呼图壁县地下水位动态对土地利用变化响应

研究干旱缺水地区地下水位(埋深)时空动态特征及对土地利用变化的响应,对于加强农业地区土地利用和地下水资源管理具有重要意义。以呼图壁县平原灌区为研究区,基于地统计学和GIS结合技术,应用普通克里金插值拟合研究区2000年、2010年及2018年地下水埋深时空分布,并且利用同期遥感数据解译生成了土地利用类型图,叠加分析不同时期地下水埋深变化与对应时期的土地利用类型转移之间的响应关系。结果表明:呼图壁县地下水埋深的空间变化主要是由地形地貌、气候等结构性自然因素引起的,空间相关性逐年增强,空间异质性逐渐减弱;地下水埋深在空间上主要表现为从南向北逐渐变浅,时间动态上为2000—2010年地下水埋深值10 m的面积减小比例高达86.61%,2010年后控制耕地面积的大幅扩张,但由于耕地本身基数较大,地下水开采量在2014年达到最大值后开始减少,局部地区地下水位开始恢复;研究区主要土地利用类型为耕地,地下水中农业用水占比高达84.68%,地下水埋深动态变化与耕地面积变化高度相关。     

鲁西北黄河冲积平原盐渍化灌区地下水动态变化

区域土壤盐渍化状况研究是进行区域地下水资源合理开发和盐碱化土壤防治的依据。以山东省德州市齐河县为研究区,采用ENVI,GIS和统计学方法,分析研究区土壤盐渍化状况及地下水埋深的时空变化规律。研究表明：(1)研究区全境均有不同程度盐渍土分布,在整体空间分布上,盐渍化呈现出由东向西,由南向北,逐步减轻的趋势。(2)该区地下水位较高,埋深最浅的晏城镇(2005年年均埋深仅为0.76m),埋深最深的仁里集镇西高村(观测点2005年年均埋深达到了5.12m)。齐河县2000,2005和2009年3a地下水位埋深分布格局相似,埋深年际变化总体波动较小。分析该区丰水年(2005年)、枯水年(2009年)年内地下水位变化发现灌溉后地下水位普遍升高。(3)研究区在2000-2009年10a间地下水位空间变异明显,距离黄河越近,埋深越浅。黄河通过影响研究区的灌溉模式和地下水位埋深间接影响着当地次生盐渍化的发生。     

毛乌素沙区地下水对植被盖度空间格局影响分析

通过在榆溪河流域沿地下水埋深增大方向设置植被调查样带,基于植被盖度、地下水埋深及土壤含水量等数据,利用多元经验模态分解(MEMD)获取植被盖度及其影响因子所表征的空间尺度,结构方程解析植被盖度空间分布的驱动因素,并结合聚类分析划分了植被群落自然恢复演替空间格局状态变化特征。结果表明：(1)MEMD将空间多元数据分解为3个本征模态函数,经希尔伯特转换得到各模态函数相应的空间尺度分别为14,27,38 km;(2)结构方程模型和MEMD分解后的最大表征尺度相关分析表明,地下水埋深与植被盖度在整个样带尺度上呈显著负相关(R²=-0.95,p<0.001);土壤含水量与植被盖度以地下水埋深5 m空间尺度为分界点,<5 m的区域呈显著正相关(路径系数为0.68,p<0.001),>5 m的区域呈显著负相关(路径系数为-0.43,P<0.01);(3)在此基础上,结合系统聚类分类结果将植被盖度划分为核心区(地下水埋深0～3 m)、过渡区(地下水埋深3～4 m)、稳定区(地下水埋深4～5 m)、外围区(地下水埋深5～10 m)及边缘区(地下水埋深1...     

淮河上游植被对气象干旱的响应

淮河流域是我国重要的农业基地之一,探究植被对气象干旱的响应规律有助于指导该地区的农业生产及生态保护。基于标准化降水蒸散指数(SPEI)和植被状态指数(VCI),采用线性趋势法探讨了淮河上游王家坝以上流域2000—2014年气象干旱及植被时空变化,并通过年最大相关系数(YR_(max))和季最大相关系数(SR_(max))分析了植被在年际和不同季节对气象干旱的响应特征。结果表明:(1)研究区SPEI整体以-0.089/a速率呈非显著干旱化趋势,淮河以北地区干旱化趋势相对明显;(2)研究区VCI整体以0.053/a速率呈显著上升趋势,整体植被状况逐渐好转,VCI显著下降的区域多分布于城镇附近;(3)年际上,78.4%的区域内VCI与SPEI显著相关,不同植被受气象干旱影响程度和敏感性整体差异不大;(4)春季和冬季植被受气象干旱影响的面积较广,分别有68.9%和64.8%的区域内VCI与SPEI显著相关,分布于流域西南、南部、北部和东部。夏季和秋季分别有31.3%和15.0%的区域内VCI与SPEI显著相关,夏季集中分布于流域中部,而秋季分布则比较零散;(5)春季和冬季不同植被的SR_(max)整体差异较小,春季冬小麦和草地对气象干旱比较敏感,而冬季各类植被的敏感性差异不大。夏季和秋季各类植被的SR_(max)整体上存在一定差异,但均未表现出显著相关性,植被普遍对4个月以下尺度的气象干旱敏感。2000—2014年淮河上游地区植被对气象干旱响应特征的空间差异性较大,研究结果可为变化环境下的农业生产和生态保护政策制定提供理论支撑。     

多时间尺度小流域侵蚀产沙对土地利用/覆被格局的变化响应

为阐明多时间尺度小流域侵蚀产沙对土地利用/覆被格局的变化响应机制，该研究基于吕二沟流域1982-2020年逐日降雨、水沙实测资料和土地利用/覆被数据，综合运用 K-均值聚类法、多元回归分析等方法，从年际和年内月际2个时间尺度对比分析了不同土地利用/覆被格局下的流域侵蚀产沙变化及其与泥沙连通性指数的关系。结果表明：1）1982-2020年间，吕二沟流域由耕地为主体向农林草复合结构转变、泥沙连通性指数显著下降，可将整个研究期划分为1982-1985年、1986-1990年、1991-2000年和2001-2020年共4个阶段，分别对应土地利用/覆被格局Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ。2）随着以林草地增加为主的土地利用/覆被变化，流域产流、产沙能力减弱。相较土地利用/覆被格局Ⅰ，土地利用/覆被格局Ⅳ的年均径流深显著降低；后期土地利用/覆被格局（Ⅲ和Ⅳ）下的汛期月产流产沙能力显著小于前期（土地利用/覆被格局Ⅰ）。3）基于月降雨量、月最大日降雨量和月侵蚀性降雨日数3个降雨指标，可将研究期内的汛期月降雨划分为4种类型：小雨量、弱侵蚀性的A型，中雨量、弱侵蚀性的B型，大雨量、中侵蚀性的C型，大雨量、强侵蚀性的D型；在大雨量中侵蚀性的C型降雨下，不同土地利用/覆被格局间的月际径流深和产沙模数均不存在显著差异。年际和月际尺度下，小流域产沙模数均与泥沙连通性指数呈指数递增关系，但C雨型下的关系减弱。研究为干旱半干旱区流域土地利用/覆被格局优化配置和功能提升提供科学依据。     

宁夏干旱的时空特征与大气环流响应关系

[目的]探究宁夏地区干旱时空变化特征及其原因,对于干旱预防与应对决策具有重要意义。[方法]基于宁夏自治区24个气象站点逐日资料,利用标准化降水蒸散指数(SPEI)。运用MK非参数检验与反距离权重插值分析了不同尺度下的干旱时空变化,通过Person相关系数分析定量分析了宁夏干旱指数对于大气环流的响应,[结果](1)1982—2020年各尺度SPEI干旱指数经历了增大—减小—增大的过程,并在1990—2010年旱频发。(2)季尺度干旱指数空间分布差异明显,春季干旱频率较大,主要分布在北部的引黄灌区,且中旱、重旱较多,春季、夏季的干旱呈明显加重趋势,秋、冬季则呈湿润趋势,但秋、冬季干旱烈度相对春、夏季更为强烈。(3)ENSO暖事件期间宁夏SPEI值有减小趋势,ENSO冷事件期间SPEI指数有增加趋势,ENSO暖事件期间相对于ENSO冷事件期间更为干旱。(4)宁夏全境受到NAO与AO指数影响明显,无滞后关系,SOI指数滞后4个月与宁夏SPEI值相关性最大,主要影响宁夏的北部地区,PDO指数滞后6个月相关性最为显著,MEI指数滞与ENSO指数分别滞后3个月与5个月相关性最好,但与宁夏地区干旱相关性较弱。[结论]干旱是宁夏的主要气象灾害,分析宁夏地区的干旱的时空变化与大气环流的响应关系,可为宁夏地区的干旱事件预防和气候变化区域适应对策提供参考。     

中国草地NDVI时空动态对多尺度干旱的响应

草地对干旱的响应较其他植被类型更为敏感,且不同草地类型在不同气候区干旱的响应具有较大差异,因此分气候区探究不同草地类型对干旱的响应机制对草地资源保护具有重大意义。基于植被Normalized Difference Vegetation Index(NDVI)、草地覆被及标准化蒸散指数(SPEI)数据,分析1982—2015年中国不同气候区不同草地类型植被NDVI的时空动态及其与SPEI的关系,并确定NDVI与SPEI指标最大相关系数所对应的干旱时间尺度,结合气象数据探究气温、降水及水平衡因素对草地干旱响应的影响状况。结果表明:中国草地NDVI呈现出极显著增加趋势(0.004/a)。草地NDVI呈显著增加的比例为15.62%,集中在华北平原地区、四川、云南、广西及西藏的东南部地区。草地SPEI值呈不显著增加趋势(0.05/10 a),其中显著变干的区域集中在内蒙古中部和宁夏地区。草地NDVI与SPEI指数呈显著正相关的区域集中在内蒙古、青海省南部及新疆北部地带。内蒙古、新疆、青海省北部及西藏南部地区的草地NDVI对干旱响应的时间尺度较短,而青海东南部及西藏中部草地NDVI对干旱响应的时间尺度较长。高山亚高山草甸和草甸区域植被NDVI与SPEI的相关性最强,且对干旱的响应时间尺度较长,而荒漠草地对干旱的响应时间尺度较短; 与湿润区域相比,干旱区域草地NDVI与SPEI的相关性更强,且对干旱响应的时间尺度更短。降水是草地响应干旱的最主要因素,水平衡次之,而气温的影响较小。     

2000-2020年锡林郭勒草原土地利用/土地覆被时空演变特征及驱动力分析

科学揭示土地利用/土地覆被的时空演变特征及其驱动机制,对推进草原生态文明建设和高质量发展具有重要意义。以位于中国北疆的锡林郭勒草原为研究区,基于2000-2020年遥感、气象等多源数据资料,运用土地利用变化指数、频次统计、桑基图可视化模型、网格单元等方法探讨了近20年锡林郭勒草原土地利用/土地覆被的时空变化特征,并利用地理探测器分析自然地理条件和社会经济发展对草原土地利用/土地覆被变化的影响机制。结果表明：1）2000-2020年间锡林郭勒草原的土地利用/土地覆被类型以草地和沙地为主（面积占比约98%）,区域土地覆被变化主要发生在中东部的沙-草交错区。2）2005年后区域沙地面积持续减少,而沙地转入率在近10年间仍接近5%,说明草原生态环境总体向好,但生态脆弱性水平仍较高。3）社会经济的快速发展是驱动锡林郭勒草原土地利用/土地覆被变化的主要因素,气候因素的驱动作用次之,地形因素影响相对较小。研究结果可为锡林郭勒草原的生态保护和可持续发展提供科学依据。     

山东省干旱时空分布特征及其与ENSO的相关性

基于山东省15个气象台站1964—2010年的逐月降水和平均气温资料,采用标准化降水蒸散指数(SPEI)定量分析了山东省不同时间尺度干旱发生频率,利用Mann-Kendall非参数检验法和Arcgis软件,对近50年山东省干旱的时空变化趋势进行分析。为了研究厄尔尼诺/南方涛动(ENSO)对山东省干旱的影响,运用连续小波(CWT)、交叉小波变换(XWT)和小波相干谱(WTC)分析SPEI与ENSO指数(多变量ENSO指数,MEI)的相关关系和周期特征。结果表明:多时间尺度的SPEI值可以较好地反映山东省的干旱情况;不同时间尺度的SPEI值随时间变化的敏感性存在明显差异,时间尺度越小,变化幅度越大。近50年山东地区呈现明显的增暖趋势,其中东部增温最为显著,降水减少和温度升高使山东气候趋于"暖干化",加剧山东省干旱程度。空间变化趋势上,山东省年SPEI和山东省年降水的空间分布具有一致性,总体有西部变湿润、东部变干的趋势。在干旱发生时间尺度上,月尺度干旱发生频率高于年尺度干旱发生频率,四季中春、秋季干旱最为严重。春旱和秋旱以鲁西和鲁西北平原发生频率最高,各地区之间差异明显。ENSO暖事件时,山东易旱;ENSO冷事件时,干旱减少。SPEI存在1~2.5 a尺度的年际振荡周期特征,呈现了与MEI指数相似的变化特征。高能量区,SPEI和MEI存在5~6 a的共振周期,SPEI较MEI提前1~2个月;低能量区,SPEI与MEI存在3~3.8 a呈负相位的共振周期。     

河套灌区解放闸灌域植被指数与地下水埋深的定量关系

干旱荒漠地区地下水补给是地表植被水分消耗的主要补给源,地下水埋深与植被指数(NDVI)关系密切。针对植被指数与地下水埋深响应关系研究的不足,分析了基于河套灌区解放闸灌域植被指数(NDVI)与地下水埋深(H)的定量关系。采用2016年3—9月的10个时相的landsat8遥感影像数据与同时期的57眼地下水埋深观测数据,经NDVI遥感提取与地下水埋深(H)的地统计分析,建立NDVI与H的时空相关关系,并做显著性检验与密切程度的划分,进一步分析不同地下水埋深分区下H与NDVI的关系。结果表明:NDVI与地下水埋深(H)存在显著线性关系,二者的密切程度以中度和高度相关为主,负相关区域在地下水浅埋区居多,正相关区域在地下水深埋区居多。从空间上看,具有统计学意义的线性关系约占灌域总面积的40%。当H≤2.5 m时,不同的埋深分区对灌域的NDVI均值的影响为埋深(H)越小,NDVI均值越大,呈负相关关系变化;当H>2.5 m时,NDVI均值较大,地下水不再对作物生长进行水分补给,此时NDVI均值的增大与埋深(H)分区的变化关系不大。从空间上进行NDVI与地下水埋深(H)的点对点的相关性分析,增强了二者相关性的空间可视性,为灌区灌溉管理提供理论支撑,有助于节水增产措施的深入规划与落实。     

集约化农业生产区浅层地下水埋深的时空变异规律(简报)

揭示区域地下水埋深的时空变异规律,可为地下水资源评价和管理提供科学依据.通过收集和实测河北南部平原一曲周县1990和1999年两个时期地下水埋深的资料,应用地统计学方法对其进行了分析.结果表明,两个时期地下水的平均埋深分别为4.64 m和9.81 m,它们的空间相关距离分别为13.6 km和10.4 km,呈递减趋势.由于该区地形地貌和种植业布局的转变,导致了地下水埋深空间分布呈南深北浅的趋势.从1990年到1999年,地下水埋深具体变化为＞9.81 m的区域从无增加到324.0 km2,＜4.6m的区域从281.8 km2减少至15.3 km2.地下水大量开采和种植业布局的转变是该区地下水位下降的主要原因.     

西藏自治区土地利用/覆被变化时空演变特征及驱动因素

精准把握西藏自治区土地利用/覆被变化特征,探究其驱动因素,对科学预测西藏土地利用变化趋势、节约集约利用土地资源具有重要意义。以2000—2020年5期LUCC数据为基础,从动态度、转化趋势等方面分析西藏自治区LUCC特征。结果表明:(1)研究区LUCC以草地、林地、未利用地为主,时间上2015-2020年变化频率最高,空间上城乡建设用地、耕地及水域用地变化区域较为集中。(2)城乡建设用地持续增长,草地持续缩减,其余地类波动式增长。(3)一江三河流域LUCC种类丰富,成因复杂,其余地区以草地和未利用地变化为主。(4)过去20年间西藏LUCC驱动因素较多,自然因素对耕地、水域的分布等起决定性作用,而社会经济及政策因素对西藏近年来的LUCC起较大影响作用。研究发现,西藏土地利用类型转换复杂,各地类变化特征存在显著差异,其中变化量最大的是草地与未利用土地的相互转换。西藏LUCC的驱动因素较为复杂,气候变化和人类活动对研究区土地利用变化驱动作用显著。     

区域植被对不同时间尺度气象干旱的响应——以贵州省为例

为探究贵州省植被生长变化趋势对多时间尺度气象干旱的响应,基于2001—2020年的逐月MODIS-NDVI、EVI影像和气象数据,利用皮尔森相关系数、slope趋势性分析等方法,对贵州省20 a的植被生长状况及气象干旱时空变化特征进行了分析。结果表明:(1)贵州省不同时间尺度下的SPEI在整体上呈现出缓慢增加趋势,表明干旱程度有所降低; 空间分布上干旱化趋势表现在北部的遵义、铜仁及黔西南地区。(2)贵州省植被生长状况整体呈现出增加趋势,空间分布上的黔东南地区以降低趋势为主,毕节西部地区以增长趋势为主;(3)贵州省植被生长状况与不同时间尺度的气象干旱呈现出不同程度的正相关性,以贵州省植被在黔西南和北部地区对干旱的响应最强,其次为贵阳和毕节东部; 不同的土地利用类型中,草地对SPEI₃的响应最强,其次为耕地和林地; 生长季内的不同植被类型对SPEI₃和SPEI₁₂的响应较强。综上,贵州省植被和气象干旱时空分布特征存在一定的差异性,且不同植被类型对不同时间尺度气象干旱的响应情况也有所差别。     

1901-2017年黄土高原地区气候干旱的时空变化

[目的] 分析1901-2017年和1981-2010年两个时间尺度黄土高原地区气候干旱的趋势变化和发生频率，为该区气候干旱应对策略的制定提供科学依据。[方法] 基于高空间分辨率长时间序列的气候数据，计算了黄土高原地区1901-2017年的标准化降水蒸散指数（SPEI），依次分析了该区气候干旱的趋势变化和发生频率。[结果] 1901-2017年，整个黄土高原的气候经历了"湿润-干旱-湿润-干旱"的交替过程，年SPEI变化趋势未达到显著性水平，且无显著突变年份。1981-2010年干旱呈显著加剧趋势的区域分布在黄土高原腹地以及中西部，面积比例为3.43%。1901-2017年干旱呈显著减轻趋势的区域主要分布在东、西部边缘区域，面积比例为1.05%；呈显著加剧趋势的区域分布在西北部，面积比例为4.16%。近30 a，黄土高原中部轻旱、重旱发生频率较高。在历史时期的两个时间段内，黄土高原西北部大部分地区重旱发生频率较低，未有极端干旱发生。[结论] 在黄土高原地区，随着干旱程度的不断加重，干旱频率的空间变异程度逐渐降低；不同等级干旱发生频率具有明显的空间变化特征。     

黄土高原植被变化对气象干旱多尺度响应特征与机制

基于黄土高原1983—2015年间的植被状况指数(VCI)与1~48个月尺度的标准化降水蒸散发指数(SPEI)和标准化降水指数(SPI),利用Pearson相关系数法、线性回归法和Mann-Kendall趋势检验法等方法研究了黄土高原地区植被对气象干旱的多时间尺度时空响应特征。结果表明:(1)1983—2015年,黄土高原植被状况整体趋于改善,但黄土高原整体干湿状况变化趋势不大。(2)黄土高原绝大部分区域植被变化与气象干旱指数呈现显著正相关关系,表明植被活动受到水分的限制较强。但是,过去几十年,黄土高原地区植被受到水分限制的影响程度有逐渐减轻的趋势。(3)黄土高原植被对短时间尺度的水分盈亏变化相对敏感,尤其是耕地和草地对1~4个月的SPEI更为敏感,而林地对SPEI的响应时间尺度较为分散。黄土高原VCI与SPEI、SPI的最大相关系数均主要出现在生长季(4—10月),表明水分条件在生长季对植被活动的影响较为显著。     

综合气象干旱指数改进及其适用性分析

为准确开展区域干旱监测,该研究对综合气象干旱指数(ComprehensiveMeteorologicalDroughtIndex,CI)进行了改进,使其更适用于干旱的长期监测。研究以湖北省区域为典型研究对象,利用高精度气象格网数据以及历史灾情数据,运用游程理论、相关性分析和M-K趋势检验等方法,对几种常用干旱指数的灾害识别能力、干旱演变趋势等进行了分析和比较。结果表明:改进后的综合干旱指数(The Improved Comprehensive Drought Index,CIn)能够识别湖北省的多数历史重大旱灾;CIn与实际的旱灾受灾面积和旱灾成灾面积的相关系数分别达到0.69和0.67,均优于CI指数和SPEI指数;由CIn得到的干旱历时、干旱烈度的空间分布也与文献资料相符合。在湖北省区域内取得的干旱时空演变趋势分析中发现,CIn和SPEI6的M-K测试结果中干旱趋势发生显著变化的面积比例为40.19%和53.99%(P0.05),明显高于CI和SPEI1指数的26.40%和18.93%,表明CIn和SPEI6对长期的气候变化更为敏感,由此说明,在旱灾趋势分析中应选择合适的干旱监测指标。该研究可为区域气象干旱监测的指标选取提供指导和参考。     

基于SPEI指数分析河西走廊气象干旱时空变化特征

利用河西走廊1965-2017年21个气象站点逐日气象数据,基于Penman-Monteith蒸散模型计算不同时间尺度的SPEI,分析河西走廊气象干旱的变化趋势、发生频率和持续时间等时空变化特征。结果表明：（1）近53a来河西走廊月、季、年尺度SPEI均呈显著上升趋势,即干旱有显著减弱趋势,但个别站点干旱持续时间较长,其中武威站在2013年持续时长达到11个月;（2）河西走廊四季均存在变湿趋势,且冬季变湿显著,其中春、夏、秋季干旱呈不稳定变化,而冬季在1989年前后发生突变,由干旱向湿润突变;（3）河西走廊干旱的空间分布具有明显的区域特征,干旱区域主要集中在西北部,湿润区域主要集中在南部;（4）不同时间尺度各等级干旱发生频率的变化规律具有一致性,轻中旱发生频率远高于重特旱,且年、季尺度重特旱发生相对高频区空间分布特征与轻中旱正好相反。总之,近53a来河西走廊干旱呈减弱趋势,有利于当地的农业生产开展和生态环境改善,但该区域气候变化较复杂,需要注意局部干旱情况。     

中国北方农牧交错带耕地动态变化的遥感监测

以中国北方农牧交错带典型地区(科尔沁左翼后旗)的耕地资源作为研究对象，在RS和GIS的支持下，利用遥感影像(MSS,TM)重建了科尔沁左翼后旗1975、1985、1995、2000和2005年耕地的土地利用/覆盖变化信息。研究结果表明：1975～2005年间耕地面积整体上增加但增加的幅度略有不同；1995～2000年间耕地的土地利用动态度最大，而2000～2005年间耕地的土地利用动态度相对较小；1975～2000年间耕地整体重心向西迁移，2000年后耕地的重心缓慢向东迁移；1975～2005年间耕地面积     

基于CLUE-S和Dinamica EGO模型的土地利用变化及驱动力分析

为了探究中国土地利用变化驱动机制和未来土地利用状况,该文利用中国科学院资源环境科学数据库中的2000年和2005年土地利用数据,结合区域土地利用变化与影响模型CLUE-S(the conversion of land use and its effects at small regional extent)和面向地理过程动态环境模型Dinamica EGO(environment for geoprocessing objects)模拟2000-2020年中国土地利用状况,并借助于Logistic回归结果和贝叶斯估计结果,探讨了中国2000-2005年土地利用适宜性和土地利用变化的驱动力空间特征。以2005年土地利用数据对模拟结果进行验证表明,CLUE-S模型和Dinamica EGO模型在LUCC预测上与实际结果一致性较好,并且CLUE-S模型在预测总体精度上优于Dinamica EGO模型。但在土地利用变化类型的数量预测上,Dinamica EGO模型的Markov过程可以准确预测,并且Dinamica EGO模拟的土地利用变化在空间分布上与经验结果较一致。从2020年中国土地利用预测结果来看,耕地、林地、水域和建设用地将会增加,草地会出现大面积的缩减,未利用地在CLUE-S模型预测中出现增加,而在Dinamica EGO模型中减少。该文可为国土资源规划和耕地资源保护政策的制定提供科学依据。