1980—2012年渭河源区气候因子演变特征及趋势分析

渭河源区是渭河重要的水源补给区,也是黄土高原西部的重要生态屏障。分析了1980—2012年清源河渭源站气象监测数据,发现渭河源区气温和蒸发量呈逐渐上升或增加趋势,降水量呈逐渐减少趋势,说明这一时期气候总体上向暖干化方向发展,与全球气候变化大趋势和我国西北地区气候变化的情形一致。渭河源区的暖干化趋势对黄土高原西部生态环境恢复造成了不利影响,是今后水土流失治理中需要着重考虑的问题。     

GIS支持下的黄河河源区降水径流要素变化分析

对黄河河源区多年平均和雨季降水量、年际径流量进行分析。流域西北部玛多站多年平均降水量变化不大，而流域东南部降水丰沛的久治站则呈现大幅下降的趋势。这对黄河河源区的产流量带来不利的影响。年内降水量以雨季变化较大。且表现出下降的趋势。计算得到径流量的变差系数、年际变化绝对比率和不均匀系数，表明径流量年际波动较大。认为降水强度和降水量是影响黄河河源区径流系数变化的主要原因。     

贵州省北盘江流域2000-2018年NDVI变化及其与地形梯度、人口分布的关系

[目的] 研究贵州省北盘江流域NDVI变化及其与地形梯度、人口分布的关系,为喀斯特地区植被恢复、退耕还林开展、国土空间优化整治等提供科学参考。[方法] 采用2000—2018年贵州省北盘江流域NDVI数据,分析其时空变化特征及与海拔、坡度、人口密度等影响因素的相互关系。[结果] ①2000—2018年北盘江流域NDVI值总体呈上升趋势,且年均增长稳定,植被呈现不断恢复的趋势。②2000年北盘江流域NDVI空间分布在东南部最高,在西北部最低,NDVI高值在中部地区分布较为破碎,至2018年各地区NDVI值差距显著缩小,其中在西北部和中部NDVI低值区转变最为明显。③2000—2018年北盘江NDVI显著减少、轻微减少及轻微增加的地区面积较少,面积比例不足10%;而显著增加地区面积为19 986.04 km²,比例为90.93%。④2000—2018年,北盘江流域NDVI的海拔效应表现为阶段变化特点,其中2000—2010年NDVI值随着海拔的上升总体呈现下降趋势;2010—2018年NDVI值随着海拔的上升总体呈现上升趋势;NDVI值随坡度增加表现为上升—下降趋势;而NDVI值随人口密度增加呈降低趋势。[结论] 地形因子奠定植被生长条件,而社会和人为因子对NDVI值变化影响较大。     

渭河干流下游造床流量与有效流量的时空变化特征

为研究渭河下游河流演变关键特征流量的变化特性,采用改进的马卡维也夫法与水沙频率组合法,计算并分析了咸阳、临潼与华县水文站的造床流量与有效流量的时空变化特征,探讨了造床流量、有效流量与平滩流量之间的关系。结果表明:年均流量在1934—2014年呈波动性下降趋势,含沙量在1980年前呈增加趋势,此后至2014年急剧下降;造床流量由1980—1989年之前的561～1 586 m~3/s减小到之后的254～885 m~3/s;有效流量除了华县站在1930—1959年时段内急剧减小外,其他年份波动变化。在空间上,造床流量除了临潼站在1990—1999年大于下游华县站之外均呈现下游大于上游的特点;有效流量除了临潼站在1970—1979年小于上游咸阳站和在2000—2009年略大于下游华县站之外也呈现下游大于上游的特点,这与径流量的沿程增大密切相关。年均径流量、含沙量与输沙率对造床流量影响较大,而含沙量与输沙率对有效流量影响较小。在渭河下游,平滩流量最大,造床流量次之,有效流量最小,三者并不一致,采用平滩流量法计算渭河下游的造床流量是不合适的。     

江河源区植被水分利用效率遥感估算及动态变化

为了获取高寒地区在资料短缺条件下的陆地生态系统碳循环和水循环的变化特征,该文以遥感数据、气象数据和实际观测数据相结合,利用基于光能利用率的CASA（carnegie ames stanford approach）模型和FAO Penman-Monteith方法对江河源区2000-2010年植被水分利用效率进行估算和动态分析,得出以下结论：1）所选模型较好的反应了区域植被水分利用效率的时空分布特征。近11 a来,长江源区和黄河源区多年平均水分利用效率（以C质量计,下同）分别为0.54 g/(mm·m2)和0.56 g/(mm·m2),江河源区植被水分利用效率呈减少趋势,其中黄河源区植被水分效率减少速度大于长江源区。2）江河源区典型高寒草甸和高寒草原水分利用效率年际变化总体呈下降趋势,其中黄河源区减少趋势较长江源区更明显。长江源区高寒草甸和高寒草原水分利用效率呈现明显单峰现象,黄河源区呈现为阶梯增加和减少现象,表明长江源区在单位面积上植物消耗单位水分的固碳能力要好于黄河源区。3）主成分分析表明：江河源区植被水分利用效率变化与NDVI、温度、降水、太阳辐射以及蒸发密切相关;长江源区以NDVI、降雨为主导,黄河源区以NDVI、降雨和温度为主导。该研究可为江河源区水资源合理利用,实现区域生态环境可持续发展提供科学参考。     

辽河流域铁岭站径流变化及其影响因素分析

采用线性趋势回归、Mann-Kendall秩次相关检验、小波分析、Spearman相关分析等多种方法,对1964-2004年间辽河流域福德店至铁岭区间降水、径流时间序列的年际变化特征进行了综合分析.结果表明:①流域降水径流年内分配不均匀,主要集中在5 9月份;②多年年降水量、年径流量和年径流系数总体呈下降趋势,其中年径流量和年径流系数下降趋势明显;③年径流量的年际变化较大,年最大与最小径流量的倍比为11.9倍,21世纪00年代的径流量平均值仅为60年代的24.3％,减少幅度较大;④年降水和年径流量具有明显的阶段性和周期性演变特征,分别存在7 a和15a尺度的周期性变化规律.⑤降水量减少和下垫面条件变化是造成福德店至铁岭区间流域径流量下降的重要因素.     

黄河流域植被指数对气候变化的响应及其与水沙变化的关系

[目地]研究流域植被对气候变化的响应及其与水沙的关系,为黄河流域生态环境政策调整提供科学依据。[方法]基于归一化植被指数(GIMMS NDVI)、气温、降水和径流量、输沙量数据,利用线性回归和相关分析方法分析了黄河流域NDVI时空变化和对气温与降水的响应,及其与径流量和输沙量关系。[结果]①1982—2015年黄河流域及上、中游流域NDVI均呈显著线性增加趋势,中游流域增速最快,显著增加区域面积也最大。②1982—2015年黄河流域NDVI与年平均气温、年降水量呈显著正相关面积分别占22.39%和21.99%,集中分布在中北部区域。③2000—2015年黄河流域总体和上游流域年径流量均表现出增加趋势,上游和中游流域输沙量呈下降趋势。黄河流域水沙关系变化是多种因素共同作用的结果。[结论]气候变化背景下黄河流域1982—2015年植被总体呈改善趋势,但具有明显空间差异特征,植被变化与河流径流和输沙变化关系尚待进一步研究。     

三江源区近数十年河流输沙及水沙关系变化

河川径流及泥沙在保障水资源、塑造河道形态、维持区域环境及生态系统等方面起着重要作用.为探讨三江源区河流输沙及水沙关系,基于三江源区9个水文站径流泥沙观测资料,采用Mann-Kendall趋势检验、Mann-Kendall突变检验方法分析输沙量、含沙量的变化趋势及突变特征,利用评级曲线法,分析水沙关系.结果表明:1)从输沙量来看,仅长江源区的新寨输沙量呈显著减少趋势,并在1998年发生突变;2)长江源区新寨含沙量显著减少,黄河源区的黄河沿、同仁及唐乃亥含沙量显著增加,其他水文站含沙量没有显著变化趋势,新寨和同仁含沙量分别在1999和1989年存在突变特征;3)直门达以上的长江源区及澜沧江源区水沙关系未发生明显变化,长江源区的新寨水文站控制区及黄河源区水沙关系发生变化;4)水流挟沙能力的变化表现出了明显的空间差异性,主要分为减弱、增强及稳定3种类型.河流输沙及水沙关系发生的变化,可能与气候变化和人类活动等有关,研究成果可为三江源区流域规划和生态保护,以及下游水库泥沙淤积研究等提供参考.     

渭河流域气候变化与人类活动对径流的影响

以黄河最大的一级支流渭河为研究对象,根据渭河流域华县水文站1958--2011年径流资料,采用Mann—Kendall趋势检验、Pettitt非参数统计和双累积曲线法分析径流序列的变化趋势和突变点,同时采用水量平衡法定量分析气候变化和人类活动对径流量的影响。结果表明：1）华县水文站径流量呈显著下降趋势（标准正态统计变量〈-2．23）,年均递减系数为0．86mm／a;2）径流量自1994年呈显著性减少趋势,据此将径流序列划分为2个阶段,即基准期1958--1994年和变化期1995—2011年;3）变化期较基准期在枯水年、平水年和丰水年径流量分别下降64．6％、41．3％和45．5％,枯水年流量下降趋势最为明显;4）华县站以上控制区内降雨变化和人类活动对径流变化的贡献率分别为49．0％和51．0％,气候变化对渭河径流量的影响主要是由降水量的减少引起的。     

渭河源区坡耕地时空变化及其土壤保持效应

[目的] 分析渭河源区不同等级坡耕地的时空变化,揭示不同坡耕地类型的土壤保持效应,探讨退耕还林还草工程对渭河源区坡耕地及土壤保持的影响,为完善不同坡耕地资源合理规划利用提供科学依据。[方法] 利用1990,2000,2010和2020年4期渭河源区土地利用和地形数据,通过叠加分析、耕地动态度、土地利用转移矩阵和中国土壤流失方程等方法进行分析。[结果] ①1990—2020年耕地呈先缓慢增加后急剧减少再缓慢减少的趋势,面积净减少321.03 km²,其中陡坡耕地和缓坡耕地是耕地变化主要类型。②近30 a来,耕地的时空变化主要表现为1990—2000年耕地少量转入,主要分布在漳县和岷县;随着退耕还林还草工程的实施,有279.80 km²的坡耕地转变为林草地,其中耕地转换为草地主要分布在通渭和陇西县,而耕地转换为林地主要分布在陇西和岷县。③1990—2000年渭河源区林草地开垦导致土壤保持量减少5.52×10⁴ t,而2000—2020年退耕还林还草导致土壤保持量增加2.21×10⁶ t,其中大于15°的坡耕地的转变对土壤保持量变化影响更大。[结论] 渭河源区退耕还林还草工程成效显著,其中2000—2010年陡坡耕地的退耕面积最大,陡坡耕地退耕地土壤保持总体效应最大,但峭坡耕地退耕地单位效应最大。峭坡耕地仍有较大退耕空间,依旧是新一轮退耕任务的主要目标。     

黄土高原昕水河流域径流变化及其对环境要素的响应

以黄土高原昕水河流域为对象,采用有序聚类等数理统计方法,诊断了近60 a来实测径流的变化及其阶段性特征,在此基础上,分析了不同阶段实测径流与气候要素之间的响应关系,初步揭示了径流演变的驱动机制。结果表明:近60 a来昕水河流域实测径流量以1965年和1979年为分割点总体呈现阶段性减少趋势,其中,21世纪以来减少尤其明显。不同阶段的年降水、径流关系有一定差异,相比而言,汛期（6—10月份）的月降水量与径流量具有相对较好的相关关系,非汛期（11—5月份）的月降水径流关系点群散乱。积雪及融雪对河川径流量的影响存在±5℃阈值,当气温介于该阈值区间,气温变化对河川径流影响较大。昕水河流域汛期产流受高强度降水支配,非汛期径流量以地下径流和融雪径流为主。人类活动对河川径流的影响有增大趋势。     

黄土高原林区植被变化对水沙演变的影响——以仕望川流域为例

[目的]研究林区植被变化对水沙演变的影响,可以为黄河流域生态环境建设政策的制定与调整提供科学依据。[方法]基于仕望川流域控制水文站大村站1959—2018年的径流量与输沙量数据以及流域内的降水数据,分析了其60年水文变化特征。结合1985—2018年的NDVI数据以及五期土地利用数据,分析讨论了流域水沙变化的植被下垫面驱动效应。[结果]仕望川流域近60年来的径流量和输沙量呈显著减少的趋势(p<0.01),突变年分别在1988年和1983年,而流域内土地利用情况和降水在60年间并无明显的变化趋势,流域内生长季NDVI在2000年前变化不明显,但在2000年后有显著提升趋势。[结论]2000年以前,各种水土保持治理措施的实施是流域径流量与输沙量减少的主要原因;进入21世纪后,流域内植被质量的提升使径流量与输沙量进一步减少。     

1957-2009年乌鲁木齐河径流与气候变化的对应关系

以1957—2009年乌鲁木齐河径流量、气温和降水量数据为基础,采用线性分析、Mann-Kendall检验方法、相关性分析和灰色关联度分析法等方法,研究乌鲁木齐河年径流量、气温和降水量的变化特征以及影响径流量的气象因子。结果表明:（1）50多年间乌鲁木齐河年径流量变化呈增加趋势,气温显著升高而降水量缓慢减少。从径流量的年际变化来看,乌鲁木齐河年径流量变化出现平水期（1957—1990年）、丰水期（1991—2000年）和平水期（2001—2009年）,总体呈现波动增加趋势;从年内分配来看,乌鲁木齐河年径流量主要集中在夏季和秋季,而春季和冬季较少;从月分布来看,6月、7月、8月份径流量最大,其他月份较少。（2） Mann-Kendall检验表明,1957—2009年乌鲁木齐河年径流量、春季径流量和冬季径流量均显著上升,而夏季和秋季径流量上升趋势不显著。（3）相关性分析和灰色关联度分析表明,乌鲁木齐河年径流量变化主要受降水的影响。     

北京市怀柔水库集水区径流与防护林结构变化响应研究

利用北京市怀柔水库集水区1990年、1995年和2000年三期遥感影像,采用ArcView景观分析软件,得到防护林的空间格局变化情况.同时利用怀柔水库集水区1990-2006年逐日径流量的资料,研究防护林空间格局变化与当地径流量的响应关系.结果表明:怀柔水库集水区防护林在总面积方面没有明显变化,但不同林种面积变化明显,由灌木林为主逐步演变为以乔木林为主.当地降水量变化不大的基础上,年径流量有明显减少的趋势,其主要原因是防护林格局的变化,防护林系统的不断完善.随着防护林功能的发挥,2000年后研究区的径流量减少到1990年的5%,径流量逐年减少并呈现稳定的趋势.     

陕西省植被时空演变特征及其对气候变化的响应

利用GIMMS/NDVI数据分析了陕西省1982—2006年的植被覆盖时空演变,并探讨了植被时空变化对气候变化的响应。分析发现,陕西省NDVI空间分布具有自南向北递减的特点,陕西北部、中部和南部三区四个季节的NDVI均以夏季最大,春季和秋季相当,冬季最小。25年来,三区NDVI显著增加,其中以春季增幅最大,夏季反而有下降的趋势。三区气温增加趋势明显,导致生长期的延长,这是NDVI增加的主要原因之一;三区年总降水呈减少趋势,降水的减少并未使得NDVI减少,这说明当地降水可以满足植被生长的基本条件;夏季NDVI的减少可能与人类活动增加有关。在年内尺度上,三区温度的增加利于植被覆盖的增长;降水量的增加为植被覆盖的增长提供更充足的水分,NDVI的增加主要出现在月降水量小于100mm时,当该月降水量大于100mm时NDVI并无明显增加趋势。     

2000-2016年黄河源区植被NDVI变化趋势及影响因素

NDVI是研究区域植被变化的重要表征性指数。基于2000—2016年的MODIS NDVI遥感数据和同时期地面气象数据,采用非参数检验方法曼—肯德尔法（Mann-Kendall）检验法、斜率变化趋势分析法、复直线回归分析法等多种时间与空间分析方法,研究了黄河源区生长季植被覆盖时空变化及其与气候因子的相关性,探索黄河源区植被与气候变化的时空耦合关系,分析了气候因素及人类活动对植被覆盖的影响。结果表明:黄河源区NDVI在2000—2016年期间没有特别明显的突变年份;源区70.4%的区域植被NDVI是增加的,增长率大部分处于0～0.004/a。复直线回归分析显示气象因素对源区植被生长变化起到主要的促进作用,99%的区域NDVI气候因素贡献值为正值。人类活动促使植被NDVI增加的区域占总面积的比例是55%,说明人类活动等因素对黄河源区的生态环境产生一定的积极影响,但仍有接近50%的区域人类活动使NDVI减少,高寒草地的退化的趋势没有得到有效遏制。     

前期含水量对喀斯特山地石灰土坡面产流产沙的影响

为了探讨前期含水量对喀斯特山区坡耕地坡面产流产沙过程及机制的影响,以该区域广泛分布的石灰土为研究对象,通过人工模拟降雨的试验方法,系统研究了干态、稍湿态和湿态石灰土坡面产流产沙过程。结果表明:（1）坡面初始产流时间随土壤前期含水量的增加而减少,初始产流时间与土壤前期含水量呈线性负相关关系。（2）在0~25 min期间,径流量呈逐渐增大的趋势,变化率呈现稍湿态 > 干态 > 湿态。25 min之后,径流量逐渐趋于稳定,随土壤前期含水量与坡度的增大,径流量增大。（3）稍湿态土壤坡面径流含沙量变化较小,基本趋于稳定;干态土壤坡面径流含沙量变化较大,呈开始增大,在第20分钟之后减小并趋于稳定;湿态土壤坡面径流含沙量变化最大,总体呈陡降、缓增,最后逐渐减小并趋于稳定的趋势。（4）径流平均含沙量与土壤前期含水量的关系呈近似抛物线变化,径流平均含沙量湿态 > 干态 > 稍湿态。     

侵蚀环境下植被恢复的水文效应分析——以江西兴国潋水流域为例

为探讨植被恢复的水文响应程度,选择江西兴国县潋水河流域为典型区,利用多年径流和泥沙观测数据,通过统计趋势分析和模型模拟手段,对潋水流域长期的水沙变化特征以及植被恢复前后的产水和产沙特征进行了分析。借助SWAT水文模型设置3种土地利用情景,分析径流量和产沙量对土地利用变化的响应程度。结果表明:1975—2015年来,土地利用的总体变化趋势是林地面积持续增加,耕地和未利用地面积明显减少;流域内多年平均径流量减少趋势不明显,但植被恢复后产沙量呈现显著下降趋势;植被恢复前后两个时段最大月径流量和产沙量均明显减少。3种情景年模拟的多年平均径流量变化率不超过1%,但对产沙量影响较大,尤其是情景年2015年比2002年的平均泥沙总量减少了57.6%,最大月产沙量比2002年情景年模拟值减少50%。潋水流域案例表明,以植被恢复为主要手段的小流域治理,在流域水土保持效用上成效显著,产沙量在2008年发生突变说明剧烈侵蚀环境下植被恢复工程真正发挥水土保持作用至少需要20年时间。     

气候变化和人类活动对西南喀斯特地貌区植被NDVI变化相对作用

定量厘定气候变化和人类活动对西南喀斯特地貌区植被NDVI变化的相对作用,可为揭示喀斯特地貌区植被NDVI时空演变特征及其驱动机制提供依据。以MODIS NDVI、SRTM DEM、基于站点的气象数据为数据源,建立Theil-Sen Median斜率估计、残差分析、相对作用分析等多数学模型,分析了2001—2019年西南喀斯特地貌区气候变化和人类活动对植被NDVI变化的相对作用,揭示植被NDVI与降水、气温、相对湿度和日照时数的相关性。结果表明:研究时段内西南喀斯特地貌区植被NDVI总体上呈上升态势,植被NDVI变化趋势呈现明显的空间异质性,植被NDVI增加的区域面积远大于减少的区域面积; 研究区植被改善和植被退化均受人类活动的主导。研究时段内西南喀斯特地貌区植被NDVI与降水、气温以及相对湿度整体呈正相关,相关程度依次递减,与日照时数呈负相关。综上可知,研究时段内西南喀斯特地貌区植被覆盖呈改善态势,人类活动可被认为是影响西南喀斯特地貌区植被NDVI变化的主要驱动力,植被NDVI与降水、气温、相对湿度和日照时数的相关系数在空间上呈现明显的异质性。     

基于地理探测器的西南岩溶槽谷区近20年

植被覆盖度变化及其与驱动因子关系的研究是开展大规模植被恢复效益评估的基础,而目前对西南槽谷地区植被绿化的时空变化模式及其驱动因素的认识并不明晰,不利于进一步生态建设。基于2000—2018年西南槽谷区NDVI、气温、降雨、DEM、土地覆被和人口密度数据,应用线性趋势回归分析和Hurst指数分析等方法以及地理探测器模型,探究了西南槽谷区植被覆盖的时空变化特征和驱动因素,预测未来变化趋势。结果表明：（1）近19年来NDVI范围介于0.79~0.84,总体呈波动上升趋势,岩溶区植被NDVI （0.003 17/a）年增长率显著高于非岩溶区（0.002 60/a）。（2） Hurst指数分析结果表明,西南槽谷区的植被NDVI主要以上升趋势为主,但其中64.31%在未来呈现退化趋势,植被保护形势较为严峻。（3）岩溶区植被NDVI与温度变化之间存在负相关关系（R=-0.040）,而非岩溶区为正相关关系（R=0.013）。残差分析结果表明,人类活动促进89.60%的区域植被NDVI增长。（4）在整个岩溶槽谷地区,土地覆被类型和气温是影响植被NDVI的主要驱动因素,解释率在25%以上,各因子的交互作用明显高于单因子作用。总体来看,人类活动对槽谷区植被恢复具有明显的积极影响。