2010—2021年中国光伏电站的空间分布及时空变化分析

为分析中国光伏电站的空间分布及时空变化特征，以2010—2021年的Landsat-5数据和Landsat-8数据为数据源，利用目视解译的方法提取光伏电站的空间分布，并判断光伏电站所在区域的土地类型。研究结果表明：1)中国光伏电站主要分布在青海省、新疆维吾尔自治区、甘肃省、内蒙古自治区、宁夏回族自治区等西北部地区。2) 2010—2021年间中国光伏电站的占地面积呈现逐年增长趋势，但不同时间段的增长幅度不同，中国光伏电站的占地面积增长率呈现先快速上升，然后增速降低，最后又缓慢上升的变化趋势，且2013年的增长率最大。3)中国的光伏电站主要分布在草地、裸地和耕地等土地利用类型上，且分布在这3种土地利用类型上的光伏电站在2010—2021年间的占地面积占全国光伏电站总占地面积的比例均超过86%；而分布在城镇住宅用地和水体上的光伏电站较少。     

基于ArcGIS与多因子模型的光伏电站选址评估

该文基于中国光伏资源的时空分布，研究并提出一种基于ArcGIS与多因子评价的光伏电站选址及发电潜力预测模型。利用ArcGIS软件与层次分析法，综合考虑多种影响大型光伏电站建设的因素，对不同地势和土地类型赋予不同的光伏利用系数，得到大型光伏电站建设适宜度、光伏潜力与光伏电站选址的多因子评价模型。基于该模型得出中国光伏发电潜力并给出光伏电站选址建议。评估结果表明，全国年光伏总发电量约为570.07×10⁶kWh，其中新疆为年光伏总发电量最高的省份。中国较为适宜建设光伏电站的地区主要为西北部地区，其中适宜区面积为1.08×10⁶km²，最适宜区面积为2.10×10⁵km²，研究可结果将为中国光伏产业长期的规划与建设提供可靠的理论依据。     

光伏治沙方案探讨

土地沙漠化会导致生态环境恶化，破坏生存条件，威胁交通安全，加剧自然灾害的发生，并使可利用土地资源越来越少，给中国国民经济和社会发展造成了极大危害。但沙漠化地区的太阳能资源丰富，多为Ⅰ类太阳能资源区，且这类地区拥有广阔的不可利用的沙漠化土地，若在沙漠化地区建设光伏电站不仅有利于改善土地质量，提升沙漠土地的利用价值，还能为当地提供优质的清洁电力。针对沙漠化土地推出光伏发电和沙漠治理(即光伏治沙)、节水农业相结合的生态治理解决方案，该方案在光伏电站外围采用固沙林、内部采用沙障组成防护林体系，在光伏阵列下方及前后排光伏阵列间种植沙生植物或安装节水滴灌设施，可实现经济效益和生态效益的共赢。     

西南河流源区归一化植被指数时空动态变化及其与气候因子的关系

为揭示气候变化对西南河流源区植被生态系统的影响,基于1982~2012年GIMMS NDVI(归一化植被指数)第三代数据及降雨、温度、潜在蒸散发等气象数据,运用趋势分析法和相关分析法,探讨归一化植被指数时空动态变化及其与气候因子的关系。结果表明,1982~2012年间,西南河流源区归一化植被指数总体呈不显著增加趋势,但存在显著的空间差异性,归一化植被指数增加的区域占研究区总面积的66.72%,归一化植被指数减少的区域占33.28%;研究区植被覆盖动态变化在流域尺度上呈显著的空间差异性;温度是影响西南河流源区归一化植被指数变化的最主要因素,降雨次之,潜在蒸散发和日照时数的影响较小。     

大规模光伏开发对局地气候生态影响研究

光伏组件的大范围铺设改变了局地下垫面结构和性质，干扰了局地生物群落的演替，对局地气候和生态的影响受到广泛关注。这一科学问题为气候生态友好型光伏电站设计规划和可再生能源绿色可持续发展提供重要支撑。该文对已有的野外观测和数值模拟研究方法进行归纳总结，发现大规模集中式光伏开发对局地辐射、温度、湿度和风速产生了明显影响，通过增加光伏电站内生物多样性，改变植被生长状况和土壤理化性质等，总体上有利于生态脆弱地区防风固沙和水土保持，但研究成果具有明显的局地特征差异。辐射平衡和能量-水循环过程的改变可给出部分机理解释，但还需加强不同生态系统下的集中式光伏电站和城市分布式光伏的观测，深入研究光伏组件的光电转化效率等关键物理参数和局地蒸散发等关键过程的重要作用。光伏电站的建设运行，应充分考虑太阳能资源开发利用的“附加”生态效益，发挥其对荒漠化治理、脆弱生态修复和土壤污染物控制等的综合作用。     

挠力河湿地植被覆盖度对水文要素的响应

挠力河国家级自然保护区位于黑龙江三江平原腹地，是我国重要的生态功能区。基于遥感影像数据与保护区水文数据，通过像元二分法反演区域植被覆盖度，分析1984～2021年挠力河保护区植被覆盖度的时空分布特征，研究降水量与保护区淹水频率对于植被覆盖度的影响。结果表明，1984～2021年挠力河湿地低、中植被覆盖度地区呈先增后减趋势，中高植被覆盖度地区则反之。从保护区多年逐月降水与每年各月植被覆盖度的相关系数来看，挠力河保护区内植被生长情况整体受降水量影响较大，呈正相关，且植被覆盖度对降水量的响应为滞后约1个月。湿地淹水频率在0.45～0.50之间时，湿地植被长势良好。研究成果可为挠力河湿地生态保护提供参考。     

辽宁省多尺度干旱演变及植被响应分析

探讨干旱与植被间的关系对干旱影响评估和促进生态建设尤为重要。基于辽宁省2000～2018年MODIS-NDVI及逐日气象数据,运用S_(SPEI)指数、相关及滞后分析等方法分析了19年间辽宁省植被与干旱变化的相关性和滞后效应。结果表明,2000～2018年辽宁省S_(SPEI)指数在不同时间尺度均呈上升趋势,气候经历由干旱变为湿润的过程,且显示的干旱情况与辽宁省历史上干旱年份相符,说明S_(SPEI)指数在辽宁省干旱监测中有较好的适用性;辽宁省总体植被覆盖良好,呈辽东优于辽西,辽西优于辽中的空间分布特征;辽宁省N_(NDVI)与S_(SPEI)指数相关性夏季最强(0.46),秋季次之,春季相对较弱;生长季内,以沈阳、鞍山站为中心的区域相关系数介于-0.43～-0.81之间,呈显著负相关,辽西的朝阳及辽东山区一带则以显著正相关为主。辽宁省54.56%的面积植被对S_(SPEI)指数滞后达3个月,仅大连北部及宽甸植被生长对干旱敏感,无滞后。研究结果可为气候与植被互馈关系的研究和生态环境建设提供一定参考。     

超高海拔地区光伏电站智慧化施工进度管理系统的研发与应用

在国家碳达峰、碳中和目标，以及大力发展以新能源为主体能源的新型电力系统的背景下，光伏电站的建设迎来了新的机遇，但光伏电站传统的建设管理方式中存在的诸多问题严重制约了光伏电站的大规模建设与推广。以四川省甘孜藏族自治州南部某光伏基地项目的建设为例，基于地理信息系统(GIS)、大数据、云计算等现代信息技术，与光伏电站建设特点及施工进度管理方法相结合，研究出一套适用于超高海拔地区光伏电站建设的智慧化施工进度管理系统，打造了以业务为驱动、数据为核心的新型施工进度管理方式，解决了传统施工进度管理过程中面临的问题，打破了参与建设各方的数据壁垒，实现了数据的协同共享、智能分析、高效检索，以及GIS可视化呈现，降低了项目建设的施工进度管理风险，全面提升了施工进度管理效率，节约了项目建设成本。该施工进度管理系统可为管理者的精准决策提供有力支撑，并为光伏电站数字化建设推广奠定了基础。     

2000～2020年青藏高原冻土活动层厚度变化规律

为探究青藏高原近年来冻土退化情况,使用MOD11A1地温数据和Stefan模型,在1 km的空间尺度上模拟了青藏高原2000～2020年的多年冻土活动层厚度(A_ALT)。结果表明,近20年来青藏高原多年冻土A_ALT平均值达到2.43 m,A_ALT较厚的地区主要分布在多年冻土区的边缘,而A_ALT较薄的地区主要分布在大片连续多年冻土区的内部。A_ALT增厚区多呈面状、集中分布,主要分布在气温较高的青藏高原西部,且A_ALT与气温随时间的波动情况相似,都有增加趋势,说明A_ALT可能受气温的影响;而A_ALT变薄区多呈点状、零散分布,主要分布在青藏高原东部和西南部分地区。青藏高原上不同植被类型的A_ALT从大到小依次为灌丛>林地>草地>永久湿地;在灌丛地区,A_ALT与N_NDVI呈显著负相关关系。     

基于星地融合数据与随机森林算法的青海省降水量时空分布特征分析

针对低密度气象站点分布区降水量空间信息提取精度不高及卫星遥感降水产品空间分辨率粗糙问题,以2020年青海省逐月GPM产品为例,在地理信息技术支持下生成由地形(DEM、坡度、坡向、曲率、起伏度)、地表覆被(NDVI、NPP)、海陆位置(经度、纬度)和水汽等10个因子构成的环境协变量集,运用随机森林(Randomforest,RF)算法对GPM数据进行精细化融合,并基于56个气象站点资料对融合精度进行独立验证。结果表明,该融合模型能克服GPM产品分辨率粗糙问题,实现区域降水量时空尺度精细化;协变量对模型精度有重要影响,在地形起伏度小、大气水含量低的地区具有更高融合精度;研究区降水量时空分布不均衡,降水中心在1～8月呈逆时针移动,在9～12月呈顺时针移动。     

基于SPI/SPEI的锡林郭勒盟干旱变化特征

近年来,干旱现象频发,对锡林郭勒盟生态系统、畜牧业发展造成严重影响,对区域经济发展产生巨大威胁。利用1980～2018年研究区内15个气象站点的逐月累积降水量和月平均温度,采用标准化降水指数(SPI)和标准化降水蒸散发指数(SPEI)分析锡林郭勒盟干旱时空特征,对比了SPI、SPEI在干旱监测中存在的差异。结果表明,1980～2018年锡林郭勒盟持续性干旱事件频发,随着年代的变化连续性干旱事件的发生频次、持续时间均呈增加趋势;研究区干旱频次在空间分布上始终处于动态变化中,中东部和西部地区的干旱发生频次较高,干旱频发区逐渐向西部转移,从东向西干旱发生频次逐渐增加;随着温度上升,SPI对干旱的监测能力开始下降,特别对重旱、特旱的监测能力明显不足,而SPEI对异常干旱的监测能力较强,不易受到降水因素的影响,对研究区干旱的监测、评估更具有优势。     

娜姑光伏电站的太阳能资源评估及发电量预测

云南省是中国太阳能资源最丰富的地区之一，光伏发电已成为该省实现能源转型的中坚力量和减少碳排放的重要举措。基于Meteomorm和SolarGIS数据库，对在云南省曲靖市会泽县拟建的娜姑光伏电站所在区域的太阳能资源时空分布特征进行了分析；并通过计算能够反映太阳能资源丰富程度、稳定度和太阳直接辐射状况的量化指标，评估了该光伏电站建设地的气候适宜性；然后利用光伏发电系统设计软件，结合电站所在地的实际地形，对该电站光伏阵列的布置方式进行了优化，并预测了电站的发电量。分析结果表明：1)基于Meteomorm和SolarGIS数据库分别计算得到的月均水平面太阳辐射量及月均水平面太阳散射辐射量的变化趋势和数值基本接近；2)根据SolarGIS数据库计算得到的娜姑光伏电站建设区域的年总水平面太阳辐射量、月均法向太阳直接辐射量和年总水平面太阳散射辐射量分别为1655.9、1361.8和755.0 kWh/m2;3)娜姑光伏电站装机容量为151.2 MW时，预计其25年的总发电量为5499833.0 MWh，年均发电量为219993.3 MWh，年均等效利用小时数为1454.9 h。该研究可为娜姑光伏电站...     

青藏高原江河源区干湿变化特征及影响因素分析

基于青藏高原江河源区内6个气象站点1961~2014年逐日气象资料，采用Penman Monteith模型计算了标准降水蒸散指数SSPEI，研究了不同时间尺度下的干湿演变特征及其干旱频率空间分布特征，并分析了影响因素。结果表明，年际变化上，长江源区1969年后SSPEI整体呈显著上升趋势，并在2008年发生突变，黄河源区不同年代变化趋势不同，但整体呈不显著的下降趋势，无突变发生；季节变化上，对研究区影响较大的中旱和重旱集中在5~6月，湿润化趋势和干旱化趋势主要出现在长江源区夏季和黄河源区秋季，春季均无明显趋势；区内夏季SSPEI的Hurst指数几乎都大于0.5，有较好的持续性，春秋两季恰好相反，更多体现了反持续性。趋势分析和偏相关性分析发现，整体上长江源降水增多和风速减小是其湿润化的主要原因，黄河源平均气温上升和相对湿度下降是其干旱化的主要原因。     

基于VIC模型的淮河中上游地区水量空间分布研究

研究淮河流域的水文循环过程及水量空间分布对合理开发利用水资源具有重要意义,采用VIC模型对淮河中上游地区各种水量要素(降水、蒸散发、地表径流、地下径流、植被截留水量、土壤含水率、截留水蒸发、植物散发、裸地及水面蒸发、降雪日的积雪深、积雪覆盖面积比等)的空间分布进行模拟。结果表明,模型反映的水量分布与实际的流域下垫面物理机制相符。流域的沙壤土和壤土地区的蒸散发量较大,而地表径流量较小。在有大面积水体或水库的区域,蒸散发量、植被截留水量很小,而地下径流量、深层土壤含水率较大。降雪日中流域的西北部更容易形成较大的积雪深。     

基于湖北输电线路灾情的山火分布特征分析

[目的]利用湖北输电线路山火历史灾情数据对山火分布特征进行分析。[方法]基于2016～2021年湖北省输电线路山火灾情资料,运用数理统计、气候统计和GIS空间叠加方法,对全省输电线路山火时空分布及山火与气象、下垫面、社会人文等影响因子的关系特征进行分析。[结果]时间上,2019年为近几年湖北输电线路山火发生最多的年份,秋冬季是高发季节,其中2月和9月为易发月份;空间上,鄂东地区是山火的频发区域,宜昌及荆门地区为次高发区域。山火与气象关系,大部分山火爆发前1个月降水偏少30%～100%、气温偏高0.5～3℃、湿度偏小3.8%～23%、风速偏大0.1～1.9 m/s。山火与下垫面关系,山火主要发生在耕地,占总数50.32%;山火主要集中在海拔高度150 m以下、坡度6°以下的区域,76.90%的山火发生在阳坡。山火与社会人文关系,山火主要发生在人口密度100～600人/km2的城市圈周边的乡镇及距离道路1.6 km缓冲区的区域。[结论]掌握湖北输电线路山火分布特征,有助于山火风险预警模型指标选取和阈值确定。     

基于WQI的河网水系水质评价及时空特性分析

为全面了解上海市主要河网水质的变化情况,基于2015～2020年主要河流上19个水质监测断面逐月水质监测数据,采用综合水质标识指数(WQI)进行水质评价,基于M-K趋势检验法分析研究区域水质的年代际和年内变化特征,通过比较南北部河流以及上、中、下游的水质变化,分析该地区主要河网水系水质的空间变化及时空差异特性。结果表明,上海市主要河网水系水质整体WQI均值为62.32,水质评价等级为中等;水质WQI值有显著上升趋势;南部河流水质优于北部河流,WQI值从上游向下游依次减小,水质沿程有所变差,但干流水质总体优于支流。研究结果可为类似河网水系的水质评价及水环境保护与管理提供参考。     

青藏高原冻融过程期划分及发展趋势研究

鉴于冻融循环是高寒地区土壤的基本特征,对地表能量平衡、植被生长、工程建设等有重要影响。基于青藏高原分布在高寒干旱区、半干旱区、湿润区3个气候区、海拔跨度在3 400～4 900m间的58个监测站点2011～2015年逐日表层土壤温度、湿度数据,分析了青藏高原不同气候区不同海拔冻结过程期、完全冻结期、融化过程期、完全消融期的分布特点及演变特征。结果表明,高寒干旱区土壤含水率长期低于4%,土壤中水分稀少,难以冻结,水分的变化主要由于降水和蒸发,表层土壤一直处于融化状态,基本不发生冻融循环;高寒半干旱区、湿润区,降水等补给充足,土壤内的水分随温度的升高或降低,发生显著地融化或冻结在海拔3 400～3 500m处,融化过程期始于3月上旬,完全消融期始于4月上旬,冻结过程期始于11月中旬;完全冻结期始于12月中旬;当海拔上升至4 800～4 900m,融化过程期始于4月上旬,完全消融期始于5月中旬,冻结过程期始于10月下旬,完全冻结期始于11月中旬,随着海拔升高,融化过程期和完全消融期开始的时间延后,冻结过程期和完全冻结期开始的时间提前;气候变暖对青藏高原短期环境特征变化的影响尚未确定,但气温升高可能导致融化过程期和完全消融期开始时间提前,缩短冻结过程期和完全冻结期。研究结果有利于明晰青藏高原表层土壤水热变化规律,为应对气候变化提供坚实的理论基础。     

基于ITPCAS数据集的三江源区气候因子时空变化特征分析

利用三江源区23个气象站实测资料对ITPCAS数据集在三江源区域的适用性进行检验,并利用ITPCAS数据对三江源区1979～2015年气候因子的时空变化特征进行分析。结果表明,ITPCAS数据集精度较高。时间上,三江源区气温与降水均有不同程度增加趋势,气温倾向率为0.6℃/10a,降水变化率为14.79mm/10a;空间上,气温呈现从东南到西北递减的趋势,气温变化率差异较大,既有增幅区又有减幅区,其中秋季气温变化率最大(0.04～0.16℃/a),夏季最小(-0.04～0.06℃/a);降水表现为随纬度增加由东南向西北递减的变化特征,研究区年均降水变化率为-9.73～10.95mm/a,大部分地区呈上升趋势,夏季降水变化率较大(-7.95～6.01mm/a),冬季降水变化率较小(-0.35～0.72mm/a)。     

基于GWR模型的海河流域地下水储量降尺度研究

利用GRACE重力卫星数据联合GLDAS数据反演可得到地下水储量变化,能够在大尺度范围监测研究区域内的地下水储量变化,但得到的数据空间分辨率仅有0.25°,在小尺度范围内难以应用。基于GRACE陆地水储量及GLDAS浅层地表水储量与降水、NDVI之间的空间关系,提出一种基于地理加权回归模型(GWR模型)的地下水储量变化的降尺度方法,将地下水储量空间分辨率降尺度到1 km。结果表明,GWR模型降尺度方法成功应用于海河流域地区,降尺度后的地下水储量数据变化与46个验证点实测地下水位数据的相关系数均大于0.6,模拟结果合理可靠。进而利用降尺度结果分析了海河流域与北京平原的地下水储量的时空变化特征,结果与现有数据高度吻合,表明基于GWR模型的降尺度方法能有效提高地下水储量变化数据的空间分辨率。     

广西区域散射光合有效辐射的时空分布特征及其对糖料蔗碳汇量估算的影响研究

为解决因散射光合有效辐射(PAR)数据缺失而影响区域陆地植被光合潜力、碳汇量估算精度等难题,基于广西壮族自治区(下文简称为“广西区域”)内90个国家气象站1961—2020年的地面太阳总辐射、PAR、日照时数等观测数据及资料,构建了以日照时数为变量的散射PAR气候学非线性关系估算模型,对广西区域1961—2020年的逐日散射PAR量进行了估算;然后通过空间化构建了近60年的时次、日、月、季、年散射PAR量空间化数据集,分析了散射PAR量的空间分布特征、时间变化趋势,以及其与糖料蔗单产变化趋势的关系,并对糖料蔗的固碳量进行了初步估算。研究结果表明：1)广西区域的多年平均日散射PAR量的变化曲线呈单峰型变化,最大值出现在6月中旬,为14.60 mol/(m2·d);最小值出现在12月下旬,为8.73 mol/(m2·d)。2)广西区域的不同季节的多年平均季散射PAR量具有明显的空间异质性。3)广西区域的多年平均年散射PAR量的空间分布总体呈现自西向东递减的趋势。4)广西区域1961—2020年的年散射PAR量距平值总体呈缓慢波动性上升趋势,平均上升幅度约为0.064 mol·m-2·d-1...