Acceleration of vegetation dynamics in hydrologically connected wetlands caused by dam operation

The dynamic responses of wetlands to upstream water conservancy projects are becoming increasingly crucial for watershed management. Poyang Lake is a dynamic wetland system of critical ecological importance and connected with the Yangtze river. However, in the context of disturbed water regime in Poyang Lake resulting from human activities and climate change, the responses of vegetation dynamics to the Three Gorges Dam (TGD) have not been investigated. We addressed this knowledge gap by using daily water level data and Landsat images from 1987 to 2018. Landsat images were acquired between October and December to ensure similar phenological conditions. Object-oriented Artificial Neural Network Regression for wetland classification was developed based on abundant training and validation samples. Interactions between vegetation coverage and water regimes pre and post the operation of the TGD were compared using classification and regression trees and the random forest model. Since the implementation of the TGD in 2003, Poyang Lake has become drier, especially during the dry season. A more rapid plant growth rate was observed post TGD (44.74 km² year⁻¹) compared to that of the entire study period (12.9 km² year⁻¹). Average water level for the antecedent 20 days most significantly affected vegetation before 2003, whereas average water level for the antecedent 5 or 10 days was more important after 2003. The impoundment of the TGD after the flood season accelerated the drawdown processes of Poyang Lake, and the rapidly exposed wetlands accelerated vegetation expansion during the dry seasons, resulting in shrinkage and degradation of the lake area. This study deepens our knowledge of the influences of newly developed dams on lakes and rivers.     

Jason-2测高卫星对湖泊水位的监测精度评价

湖泊水位是评估湖泊水量变化的重要指标。本文以洪泽湖、高邮湖及洞庭湖为研究对象,利用集中度的概率密度函数方法(CPDF)来提高Jason-2测高数据精度,分析了降水量与各个湖泊水位变化的相关性,并基于实测水位数据对比评价了Jason-2测高卫星原始GDR数据和CPDF方法处理后的卫星数据的精度。结果表明:①Jason-2原始GDR数据点的分布存在疏密之分,大部分数据分布相对集中,且有一定的周期变化,但评价结果显示精度较差,故原始GDR数据不能直接用于湖泊水位监测;②CPDF方法可以极大提高测高卫星的水位数据精度,洪泽湖与高邮湖的均方根误差分别由1.92 m与1.74 m减少到了0.32 m和0.36 m,相关系数由0.28和0.04提高到了0.85和0.72。对于南北宽度较窄且日水位变化较大的湖泊(如洞庭湖),CPDF方法提高原始GDR结果的精度有限;③洞庭湖降水与水位相关性最强,高邮湖次之,而洪泽湖降水与水位成不显著的负相关,是洪泽湖水利工程对于水位的调节导致了这一结果。本研究对于利用测高卫星获得湖泊水位值,进而对湖泊进行动态监控,特别是在填补资料匮乏地区湖泊水位数据方面具有重要意义。     

基于MODIS数据的太湖浮游植物物候变化及其对水表温度的响应

浮游植物物候能够反映浮游植物的生长变化与湖泊生态系统的变化,水温、营养盐浓度等因素对物候有重要影响。太湖富营养化程度较高,水温的影响作用日趋显著,物候与水温关系的研究对理解、控制和改善太湖生态系统具有重要意义。本研究利用2003—2018年MODIS遥感数据计算浮游植物物候指标和湖泊水表温度（Temperature of Water Surface,LSWT）,通过分析太湖浮游植物物候时空变化特点探究了不同区域的物候特征,并结合LSWT揭示了浮游植物物候对LSWT变化的响应关系。结果表明：① 不同浮游植物物候指标具有不同空间分布特点,水华发生次数、峰值叶绿素a（Chla）浓度和水华总持续时间呈现由西部沿岸向湖心区递减的趋势;浮游植物生长开始时间和峰值Chla发生时间分布复杂但在沿岸区域相对较早;② 太湖可被划分为4种具有不同物候特征的区域,Ⅰ类区域主要位于贡湖湾、东部沿岸以及太湖中部开阔水域,该区Chla浓度范围为50~60 μg/L,且波动平缓,水华发生次数最少、开始最晚、持续时间最短;Ⅱ类区域主要分布于太湖西部沿岸,Chla浓度范围为50~90 μg/L且变化剧烈,该区水华发生次数最多、开始最早、持续时间最长;Ⅲ和Ⅳ类属于过渡区域,前者主要分布于梅梁湾、竺山湾及入湾口,后者主要位于南部沿岸以及太湖中部;③ 浮游植物物候对LSWT变化的响应受营养水平影响,当营养水平较高时,浮游植物的生长受LSWT的促进作用显著,LSWT年际变化的升高趋势对浮游植生长物候提前、生物量增加的影响明显,反之,则LSWT变化对浮游植物生长的影响减弱。     

面向对象方法的时间序列MODIS数据湿地信息提取——以洞庭湖流域为例

以洞庭湖流域为研究区,对大范围湿地信息遥感提取方法进行了研究。先基于时间序列MODIS EVI及物候特征参数,通过J-M(Jeffries-Matusita distance)距离分析,构建了MODIS(250 m)最佳时序组合分类数据;其次,通过Johnson指数确定了最佳分割尺度,采用面向对象的遥感分类方法(Random tree分类器)提取了洞庭湖流域的湿地信息,并验证该方法的适用性。研究结果表明,基于时序数据与面向对象的Random tree分类的总体精度和Kappa系数分别为78.84%和0.71,较之基于像元的相同算法的总体分类精度和Kappa系数分别提高了5.79%和0.04。同时,基于面向对象方法的湿地整体的用户精度与生产者精度较基于像元方法分别提高了4.56%和6.21%,可有效提高大区域湿地信息提取的精度。     

登陆热带气旋在鄱阳湖区的活动特征及原因分析

鄱阳湖流域是受登陆热带气旋（简称TC）影响最为频繁的内陆地区之一。利用中国气象局热带气旋年鉴资料、地面观测资料、中国气象局一日两次的常规探空资料以及NCEP/NCAR一日四次的2.5°×2.5°再分析资料,研究了过鄱阳湖TC的活动特征及其影响。首先统计1949~2012年进入鄱阳湖区域61个TC的活动特征发现,平均而言进入鄱阳湖地区的TC具有移速减慢,强度衰减变缓及降水增幅特征。大尺度环流场分析表明,登陆进入鄱阳湖区的TC处于太平洋副热带高压和东亚大陆高压之间的鞍形场中,引导气流减弱,水平风垂直切变减小,有利于其移速减慢、衰减减缓以及降水累计。几个典型TC个例的观测分析发现,TC降水降低了鄱阳湖区浅层土壤温度和低层大气温度及其日较差,但增加了土壤和空气湿度。鄱阳湖区域下垫面较高的地面热量有利于TC维持。而湖区对流有效位能在TC进入后明显降低,说明TC触发了该区域对流有效位能释放,有利于其降水增幅。     

基于流量监测的西藏东南部然乌湖水量平衡季节变化及其补给过程分析

青藏高原分布着亚洲大陆最大的湖泊群,其湖泊变化对气候变化响应敏感。基于遥感数据的湖泊面积变化不足以反映外流湖对气候变化的响应,需借助湖泊水量平衡过程分析来进一步研究各补给要素的变化。本文利用2015年4月-11月然乌湖水文气象监测数据,通过建立流量—水位关系,依据连续的水位数据重建了观测期内然乌湖主要径流的水文过程线,并结合SRM模型分析了然乌湖的水量平衡过程及季节变化。结果表明,观测期内然乌湖入湖水量约为18.49×10⁸ m³,其中冰川融水约为10.06×10⁸ m³,冰川融水占然乌湖补给的54%以上,湖面降水、湖面蒸发对湖泊水量平衡过程影响微弱。流域降水对湖泊的补给具有明显的季节特征。春季受西风南支扰动影响,然乌湖地区降水量大,降水是春季然乌湖的主要补给源。夏季和早秋由于气温升高,冰川消融量大,冰川融水是湖泊补给的主控因素。在未来气候变暖的条件下,冰川融水将会在湖泊补给中占据更大比例,并可能使得流域内的冰湖水量增加,产生潜在灾害风险。     

洞庭湖流域降水同位素与ENSO关系研究

基于洞庭湖流域内长沙市2010年1月至2012年12月降水事件、GNIP(Global Network for Isotopes in Precipitation)长沙站1988~1992年月降水同位素资料及ENSO（厄尔尼诺/拉尼娜和南方涛动）的2个常用指标（南方涛动指数SOI和Nino3区海面温度SST）,分析了流域降水同位素与ENSO关系。结果表明：洞庭湖流域降水中δ¹⁸O与降水量、气温在日、月尺度上均呈负相关且只有月度上与降水量的负相关不显著。洞庭湖流域降水中δ¹⁸O与ENSO的SST指标则呈显著正相关。ENSO对洞庭湖流域降水同位素的影响机制可能如下：春季,La Nina年源自西太平洋的东南风强盛,其转向为西南风的区域达到印度洋,而El Nino年,东南风转向为西南风的发生区域位于印度洋以东,前者有利于挟带印度洋远源水汽向中国东部区域输送,进而造成降水同位素的贫化;夏季,La Nina年印度洋水汽输送在中国南海转为经向继而向北延伸,而El Nino年,源自印度洋的水汽沿纬向穿过南海,在东海转向往北延伸,后者有利于挟带西太平洋的近源水汽输送到中国东部季风区,进而引起降水同位素的富集。     

A preliminary investigation of siliceous microfossil succession in late Quaternary sediments from Lake Baikal, Siberia

Siliceous microfossil assemblage succession was analyzed in a 100 m sediment core from Lake Baikal, Siberia. The core was recovered from the lake's central basin at a water depth of 365 m. Microfossil abundance varied greatly within the intervals sampled, ranging from samples devoid of siliceous microfossils to samples with up to 3.49 × 10¹¹ microfossils g^-1 sediment. Fluctuations in abundance appear to reflect trends in the marine ¹⁸O record, with peak microfossil levels generally representing climate optima. Microfossil taxa present in sampled intervals changed considerably with core depth. Within each sample a small number of endemic diatom species dominated the assemblage. Changes in dominant endemic taxa between sampled intervals ranged from extirpation of some taxa, to shifts in quantitative abundance. Differences in microfossil composition and the association of variations in abundance with climate fluctuations suggest rapid speciation in response to major climatic excursions.     

基于分形理论的鄱阳湖地区土地利用空间行为特征分析

土地景观形态能够反映土地利用空间行为特征。在对鄱阳湖地区1995年、2000年、2015年和2018年4个时间点的土地利用现状进行描述的基础上,通过分形维数、分形稳定性、斑块密度、斑块形状破碎度和景观隔离指数分析区域景观格局变化,并运用分形理论对土地利用空间行为进行分析。研究结果显示在1995年到2018年的20多年间,建设用地一直是分形维数最高的土地类型;但从时间尺度上,建设用地的分形维数呈下降趋势,表明建设用地空间形态在土地利用空间行为的作用下逐渐向有序方向发展。水田、旱地和有林地一直是分形维数最低的土地利用类型,且处于景观分形不稳定状态。斑块密度、斑块形状破碎化指数以及景观分离度指数的计算结果支持了分形维数分析的结论。从实现区域土地合理布局的角度,建议通过科学合理的规划,降低区域建设用地的分形维数,引导建设用地有序发展。对于诸如有林地、灌木林地、高覆盖度草地和水域等自然景观,应增加其分形维数以减少人为干扰,维护其稳定性。同时建议在国土空间规划中引入分形维数,将分形维数作为评价区域土地利用格局合理性的一项指标。     

苏州澄湖湖底硬粘土粒度特征及成因初探

澄湖是太湖平原上的一个浅水湖泊,湖底十分平坦,主要由硬粘土组成,同时发育有NW—SE横穿澄湖的古河道和泥沼洼地。在接近湖泊中心部位的古河道中打钻获得了4 m长的岩芯,并进行了详细的粒度分析。结果表明,该岩芯下部的硬粘土主要由细粉砂、中粉砂和粘土组成,分别占26.7%~38.1%,26.9%~34.3%和19.7%~26.2%,可命名为粘土质粉砂;众数粒径为10~50 μm,平均占57.9%;平均粒径为6.3~6.9。将其与上部的湖泊沉积、镇江下蜀黄土和中国北方各地黄土的粒度比较表明,苏州澄湖湖底的硬粘土原本也是风尘沉积。