1982-2014年青藏高原地表蒸散量时空分布及其变化影响因子分析（英文）

蒸散是地球水循环的关键驱动因子,是地表水平衡和能量平衡的重要分量,因而也体现生态系统水文调节局地热调节功能;青藏高原是长江和黄河等重要河流的发源地,该区域水量平衡对区域生态安全具有重要意义。本文对全球尺度发展的遥感蒸散双源模型ARTS,利用涡度相关观测数据进行验证和评价,以空间插值的气象数据,卫星遥感的FPAR和LAI等驱动模型,估测1982-2014年间青藏高原实际蒸散ET,分析其年际和季节动态变化特征,并采用敏感性分析法和多元线性回归分析计算各气象因子变化对蒸散量变化的贡献率,探讨影响青藏高原蒸散量变化的主导因素。结果表明:(1)估测值能解释观测值季节变化的80%以上(复相关系数R~2=0.80,显著性水平P 0.001),表明模型具有较高的估算准确度。(2)近30多年全年、春、夏和秋季影响蒸散年际变化呈显著增加趋势;但变化趋势存在显著的区域分异,全年或夏季藏南河谷地区呈显著降低趋势(每10年降低20 mm以上),而阿里、拉萨河谷、青海海北地区则为增加趋势(每10年增加10 mm以上)。(3)敏感性分析和多元线性回归分析均表明,年际变化趋势的主导因素是气候变暖,其次是降水的不显著增加;但植被变化的影响也较大,与气候因子共同能够解释蒸散趋势的56%(多元线性回归方程R~2=0.56,P0.001);低覆盖草地多年蒸散分别是高、中覆盖度草地的26.9%和21.1%。青藏高原在显著变暖、不显著变湿的气候变化背景下,地表蒸散的增加必以冰川融水为代价而威胁区域生态环境安全,如何保护生态,维持区域社会可持续发展是难题和巨大挑战。     

基于OSI-SAF微波遥感数据的北极一年冰和多年冰研究北大核心CSCD

基于2005年10月—2017年4月OSI-SAF逐日海冰类型和海冰密集度数据,分析了北极一年冰和多年冰变化的时空特征。结果表明每年10月至次年4月的生长期内,一年冰在10—12月增长较快,范围和面积的增加速度分别为1.87×10~6 km^2·month^(-1)和1.77×10~6 km^2·month^(-1); 1—3月增速放缓,范围和面积的增加速度为0.50×10~6 km^2·month^(-1)和0.43×10~6 km^2·month^(-1); 3—4月范围和面积变化速度为–0.38×10~6 km^2·month^(-1)和–0.24×10~6 km^2·month^(-1)。多年冰的范围和面积在不同年份的生长期内有不同变化,没有一致的季节性。8个海区的海冰范围变化特征有一定的差异,北冰洋核心区在多年冰变化中占主导作用。一年冰在生长期内逐渐向北冰洋以南生长,多年冰主要分布在格陵兰岛和加拿大群岛以北的北冰洋中心海域。每年10月、11月海冰总体范围与该月前6个月北极平均气温显著负相关。每年3月、4月一年冰范围与该月前6个月平均气温也显著负相关。多年冰范围与北极月平均气温没有显著相关性。     

1982~2013年青藏高原高寒草地覆盖变化及与气候之间的关系

利用GIMMS NDVI数据和地面气象站台观测数据,对青藏高原1982~2013年高寒草地覆盖时空变化及其对气象因素的响应进行研究,结果表明：青藏高原高寒草地生长季NDVI表现为从东南到西北逐渐减少的趋势,近32 a来,整个高原草地生长季NDVI呈上升趋势,增加速率为0.000 3/a (p<0.05);高寒草地生长季NDVI年际变化具有空间异质性,整体为增加趋势,呈增加趋势的面积约占研究区域面积的75.3%,其中显著增加的占26.0% （p<0.05）,类型主要为分布在青藏高原东北部地区的高寒草甸;比例为4.7%,草地类型主要为高寒草原,主要分布在高原西部地区;基于生态地理分区的分析显示,青藏高原草地与降水、温度的相关关系具有明显的空间差异,高寒草地生长季NDVI均值与降水呈显著正相关,对降水的滞后效应显著;高原东北部温度较高,热量条件较好,降水为高寒草地生长季NDVI变化的主导因子;东中部地区降水充沛,温度则为高寒草地生长的制约因子;南部地区降水和温度都较适宜,均与高寒草地生长季NDVI相关性显著(p< 0.05),共同作用于草地的生长;中部和西部地区,气候因子与高寒草地生长季NDVI关系均不显著。     

基于泥炭与冻土共生关系的川西高原泥炭化冻土分布研究北大核心CSCD

由于泥炭化冻土是冻土工程建设中需要解决的重大问题,因此泥炭与冻土的共生关系备受关注。以川西高原0~30 cm深度的泥炭化冻土为研究对象,从泥炭化冻土的形成和泥炭与冻土的共生关系角度,选取控制因素,分析这些因素的控制机制,并将这些因素作为评价指标;采用熵权法、层次分析法和模糊评价方法,制作出川西高原泥炭化冻土分布图;最后,结合前人的相关研究成果对研究结果进行了验证。研究结果表明,采用的研究方法具有可行性;川西高原泥炭化冻土分布具有区域聚集、空间变异性大和受纬度地带性影响大的特点;高泥炭化冻土的面积为0.8×10^(4) km^(2)(约占研究区面积的5%),中泥炭化冻土的面积为7.8×10^(4) km^(2)(约占研究区面积的33%);低泥炭化冻土广泛分布,面积为11.5×10^(4) km^(2)(约占研究区面积的50%);非泥炭化冻土面积为3.0×10^(4) km^(2)(约占研究区面积的12%);多年冻土的泥炭化程度最大;冻土与泥炭的共生作用对冻土工程具有显著影响。     

青藏高原湖泊面积动态变化及其对气候变化的响应

为了探究整个青藏高原湖泊总面积变化的原因,本文利用RS和GIS技术,提取了1960 s—2015年青藏高原大于1 km2的湖泊数据,分析了近50年来青藏高原湖泊面积的动态变化,并结合相应的气象数据,通过相关性分析及回归分析等方法分析了影响湖泊面积变化的主要气象因子。结果表明:(1)青藏高原整体变暖湿的过程中大于1 km2湖泊的总面积呈现增长-减少-加速增长的趋势,从1960 s—2015年共增长了9138.60 km2,增长率为23.90%;(2)100~500 km2级别的湖泊总面积占青藏高原湖泊总面积的比重最大,各不同等级的湖泊总面积总体呈上升趋势;(3)青藏高原4500~5000 m海拔范围内的湖泊总面积最大,海拔4500~5000 m及海拔3000 m以下的湖泊面积变化较剧烈,呈现波动中增长的趋势,其余海拔范围内的湖泊面积基本维持稳定;(4)青藏高原西部地区和北部地区的湖泊总面积总体上呈现增长趋势,东部及南部地区湖泊总面积基本维持稳定,整个青藏高原湖泊面积变化的区域在空间上呈现扩张趋势;(5)年平均气温、年降水量及年蒸发量与湖泊面积呈现显著的相关性,研究区边缘地区湖泊面积和年平均气温有显著相关性,研究区中部地区湖泊面积同年平均气温、年降水量及年蒸发量有显著相关性,而研究区东北部及中西部部分地区湖泊面积和年平均气温及年蒸发量有显著相关性。通过气象因子与湖泊总面积的回归分析结果表明,年平均气温和年蒸发量变化是导致青藏高原湖泊总面积改变的主要原因。本研究填补了青藏高原长时间序列和多尺度的湖泊面积动态变化方面的空白,同时本研究得出的湖泊数据可以为其他研究人员提供一定的帮助。     

科尔沁沙地土地荒漠化敏感性评估北大核心CSCD

科尔沁沙地是中国四大沙地之一,也是京津冀风沙源的重要组成部分,其荒漠化加剧不仅直接对京津冀地区的气候环境产生了恶劣影响,还严重威胁了自然资源的可持续性。本文以MEDALUS模型为基础,利用遥感和地理信息系统技术,对科尔沁沙地土地荒漠化风险进行了评估。利用土壤质量指数、植被质量指数、气候质量指数和管理质量指数,构建了科尔沁沙地土地荒漠化敏感指数图。结果表明:科尔沁沙地土地荒漠化敏感指数极高区域2 986.60 km^(2),占研究区总面积的2.02%;高区域6 678.00 km^(2),占4.52%;中等区域89 633.18 km^(2),占60.71%;低区域48 352.20 km^(2),占32.75%。评估发现:(1)MEDALUS模型适用于科尔沁沙地土地荒漠化敏感性评估,其中荒漠化敏感指数极高的区域集中在科尔沁沙地腹地老哈河两侧,以翁牛特旗中东部、奈曼旗西北部和库伦旗中部为主;(2)土壤质量指数对荒漠化敏感性的影响高于植被质量指数、气候质量指数和管理质量指数,因此在科尔沁沙地防沙治沙工程中,可以从改善土壤质量入手,减轻科尔沁沙地的土地荒漠化风险;(3)以土地利用类型为主要驱动力,通辽市周边、长岭县西北部、科尔沁左翼中旗、双辽市、彰武县北部等地的荒漠化风险有所增加。地形坡度对科尔沁沙地荒漠化敏感性影响不大。     

艾比湖流域NDVI变化及其与降水、温度的关系

利用2000—2012年MODIS-NDVI数据,结合34个气象站同期的降水与温度数据,分析13年间艾比湖流域NDVI变化趋势及其对降水和平均温度变化的响应特征。结果表明:(1)13年间,艾比湖流域NDVI总体呈上升趋势,NDVI极显著(p0.01)增加区和显著(p0.05)增加区主要分布在核心绿洲及其边缘地区;NDVI变化不显著(p0.05)区域占研究区总面积的64.25%;(2)降水与NDVI的显著和极显著线性相关区域分别占研究区的33.27%和2.66%,主要分布在温泉县、博乐市及托里县南部;温度与NDVI的显著和极显著线性相关区域分别占研究区的11.35%和0.30%,主要分布在博乐市以东区域;(3)从年际变化水平来看,偏相关系数和线性相关分析结果均表明,NDVI总体上与年降水量呈正相关,而与平均温度呈负相关,降水对NDVI的影响明显高于平均温度;从月际变化水平来看,艾比湖流域NDVI变化对降水的滞后期为一个月,而对于平均温度滞后现象则不明显,可能是NDVI时间尺度选择过大造成的;NDVI与月序列平均温度的相关系数明显高于与降水的相关系数,说明在月际水平上温度对植被生长的作用大于降水。     

2000—2010年藏北申扎县植被NDVI时空变化与气候因子的关系

为揭示气候变化对申扎植被生态系统的影响,利用2000—2010年间的MODIS NDVI数据和对应的气候资料,研究了申扎县植被NDVI时空变化及其与气候因子的关系。结果表明,近10年来研究区生长季NDVI是减少趋势(p=0.069),其年均减少量和减少率分别为-0.0013和-0.55%/a。NDVI增加区域占申扎县总面积的32.78%,NDVI减少区域占总面积的67.22%。NDVI增加是高海拔的高山植被增加引起的,NDVI减少是高寒草原和高寒草甸的下降共同引起的。高寒草原比高寒草甸变化更敏感;温度升高导致的气候变暖变干可能是申扎县植被生长季NDVI减少的主要原因。     

青藏高原高寒草地净初级生产力(NPP)时空分异

基于1982-2009 年间的遥感数据和野外台站生态实测数据,利用遥感生产力模型(CASA模型) 估算青藏高原高寒草地植被净初级生产力(NPP),分别从地带属性(自然地带、海拔高程、经纬度)、流域、行政区域(县级) 等方面对其时空变化过程进行分析,阐述了1982 年以来青藏高原高寒草地植被NPP的时空格局与变化特征。结果表明:① 青藏高原高寒草地NPP多年均值的空间分布表现为由东南向西北逐渐递减;1982-2009 年间,青藏高原高寒草地的年均总NPP为177.2×10¹² gC·yr^-1,单位面积年均植被NPP为120.8 gC·m^-2yr^-1;② 研究时段内,青藏高原高寒草地年均NPP 在112.6~129.9 gC·m^-2yr^-1 间,呈波动上升的趋势,增幅为13.3%;NPP 增加的草地占草地总面积的32.56%、减少的占5.55%;③ 青藏高原多数自然地带内的NPP呈增加趋势,仅阿里山地半荒漠、荒漠地带NPP呈轻微减低趋势,其中高寒灌丛草甸地带和草原地带的NPP增长幅度明显大于高寒荒漠地带;年均NPP增加面积比随着海拔升高呈现"升高—稳定—降低"的特点,而降低面积比则呈现"降低—稳定—升高"的特征;④ 各主要流域草地年均植被NPP均呈现增长趋势,其中黄河流域增长趋势显著且增幅最大。植被NPP和盖度及生长季时空变化显示,青藏高原高寒草地生态系统健康状况总体改善局部恶化。     

1981-2010 年气候变化对青藏高原实际蒸散的影响

基于1981-2010 年青藏高原80 个气象台站观测数据, 通过改进的LPJ 动态植被模型, 模拟并分析了青藏高原实际蒸散及其与降水的平衡关系(P-E) 的时空变化。研究结果表明, 在过去三十年来青藏高原气候呈现以变暖为主要特征的背景下, 降水量整体略有增加, 潜在蒸散呈减少趋势, 特别是2000 年以前减少趋势显著;青藏高原大部分地区实际蒸散呈增加趋势, P-E的变化趋势呈西北增加-东南减少的空间格局。大气水分蒸散发能力降低理论上会导致实际蒸散减少, 而青藏高原大部分地区实际蒸散增加, 主要影响因素是降水增加, 实际蒸散呈增加(减少) 趋势的区域中86% (73%) 的降水增加(减少)。     

我国喜马拉雅山区冰湖扩张特征及其气候意义

分析冰湖扩张特征和扩张方式及其气候意义,有利于认识冰川-冰湖-气候三者的变化关系和冰湖溃决灾害危险性程度。基于大比例尺地形图、DEM、ASTER影像等数据,分析近30年来我国喜马拉雅山区不同海拔高度冰湖变化的特征及冰湖-母冰川的相对位置的变化关系,探讨其气候效应。结果显示：(1) 存在冰湖的面积增大是冰湖面积扩张的主要贡献者,占总面积净增量的67%,新增湖的面积占总面积净增量的33%;(2) 不同高度带冰湖面积多呈扩张态势,净增面积在5000~5300 m出现峰值,指示气候变化的垂直差异性;(3) 在2000s 母冰川-冰湖距离为0 的冰湖,数量占扩张冰湖总数的19%,而其冰湖面积增量却占了总面积增量的60%,为冰湖扩张的主体,反映出冰湖与母冰川关系越紧密,气候效应越强烈,冰湖面积增加越显著。     

近10 年我国地表比辐射率的时空变化

基于Terra-MODIS L3 级产品MOD11C3,得到2001-2010 年10 年我国地表比辐射率时空数据集。结果表明,我国地表比辐射率最小的区域是西北沙漠地带,该区域比辐射率一年四季变化不大、分布范围固定。东北地区和北疆地区、青藏高原地区、长江中下游和华东华南地区等区域比辐射率变化明显。冬季,东北地区、北疆地区地表比辐射率比较大。青藏高原地区11 月-次年3 月维持在一个中低比辐射率水平,其他月份比辐射率则呈现增大趋势。长江中下游、华东、华南和四川盆地地区的比辐射率7-10 月减小,其中8 月份面积达到最大。低比辐射率区(0.6163~0.9638)、中低比辐射率区(0.9639~0.9709)、中比辐射率区(0.9710~0.9724)所占面积都不大,分别维持在20%、10%、20%左右;中高比辐射率区(0.9725~0.9738) 所占范围最大,达到我国陆地面积的40%~50%,且变化十分明显,表现出明显的波峰、波谷变化,春季和秋季是波峰、夏季和冬季是波谷;高比辐射率区(0.9739~0.9999) 面积变化也很明显,冬季是一个明显的波峰,面积可达10%,而其他季节则维持在1%、2%以下。我国地表比辐射率时空分布与温度之间呈现一定的相关关系,比辐射率越高、气温越低。     

近9a来乌鲁木齐河流域中上游土地利用/覆盖及其质量变化分析北大核心CSCD

以Landsat系列卫星遥感影像数据为基础,解译了2006、2010和2014年三期乌鲁木齐河流域中上游土地利用/覆盖信息,并以生长季内各月归一化植被指数(NDVI)的平均值表征土地利用/覆盖类型的质量状况,从土地利用/覆盖的空间分布和质量变化两方面对该地区进行了综合分析。结果表明:(1)近9 a间,乌鲁木齐河流域中上游林地面积基本保持不变,草地新增12.78 km^2,建设用地扩展了5.01 km^2,新开垦耕地3.84 km^2。(2)研究区土地利用/覆盖质量总体呈现微弱退化趋势,其中耕地退化最为严重,变化趋势为-1.5%·a^(-1),林地和自然草地的质量基本保持不变,而城市和道路绿化草地却呈现显著改善。(3)研究区土地利用/覆盖变化主要受人类活动干扰影响,植被的改善与退化共存,其中显著改善的区域占全区的5.92%,而显著退化的区域占全区的9.45%,显著退化的面积大于显著改善的面积。     

双台河口国家级自然保护区芦苇叶面积指数遥感反演与空间格局分析

应用Landsat7 ETM+遥感数据与同期野外实测叶面积指数(LAI)数据,基于多季相遥感影像,用面向对象的分类方法,提取双台河口国家级自然保护区芦苇分布数据,建立芦苇LAI最优估算模型,并进行其遥感反演及空间格局分析。研究结果表明,2012年,双台河口国家级自然保护区内芦苇总面积为38 200 hm2,占保护区总面积的29.5%,其中,缓冲区的芦苇面积为16 200 hm2,实验区的芦苇面积为11 900 hm2,核心区芦苇面积为10 100 hm2;以遥感影像缨帽变换(TC)后的绿度(GREEN)分量、ETM+第5波段(B5)和第3波段(B3)为自变量的多元线性模型为芦苇LAI反演的最优估算模型(p0.01,R2=0.741)。双台河口国家级自然保护区芦苇LAI介于0.12~5.85之间,呈现东高、西低和北高、南低的分布格局;保护区核心区的芦苇LAI最均一,实验区的芦苇LAI空间变化最明显。     

2000—2020年蒙古高原湖泊变化及其影响因素分析

基于Landsat遥感影像,提取蒙古高原2000—2020年每年1 km²以上湖泊面积信息,分析其时空变化特征。结果表明：(1)2009年之前湖泊面积和数量呈减少趋势,2009年之后呈增加趋势,整体上2000—2020年湖泊面积和数量呈减少趋势。(2)不同等级湖泊变化差异较大,特大型和中型湖泊变化相对稳定,大型湖泊减少幅度最大。(3)不同区域湖泊变化也不同,西北部湖泊变化较稳定,中东部湖泊变化较剧烈。(4)研究区湖泊空间分布集聚性呈异因同向的减弱趋势。(5)湖泊面积与年均气温、年降水量、年蒸发量、植被指数和4层土壤水分的相关关系较为显著,且2个时间段内表现的影响程度有明显差异。掌握蒙古高原湖泊时空变化情况及其原因,对蒙古高原乃至全球的气候调节和生物多样性保护研究提供可参考依据。     

青藏高原近60年降水变化研究进展北大核心CSCD

作为全球海拔最高的独特自然地理单元,青藏高原对局部、区域乃至全球天气和气候系统具有显著影响。基于气象台站观测资料,对1960年以来青藏高原整体和区域尺度的降水量和极端降水量变化特征及其影响因素研究进行了回顾。结果表明:近60年青藏高原年降水量呈现上升趋势,变化速率为3.8~12.0 mm/10a,但其显著性存在争议。冬春两季降水量显著增加,春季降水量上升速率最大,夏秋两季降水量变化趋势不明显。区域尺度上,三江源区年降水量总体呈现上升趋势,变化速率为7.3~20 mm/10a;雅鲁藏布江流域年降水量呈现不明显上升趋势,变化速率为0.4~9.0 mm/10a;祁连山区年降水量显著增加,变化速率1.0~13.2 mm/10a;年降水量增长速率在青海高原为1.9~3.3 mm/10a,西藏高原为12.5 mm/10a,柴达木盆地为6.7~8.6 mm/10a,共和盆地为7.2 mm/10a。青藏高原极端降水量和极端降水日数明显增多,但是极端降水量变化空间异质性特征显著。青藏高原降水变化的影响因素很多,主要包括大尺度大气环流、高原地表状况及气候变暖。未来应采用更多类型数据源监测青藏高原降水变化,尤其是区域或流域尺度,进一步完善青藏高原降水变化机制研究。     

Budyko方程和单作物系数法在区域蒸散发估算中的耦合及应用

实际蒸散发(ET)是水文循环的关键环节,分布式量化ET是区域水量平衡计算的重要内容。本文基于Budyko水热耦合方程推算单作物系数,在单作物系数和基于遥感方法的叶面积指数(LAI)之间进行统计回归,建立计算LAI的模式,实现Budyko方程进行区域ET估算的空间分辨率提升。洮河流域的范例研究证实了两种方法耦合在复杂地理-生态区间应用的合理性。本文为区域ET的分布式量化研究提供了一种新的思路。     

2000-2012年中国北方草地NDVI和气候因子时空变化

利用2000-2012年的MODIS NDVI数据,结合中国北方187个气象基准站年均温度和年降水量资料,对2000-2012年中国北方草地NDVI的时空变化特征和同期年均温度、降水量动态变化进行了分析。结果表明:(1)草地NDVI无明显变化的区域占北方草地总面积的64.35%,以荒漠草地为主;草地退化区域的面积(占北方草地总面积的23.97%)大于改善区域的面积(占北方草地11.68%)。(2)NDVI变异系数分析结果表明,2000-2012年以来中国北方草地68.37%区域呈稳定状态。其中,荒漠草地植被变异性较小,处于相对稳定状态的草地占其总面积的79.73%;而灌丛草地和典型草地的变异性较大,变化显著的草地分别占其草地面积的41.55%和45.92%。(3)北方草地区中,54.04%的区域年均温度呈升高趋势,大于温度呈降低趋势的区域,温度升高幅度最大为0.159 ℃·a^-1;年降水量呈增加趋势的面积达71.01%,远大于呈减少趋势的面积,降水量增加的最大幅度为23.29 mm·a^-1。     

基于机载雷达数据的青海云杉(Picea crassifolia)林降雨截留空间模拟

以祁连山天老池流域青海云杉(Picea crassifolia)林为对象,以2013年降雨截留观测数据和机载雷达数据,结合GIS技术对青海云杉林进行流域尺度上的截留模拟。先以样方尺度上观测的数据建立截留量统计模型,然后利用机载雷达数据计算冠层激光穿透指数(LPI),根据LPI与叶面积指数(LAI)的关系实现对青海云杉LAI的反演,最后利用青海云杉林区降雨量和LAI空间分布数据,在GIS的空间分析中,模拟研究区青海云杉林截留的空间分布。结果表明:2013年生长季研究区青海云杉林林冠截留量0~331.0mm,平均161.9mm,林冠截留率在0~67.97%,平均33.89%;整个生长季,流域青海云杉林冠截留量约5.26×105 m3,占整个流域生长季总降雨量的7.38%。     

2000—2019年秦岭南北实际蒸散发时空变化特征

基于遥感数据全面认识复杂地形单元实际蒸散发时空规律,对区域可持续水资源管理具有重要的意义。论文基于MODIS实际蒸散发(ET)数据,对2000—2019年秦岭南北ET时空变化特征进行分析,探究不同分区ET对植被变化的响应关系,进而识别ET趋势和年代变化的高相关海气环流因素。结果表明：① 在变化趋势上,以1000 m等高线为界,即秦岭地区北亚热带和山地暖温带的分界线,低海拔河谷地带为ET显著增加区,山地高海拔地区为ET下降区;② 除城市、乡镇周边地区,研究期间秦岭南北下垫面相对稳定,转为生态用地的活跃区主要分布在山地1000 m过渡带,其是ET与NDVI变化显著相关区,而1000 m以上高海拔地区两者相关性较低;③ ENSO、青藏高原北部气压异常,与秦岭山地、汉江谷地ET的趋势变化和年代波动显著相关,而西太平洋副热带高压与ET的趋势显著相关,与年代波动特征相关较弱。即发生中部型厄尔尼诺事件时,西太平洋副热带高压偏强,对流层低层形成异常反气旋,导致中国东部雨带北移,秦岭山地和汉江谷地降水偏少,气温偏高,ET往往偏大。研究结果启示：秦岭南北科学适应气候变化时,应关注秦岭山地、汉江谷地ET变化显著相关的环流信号;应深刻理解秦岭高海拔地区蒸散发下降趋势对区域水资源管理的影响。