伊洛河流域土地利用/覆被变化格局分析

科学认识流域土地利用变化及其特征可以为流域水文变化、水环境变化、气候变化等研究提供基础。以1970—2010年伊洛河流域5期遥感影像数据为基础,利用GIS信息技术与空间分析技术,得到不同时期伊洛河流域土地利用/覆被特征,选取土地利用变化率指数、土地利用综合指数和土地利用动态度模型3个指标,分析了近40a来研究区的土地利用/覆被变化特征。结果表明,伊洛河流域土地利用以耕地为主,其次为林地。研究区土地利用处于发展期且土地利用变化处于快速变化水平,随着城镇化面积的逐年增加,流域耕地面积从1990年以后逐年减少,城镇工矿居民用地不断增加,其他如林地、草地和未利用面积变化基本保持不变。从不同的发展阶段来看,1970—1990年间,土地利用/覆被变化不太显著;1990—2000年流域土地利用变化以城镇工矿居民用地增加为主要特征;2000—2005年流域土地利用变化以耕地减少为主要特征;2005—2010年土地利用变化程度较2000—2005年有减缓趋势,但仍然呈现耕地减少、城镇工矿居民用地增加的特征。从不同的高程带来看,洼地和丘陵地带土地变化较剧烈,变化的主要特征为耕地减少、城镇工矿居民用地增加,而中山和高山地带,因为人类活动影响较小,土地利用情况变化很小。     

华北地区水文循环特征

本文利用陆-气系统水量平衡原理，将气候自然变化与人类活动影响二者结合起来研究了近40年来华北地区丰、枯水期间的水文循环特征。计算结果表明，在五十年代丰水期降雨量大于蒸发量，降水、蒸发、径流三者之间基本上平衡。六十年代以后，降雨量小于蒸发量，且随着降雨量减少和地表水、地下水开采量的增加，P—E的负值不断增加。同时，在枯水期，华北上空水汽流出量大于流入量，大气中所亏损的水汽由地下水埋深下降引起的陆面过量蒸发补偿。     

秦淮河流域气象水文要素变化特征及径流变化归因分析

研究秦淮河流域气象水文要素变化特征及径流变化归因对该流域水旱灾害防御工作具有重要指导意义。利用秦淮河流域气象水文观测数据和遥感资料，采用β-z-h三参数综合指示法、联合突变检测法等分析该流域气象水文序列时空变化趋势、变异点和变异度，采用弹性系数法定量评估气候变化和人类活动对径流变化的贡献率。结果表明：（1）秦淮河流域年平均气温和年径流深呈显著增加趋势，且未来仍将保持显著增长趋势；年降水量和参考作物蒸散量呈不显著增加趋势，且未来仍将维持微弱上升；年平均相对湿度呈显著减少趋势，且未来仍将维持显著减少。年降水量未发生变异，年平均相对湿度在2004年发生巨变异，年平均气温在1994年发生强变异，年参考作物蒸散量在2003年发生中变异，年径流深在2002年发生弱变异。（2）基准期（1981—2002年）和变化期（2003—2019年）秦淮河流域径流深与降水量呈显著正相关，与参考作物蒸散量、下垫面指数呈负相关；变化期较基准期参考作物蒸散量和下垫面指数弹性系数增大，而降水量弹性系数减小，下垫面指数的变化对径流增加贡献量较大（91.20%），表明人类活动引起的下垫面变化是径流增加的主要因素，起正贡献作...     

长江流域1982~2005年陆地水储量变化及时空分布特征

利用PER（Precipitation-Evaporation-Runoff）水量平衡方法结合大尺度陆面水文模型VIC(Variable Infiltration Capacity)模拟了长江流域1982~2005年陆地水储量的时空变化特征。结果表明：PER方法模拟的长江流域陆地水储量变化与重力卫星的观测试验(GRACE)结果呈现良好的一致性,显示该方法的合理性。长江流域在1982~2005年的多年平均气温、降水、蒸散发和径流分别为13.3 °C、1036.8 mm、459.4 mm和576.7 mm,陆地水储量季节和年际变率分别为23.3 mm和37.0 mm,水储量这24年变化的量级在200 mm左右。按照年代对1982~1990年、1991~2000年和2001~2005年这3个时段进行了统计分析,其多年平均气温分别为13.0、13.4和13.9 °C,多年平均降水分别为1031.6、1051.2和1017.4 mm;与此相应的多年平均蒸散发分别为459.8、459.9和457.7 mm,多年平均径流深分别为569.0、590.1和563.8 mm;长江流域陆地水储量的季节变率分别为21.8、26.8和22.9 mm,而年际变率分别为37.7、29.8和17.6 mm。相对于基准时段(1982~1990年),2001~2005年时段的增温速率远大于1991~2000年时段,但该时段降水却呈现减少趋势;然而两个时段的蒸散发变化不大,并且径流与降水变化趋势相同;流域平均来讲,与基准时段相比1991~2000年时段陆地水储量增加而在2001~2005年时段减少,这与降水的变化趋势相同。此外从空间分布来讲,1991~2000年和2001~2005年时段的水储量均在中部和西北呈现减少趋势,其余地区呈现增加趋势,特别地1991~2000年时段在东南地区的增加趋势尤其明显而2001~2005年时段流域的中部区域呈现明显的下降趋势,由此推断长江流域东南部水储量资源丰富,中部一些地区和西北部地区是储水量的脆弱区且对气候变化响应敏感。     

用耦合模型模拟青弋江流域水文对气候变化的响应

用陆面模式SSiB与动态植被模型TRIFFID以及流域地形指数水文模型的耦合模型SSiB4T/TRIFFID模拟了长江下游的青弋江流域植被和水量平衡的动态过程,分析了气温和降水变化对流域径流和蒸发的影响。结果表明：（1）流域气温上升10C,径流减小6.7-9.7%;气温上升20C,径流减小11.7-17.4%;（2）降水增加5%,径流增加9.2-11.6%,降水减小5%,径流减小8.6-11.6%;（3）温度不变仅降水变化对流域蒸发影响很小,温度增加20C,流域总蒸发3-10月份增加8.0-10.7mm,其余月份增加5.4-7.1mm,1月和12月蒸发对温度增加最敏感;（4）气温上升20C,叶面积指数1月和12月增加,5-10月略有减小。降水和气温变化对青弋江流域径流影响明显且与植被类型有关,流域蒸发的变化主要受温度变化的控制。     

气候变化和人类活动影响黄河流域水循环

近年来,受气候变化和人类活动的共同影响,黄河流域的气候和水文状况发生了显著改变,整个流域在过去50年的实测径流量和天然径流量均呈减少趋势,流域的气候整体呈现暖干化趋势。流域径流量的减少除与大尺度的气候变暖有关外,区域尺度的植被覆盖变化和人类用水量(如农业灌溉)的增加也是不可忽视的原因。     

气候变化和人类活动对中国东部季风区水循环影响的检测和归因

水文循环过程受气候变化与人类活动的共同作用,区分气候内部自然变率与人类活动作用于水循环贡献对于增加气候变化的理解非常重要。本研究利用近期发展的考虑地下水取用水与灌溉影响的全球陆气耦合模式进行数值模拟,基于最优指纹法分析探讨中国东部季风区黄河、淮河、海河、珠江、长江、松花江流域水循环变化(地表温度、降水、径流、蒸散发)及归因。结果表明:大部分流域的地表温度年际变化在1965~2005年间检测到包括温室气体气溶胶人为排放、臭氧与土地利用变化产生的外强迫效应,显示在长期对于地表温度起主要作用的可能为上述强迫;1965~2005年降水年际变化仅在淮河及长江下游检测到上述强迫效应,且在长江下游效应占主导。在1965~1984年间,地表温度的年际变化在海河流域检测到由于地下水取水灌溉产生的外强迫效应,并且该效应占主导。在1982~2005年径流年际变化中,在淮河、长江下游及黄河下游处检测到了由于温室气体排放、气溶胶人为排放、臭氧变化及土地利用变化等产生的外强迫效应但无法有效分离,显示该信号在这些地区可能不为主导效应;1982~2005年间的蒸散发年际变化在珠江、长江下游同样检测到了上述强迫效应,并且该效应在长江下游占主导效应。     

基于遥感资料的陆面水循环模拟及检验

利用遥感资料和10年逐日气象资料,采用逐步插值方法(SIA),修改VIC-3L(Three-Layer Variable Infiltrat1on Capacity hydrological model)模式中多种覆盖类型蒸发的计算方法,计算植被对地表水循环的贡献.模拟地处南水北调工程水源区的褒河(陕南汉江支流)流域地表水的空间分布,将应用遥感资料与<中国资源环境数据库>资料的模拟结果进行比较,并用实测资料进行检验,结果表明:(1)有效的气候要素空间插值方法,是陆面水循环模拟的基础;(2)4 km分辨率DEM(Digital Elevation Model data)得到褒河流域的河网,与实际状况相吻合;(3)利用VIC-3L模拟褒河流域的陆面水文过程中,水分分量的分布合理,物理成因清晰,量值大小准确;(4)基于遥感资料模拟的地表水平衡分量的空间分布更为合理,尤其是改善了河流流量峰值的模拟;(5)遥感植被类型、叶面积指数较好地反映了实际地表覆盖状况和叶面积指数的季节变化情况.     

黑河流域土地覆盖分类数据的建立及其影响的模拟

基于黑河流域1:100000土地覆盖分布图, 融合了1:1000000植被分类图, 按照美国地质调查局(USGS)提出的土地覆盖分类标准, 合成了与全球土地覆盖类型分类标准相同的空间分辨率为1 km黑河流域土地覆盖类型分布(简称综合分类).将综合分类数据与USGS全球土地覆盖类型数据在黑河流域范围内进行对比, 发现土地覆盖类型分布变化区域主要集中在流域中游的绿洲区, 许多绿洲在全球数据中体现为草地, 在综合分类中为灌溉农田, 同时综合分类数据中较全球数据增加了许多城镇用地.利用两套土地覆盖类型分布数据对2003年黑河流域中上游大气要素进行了模拟, 比较了不同土地覆盖类型分布对气温等大气要素的影响, 结果显示, 土地覆盖参数中地表反照率和比辐射率的空间分布与近地层大气要素和土壤温、湿场分布的空间相关性高;比辐射率和粗糙度变化对局地大气、土壤要素影响较大, 绿洲区土地覆盖类型大多由草地变为灌溉农田, 导致了气温升高, 其中不排除城市化的影响, 无论从特征参数变化与大气要素模拟值变化场的空间相关性还是特征参数变化引起的气温变化的关系看, 气温变化与比辐射率变化关系较密切.在黑河流域中上游可以通过增大灌溉农田比辐射率来提高气温模拟的准确性, 这一结论还需要更多的观测与模拟的验证.     

生态输水前后塔里木河下游绿洲特征分析

依据樊自立等人对人工绿洲、天然绿洲的定义及分类,对塔里木河下游人工绿洲、天然绿洲包含的要素进行提取,并根据前人对干旱区人工、天然绿洲适宜配比的研究,结合相应的遥感影像数据,对塔里木河下游1990—2000年、2000—2010年人工绿洲和天然绿洲的变化规律及其比例进行分析,探讨该区人工绿洲和天然绿洲的适宜配比。主要结果为:1990—2010年期间,塔里木河下游人工绿洲平均以19.09 km~2/a的速率增加,而天然绿洲平均以13.20 km~2/a的速率减少。输水前在生态系统的退化过程中,高覆盖草地面积减少了43.91%,湖泊面积100%消失,同时水库面积减少了45.28%;输水后,高覆盖草地面积减少量大有好转,10 a间只减少了6.79%,水库面积增加了392.44%。塔里木河下游流域在生态输水前,耕地增加了12.31%,生态输水后,耕地增加了30.37%。1990—2010年间,而绿洲总面积(人工+天然)不变,变化主要是发生在人工绿洲与天然绿洲之间的相互转化,天然绿洲逐渐被人工绿洲替代,平均每增加1份面积的人工绿洲就要失去1.1份天然绿洲。     

基于CLM4.5的高寒草地辐射收支和水热交换的数值模拟研究

利用那曲高寒气候环境观测研究站本部BJ观测点2014年6-8月的近地层观测资料,结合CLM4.5陆面模型,探究空气动力学粗糙长度、叶面积指数、植被覆盖度和热力学粗糙长度参数化方案的改变对陆面能水平衡的模拟结果产生的影响,并且探讨了粗糙度及植被状态指数影响陆面能水平衡模拟性能的机制.结果表明:(1)CLM4.5默认的热力...     

植被参数变化对沙尘起沙影响机理的数值模拟

分析了叶面积指数和植被覆盖变化对沙尘暴起沙过程的影响机理。在一个集成的沙尘数值模拟预报系统中,将模拟区域的叶面积指数分成了0,0.5,3.0和卫星反演的实测值4种,结果表明,叶面积指数对沙尘的数值模拟有较大的影响,利用卫星反演的叶面积指数计算沙尘浓度时,沙尘浓度的变化介于叶面积指数为0~0.5之间。将植被覆盖度数据分成0,0.2和卫星反演的实测值3个类型。当植被覆盖度都为0时,沙尘浓度最大;当植被覆盖度为0.2时,沙尘浓度出现的范围明显减少。     

基于GRAPES的气象-水文模式在淮河流域的一次试验

Global-regional assimilation and prediction system(GRAPES)模式为中国气象局于2000年开始组织研究开发的数值预报系统,GRAPES_Meso模式是其区域中尺度数值预报系统版。GRAPES_Meso中的陆面模式选取的是Noah-Land Surface Model(NOAH-LSM)模式。NOAH-LSM陆面模式选取Simple Water Balance(SWB)对陆面水文过程进行描述。SWB是一个简单水量平衡模型,不能完整地描述陆面水文过程,特别是对径流的模拟存在不足。随着GRAPES_Meso模式不断的发展,对预报能力的要求逐渐提高,对其陆面模式中产流过程的描述也需要进一步的研究。本文中所应用的改进陆面水文过程的NOAH-LSM陆面模式,借鉴了水文模型的思想,利用蓄水容量曲线描述单元网格内产流面积的变化,并在模式中增加Muskingum汇流模块,完整陆面模式水文循环。将原GRAPES模式和改进陆面水文过程的GRAPES模式分别与新安江模型进行单向耦合,选取模式TS评分相差不大的试验流域——淮河流域上游控制站王家坝站,进行流量模拟对比。从试验结果可以看出,改进后的模式在洪量相对误差、洪峰相对误差、确定性系数上均优于原模式,并为未来利用水文模型对降水落区检验进行了探索性研究。     

黑河下游额济纳旗生态环境对调水的响应

利用额济纳旗水文监测资料、额济纳旗气象局1961--2007年地面气象观测资料、额济纳旗水务局2000-2009年地下水位和下泄水量和额济纳旗2002--2009年生态监测资料,结合实地调查,分析了黑河调水动态变化对下游地下水埋深、绿洲植被变化及东居延海水域面积的影响。结果表明：黑河调水后,下游下泄水量逐年增加,额济纳绿洲地下水位埋深逐年回升,东、西居延海恢复一定的水域面积,并且东居延海连续5年不干涸,绿洲面积有所增加,生态环境恶化及时得到遏制,缓解了下游水资源紧缺的状况,使得下游地区生态环境得到了初步改善,总体调水效果明显。     

2000~2011年黄河上游地区景观格局变化研究——以青海省海南州为例

通过采用2000和2011年TM遥感影像资料,选用多种景观格局分析方法分别从景观格局变化特征、转化特征、破碎度及多样性特征等方面研究了海南州近11年地表景观格局变化。研究结果表明:(1)草地是整个海南州地区最主要的景观类型,2000~2011年耕地、林地、人工用地和未利用土地均增加,草地和水域面积均减少。近11年景观类型斑块总数增加1155个。各种景观类型在空间分布上差异性较大;(2)2000~2011年海南州景观转化总面积为2022.13km2,转化面积最多的是草地,最少的是人工用地。2000年向2011年所转化的各类型景观中,草地的贡献率最高;(3)从斑块类型和景观尺度分别来看,2000~2011年海南州景观受到的干扰程度和破碎化程度在增加,景观空间的异质性程度在增大,团聚程度降低,多样性和优势度也显著降低。     

基于涡度相关的春玉米逐日作物系数及蒸散模拟

作物系数是计算作物蒸散量的关键参数。利用2006—2008年和2011年辽宁锦州玉米农田生态系统的涡度相关、气象、作物发育期及叶面积指数观测数据,分析不受水分胁迫条件下玉米逐日作物系数特征及其与叶面积指数的关系。研究表明:作物系数与玉米农田实际蒸散均呈单峰型变化,约在7月末至8月初达到最大值 (玉米开花吐丝期)。在此基础上,建立了不受水分胁迫条件下玉米逐日作物系数与叶面积指数关系 (达到0.01显著性水平), 同时,采用积温表示的标准化生育期方法模拟相对叶面积指数,并建立了逐日作物系数与相对叶面积指数关系 (达到0.01显著性水平),解决了无叶面积观测地区玉米逐日实际蒸散量的计算。研究结果可为玉米农田用水管理以及灌溉措施的制定提供参考。     

中国区域陆面覆盖变化的气候效应模拟研究

基于MODIS和CLCV陆面覆盖资料,利用区域气候模式RegCM4分别进行两组24年（1978-2001年）的数值模拟试验,研究中国区域陆面覆盖变化对区域气候的影响。结果表明,以荒漠化和植被退化为主要特征的陆面覆盖变化通过改变陆面能量、水分平衡与大尺度环流进而对气候要素产生重要影响。夏季,中国南方地区普遍降温,季风边缘区及藏北高原气温升高,降水减少;季风边缘区与西北地区气温年际波动加剧;内蒙古中东部地区西南风增强,进而水汽输送增强,一定程度上增加了该地区降水。冬季,中国东部地区偏北气流增强,更多干燥冷空气南下,使得黄河以南地区降水减少、气温降低。     

气候与植被覆盖变化对中国西南亚高山区流域碳水循环的影响模拟

正确认识气候变化对流域森林植被和水文的影响对于林业经营管理与流域生态修复具有重要意义。为了揭示气候与植被覆盖变化对西南亚高山区流域碳水循环过程的影响,用生物物理/动态植被模型SSiB4/TRIFFID（Simplified Simple Biosphere model version 4, coupled with the Top-down Representation of Interactive Foliage and Flora Including Dynamics model）与流域地形指数水文模型TOPMODEL（Topographic Index Model）的耦合模型（以下记为SSiB4T/TRIFFID）模拟了不同气候情景下西南亚高山区的梭磨河流域植被演替和碳水循环过程。结果表明,所有试验流域植被经历了从C3到苔原灌木最后到森林的变化;控制试验流域蒸散在流域植被主要为苔原灌木时达到最大而径流深最小;增温5 ℃并且增雨40%试验[记为T+5, (1+40%) P试验]流域蒸散在流域为森林覆盖时达到最大而径流深最小。随着温度增加,森林蒸腾、冠层截留蒸发和蒸散的增加幅度明显大于草和苔原灌木,导致森林从控制试验的增加径流量变为减小径流量。从控制试验到T+5, (1+40%) P试验,温度增加使森林净初级生产力有所增加,但对草和苔原灌木的净初级生产力影响很小;植被水分利用效率随温度增加明显减小。西南山区随着海拔高度降低（温度升高）,森林从增加径流量转变为减少径流量,植被水分利用效率也相应明显减小。西南山区气候的垂直地带性对森林—径流关系和水分利用效率的空间变化有着重要的影响。     

江西致洪暴雨天气特征分析与流域洪涝预报研究

在对1959～1990年的资料进行大量普查分析和统计的基础上,指出对流层中低层形势特征在江西致洪暴雨中的特殊重要性,分析了各个天气系统对形成致洪暴雨的作用,并根据中低层天气形势特征来分型建立致洪暴雨的预报模式。应用水文上降水产生流量过程线的变化原理,提出了仅用降水资料来推算流域洪涝指数,用量化指标来预报未来流域洪涝强度的研究思路和方法。该方法思路是利用流域内测站雨量计算出流域的有效综合面雨量(考虑了前一段时间内的逐日流域面雨量的不同贡献)。复核流量(或水位)等洪涝资料与流域有效综合面雨量的关系,最终确定出各级洪涝指数的流域有效综合面雨量的大小,确定洪涝等级。     

气候变化对长江黄河源区生态系统的影响及其水文效应

利用1967年航片数据、1986和2000年两期遥感TM数据,对长江黄河源区高寒生态系统分布格局变化进行了分析,并结合源区气候变化观测数据,分析了源区高寒生态系统变化与气候的关系和陆面生态系统变化对源区水文过程的影响。结果表明：过去40 a来,长江源区高覆盖草甸、高覆盖草原和湿地面积分别减少了13.5%、3.6%和28.9%,黄河源区高覆盖草甸、高覆盖草原和湿地面积分别减少了23.2%、7.0%和13.6%,江河源区低覆盖草甸、草原和沙漠草地面积均不同程度地增加;长江、黄河源区气温变化率分别为0.27和0.31℃/10a,降水的变化趋势在长江、黄河源区分别以0.36和0.07 mm/a的速率递增,气温持续升高和由此引起的冻土退化是导致高寒生态系统退化的主要因素之一;陆面生态系统退化对源区水文过程影响显著,在降水没有明显变化的情况下,长江、黄河源区径流系数分别由1960年代的0.16和0.28下降到21世纪的0.12和0.21,且降水－径流关系减弱,出源径流趋于减少,洪水发生频率显著增加,水源涵养指数持续减小。如何应对气候变化,维护源区高寒生态系统功能,已成为迫切需要关注和解决的关键问题。