塔里木河源流山区径流模拟及不确定性研究

自然环境恶劣、站点稀少、观测困难是干旱区水文系统研究面临的基本问题。特殊的自然地理条件给水文过程带来了极大的复杂性和不确定性,也阻碍了干旱区水文过程和机理研究的发展。选取塔里木河源区开都河流域为研究区,采用分布式水文模型MIKE SHE模拟大尺度资料稀缺地区水文过程,将流域内气象、水文站点数据与遥感数据相结合,利用气象、土壤类型、土地利用和地表覆盖、数字高程(DEM)和降雨等资料,模拟流域水文过程;在出山口径流数据的基础上对模型进行率定和验证;分析了模型中的不确定性的来源,探讨模型优化方法。结果表明,MIKE SHE模型能在水文、气象站点稀少,土壤及水文地质数据缺乏的条件下,模拟开都河流域的日径流过程,但精度仍有待提高;通过分析识别出了隐含于模型结构、输入及参数等3个方面的8种不确定性来源。     

归一化光谱分解模型在城市化信息提取中的应用

以2001年7月11日LandsatETM7影像和2009年7月16日TM影像为数据源,基于V-I-S理论模型,采用归一化光谱分解模型提取了乌鲁木齐市区范围内2个时段的植被、土壤、不透水层3个连续地表参数分量。通过对不透水层不同阈值的划分,提取了2时段的乌鲁木齐市城市发展的空间信息,结果较为满意;通过空间叠加计算方式获取了8年来乌鲁木齐市城市化发展的空间信息和主要拓展方向。结果表明,乌鲁木齐城市化发展速度较快,特别是北扩趋势显著。     

土地利用/土地覆被变化遥感监测研究

根据1990年和1999年两期TM/ETM 遥感数据,运用遥感分类中的监督分类方法,全面分析乌鲁木齐市的土地利用的数量变化特征和空间变化特征,阐明了区域土地利用变化的区域特点。     

2001-2015年天山山区积雪时空变化及其与温度和降水的关系

采用2001-2015年MODIS积雪和陆表温度数据、中国高时空分辨率降水数据,基于趋势分析和相关分析方法,分析了天山山区积雪时空变化及其与温度和降水的关系。结果表明：（1）年内积雪面积变化受海拔影响,海拔≤4 000 m,呈单峰型分布,积雪面积冬季大,夏季小;海拔介于4 000~≤5 000 m,积雪面积分别在春季和秋季出现两次峰值;海拔>5 000 m,积雪面积变化与低海拔相反,在夏季达到最大,冬季最小。就年际变化而言,全区积雪面积呈略微减少趋势,其中秋季略微增加,春季变化不大,冬季和夏季明显减少。（2）积雪覆盖频率受水汽来向和地形影响,呈西高东低、北高南低分布格局,与海拔呈正相关。山区大部分区域积雪覆盖频率呈减少趋势,其中海拔介于3 600~≤4 600 m的积雪覆盖频率减少最为显著。（3）在春、夏季,温度是决定积雪面积变化的主要因素,与积雪面积呈负相关;在秋、冬季,降水对积雪面积变化的贡献大于温度,与积雪面积呈正相关。（4）积雪覆盖频率整体上与年均温度呈负相关,与降水呈低度正相关,相关程度及显著性水平在空间分布上存在差异,温度对积雪覆盖频率变化的贡献大于降水。     

中亚区域陆表植被物候时空变化特征分析

植物叶物候是反映环境条件对气候变化响应的最直观、最敏感的指标之一。在中亚干旱区开展区域物候研究有助于理解陆地生态系统对气候变化的响应。基于1982-2006年GIMMS长序列归一化植被指数数据,采用阈值法反演得到中亚地区植被过去25 a的物候数据集;然后利用Man-Kendall趋势检验和TheilSen斜率方法,定量分析了中亚地区植被物候的时空变化格局,并且评价了不同土地覆被类型中植被物候变化的特征。结果表明:(1)过去25 a来,中亚干旱区的植被生长季的开始期和终止期在区域尺度整体上没有发生显著提前或者延迟,但在局部地区发生了较为明显的变化,表现出一定的空间差异;(2)各种土地覆被类型的物候动态明显不同:农用地的生长季开始期提前最明显,混合林的生长季终止期推迟最显著。各种植被类型中,除灌丛外均表现出生长期延长的趋势。     

基于GEV分布的天山开都河洪水频率特征分析

本文选择天山开都河流域为研究区,基于巴音布鲁克和大山口2个水文站1957-2011年的日径流量观测资料,采用年最大值法（AM）抽取径流序列样本,用线性趋势法、Mann-Kendall趋势检验和Pettitt检验分析年最大日流量、春季最大日流量和夏季最大日流量序列的变化规律;并运用广义极值分布（GEV）对标准化的最大日流量序列进行拟合,分析洪水频率的变化特征。结果表明：提取的6个最大日流量序列均不存在明显的趋势性,且突变点不显著;其中巴音布鲁克站年最大日流量、春季最大日流量和大山口站年最大日流量序列近似服从Frechet分布,而大山口站春季最大日流量、夏季最大日流量和巴音布鲁克站夏季最大日流量序列则服从Gumbel分布。1980年代以来,开都河流域洪水的发生频次明显增加;巴音布鲁克站夏季洪水次数持续增加,大山口站春季和夏季洪水次数均呈增加趋势,且春季洪水出现时间均有所提前。春季显著升温与冬季降水增加,是春季融雪性洪水出现时间和水量变化的主要原因;而夏季降雨量和降雨频率显著增加,是夏季洪水形成与频率变化的主导因素。     

质变和量变两种维度下新疆山区土地覆盖变化分析

山区是新疆主要的产流区,山区土地覆被变化对新疆经济发展和生态环境安全具有重要意义,但新疆山区的土地利用整体变化情况尚不太清楚。该文基于新疆1∶10万土地覆被类型数据和GIMMS 3 g植被指数数据,综合运用GIS空间分析和月平均、距平和趋势保留预置白处理方法及Mann-Kendall非参数趋势检验方法,提取与分析了新疆三大山区在1990—2010年土地覆盖类型转化和1982—2013年的植被覆盖变化情况,尝试从2个维度分析新疆山区土地覆被变化情况,探讨了植被覆盖的显著变化与土地覆盖类型之间的空间关系。结果表明:1)以土地覆盖类型转化为标志的新疆土地覆被质变情况发生比例很小,99%的土地覆被类型没有发生变化;2)新疆三大山区中均有大于35%的面积植被状态发生了不同方向上的显著变化,阿勒泰山区植被退化30.38%,植被改善4.07%,天山山区植被退化25.27%,植被改善18.26%,昆仑山山区植被退化33.69%,植被改善19.83%;3)发生退化的区域主要分布于人类活动干扰较强的低海拔及山前地区,且主要以草地和稀疏草地为主,阿勒泰山区草地退化面积占到总面积22.18%,天山山区稀疏草地和草地退化面积占到总面积18.88%;昆仑山区植被稀疏草地和草地退化面积占到总面积10.74%。研究结果说明从质变和量变二种角度的分析能够提供对山区土地覆被变化提供更全面的认识,在分析土地覆被变化的生态水文响应时应当给予综合考虑。     

开都河流域山区径流模拟及降雨输入的不确定性分析

选取塔里木河源区的开都河流域为研究区,将流域内气象水文站点数据与遥感数据相结合,利用气象、土壤类型、土地利用和地表覆盖、数字高程(DEM)和降雨等资料,模拟流域水文过程,并在出山口实测径流数据的基础上对模型进行率定和验证;对降雨输入所带来的径流模拟不确定性进行分析,探讨降雨输入的空间异质性对水文预报结果的影响机制.结果表明:MIKE-SHE模型能在水文、气象站点稀少,土壤及水文地质数据缺乏的条件下,模拟开都河流域的日径流过程,但精度上仍有待提高;降雨输入的空间分布程度对径流模拟有重要影响.FY-2C遥感估算降雨资料能够更好地表达降雨时间的空间异质性,相应地对径流模拟精度也有一定程度的提高.     

塔里木南缘绿洲"冷岛"效应及与植被覆盖相关分析——以于田绿洲为例

温度是生态系统中极其重要的因子。在中小尺度区域的热量资源和热场分布,对绿洲冷岛效应进行研究,评价绿洲的生态环境状况。通过利用TM/ETM遥感影像和利用Sobrino普适性单通道算法定量,反演了塔里木南缘于田绿洲1989年,1999年,2002年三个时期的陆地表面温度,通过植被覆盖度遥感估算模型提取了植被覆盖度。尝试将绿洲冷岛作为绿洲状况的评价因子,分析了温度场时空变化,在归一化地表温度-植被覆盖度二维散点图计算的基础上,对温度与植被覆盖的相关性进行分析。结果表明:(1)于田绿洲的冷岛效应有逐年减弱的趋势,主要表现为绿洲中心相对温度的升高;(2)将地表植被覆盖作为影响绿洲温度场变化的动因,结果显示,于田绿洲地表温度状况与植被覆盖状况有明显的负相关关系,相关系数在-0.48～0.78之间。地表温度对植被覆盖程度的变化十分显著。文章指出,冷岛效应对绿洲发展具有重要意义,可以将绿洲冷岛效应作为绿洲生态环境状况评价的一个重要指标。     

中亚及中国新疆干旱区植被物候时空变化

基于1982-2006年GIMMS（Global Inventory Modeling and Mapping Studies）长序列归一化植被指数数据,采用比例阈值法反演得到中亚及新疆地区植被过去25年的物候数据集;采用M-K趋势检验和Theil Sen斜率方法,分析植物生长季开始期、停止期和生长季长度的变化趋势,并结合历史土地利用数据和DEM数据评价不同植被覆盖类型和不同高程下的植被物候变化特征。结果表明：1982-2006年,中亚及中国新疆干旱区植被生长季开始期和停止期在区域尺度上没有显著提前或者延迟,但在局部地区变化明显,且空间差异较大。各植被覆盖类型的物候动态表现不同,农用地的生长季开始期提前最明显;落叶阔叶林等木本植被类型的生长季停止期以推迟为主,但其面积比例很小,影响十分有限;除灌丛和裸地外,其他类型均表现出生长季长度延长的趋势,但整个研究区植物生长季长度变化并不明显。不同高程下植被物候变化同样存在差异,区域气候变化改变了不同高程带的环境限制因子,继而对植被物候产生影响,特别是在2000～3000 m高程带,植被生长季开始期提前、停止期推迟和生长季长度延长更加明显。