变化最大的是东北区,月均蒸散变异系数为0.87,而西北区变化幅度最小,变异系数为0.19;(3)2001-2010年,我国陆面蒸散发年际变化总的趋势不明显,占陆地面积11.2%区域的蒸散发呈显著减少趋势(p<0.05),主要分布在青藏高原中部,内蒙古中东部地区及新疆北部,只有2.3%的区域的蒸散发增加趋势显著,(p<0.05),主要分布在黄土高原地区、黄淮海平原及东北平原;(4)通过对比干旱指数变化趋势、植被指数变化趋势图可以看出,蒸散发显著减少的区域主要分布于干旱加剧的半干旱地区,而蒸散发显著增加的区域主要位于植被变好的地区。     

2001-2013年洞庭湖流域植被覆盖度时空变化特征

本文基于2001-2013年MODIS NDVI多时序数据,采用像元二分模型估算了洞庭湖流域植被覆盖度,分析了区域近13年来植被覆盖度的变化特征及趋势,并结合同期气象数据,阐明了植被覆盖度变化对气候因素的响应。结果表明：（1）近13年洞庭湖流域植被覆盖度的整体变化较为稳定,呈微弱减少趋势,速率为-0.3%/10a。（2）洞庭湖流域绝大部分区域植被覆盖状况良好,植被覆盖度呈自西向东递减趋势,高植被覆盖度及中高植被覆盖度占整个流域面积的88.63%,水体或低植被覆盖度及中低植被覆盖度仅占2.57%。（3）洞庭湖流域植被覆盖度变化趋势为北部强于南部、东部强于西部。流域内植被覆盖度极显著与显著减少的面积比例为5.30%、增加面积的比例为4.29%,植被覆盖度变化不显著占90.40%。该区域植被覆盖度变化受人为因素影响更大。     

不同下垫面DTD模型与TSEB模型比较

双源能量平衡模型（Two Source Energy Balance, TSEB）和双温度差模型（Dual Temperature Difference, DTD）目前已应用于不同的下垫面类型和环境条件下地表蒸散发估算研究,但是由于模型构建理论机理的差异,模型表现会随着下垫面类型和环境条件的变化而有所不同。因此,本研究选取了黑河流域高寒草地、半干旱区灌溉农田以及干旱区河岸林3种下垫面类型地面观测数据,系统分析了DTD模型和TSEB模型的适用性以及主要误差来源。结果表明:① 在瞬时尺度上,DTD模型在高寒草地上估算潜热通量的误差较小,其RMSE为62.00 W/m²,而TSEB模型的RMSE为75.49 W/m²,2个模型的精度会随着植被覆盖度的增加而出现差异;在半干旱区灌溉农田区域,2种模型表现较为一致,但是在干旱区河岸林,2种模型都低估了潜热通量,且模型误差较大;② 在日尺度上,DTD模型和TSEB模型的表现与瞬时尺度表现较为一致,同时2种模型拆分的植被蒸腾比与基于uWUE模型（Water Use Efficiency, uWUE）拆分的结果吻合较好,但DTD模型的表现要优于TSEB模型;③ 相比较DTD模型而言,TSEB模型对地表温度输入误差更为敏感。本研究通过对比DTD模型和TSEB模型在不同下垫面和环境条件的表现,为今后模型优化提供了理论依据。     

亚热带福建省森林生长季与气温、降水相关性的遥感分析

植物生长季的变化反映了全球气候变化对生态环境的影响。本研究以2000-2006年间MODIS-NDVI影像数据集,使用TIMESAT软件从归一化植被指数（NDVI）时间序列中,分别提取福建省不同森林植被的生长季开始日期（Start of Season,SOS）、生长季结束日期（End of Season,EOS）和生长季长度（Length of season,LOS）等物候参数,并与全省尺度的气温与降水量进行相关分析。结果表明：不同森林类型NDVI与当月月均气温之间具有较显著的相关性（R²为0.72-0.79,p<0.01）,同期温度变化对植被生长的影响相对于降水量更重要;而植被生长对降水量的响应存在大约2个月的时滞效应（R²为0.54-0.75,p<0.01）,说明前期的降水累积对于后续植被生长有较显著影响。福建省森林植被生长季持续时间约213~223 d,开始于每年4月初到4月中旬（第98~103 d）,结束于11月中旬前后（第316~321 d）。其中,南亚热带森林生长季长于中亚热带森林,相同气候条件下的阔叶林生长季时间略长于针叶林。另外,春季（2-4月）气温变化是导致福建省内2个气候带森林生长季开始时间、生长季结束时间及生长季长度变化的关键因素,而伴随春季温度升高,植被生长季开始时间提前（R²为0.83,p<0.01）,同时生长季长度延长（R²为0.80,p<0.01）。7 a间,生长季持续时间呈现微弱延长趋势,总体延长幅度为2.4~3.1 d。     

青海湖流域植被盖度时空变化研究

高寒区植被变化一直是气候和生态学领域关注的热点问题。本研究基于MODIS NDVI数据计算的植被覆盖度数据和高分辨率气象数据,分析了青海湖流域2001-2017年植被覆盖度分布格局及动态变化,探讨了其对气候变化、人类活动和冻土退化的响应。结果表明：① 近十几年青海湖流域植被覆盖度整体表现为增加趋势,不同植被类型增幅存在差异性,草地增幅最大,达到6.1%/10a,其它植被类型增幅在2%~3%/10a之间;② 流域局部地区仍存在植被退化现象,研究期植被退化面积表现为先增加后减小的变化趋势。2006-2011年重度退化区集中在青海湖东岸,2011-2017年重度退化区集中在流域的西北部,这些区域是青海湖流域荒漠分布区,植被覆盖度较低,是今后生态恢复需重点关注的区域;③ 气候变化是流域植被覆盖度变化的主导因素,气候变化对青海湖流域主要植被类型覆盖度变化的贡献率为84.21%,对草原、草甸和灌丛植被覆盖度变化的贡献率分别为81.84%、87.47%和75.96%;④ 人类活动对流域主要植被类型覆盖度变化的贡献率为15.79%,对草原、草甸和灌丛植被覆盖度变化的贡献率分别为18.16%、12.53%和24.04%,环青海湖地区人类活动对植被恢复有促进效应,在青海湖流域北部部分地区人类活动的破坏力度仍大于建设力度;⑤ 冻土退化对青海湖流域草甸和灌丛植被覆盖度变化影响很小,主要影响草原植被覆盖度变化,冻土退化造成草原植被覆盖度增长速率减小了1.2%/10a。     

福建省地表温度与植被覆盖度的相关性分析

地表温度（Land surface Tenperature, LST）和植被覆盖度（Fractional Vegetation Coverage, FVC)是生态环境变化的重要指标因子,研究两者的时空变化及相互关系对评价区域生态环境建设、改善区域生态环境具有重要意义。本文以福建省为研究区域,利用2001-2015年MODIS 11A2 LST和13Q1 NDVI数据,在时序数据重构的基础上对福建省LST时空变化及LST与FVC的相互关系进行分析。结果表明：①2001-2015年福建省LST总体呈轻微下降趋势,尤其是2010年之后其LST明显降低。LST与FVC的空间分布具有较好的负相关一致性：在FVC较高的区域,LST值较低;在FVC较低的区域,LST较高。② LST与FVC、DEM和纬度均成负相关关系,且负相关性在一年之中随着月份的变化而呈规律性增加或降低。夏季FVC对LST的负相关性最大为0.7,冬季FVC对LST的负相关性降低为0.4。③LST随着FVC增加而降低的趋势呈现分段线性关系,存在“FVC拐点”。“FVC拐点”前后随着FVC增加LST的降低速率在夏季 “先慢后快”,而在冬季则“先快后慢”。春秋两季,LST随着FVC增加而降低的速率在“FVC拐点”前后差异变小。在夏季,当FVC大于0.4时,FVC每增加0.1可降低LST约0.77 °C,降温效果大约是FVC小于0.4时的2倍。因此如果要有效地降低夏季地表高温,要使地表植被覆盖大于40%,才能较好的发挥植被的降温的作用。④在1-8月份,FVC对LST的负相关作用存在滞后性,FVC变化对滞后一个月的LST时空分布影响更大。研究成果对福建省生态环境建设与评估具有一定的意义,对于发挥植被对区域高温抑制作用提供了重要的参考依据。     

基于机器学习的参考作物蒸散量估算研究

参考作物蒸散量（Reference Evapotranspiration, ET₀）的准确估算对区域水资源管理和分配、流域水量平衡以及气候变化等研究具有重要作用。新疆地处我国西北干旱地区,水资源供需矛盾尖锐,精确估算该地区的ET₀有助于其科学合理地调配水资源,缓解水资源供需压力。FAO推荐的Penman-Monteith法是计算ET₀的标准方法,但该方法需要多项气象因子,而新疆地区气象站点较少且分布不均,精确完备的气象数据在新疆大部分区域难以获取。因此,如何使用有限气象因子获取高精度的ET₀在新疆地区备受关注。本文基于中国气象数据网提供的新疆地区1980—2019年的地面气候资料日值数据集,在日和月尺度下,通过对最高气温T_max、最低气温T_min、平均气温T_avg、风速U₂、相对湿度RH和日照时数n共6项气象因子进行敏感性分析,形成不同的气象因子组合;然后使用SVM、RF、GBDT和ELM 4种机器学习算法,以FAO-56 PM计算值为标准值,对新疆地区的ET₀进行了拟合建模;最后,从拟合精度、稳定性和计算代价3个方面对模型进行评价。研究表明：① 在新疆地区,ET₀对RH、T_max和U₂敏感系数级别为高,平均敏感系数分别为-0.516、0.283和0.266;n为中等,平均敏感系数为0.124;T_min和T_avg为低,平均敏感系数分别为-0.016和-0.003;② 在日尺度,各算法在RH、T_max、U₂和n这4项气象因子为输入时精度较高（RMSE<0.5 mm/day,R²>0.95）,可对ET₀进行精确估算;在月尺度,各算法使用RH、T_max和U₂这3项参数便可对ET₀进行精确估算。SVM和GBDT这2种算法在日尺度和月尺度都有较好的适用性,可在相应尺度下使用较少气象因子替代FAO-56 PM公式对ET₀进行估算。     

三江源生态工程实施前后长江源区宏观生态状况变化分析

基于NDVI时空序列数据,利用GLOPEM-CEVSA模型,本文估算并分析了长江源区1997-2012年植被覆盖度及植被净初级生产力时空变化特征,并在此基础上评估了生态工程实施前、后长江源区宏观生态状况变化。结果表明：工程实施后,长江源区宏观生态状况显著好转,植被覆盖度及植被净初级生产力明显增加。从多年平均值来看,工程实施后,植被覆盖度好转区域面积占植被区总面积的72.10%,净初级生产力增加区域面积占植被区总面积的73.82%;从变化趋势来看,植被覆盖度好转区域面积净增加13.02%,植被净初级生产力好转区域面积净增加24.62%。工程实施前后相比,各流域宏观生态状况恢复程度具有差异,其中楚玛尔河源头植被覆盖度上升最明显,通天河流域植被净初级生产力上升最明显。长江源区宏观生态状况的好转受益于气候的湿润化及生态工程的共同影响,若要全面有效改善仍需持续努力。     

基于MODIS-NDVI的云南省植被覆盖度变化分析

植被覆盖变化监测是区域资源环境承载力研究的基础,本文通过计算2001-2016年MODIS-NDVI植被指数,辅以趋势分析、变异系数等方法,估算了2001-2016年云南省植被覆盖度,进而探讨了植被覆盖度的时空变化特征及与地形因子之间的分布关系。结果表明：① 2001-2016年云南省植被覆盖度呈显著增加趋势,增速为4.992%/10 a。② 在空间上,植被覆盖度空间格局呈现由南向北、由西向东逐渐降低的特征,滇西、滇西南地区植被覆盖度最高,滇西北地区最低;植被覆盖度稳定性表现为由西南向东北方向波动性越来越大;滇东北地区植被覆盖度增加趋势明显优于其他区域,研究区内植被覆盖度变化趋势为增加、基本稳定和减少趋势的面积分别占49.53%、43.76%和6.71%。③ 植被覆盖度在2001-2006年、2006-2011年、2011-2016年3个时段的面积转移矩阵结果均表现为植被覆盖进化面积大于退化面积,二者的比值分别为1.42、1.63、2.01,植被覆盖情况呈持续改善趋势。④ 云南省植被覆盖度与地形因子之间的关系表现为,平均植被覆盖度随海拔增加呈先增加再减少、再增加、再减少趋势;随坡度的增加呈先增加再减少趋势;随坡向的变化呈由北向南逐渐减少趋势。     

印度植被净初级生产力的时空变异及其影响因素分析

本研究旨在探讨1983-2008 年间印度植被净初级生产力(NPP)的时空变化格局及其与温度降水的关系。基于遥感数据和GLOPEM-CEVSA模型估算区域植被NPP,利用分段线性回归,分析了过去26年印度植被NPP的时空格局与变化特征。结果表明：（1）过去26年间印度植被年均NPP为414.29 gC·m^-2·a^-1,森林、农田和草地的NPP平均值分别为1002.32、485.98和631.39 gC·m^-2·a^-1。（2）分段线性回归结果显示,1983-2008 年间,印度植被总平均NPP呈先上升后下降的趋势,趋势转折点在1996年。占印度面积比例最大的农田植被类型的平均NPP也呈先上升后下降的趋势,趋势转折点在1996年,与总平均NPP的趋势转折点一致。（3）在空间上,印度大部分地区,发生了趋势转折,趋势转折点集中在1991-2000年间,大部分地区NPP在趋势转折点前呈上升趋势,其后呈下降趋势,与区域平均NPP的变化趋势一致。（4）印度西北部干旱地区植被NPP与温度呈负相关,与降水呈正相关。喜马拉雅山南部森林NPP则与温度呈正相关。降雨量较大的印度南部地区NPP与降水呈负相关。     

近30年来中国陆地蒸散量和土壤水分变化特征分析

 对NOAH陆面模式模拟的近30年中国陆地蒸散量和土壤含水量,按照6大片区和5种生态系统类型进行了统计分析。讨论全国以及各大区不同生态系统类型蒸散和土壤含水量的变化,研究不同类型蒸散和土壤含水量的关系。中国陆地蒸散量总体呈增加的趋势,年内蒸散量最大的月份是7月,年末和年初蒸散量较小。而我国中南、西南、华东、东北和西北蒸散量变化趋势和全国的总趋势一致,呈增加的趋势。华北地区蒸散量近30年来总体趋势是下降的,华北蒸散量最大的年份是上世纪90年代。在所有生态系统类型中,林地蒸散最大的有东北、华东、西南和中南4区;而华北和西北草地在各类型中蒸散量所占比例最高。6大片区对比,林地蒸散水量最大的地区是西南和中南,最小的西北;草地蒸散水量最大的地区是西南,最小的是东北区;农田蒸散水量最高的是华东,最低的是西北;荒漠蒸散量最大的片区是西北;湿地蒸散最大的是东北。80年代以来,全国土壤含水量总体呈下降的趋势。从各片区的情况看,仅西北地区稍有增加,其余5区土壤含水量皆是下降的。植被覆盖度和土壤水分是影响蒸散量最重要的因子,在植被覆盖较差时,土壤水分和蒸散量相关性较好。     

Runoff responses to climate change in arid region of northwestern China during 1960–2010

Based on runoff, air temperature, and precipitation data from 1960 to 2010, the effects of climate change on water resources in the arid region of the northwestern China were investigated. The long-term trends of hydroclimatic variables were studied by using both Mann-Kendall test and distributed-free cumulative sum (CUSUM) chart test. Results indicate that the mean annual air temperature increases significantly from 1960 to 2010. The annual precipitation exhibits an increasing trend, especially in the south slope of the Tianshan Mountains and the North Uygur Autonomous Region of Xinjiang in the study period. Step changes occur in 1988 in the mean annual air temperature time series and in 1991 in the precipitation time series. The runoff in different basins shows different trends, i.e., significantly increasing in the Kaidu River, the Aksu River and the Shule River, and decreasing in the Shiyang River. Correlation analysis reveals that the runoff in the North Xinjiang (i.e., the Weigan River, the Heihe River, and the Shiyang River) has a strong positive relationship with rainfall, while that in the south slope of the Tianshan Mountains, the middle section of the north slope of the Tianshan Mountains and the Shule River has a strong positive relationship with air temperature. The trends of runoff have strong negative correlations with glacier coverage and the proportion of glacier water in runoff. From the late 1980s, the climate has become warm and wet in the arid region of the northwestern China. The change in runoff is interacted with air temperature, precipitation and glacier coverage. The results show that streamflow in the arid region of the northwestern China is sensitive to climate change, which can be used as a reference for regional water resource assessment and management.     

西北地区生态环境建设中水资源可持续开发与管理的认识

西北地区水资源短缺，生态环境相当脆弱。随着西北地区大规模生态环境建设的实施，原来水资源的供需矛盾更为明显，处理好西北地区有限水资源中经济用水和生态用水的比例关系具有重要的意义。就西北地区的生态环境建设中水资源可持续开发和利用提出几点认识。     

CHEMICAL WEATHERING PROCESSES AND ATMOSPHERIC CO2 CONSUMPTION OF HUANGHE RIVER AND CHANGJIANG RIVER BASINS

Rock weathering plays an important role in studying the long-term carbon cycles and global climatic change. According to the statistics analysis, the Huanghe (Yellow) River water chemistry was mainly controlled by evaporite and carbonate weathering, which were responsible for over 90% of total dissolved ions. As compared with the Huanghe River basin, dissolved load of the Changjiang (Yangtze) River was mainly originated from the carbonate dissolution. The chemical weathering rates were estimated to be 39.29t/(km²·a) and 61.58t/(km²·a) by deducting the HCO ₃ ⁻ derived from atmosphere in the Huanghe River and Changjiang River watersheds, respectively. The CO₂ consumption rates by rock weathering were calculated to be 120.84×10³mol/km² and 452.46×10³mol/km²annually in the two basins, respectively. The total CO₂ consumption of the two basins amounted to 918.51×10⁹mol/a, accounting for 3.83% of the world gross. In contrast to other world watersheds, the stronger evaporite reaction and infirm silicate weathering can explain such feature that CO₂ consumption rates were lower than a global average, suggesting that the sequential weathering may be go on in the two Chinese drainage basins. Foundation item: Under the auspices of Ministry of Science and Technology Project of China (No. G1999043075) Biography: LI Jing-ying (1974-), female, a native of Xinye of Henan Province, Ph.D., associate professor, specialized in environmental geochemistry. E-mail: wxxljy2001@public.qd.sd.cn     

Trade-offs and Synergies of Ecosystem Services in Karst Area of China Driven by Grain-for-Green Program

As an important means regulating the relationship between human and natural ecosystem,ecological restoration program plays a key role in restoring ecosystem functions.The Grain-for-Green Program(GFGP,One of the world’s most ambitious ecosystem conservation set-aside programs aims to transfer farmland on steep slopes to forestland or grassland to increase vegetation coverage)has been widely implemented from 1999 to 2015 and exerted significant influence on land use and ecosystem services(ESs).In this study,three ecological models(In VEST,RUSLE,and CASA)were used to accurately calculate the three key types of ESs,water yield(WY),soil conservation(SC),and net primary production(NPP)in Karst area of southwestern China from 1982 to 2015.The impact of GFGP on ESs and trade-offs was analyzed.It provides practical guidance in carrying out ecological regulation in Karst area of China under global climate change.Results showed that ESs and trade-offs had changed dramatically driven by GFGP.In detail,temporally,SC and NPP exhibited an increasing trend,while WY exhibited a decreasing trend.Spatially,SC basically decreased from west to east;NPP basically increased from north to south;WY basically increased from west to east;NPP and SC,SC and WY developed in the direction of trade-offs driven by the GFGP,while NPP and WY developed in the direction of synergy.Therefore,future ecosystem management and restoration policy-making should consider trade-offs of ESs so as to achieve sustainable provision of ESs.     

A STUDY ON MARSH EVAPOTRANSPIRATION IN THE SANJIANG PLAIN

Ａ ＳＴＵＤＹ ＯＮ ＭＡＲＳＨ ＥＶＡＰＯＴＲＡＮＳＰＩＲＡＴＩＯＮ ＩＮ ＴＨＥ ＳＡＮＪＩＡＮＧ ＰＬＡＩＮＣｈｅｎＧａｎｇｑｉ（陈刚起）；ＬｕＸｉｎｎｇｕｏ（吕宪国）（ＣｈａｎｇｃｈｕｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＧｅｏｇｒａｐｈｙ，ｔｈｅＣｈｉｎ...     

三北工程区植被恢复对土壤风蚀的影响及植被恢复潜力研究

三北地区是我国重要的生态屏障,分析2000—2019年三北防护林体系建设工程（简称：三北工程）区植被恢复时空变化状况,厘定人类活动与气候要素对植被恢复的贡献,探究植被恢复对土壤风蚀影响,评估植被恢复潜力空间,可为三北防护林体系建设工程未来规划管理和科学施策提供参考。本文在选取植被覆盖度和植被净初级生产力表征植被恢复状况基础上,利用地面数据,结合模型模拟,定量评估了2000—2019年三北防护林体系建设工程区植被恢复程度及其对土壤风蚀的影响,并对植被恢复潜力进行探究。研究结果表明：(1) 2000—2019年植被恢复程度高、较高的面积,占总面积的35.29%和13.16%,主要分布在黄土高原区及北部区域和风沙区与东北华北平原农区的部分地区。人类活动与气候因素对植被恢复贡献率为10.45%和89.55%;(2)土壤风蚀以轻度侵蚀和微度侵蚀为主,呈逐年下降趋势,剧烈侵蚀面积减少了66.45%,防风固沙服务得到进一步提升。植被恢复程度与土壤风蚀模数呈负相关关系,植被恢复程度较好有助于降低土壤风蚀模数;(3)三北工程区森林、草地和荒漠生态系统仍有8.16%的恢复潜力,内蒙古高原北部部分地区、哈顺...     

秦巴山区植被覆盖与土壤湿度时空变化特征及其相互关系

基于2001-2014年MODIS-NDVI和MODIS-LST数据,利用温度植被干旱指数对土壤湿度进行遥感反演,分析了秦巴山区植被覆盖与土壤湿度时空变化特征及其相互关系。研究发现：① 秦巴山区植被覆盖与土壤湿度均呈增加趋势;② 植被覆盖整体水平较高且表现出“四周低,中间高”的空间分布特征,土壤湿度整体表现出“北低南高”的空间分布特征,大体上二者呈现出空间分布正相关性;③ 植被改善趋势表现明显,显著改善区分布分散,无明显集中区域,退化区域主要集中于北部渭河沿岸及东部边缘少量地区;土壤湿度增长态势明显,增大区分布于除西北边缘及东北边缘外的几乎整个研究区中,减小区域面积小且大部分表现不显著;④ 秦巴山区植被覆盖与土壤湿度时空变化上呈现出明显的正相关性,其中69.71%的区域表现出土壤湿度增大-植被覆盖改善的特征,分布于研究区除四周边缘地带外的大部分地区。