小流域尺度土壤水分与地形湿度指数的相关性分析

以陕北黄土高原为实验样区,考虑到流向的计算方法会对计算地形湿度指数产生影响,因而采用单流向算法和多流向算法计算得到地形湿度指数,将地形湿度指数和实测土壤水分数据进行叠加,据此分析土壤水分与地形湿度指数的相关性.同时对比分析单流向算法和多流向算法计算得到的地形湿度指数质量的优劣,提出了利用地形湿度指数模拟土壤水分的最佳流向算法.     

大岗山流域土壤碳氮要素空间分布特征及影响因素

为了探究江西大岗山流域土壤碳氮要素的空间异质性分布规律,以该流域表层土壤为研究对象,基于GIS平台,建立土壤有机碳(SOC)和全氮(STN)与植被及地形因子的相关关系模型,从而分析流域土壤碳氮要素的空间分布特征及其影响因素:1)流域表层SOC和STN的平均值为25.55和1.61 g/kg,变异系数分别为64.16%和28.37%,均属于中等程度变异。2)植被和地形因子与SOC和STN具有较高的空间相关性,基于归一化植被指数(NDVI)、海拔和地形湿度指数的流域表层土壤构建了SOC和STN的空间分布图——碳氮要素分布均呈现由西北向东南逐渐减少的趋势。3)流域表层的SOC和STN与汇流动力指数和沉积物运移指数呈显著负相关关系,而与NDVI、海拔、坡度和地形湿度指数呈显著正相关关系。因此,植被和地形因子显著影响大岗山流域SOC和STN的空间异质性分布。研究结果可为我国南方红壤区森林植被土壤碳氮等要素的空间分布规律研究和水土流失综合治理效益的定量评价提供参考。     

2000－2018年广西植被时空变化及其对地形、气候和土地利用的响应

广西是典型的喀斯特地区,其生态系统非常脆弱。为评估广西植被时空变化特征及其影响因素,该研究基于2000－2018年MODIS数据,利用最大值合成和趋势分析等方法,分析广西植被NDVI时空变化特征;基于相关分析等方法,结合地形因子、气候因子和土地利用数据,探讨了植被NDVI对地形、气候变化和土地利用的响应。结果表明：1）2000－2018年广西植被NDVI呈增加趋势,但空间差异显著,表现为北高南低,边缘高中间低。2）随着高程的增加植被NDVI呈现先增加再减少的趋势;随着坡度的增加植被NDVI呈先增加至稳定再减小的趋势;除无坡向以外,坡向的不同对植被NDVI影响不大。3）广西2000－2018年气温和降水对植被NDVI为正影响,复相关系数达到0.32。在不同土地利用类型上,植被NDVI对气候的响应是不同的。研究结果揭示了广西植被时空变化特征及其对地形、气候和土地利用的响应,能够为广西可持续发展和生态环境建设提供决策支持。     

基于DEM的山东省气候舒适度时空分布研究

气候条件对人类居住环境的舒适与否有相当大的影响,通过地理信息系统技术,以山东省114个气象站点近40年的观测数据为基础,对区域气候因子与地形的关系建立相关计算公式,利用数字高程模型（DEM）数据对气候因子进行地形订正,生成实际地形下的气温、湿度和风速时空分布栅格数据,再将其代入气候舒适度模型进行栅格运算,得到实际地形下的山东省气候舒适度时空分布特征。研究结果表明,春季鲁西南地区较舒适,夏季全省都在舒适和较舒适范围内,秋季鲁中和半岛地势较高地区为不舒适地区,其余均在舒适和较舒适范围,山东省冬季气候舒适度为极不舒适。     

基于地形梯度的皖南地区土地利用分布特征

以安徽省皖南地区为例,利用GIS空间分析技术,通过计算高程、坡度和地形位指数等地形梯度上的土地利用分布指数,分析了3种地形梯度上不同土地利用类型的分布特征,探讨了该区土地利用分布特点与地形间的关系。结果表明:(1)研究区在高程0~600 m、坡度0~21°和地形位指数0~1.575 0区域内的面积占皖南地区总面积的93.10%、83.11%和93.89%,影响着该区的土地利用类型分布;(2)土地利用类型分布分层明显,耕地、水域和建设用地主要分布在海拔较低、坡度平缓和地形位指数较小的区域,相应的土地利用分布指数随地形梯度的增大而减少直至趋于0;林地、草地分布则与之相反;(3)依据土地利用和地形的关系,皖南地区土地利用格局趋于合理,但不合理的土地利用方式仍然存在,需要加强其土地利用的规划管理。     

气候变化对黄河中上游地区潜在蒸散影响的估算

采用Penman—Monteith公式计算潜在蒸散,分析1961-2010年黄河中上游地区气候因子的变化趋势,并用偏微分方法定量分析各气候因子变化对潜在蒸散的影响。结果显示：1）近50年来黄河中上游地区气温显著升高（α〈0．01）,风速和日照时间显著减少（α〈0．01）。半干旱区面积不断扩大,气候总体呈暖干变化趋势。2）潜在蒸散对实际水汽压变化最敏感,其次为最高气温、风速和日照时间,对最低气温变化最不敏感。夏季潜在蒸散对日最高气温最敏感,其他季节对实际水汽压最敏感。3）风速对年潜在蒸散变化贡献最大,其次为气温和日照时间,实际水汽压贡献最小。春夏秋冬对潜在蒸散变化贡献最大的气候因子依次为风速、日照时间、气温。温度升高、湿度减少埘潜在蒸散的正影响已被风速、辐射下降的负影响所抵消。综合考虑各气候因子对潜在蒸散的作用有助于加深对气候变化影响机制的认识,并为气候变化适应对策研究提供科学依据。     

青海省冬春季风蚀气候侵蚀力和起沙风日数的区域变化差异特征

利用1961—2015年青海省43个气象站观测资料,选择联合国粮农组织给出的风蚀气候因子指数计算公式,计算和统计了青海省和4个不同生态功能区冬、春季风蚀气候因子指数值和起沙风日数,以此分析研究了风蚀气候侵蚀力和起沙风日数的基本变化特征。结果表明:青海省和4个生态功能区冬、春季风蚀气候因子指数和起沙风日数整体上呈现显著减小趋势;风蚀气候因子指数和起沙风日数的空间分布特征完全一致,均整体呈现出从西部向东部减小的分布特点。以大柴旦、格尔木、曲麻莱和杂多为界分为东西两区,东区的C值和起沙风日数大部分分别在40,10 d以下,以诺木洪、天峻和刚察为中心分别向南向北逐渐减小;西区的C值和起沙风日数均分别大于40,10 d以上,从西向东逐渐减小;冬春季风蚀气候因子指数和起沙风日数分别在1992年、1997年发生突变,且分别在1995年和1999年进入显著下降趋势;影响青海省和4个生态功能区冬、春季风蚀气候因子指数的气象因素存在差异,同一影响因素在不同地区的影响程度也不同。在干旱的柴达木盆地主要受制于风速的作用,东部农业区和环青海湖区则受风速和降水量的影响,三江源地区和全省则受风速、温度和降水等的共同作用与影响;青海省和4个生态功能区气候呈暖湿化发展、植被覆盖缓慢上升及风速显著下降趋势,将为防治风蚀气候因子指数的发生提供有利条件。     

基于GIS的小流域尺度水土流失敏感性评价——以通渭县牛谷河项目区为例

基于甘肃省生态建设迅速发展和水土保持监测要求提升的大背景,研究基于GIS的监测评价方法在小流域尺度的应用具有很强的现实指导意义。以通渭县牛谷河研究区为例,采用现场调查结合遥感影像,以通用土壤流失方程为理论指导,选择降雨侵蚀力、土壤可蚀性、地形起伏度、地表植被覆盖4类因子构建评价指标体系;利用ArcGIS进行治理前后水土流失敏感性评价空间分析,探索小尺度生态建设项目GIS监测评价的方法,分析区域水土流失敏感性指数及其动态变化,结果表明项目区治理后水土流失敏感性指数由2.285减少为2.226,区内重度及中度敏感区面积均有明显减少。     

淮河流域降雨-侵蚀背景及时空演变特征

当前全球气候正经历以变暖为主要特征的显著变化,为土壤侵蚀及水土流失的防治提出新的挑战。研究探索气候变化特别是降雨变化特征、时空演变及对侵蚀的潜在影响,是深刻认识气候变化与土壤侵蚀之间关联,减少未来水土流失防治不确定性的前提和基础。以降雨侵蚀力为指标,对淮河流域降雨—侵蚀背景及时空演变特征进行了计算分析。结果表明:1951—2008年间流域多年降雨的潜在侵蚀能力为5 269.12 MJ/(mm.hm2.h),峰值位于南部的大别山区。时间演变上,全流域多年降雨—侵蚀背景未呈现显著增减趋势。空间变化上,周口、大别山区及蚌埠附近三个地区潜在侵蚀背景的上升趋势最为显著,北部鲁中南低山丘陵沿脉区域也呈现一定上升趋势,以上区域应优先加强侵蚀防治对未来降雨变化的适应研究。     

武陵山区地表蒸散量时空变化特征及其对气候变化的响应

蒸散发(ET)是水文过程的关键环节,研究ET时空变化特征及其对气候变化的响应,有助于理清区域水资源与气候变化的关系。基于MOD16 ET数据集和气象数据,采用Sen趋势分析、Hurst指数和相关性分析等方法,分析了武陵山区2000—2014年ET的时空变化特征及气候因子对ET的影响。结果表明:(1)武陵山区近15 a ET呈波动增加趋势; ET月际差异明显,表现为先增后减的单峰型变化趋势。(2)ET空间上整体呈现中部高、四周低的分布格局; 不同土地利用类型ET大小依次为林地>草地>灌木地>耕地,低山平均ET最高,四季ET均值呈现夏季>春季>秋季>冬季。(3)ET空间变化和趋势均处于相对稳定状态,未来ET增加区域与减少区域面积大致相当。(4)各气象因子对ET作用大小排序为气温>风速>降水>太阳辐射>湿度,且与气温、太阳辐射和风速为正相关,与降水和湿度为负相关,气温是其主要影响因子。综上,气候变化是武陵山区ET波动增加的驱动因素,但各因子的影响程度和范围差异较大。     

岔巴沟流域汛期径流模拟及地表产流特征分析

气候变化是影响流域水文循环过程的重要驱动因素,近年来,气候变化导致极端降雨—径流事件的频繁发生对人类社会经济发展构成了严重的威胁。因此,迫切需要开展流域水文模拟和产流特征分析。土壤和水评估工具(SWAT)是一种具有物理机制的分布式水文模型,已被广泛用于评价变化环境下的水文过程。以黄土高原岔巴沟流域为研究区,通过利用与黄土高原地区产流模式更为接近的Green-Ampt下渗法驱动SWAT模型模拟了岔巴沟流域日尺度的水文过程,并以水文响应单元为分析对象,结合4个降雨—径流事件的地表产流量和地表径流系数分析了降雨强度和前期土壤含水量对不同土地覆被产流特征的影响。结果表明：(1)基于Green-Ampt下渗法驱动的SWAT模型率定期和验证期E_NS为0.76,0.74,R²为0.78,0.75,模型能够较好地模拟日尺度流域水文过程;(2)流域不同土地覆被下地表径流系数随最大雨强的增加呈显著上升趋势,且最大降雨强度大于16 mm/h后地表径流系数显著增加,当土地覆被为耕地时降雨转化为地表径流的比例最大,其次为草地和林地;(3)前期土壤含水量的大小可以揭示大...     

表层有效土壤水分参数化及冠层下土面蒸发模拟

通过观测田间微气象数据、土壤表层水分变化状况及荞麦作物冠层下土面蒸发等资料,引进一个表面体积含水率的函数,构建了基于表层有效土壤水分的土壤蒸发模型。该模型包含了土面蒸发的2个过程:水蒸气从土壤孔隙中扩散到地表面及水蒸气由地表面传输到大气中。模型中表层有效土壤水分参数不仅取决于表层土壤含水状况,而且受风速影响。采用波文比能量平衡法及微型蒸发器观测荞麦地实际蒸腾蒸发量及冠层下土面蒸发的变化规律,并验证模型精度。结果表明,所构建模型可以成功预测冠层下土面蒸发,其平均相对误差为13.5%。该研究对于实现土壤蒸发及作物蒸腾的分离估算,减少无效水分消耗具有重要意义。     

半干旱草原潜在土壤风力侵蚀空间格局研究

中国绝大多数的干旱半干旱地区遭受着严重的风力侵蚀。风蚀可导致土壤流失、肥力下降,最终导致土地荒漠化。半干旱草原区的荒漠化问题日益突出,由此带来的沙尘暴等灾害天气增多,给人们的生产生活带来诸多不便。从影响土壤风力侵蚀的风速、干燥度、植被盖度、地形起伏度、土壤可蚀性以及放牧压力6个方面出发,借助GIS技术,通过主成分分析研究半干旱草原区达茂旗土壤风力侵蚀的空间分布格局。结果表明:达茂旗潜在土壤风力侵蚀指数由南向北呈高—低—高趋势。达茂旗北部地区土壤风蚀主要受风速、干燥度和植被指数影响;中部地区风力侵蚀主要受地形起伏度的影响,地形起伏对风的消减作用增强,使得风力降低,加之该地区土壤可蚀性和干燥度相对较低,风力侵蚀指数低;南部土壤风力侵蚀主要受放牧压力影响,春季正是牧草返青季节,植被盖度低,且牲畜密度相对较大,放牧对草场的压力大,土壤风力侵蚀严重。风力侵蚀各影响因子的时空异质性是导致半干旱草原风力侵蚀空间异质性的主要原因。干旱草原风力侵蚀空间异质性的主要影响因素是风速、干燥度和植被指数,其次受地形和土壤可蚀性的影响,而放牧压力是半干旱草原区土壤风力侵蚀的主要人为因素之一。     

青海省高寒草地土壤水分变化特征

利用青海省天然草地的水分资料,初步统计得出天然草地土壤(0-50 cm)水分变化规律为:从西到东递增,从南到北两头略低,中略高.年内逐旬呈波动的"W"型,1989-2007年以008%/a的速率呈较明显下降趋势,其中0-20 cm土层以0.25%/a的速率呈显著下降,20-50 cm土层以0.04%/a的速率呈弱的下降.0-50 cm可分为活跃层(0-20 cm),次活跃层(20-40 cm),较稳定层(40-50 cm);草地年降水量≥520 mm以上的区域随深度而递减,在350 mm≤年降水量≤410 mm的区域土壤水分含量最多,并不一定在表层或深层,随深度而各异.从各区的变化趋势来看,兴海县不明显,曲麻莱县呈微弱下降,河南、甘德、海北县呈弱的下降,并且不同区域草地各层土壤的水分变化趋势及程度各异;气候变暖是土壤水分减少的直接原因,也是草地退化的主要直接原因之一.     

Identification of key soil and terrain properties that influence the spatial variability of soil moisture throughout the growing season

Combining soils and terrain information is the key to understanding hydrological processes at a landscape scale. Increasing the scale of soil maps has been shown to allow the spatial patterns of soil moisture to be more fully represented in the landscape, but soil data are often only available at reconnaissance scales (e.g. 1:250 000). It is widely acknowledged that soil hydrological properties vary within the landscape and there are widely available digital terrain models at a 10-m grid resolution in the UK. The aim of this study was to investigate soil moisture variations and how soil and terrain data can be used in combination to explain the spatial variation in soil moisture contents. Field monitoring of surface soil moisture content on eight occasions in three different fields in Bedfordshire (UK) was undertaken between April and July in 2004 and 2005. Between 100 and 120 points were sampled in each survey using a Delta-T ML2x™ Theta Probe. The results from regression models show that up to 80% of the variation in surface soil moisture can be explained using 1:10 000 soil series maps and terrain variables. Short-wave radiation on a sloping surface (SWRSS), calculated by SRAD, and a topographic wetness index combined explained a maximum of 44% of the variation. The results show that the terrain effect on soil moisture is modified by soils. The additional variation explained by adding 1:10 000 soil series information to terrain variables was up to 50% and adding 1:25 000 soil series information increased the variation explained by up to 29%. The interactions in the variation explained by soils and landscape indices at different scales tie in with the concept of hydropedology. It also has implications for data requirements for modelling soil hydrological response and associated soil functions.     

戈壁荒漠区风电场建设对水土流失的影响

以酒泉市戈壁荒漠区的9个已建成的典型风电场为研究对象,通过收集资料与现场监测相结合的方法获取了该项目的工程性质、占地面积、挖填方量及施工工艺等资料,应用水土流失影响指数计算、分析和评级方法,计算了戈壁荒漠区风电场建设的水土流失影响指数,建立了国内荒漠戈壁区风电场项目的水土流失影响指数众值范围。通过计算得出,戈壁荒漠区风电场建设的水土流失影响指数为0.314 0。     

FY-3B/3C和AMSR2土壤含水量产品在锡林郭勒草原地区的适用性评价

土壤表层含水量存在于陆-气界面，是模拟全球水文、能源和碳循环及其相互作用的一个重要变量，对于气候和地球系统研究至关重要。为了评价风云三号B星（FY-3B）、风云三号C星（FY-3C）、先进微波扫描辐射计（AMSR2）土壤含水量产品在锡林郭勒草原以及不同土地覆盖类型的精度和适用性，本文基于2014-2019年生长季的地面观测数据，应用时间序列相关性（R）、均方根误差（RMSE）、平均偏差（Bias）和无偏均方根误差（ubRMSE）分析了这三种网格产品的可靠性。结果表明：（1）在日尺度上，FY-3B和FY-3C土壤含水量产品高估了陆地表层含水量，AMSR2低估了土壤含水量；各项评价指标表明三种土壤含水量产品均能够捕捉锡林郭勒草原表层土壤含水量的时间变化趋势。（2）在月尺度上，与AMSR2相比，FY-3B和FY-3C土壤含水量产品的月度分布与实测土壤含水量分布较为一致。（3）在生长季尺度，3种卫星土壤含水量产品能够反映各草原亚型的土壤含水量状况；FY-3B和FY-3C土壤含水量产品在植被覆盖较高的地区适用性较好，AMSR2在植被覆盖较低的地区可靠性较好，3种产品在监测土壤含水量方面具有互补功...     

近57年甘孜州气候干湿状况的时空演变

基于甘孜藏族自治州18个国家气象站1961-2017年实测资料,采用《生态质量气象评价规范》中的方法计算甘孜州及其所属县（市）月、季、年湿润指数,分析气候干湿时空演变特征,为防旱减灾、合理利用气候资源提供科学依据。结果显示：（1）甘孜州近57a年平均湿润指数在0.67～1.33,以1965年最高,1973年最低;季平均湿润指数在0.07～1.86,以夏季最高,秋季次之,冬季最低;月平均湿润指数在0.05～2.17,以9月最高,12月最低;湿润指数大小在年际间、季节间和月份间差异很大。（2）州内各县（市）平均湿润指数在0.23～1.73,地区间差异大,其中东南部和北部相对湿润,西南部相对干燥。（3）甘孜州年降水量的气候倾向率为13.4mm·10a-1,湿润指数的气候倾向率为-0.003·10a-1,气候呈微弱的“暖干化”趋势,主要原因是气候变暖导致潜在蒸散显著增加。（4）甘孜州2/3的县（市）平均湿润指数小于1,季节性干旱特征显著,生态环境脆弱,生产中应遵循开发利用与建设保护并举原则,强化防旱减灾、农田水利建设和生态修复等工作。     

Topographic controls of soil moisture distributions

Soil moisture distributions on an instrumented hillslope at Slapton, South Devon, are compared to two topographic indices. The index a/s has been used in a computer runoff model to predict the location of zones of surface saturation on a hillslope (Beven & Kirkby, 1979), whilst the index plan curvature is derived from techniques of terrain analysis using gridded altitude data (Evans, 1980). Neither index is entirely satisfactory for predicting the changing pattern of soil moisture on the hillslope; a combined index proved most appropriate, but only at times of high soil wetness. The potential value of topographic indices as a basis for the prediction of soil moisture distributions and hillslope runoff is briefly discussed.     

基于植被指数的藏北牧区土壤湿度反演

土壤湿度的遥感动态监测在农牧业生产中具有重要意义。近年来,多种基于遥感指数的土壤湿度监测方法被提出并得到广泛关注,但当前对不同深度土壤湿度的反演及植被指数反映土壤湿度滞后性的研究较少。该文针对遥感指数反演土壤湿度的精度问题,对MODIS(moderate resolutionimaging spectroradiometer)的2种植被指数产品归一化差异植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)和增强型植被指数(enhanced vegetation index,EVI)与土壤湿度实测值进行相关分析,并利用在其中一个样点得到相关系数最高的回归模型对距离较远的其它点进行土壤湿度值估算,最后用土壤湿度实测值对模型的精度进行验证。结果表明,2种植被指数均与土壤湿度值呈现出较强的相关性,且利用植被指数估算土壤湿度的延迟天数为5~10 d。在相同气候模式、土壤类型和植被类型的条件下,高程为影响回归模型精度的主要因素。该研究可为牧区多层深度土壤湿度反演方法的选择和监测提供参考依据。