2000-2013年塔里木河流域生长季NDVI时空变化特征及其影响因素分析

受塔里木河流域综合治理工程实施和近期气候变化的影响,流域植被覆被时空分布产生一定的变化,厘清植被覆被与流域气候变化及人类活动的关系可以为塔里木河流域生态维护与治理提供科学参考依据。为此,论文以NDVI为指示因子,运用趋势分析、R/S分析、偏相关分析以及残差分析等方法,分析了2000-2013年综合治理工程期间NDVI的时空变化特征,并探讨及区分降水、气温气候因子以及人类活动对植被覆被变化的影响范围和程度,结果表明：1）2000-2013年,塔里木河流域植被生长季NDVI总体呈现增加趋势,增加速率为0.8%/10 a,平原区增速明显高于山区;且开都河-孔雀河流域山区、塔里木河干流的上、中游部分地区呈现比较明显的退化趋势。与此同时,塔里木河干流下游生长季NDVI持续改善。2）山区植被覆被变化主要受气候变化的影响,其中温度是高山区植被生长的主要限制因子,温度的增加促进植被的生长;中低山区以及出山口平原地区植被生长季NDVI变化是降水和温度共同作用的结果,且主要受降水的影响。降水与植被生长季NDVI变化呈正相关,温度与植被生长季NDVI变化呈负相关。3）平原绿洲区植被生长季NDVI增加主要是绿洲灌区面积不断增加以及塔里木河流域生态治理工程对植被恢复的结果,人类活动是该区域植被生长的主要驱动力。4）塔里木河干流生态闸工程在恢复下游植被的同时,也在一定程度上影响了上、中游地区的用水,尤其是导致中游植被出现退化趋势,退化速率约为0.1%/10 a。相关部门应进一步加强水资源的合理配置,充分发挥生态闸工程的水资源调度调控作用。     

2000～2020年西南地区植被NDVI时空变化及驱动机制探究

基于2000～2020年MOD13A3 NDVI时间序列、1999～2020年气象数据以及2000年和2020年两期土地利用类型数据,采用Theil-Sen Median趋势分析、 Mann-Kendall显著性检验、多重共线性检验、残差分析和相对作用分析等方法,分析了西南地区植被NDVI时空变化特征及气候变化和人类活动对植被NDVI变化的驱动机制.结果表明,研究时段内西南地区整体及各地貌单元植被NDVI均呈上升趋势,其中,广西丘陵和云贵高原植被NDVI上升趋势最为显著,青藏高原植被NDVI上升趋势最为微弱.气候变化和人类活动影响下西南地区植被NDVI上升斜率分别为0.001 0 a^-1和0.000 6 a^-1.气候变化和人类活动的共同驱动是引起西南地区植被改善的主要原因.西南地区植被改善主要受区域气候条件的控制,植被退化主要受人类活动的影响.总体上,植被NDVI与最低气温、降水、最高气温、可能蒸散率和相对湿度呈正相关,与平均气温、气压、日照时数、温暖指数和湿度指数呈负相关.最低气温、日照时数和降水是影响西南地区植被NDVI变化的主要气象因子...     

2000～2017年贵州省植被覆盖时空变化特征及其对气候变化的响应

利用MODIS/NDVI数据、近18年来贵州省气象站点数据，辅以时间序列、变化趋势和空间动态变化分析等方法，研究贵州省植被覆盖的时空变化特征；探讨植被覆盖变化对气象因子在地域、变化速率和变化方向方面的时空响应规律。研究结果显示：（1）2000~2017年贵州省植被覆盖呈现显著增加的趋势，增速为0.004/a，夏季NDVI值最高，冬季增加趋势最大；空间上，贵州省植被覆盖格局呈现"南高北低、东高西低"的空间分布特征。在变化趋势上，贵州省植被覆盖呈改善和退化趋势的面积分别占贵州省总面积的94.97%和5.03%。（2）2000~2017年，贵州省气候变化特征是降雨量在年内分布不均，且主要分布在5月至8月；温度在各个季节变化趋势不明显，但是总体呈上升的趋势。气温和降水变化趋势大于零的面积分别占贵州省总面积的98.4%和60.46%，说明在全球暖湿化的大背景下，贵州省大部分地区亦呈温度升高、降水增加的态势。（3）贵州省NDVI与气温的相关性大于降水，但其对降水的滞后性却高于气温。其中，秋季植被受降水影响滞后性最强，其次是夏季。（4）不同气候要素对贵州省植被生长影响具有空间差异性，98.4%的地区NDVI与同期温度均达到正相关水平；NDVI与同期降水并未表现出良好的相关性，但82.63%的地区植被与前一年降水呈正相关水平。植被与降水呈负相关的地区，建设用地、裸地占更大比率，且人类活动在植被变化中的作用不容忽视。     

澜沧江流域植被NDVI与气候因子的相关性分析

基于2000-2010年MODIS NDVI数据和气象台站数据,对澜沧江流域植被NDVI与气候因子间的相关性逐像元进行分析,研究流域植被-气候关系的空间格局特征,并对其可能影响因素进行了探讨。研究结果表明：① 气温和降水对澜沧江流域植被生长均具有明显影响,其中,温度的影响尤为显著;② 流域植被生长对气候响应表现出明显的滞后效应,随着纬度的升高,植被对气候因子响应的滞后时间逐渐缩短;③ 流域不同植被类型受气温和降水的影响程度及其对气温和降水变化的敏感性均表现为草地>耕地>灌木林地>有林地。同一植被类型受气温的影响强于降水,但对降水的变化更为敏感;④ 气候特征（多年平均气温和年降水量）显著影响植被NDVI对气候变化的响应时间。年平均气温的高低与气温对植被的影响力并无必然联系,但年降水量显著影响植被NDVI与降水间的相关程度。     

中国降水及流域径流均匀度时空特征及影响因子研究

在气候变化与人类活动综合影响下,降水过程与地表径流关系一直是气象水文学研究的热点与难点。基于全国554个雨量站点日雨量数据及370个水文站点月径流数据,利用基尼（Gini）系数和相似性分析（ANOSIM）分析了中国降水和径流时空均匀度变化特征,研究表明：1）我国降水年内分配均匀度从西北到东南依次增加,径流年内分配均匀度东北较高,东南较低。降水年内分配均匀度在1980年前后没有发生明显变化,1980年后径流年内分配均匀度较1980年前在程度上更均匀,在范围上更广泛。2）我国东北、西北以及东南地区降水年内分配Gini系数呈下降趋势,其中长江流域和西南诸河上游呈显著下降趋势;径流年内分配Gini系数大部分地区呈下降趋势,其中长江流域、东南诸河呈显著下降趋势。1980年后,降水和径流年内分配Gini系数在长江流域和黄河流域的趋势正好相反,表明人类活动改变了径流天然的时间分配特征。3）在各水文区域内,降水和径流在量级、频率、历时以及时间上均具有空间相似性。1980年前后,降水空间分布均匀度在减小（不显著）,径流则相反（显著）。4）降水和径流特征变化在一定程度上具有一致性,但是在变化范围和程度上也有较大差异性。人类活动正在加深或反向影响降水引起的水文特征变化,使区域水资源的时空分布趋于均匀。     

基于SEBAL模型的赤峰市植被修复下林草蒸散耗水特征

水是制约干旱半干旱地区实现可持续发展的关键因素,维持降水与蒸散发的平衡是开展植被修复工程时需要着重考量的因素.利用陆面地表平衡算法（Surface Energy Balance Algorithm for Land,SEBAL）模型反演了2000年、2008年、2016年赤峰市全域及森林与草地生态系统的实际蒸散发,通过参考蒸散比不变法与日气象数据将反演结果扩展至日尺度,累加得到月际与生长季尺度的实际蒸散发;结合降水变化,分析植被修复工程开展后赤峰市实际蒸散发的时空变化特征与水分盈亏状况.结果表明:①2000年、2008年、2016年赤峰市生长季的实际蒸散量分别为440.86、452.76、474.34 mm,呈增加趋势,蒸散发高值区（>400 mm）由北向南扩增.②2016年生长季森林分布区的耗水量比2000年增加了27.69×108 t,水分亏缺量增加了8.03×108 t,表明过度造林会使森林生态系统遭受严重的干旱胁迫.③一个生长季内,草地生态系统蒸散量的增幅远低于森林生态系统,1 m2草地生态系统的耗水量比森林生态系统少0.18 t.研究显示,在降水量低于300 mm的区域,草地生态系统面临较轻的干旱,且部分区域可以实现水分平衡.为了维持区域水资源存量,建议赤峰市在今后的植被修复工作中,对于降水量低于300 mm的区域以草本修复为主.      

气候和人类活动对典型岩溶地下河系统径流年际变化的影响

为揭示气候变化与人类活动对岩溶地下河系统年径流量的影响,以南洞地下河为研究对象,利用其1972-2014年的径流量、降水量和蒸散量数据,分析其年际变化特征。研究结果表明：研究期内径流、降水和蒸散均呈现波动减少的趋势。其中流域内径流整体以0.014亿m³/a的速度减少,降水整体以3.14 mm/a的速度减少,蒸散整体以7.94 mm/a的速度减少。通过有序聚类法和Mann-Kendall法综合确定出径流、降水的突变年份为2002年、2008年。通过累积量斜率变化率比较法,定量分解了不同时期气候与人类活动对径流变化影响的贡献率：综合考虑降水和蒸散因素,以人类活动轻微的T₁（1972-2002年）阶段为基准期,气候变化对径流减少的贡献率在T₂（2003-2008年）、T₃（2009-2014年）时期分别为-86.68%、35.92%,人类活动对径流减少的贡献率在T₂、T₃阶段分别为186.68%、64.08%。可见,人类活动是南洞地下河流域径流量年际变化的主导因素,其中生活、生产的直接耗水和土地利用/土地覆被变化影响下径流过程的变化,共同影响着径流年际变化。     

退耕还林（草）工程实施前后黄土高原植被覆盖时空变化分析

基于GIMMS NDVI3g（the third generation of Global Inventory Modeling and Mapping Studies Normalized Difference Vegetation Index）数据,辅以趋势分析、Mann-Kendall检验、Hurst指数等方法,识别了1982—2013年及1982—1999、2000—2013年黄土高原植被覆盖时空演变特征,并探讨其驱动因素。研究发现：1）1982—2013年及1982—1999、2000—2013年期间黄土高原生长季NDVI分别以0.019/10 a（P<0.01）、0.016/10 a（P<0.05）和0.057/10 a（P<0.001）的速率增加;2）除1999年以前林地外,所有植被类型的生长季NDVI均呈现显著的增加趋势,2000—2013年尤为明显;3）黄土高原生长季NDVI呈现由东南向西北递减的趋势,1982—2013年及1982—1999、2000—2013年NDVI显著上升的面积分别占74.94%、24.26%和53.34%,主要集中在黄土高原的北部和中部地区;4）研究区未来生长季NDVI呈持续性和反持续的比重分别为33.32%和66.68%,其中持续改善和由改善变为退化的面积分别占31.08%和61.88%;5）2000年以后降水增多与生长季NDVI上升相对应,大规模的生态工程建设对2000—2013年生长季NDVI增加有重要影响。     

2000~2020年黄河流域植被时空演化驱动机制

以归一化植被指数（NDVI）作为植被覆盖及生长状况指标,基于2000～2020年MODIS NDVI数据及同时期气象数据,采用Theil-Sen斜率估算、Mann-Kendall检验、相关性分析和残差分析等方法研究了2000～2020黄河流域植被时空演化驱动机制.结果表明,2000～2020年黄河流域生长季NDVI均值以0.005 a^-1的速率波动上升,植被明显改善的区域主要分布于流域中游的秦岭山系、陕北高原和吕梁山系;黄河流域生长季NDVI与降水和气温的偏相关系数均值分别为0.57和0.49,降水对植被的影响高于气温;人类活动对植被生长起明显改善的区域主要分布在流域中部的陕北高原、吕梁山系和宁夏南部等区域,对植被生长起抑制作用的区域主要分布在银川、包头、西安、洛阳、郑州和太原等人类活动强烈的城市区域;人类活动和气候变化分别对黄河流域植被变化贡献了72%和28%,在人类活动和气候变化的驱动下,黄河流域植被生长得到改善的面积占流域面积的96.4%,其中人类活动贡献率大于80%的区域面积占34.3%,主要分布在流域中部和东南部.气候变化贡献率大于80%的区域面积占4....     

黄河源区气候和土地覆被变化对径流的影响

采用2个分布式水文模型(SWAT和VIC)分析了1960～2000年黄河源区气候变化和土地覆被对径流的影响.分析表明,气候变化是径流减少的主要原因,20世纪90年代以前,土地覆被变化对径流影响很小,气候变化对径流的影响在95%以上.70～90年代,气候变化的水文效应大约为65%～80%;土地利用变化的影响大致为6%～16%;生态退化,冻土融化等的水文效应大约为14%～20%.20世纪90年代气候变化主要体现在黄河源区降水的时空分布发生改变和气温的升高上.     

三江源区潜在蒸散时空分异特征及气候归因

地面潜在蒸散变化对水分循环与能量平衡的研究具有重要意义。论文利用青藏高原三江源区18 个气象台站的月、年气象资料,基于FAO Penman-Monteith 公式和通过修订的辐射计算模型,估算了该地区的潜在蒸散量,分析了1961—2012 年三江源潜在蒸散的空间分布和时间演变,探讨了影响该区域潜在蒸散时空分异的主导因子,主要结论如下:三江源地区多年平均潜在蒸散的范围在732.0~961.1 mm之间,平均为836.9 mm。分布格局为东北、西南高,中部低。夏秋季与全年的潜在蒸散分布格局相似;1961—2012 年,三江源地区年平均潜在蒸散整体上以0.69 mm/a 的速率增加,年潜在蒸散的增加主要体现在夏季,以0.17 mm/a 的速率上升,其余季节变化不明显;相对湿度、最高气温和年总辐射的差异导致了年潜在蒸散的空间分布差异,三者贡献率分别为59.8%、22.2%、14.4%;最高气温的上升、总辐射的增加和相对湿度的降低是三江源地区年潜在蒸散呈增加趋势的主要原因,三者贡献率分别为56.9%、35.6%、2.7%,影响年潜在蒸散的因子组合和贡献率在不同区域有一定差异。年潜在蒸散影响因子中风速影响较小,是三江源地区潜在蒸散变化有别于国内其他地区的特征之一。     

泾惠渠灌区潜在蒸散发量的敏感性及变化成因

潜在蒸散发量(ET₀)是计算作物需水量的关键因子和制定灌溉制度的依据,敏感性分析对评估气候变化对ET₀的影响至关重要.根据泾惠渠灌区4 个气象站1961—2011 年逐日气象资料,采用Penman-Monteith 公式计算日ET₀,应用Mann-Kendall 趋势检验方法研究气象因子变化趋势,采用无量纲的相对敏感系数分析ET₀对4 个主要气象因子的敏感性,结合气象因子的多年变化定量分析ET₀的变化成因.结果表明,泾惠渠灌区风速和日照时数呈显著下降趋势,气温呈显著上升趋势,相对湿度在南部和东南部呈显著下降趋势,而西部和东北部呈不显著的上升趋势,ET₀呈显著下降趋势;ET₀对相对湿度、太阳辐射、风速和气温的敏感系数分别为-0.77、0.41、0.16 和0.08;风速和太阳辐射的显著下降是灌区ET₀下降的主要原因.     

近50a东江流域径流变化及影响因素分析

以1956—2005年降雨、径流与气象资料为基础,应用Mann-Kendall趋势检验、小波分析以及R/S分析等多种方法,探讨了东江流域径流年际变化特征及其对气候变化以及植被覆盖变化的响应。结果表明:①50 a来流域年径流序列变化趋势不明显,存在4 a、7~9 a、11~13 a、16~22 a等4类尺度的周期性变化规律;河源、岭下站径流序列具有较强的状态持续性,博罗站持续性很小。②厄尔尼诺现象出现的当年,东江流域年径流量普遍减少;厄尔尼诺现象出现的次年,年径流量普遍增加。太阳黑子数的急剧变化,与东江径流量的丰、枯也有良好的响应关系。③50 a来,在降雨量呈不显著减少趋势的背景下,河源、岭下站径流仍然呈不显著增加趋势的主要原因是蒸发量下降的缘故,是气候因素和流域植被退化共同作用的结果。     

黄河中游河龙区间径流量变化趋势及其归因

黄河水沙变化关乎黄河流域生态安全和全流域的高质量发展。近年来黄河水量出现大幅锐减,制约了当地社会经济和下游可持续发展。量化气候变化和人类活动对径流量减少的贡献对于解析黄河水沙变化动因具有重要意义。由于研究尺度和研究方法的不同,径流量变化的因素和影响程度存在较大差异。本文采用MK趋势检验和双累积曲线法系统分析黄河中游河龙区间四个典型流域（皇甫川、窟野河、无定河、延河）1960—2015年间水文要素的变化趋势,利用Budyko水热平衡方程阐明气候变化和人类活动对流域径流变化的作用。结果表明：1960—2015年皇甫川、窟野河、无定河、延河流域径流量均显著下降（P<0.01）,且径流量均在1979年和1999年前后发生突变,而降水量变化不显著。同基准期（1960—1979年）相比,P2时期（1980—1999年）气候变化对径流减少的贡献率达64%~76%;随着退耕还林还草工程的大规模实施,P3时期（2000—2015年）人类活动成为径流减少的主要影响因素,其贡献率达71%~88%。     

植被恢复背景下黄河中游及6个典型流域蒸散发及其组分变化格局

植被变化可通过改变下垫面条件的方式,调节植被蒸腾与土壤蒸发的分配比例,进而影响区域乃至全球水循环过程。自20世纪90年代以来,我国开展了大规模的植被恢复工程,全国植被覆盖度得到了极大提高,其中尤以黄河中游最为显著。以黄河中游6个典型植被恢复流域为研究对象,利用PML_V2模型和水文气象数据,验证了该模型模拟植被快速变化环境下的蒸散性能,并分析了2003—2018年间植被恢复工程背景下,黄河中游蒸散发（ET）及其组分（植被蒸腾Ec,截留蒸发Ei,土壤蒸发Es）的时空变化格局。结果表明：（1）对比流域水量平衡ET与PML模型结果,发现该模型在黄河中游具有较好的适用性（NSE >0.6）。（2）Ec对ET的分布格局起着主导作用,蒸散发及其组分的空间格局由夏季风作用下的植被空间分布所控制。Ec与ET的空间分布格局较为相似,Es与其相反。ET、Ec、Ei均呈显著增加趋势,Es则呈显著减小趋势,尤以流域中下游最为明显。（3）植被恢复背景下,黄河中游典型流域的蒸散发及其组分发生了明显的变化。相较于所在流域,流域中植被恢复区ET、Ec、Es、Ei分别偏高2.20%、5.86%、0.86%、7.44%,速率分别偏高-0.51 mm/a、0.55 mm/a、-1.11 mm/a、0.05 mm/a。     

东北多年冻土区植被NDVI变化及其对气候变化和土地覆被变化的响应

利用1982~2006年的NOAA AVHRR-GIMMS和MODIS 2种数据集的归一化植被指数(NDVI)数据对东北多年冻土区植被NDVI年际动态和空间差异进行分析,并结合气象数据和土地利用/覆被数据分析了植被NDVI对气候变化和土地利用/覆被变化的响应.研究表明,东北多年冻土区植被NDVI值较高,且空间差异明显;森林为该区主要植被类型,NDVI值较高,主要分布于大小兴安岭和伊春地区;草地集中分布于西南部, NDVI值相对较低.东北多年冻土区过去25a间植被生长的变化趋势为:伴随着气温的显著升高和降水量减少,植被NDVI显著下降.较气温而言,降水量是影响植被NDVI的主要因子(r = 0.77, P < 0.01).在气候变化和人类活动的双重作用下,东北多年冻土区植被NDVI在1982~2006年间表现为4个阶段:1982~1990年,植被NDVI虽有小幅波动,但整体上呈持续增加的趋势;1990~1993年,植被NDVI呈迅速下降趋势; 1993~1997年,植被NDVI呈现回升态势,表现出缓慢上升的趋势;1998~2006年,植被NDVI呈现总体下降趋势.不同植被类型表现出不同的NDVI年际变化规律,尤以草地NDVI值波动最大.植被NDVI变化空间异质性显著.气候变化和多年冻土退化影响了东北多年冻土区植被NDVI动态.年均气温升高和年降水量降低影响了植被的生长.从像元尺度来看,研究区植被NDVI与气温和降水均具有较显著的相关性.研究区土地利用/覆被变化的分析结果表明,不同的土地利用类型间的转变对植被NDVI的大小和空间分布产生了重要影响.     

偏最小二乘(PLS)回归方法在中国东部植被变化归因研究中的应用

植被变化往往受到不同气候变量的综合作用,人类活动影响又使得植被对气候响应变得更为复杂,如何准确判别各种影响因素的相对重要性是植被变化归因研究中的一个关键点.研究基于偏最小二乘(PLS)回归方法,使用1982-2006 年的归一化植被指数(NDVI)数据,分析了降水、气温、日照、相对湿度和风等气候变量对中国东部植被变化的相对影响,并选取了NDVI变化较为典型的区域,量化了农业活动对该地区植被变化的相对贡献.PLS回归方法兼具了主成分分析和多元回归的优点,克服了众多自变量之间存在强烈交互相关导致的多元共线性问题.研究结果表明:① 1982-2006 年间,中国东部逐月NDVI的年际变化呈现出明显的南北差异.在12、1-5 月,NDVI以显著上升为主,上升区域主要位于淮河以北.在6-10月,NDVI以显著下降为主,下降区域主要为淮河以南的部分区域,特别是6 月江苏一带NDVI的大范围下降尤为明显.不过与NDVI发生显著变化的区域相比,更多区域的NDVI在各月并没有出现显著变化.② 在NDVI显著上升的站点,对NDVI变化最具解释意义的气候变量为气温,特别是冬末春初(2-3 月)的升温对黄淮海区域NDVI的显著上升具有主导控制作用.而对于NDVI 显著下降的站点,多数都不能从气候角度解释这些区域的NDVI 变化.③ 江苏省NDVI在6 月出现的大范围显著下降,与农业种植结构的调整,主要是棉花种植面积的减少以及油菜面积的增加具有显著关系.     

高原内陆河流域气候水文突变与生态演变规律——以内蒙古锡林河和巴拉格尔河流域为例

以内蒙古锡林河和巴拉格尔河流域为研究对象,利用数理统计、Mann-Kendall突变检验、气候倾向法、克里金空间插值等方法,综合遥感信息解译,辨析近55a不同高原内陆河流域气温-降水-径流突变与生态演变规律,结果表明：锡林河流域干旱程度较巴拉格尔河流域剧烈,气温总体偏高,降水量、径流深偏枯,降水、径流天数偏少,且径流系数偏低;锡林河流域气温增温趋势较显著,气温突变较早,两地增温速率均大于0.2℃/10a;在年尺度,两地径流系数、降水量、径流量的突变时间、顺序、驱动因素和突变前后变化量存在较大差异;在季节尺度,两地降水空间分布差异较大;两地NDVI最大值与冬季降水分布特征趋同,均分布于上游河谷区.