黑河中游绿洲林业生态工程体系框架设计

黑河中游是我国西北干旱区开发历史较早,绿洲化程度较高的第二大内陆河流域.用林业生态工程体系的理论与方法,构筑了黑河中游绿洲生态环境建设的总体目标和框架,并提出了关键的技术措施,为西部大开发和河西走廊生态环境建设提供决策依据和参考.     

基于SEBAL模型的盘锦湿地日蒸散估算及其分布特征

为了验证SEBAL模型对湿地蒸散量估算的准确性,本研究基于Landsat 8卫星数据和SEBAL模型,以盘锦湿地生态系统野外观测站的涡动相关实测数据为检验,估算盘锦湿地2013-2015年典型晴天卫星过境时刻的瞬时蒸散量,并利用正弦函数法将遥感反演订正后的蒸散瞬时值转换为日尺度的蒸散值,分析芦苇和稻田湿地的日蒸散量分布特征.结果表明:SEBAL模型反演的盘锦湿地瞬时蒸散量比实测值偏高,平均相对误差为31.6％,但相关系数达0.79,为了提高反演精度,利用线性方程进行订正,订正后的遥感估算值与实测值平均相对误差为6.4％,提高了25.2％;芦苇湿地日蒸散量集中在3.4～4.0 mm/d之间,占总面积的64.7％～82.4％;稻田湿地日蒸散量集中在3.6～4.1mm/d之间,占总面积的67.4％ ～86.6％;稻田湿地日蒸散量普遍比芦苇湿地高0.1 ～0.2mm/d.应用订正后的SEBAL模型反演湿地蒸散量,可为湿地区域蒸散估算及湿地水资源管理提供依据.     

黑河干流中游地区适宜绿洲及耕地规模确定

为了确定黑河干流中游地区适宜绿洲及耕地规模,利用黑河干流中游地区1954－2012年水文气象资料及黑河流域2000年和2011年土地利用数据,采用水热平衡原理建立适宜绿洲规模计算模型,并在模型中考虑林地和草地的腾发量计算不同来水情景下适宜绿洲规模;根据分带理论建立适宜耕地规模模型,计算不同来水情景下绿洲适宜耕地规模。基于GIS建立黑河干流中游土地利用马尔科夫链模型,并利用此模型预测2015年和2020年黑河干流中游地区绿洲规模和耕地规模的变化,并对未来绿洲发展的适宜性进行评价。结果表明：黑河干流中游地区地表径流存在丰枯变化;在丰水年、平水年和枯水年的适宜绿洲规模分别为3 245～4 868、2 635～3 953和2 422～3 633 km2;相应的适宜耕地规模分别为2 337、2 004和1 878 km2;现状年2011年为丰水年,实际绿洲规模和耕地规模分别为4 035和2 366 km2,现状绿洲规模适宜性指数为0.6;预测2015年绿洲规模和耕地规模分别扩张到4 155和2 527 km2,绿洲规模适宜性指数下降到0.44～0.59;2020年绿洲和耕地规模扩张到4 304和2 719 km2,规模适宜性指数比2015年下降0.02～0.03,2011年、2015年、2020年的耕地规模都高于绿洲适宜耕地规模。干旱地区适宜绿洲规模及耕地规模研究为区域水资源可持续利用提供依据。     

由瞬时遥感蒸散量估算农田蒸散日总量的模式

在农田蒸散量日变化规律的基础上，导出了一个由瞬时遥感蒸散量估算农田蒸散日总量的计算模式。并用吴忠春小麦和民勤棉花的田间试验资料对导出的公式进行了验证。结果表明，利用真太阳时９：００～１５：００之间一日一次的瞬时遥感蒸散量由该模式可以较地的估算农田蒸散日总 量。     

基于MODIS产品和SEBAL模型的三江平原日蒸散量估算

在SEBAL模型的基础上,集成MODIS产品和气象数据进行了三江平原的日蒸散量估算,然后以2005年6月22日的蒸散量估算结果为例,在ArcGIS空间分析模块的支持下对不同土地覆盖类型的日蒸散量进行统计分析。结果表明:遥感估算的蒸散量与利用涡度相关系统实测的蒸散量的相对误差较小且相关性较好,平均相对误差为11.2%;不同土地利用类型的日蒸散量间差别显著。水体和林地的蒸散量较大,平均蒸散量分别为8.2mm和6.5mm;湿地和水田次之,平均分别为5.2mm和4.8mm;旱田的蒸散量最低,平均仅为3.7mm,基本符合蒸散规律。     

松嫩平原不同地表覆盖蒸散特征的遥感研究

为了准确估算松嫩平原不同地表覆盖的蒸散量,以MODIS产品及实测气象资料为数据源,通过SEBAL模型估算了松嫩平原2008年生长季（5－9月）的蒸散量,并利用涡动相关数据验证估算结果,发现估算值与实测值的变化趋势相吻合,整个生长季蒸散量的相对误差为18.26%,基本可以满足区域蒸散研究需求。通过探讨松嫩平原蒸散量的时空格局,发现2008年生长季蒸散量为183～1 003 mm,具有从西南部向东部、东北部逐渐增加的变化趋势,水体、林地、湿地的平均蒸散量最高,耕地、居工地次之,草地最低。最后,将蒸散量与降水量进行对比,分析了2008年生长季水分亏缺状态,发现松嫩平原平均水分亏缺量为195.96 mm,97%以上区域的蒸散量大于降水量,蒸散过程中很大程度上还需依靠地下水、径流来弥补降水量不足,生长季蒸散强烈,而降水量相对不足,对松嫩平原生态环境的稳定发展造成了重大影响及压力。     

锡林河流域蒸散量遥感反演

以锡林河流域为研究区,利用遥感对合成的MODIS影像数据进行处理,结合同期气象资料估算出流域日蒸散量。结果表明,反演得到的日蒸散量分布与地表状况比较吻合,上游地区日蒸散量高于中下游地区,其中低湿地植被、草甸草原蒸散量较大,锡林河流经区域的地段形成的湿地植被日蒸散量较大,植被密集的地方如耕地蒸散值较大,明显高于植被稀疏的地区。日蒸散量分布曲线基本为正态分布,主值区间为2～7 mm/d,流域平均蒸散量为4.51 mm/d。运用FAO推荐式进行了验证,误差在允许范围之内,说明该遥感方法具有一定的适用性。     

黑河中游荒漠绿洲区免灌植被土壤水分状况

对1年、3年、5年、20年梭梭人工林,20年的花棒、柽柳、柠条人工林及天然荒漠植被等立地土壤湿度研究表明:土壤湿度随植物盖度增大而减少,盖度>40%与盖度<5%的固沙植物花棒、柽柳和梭梭林地,土壤湿度分别相差0.72%,1.16%和1.28%;植物种间土壤湿度也有差异,相同密度下花棒土壤湿度>梭梭土壤湿度>柽柳土壤湿度。随着植物生长,土壤湿度下降。1年、3年和5年生梭梭人工林土壤储水量比未营造梭梭林的沙地分别降低23.00%,48.00%和58.00%。随着不同部位间水平距离的增大,土壤湿度变异较大;在垂直剖面上,随土壤深度增加,土壤湿度逐渐降低,梭梭、柽柳、花棒、柠条林地土壤湿度由(2.57±0.20)%,(2.04±0.17)%,(2.75±0.15)%和(2.20±0.07)%,下降至(1.19±0.25)%,(1.01±0.20)%,(1.31±0.18)%和(0.99±0.14)%。4月与9月荒漠植被泡泡刺沙堆、戈壁土壤湿度的差值分别为1.03%和0.81%。戈壁土壤水分垂直变化较大,20cm与160cm土壤湿度分别为(3.35±0.38)%,(1.39±0.04)%,相差3.08%。     

地形效应下的区域蒸散遥感估算

在地表起伏地区,由于受到坡度、坡向等的影响,地表能量通量表现出与水平地表不一样的特征,为了定量表征起伏地表条件下的蒸散格局,以位于陕甘宁交界区的华池县、庆城县、镇原县、西峰区和合水县为研究区,从能量平衡原理入手,对各能量通量进行了量化计算,并着重考虑了蒸散的能量来源即地表净辐射的地形效应;同时,针对研究区地表特征,确定了土壤热通量的计算方案和感热通量的参数化方案,如零平面位移、动量粗糙长度、热量粗糙长度、动量和热量的稳定度校正项等算法;在此基础上,计算了研究区的瞬时蒸散,计算结果表明采用的蒸散遥感估算方案     

基于SEBAL模型的漓江流域蒸散量变化分析

基于1993年、1999年、2006年和2010年Landsat TM/ETM+影像,应用SEBAL模型估算了漓江流域四期不同时相的日蒸散量,并应用P-M公式对估算结果进行验证。通过对研究区蒸散量结果进行分析,得出以下结论:（1）日蒸散量分布受到季节及气候的影响,植被生长季的蒸散量明显高于其他季节;（2）漓江流域的蒸散分布具有明显的空间差异性,不同土地利用类型的蒸散均值相差较大,不同时期的蒸散量均表现出林地 > 水体 > 灌木/草地 > 耕地 > 建设用地的规律;（3）近20 a来漓江流域土地利用变化显著,除去气候及降水量等因素的影响,蒸散量受到土地利用变化的影响明显。随着漓江水源林地的减少与退化,日蒸散量呈现下降的趋势,进一步揭示了经济发展与人类活动对漓江流域生态环境及水热平衡的影响。     

基于MODIS遥感数据计算无定河流域日蒸散

为研究无定河流域日蒸散分布规律,应用遥感数据、农业气象站测量数据及Nishida模型等对该流域日蒸散进行了模拟。首先用2001～2002年晴天中国科学院禹城生态试验站Lysimeter测量日蒸散验证模型,模拟与测量的日蒸散相关系数达到0.61。随后,用该模型计算了无定河流域日蒸散,发现无定河流域日蒸散存在较为明显的空间分布规律：2001～2003年连续3年的8月份日蒸散都表现为东北部蒸散明显小于西南部,这是因为东北部基本是荒漠而东南部多是农田,且8月份日蒸散基本在2～5 mm之间变化;从2001年8月份第222 d日蒸散空间分布看,无定河主干道两边蒸散显著高于其他位置,这是由于8月份无定河流域为多雨季节,河谷土壤水分较高的缘故;从2002年内变化来看,不同的土地利用/覆被类型日平均蒸散差别不显著。     

基于遥感蒸散发的区域作物估产方法

灌区作物产量估算对农业用水效率评价和灌区水分管理具有重要意义。该研究以干旱区代表性灌区-内蒙古河套灌区主要农作区为研究对象,基于遥感蒸散发模型HTEM和遥感作物识别结果获取河套灌区玉米生育期日蒸散发量。选取Jensen模型、Blank模型和Stewart模型3种常用水分生产函数模型,建立河套灌区玉米估产模型,并分析各估产模型的适用性及其参数。结果表明,研究区玉米生育期多年平均蒸散发量约为526 mm。3个模型均有较高的估产精度,其中Stewart模型的产量模拟精度最高,相对误差为4.30%,相关系数为0.75。因此,Stewart模型在河套灌区具有更好的适用性,基于遥感蒸散发模型、遥感作物识别模型和作物水分生产函数模型建立灌区作物估产模型可以取得良好的模拟效果。     

农作物单产遥感估算模型研究进展

作物单产估算是农作物估产中的关键技术,也是作物估产的难点之一.遥感技术凭借其宏观、及时和动态等特点已在农作物产量估算中占据着极为重要的地位,运用遥感信息建模估算作物产量已成为区域作物估产的必然要求.在总结农作物单产遥感估算模型研究成果的基础上,将作物单产遥感估算方法划分为四种模式加以详细阐述,分析了用于单产建模的遥感数据源的多元化趋势,讨论了如何有效验证模型估算精度的问题,最后对作物单产遥感估算模型今后的发展趋势作了展望.     

基于遥感技术的绿地耗水估算与蒸散发反演

为研究北京市五环范围内的绿地耗水总量和空间分布情况,该文应用高分辨率遥感影像、长时间序列气象数据、植被耗水规律研究成果等资料,进行绿地提取、耗水估算和蒸散发反演。主要步骤包括:预处理遥感影像,分析典型地物的光谱特征,层次分类提取绿地分布,估算不同气象条件、植被覆盖条件下的耗水量,以遥感技术为基础反演日蒸散发量。遥感技术提取的北京市五环内绿地面积为197.3km2,估算年耗水量为1.61亿m3。特枯年、枯水年、平水年和丰水年的净灌溉水量分别为1.09、0.75、0.59和0.35亿m3。应用地表能量平衡模型反演典型日蒸散发结果表明,城市水体、高植被覆盖率区和低植被覆盖率区的ET均值分别为11.1、5.7和4.0mm/d。五环内城区夏季典型日蒸散总量为126.6万m3,二环内、二三环间、三四环间、四五环间的绿地日ET总量分别为:10.3、14.2、20.4和81.7万m3,该研究可为城市绿地灌溉系统设计提供耗水总量和空间分布的信息。     

基于SEBAL模型的疏勒河流域蒸散量时空动态

蒸散发(Evapotranspiration,ET)是重要的生态水文过程,尤其是在干旱和半干旱地区,对环境变化起着至关重要的作用。以疏勒河流域为例,利用DEM,MODIS和气象数据,基于能量平衡原理的SEBAL(Surface Energy Balance Algorithms for Land)模型,运用ArcGIS软件在栅格尺度上反演出该流域的地表蒸散量,并探究其时空变化特征。结果显示:(1)疏勒河流域2000—2015年8月基于栅格的地表多年平均日蒸散量变化范围为0～8.52mm,空间差异十分显著,从东南向西北呈现逐渐减少趋势,上游蒸散量大于中下游区域;(2)2000—2015年疏勒河流域大部分地区的8月份地表月蒸散量呈减小趋势;(3)疏勒河流域2000—2015年8月份地表月蒸散量时空变异显著,中、上游地区蒸散量较大且时间稳定性差;(4)2015年4个月份地表月蒸散量变化显著(7月>4月>10月>1月),但其空间分布格局相似。研究蒸散量的时空动态定量评价结果对于疏勒河流域的环境模拟、气候变化研究、灌溉和水资源管理,以及深入了解我国干旱半干旱气候区水循环机理具有重要意义。     

锡林河流域长时间序列蒸散量遥感监测及其相关因子

蒸散的准确估算对于草地干旱监测、水资源分布及利用等具有重要的参考价值。选择锡林河流域为研究区,基于地表能量平衡原理,利用遥感方法对2000—2014年每年7月、2000年、2007年、2010—2014年每年4—9月的MODIS影像数据进行处理,结合同期气象资料估算出流域日蒸散量,按所占日数加权得到月蒸散量。运用FAO推荐式进行了验证,平均相对误差为16.678%,在误差允许范围之内,说明该遥感方法有一定的可用性。结果表明,在时间分布上,2000—2014年这15年流域蒸散量的时间变化没有固定的趋向,基本与各年7月份降水量的趋势相一致,一年中蒸散量的最大值主要出现在6—7月份。将月蒸散量与月日均气温、风速、大气相对湿度、水汽压和月降水量作了单因子相关分析,表明,与蒸散量最为相关的气象因子是降水量,说明降水量是影响蒸散量大小的主要限制因子;由于气温季节变化明显,因此气温也是影响蒸散量的主要因子,但在每年的同一时间段(如7月),气温变化不明显时,气温就不再是影响蒸散量大小的主要因子了。     

基于遥感的新疆人工绿洲扩张中植被净初级生产力动态变化

人类活动对全球碳循环过程的影响是全球气候变化研究中争论的主要焦点问题之一。不同区域、不同自然和人为因素对碳循环的作用机制十分复杂且差异很大,通过探讨人类开垦活动对干旱区绿洲生态系统净初级生产力(net primary productivity,NPP)分布格局的影响,将有助于增加人类活动对干旱区陆地生态系统及碳循环影响的认识和理解。该文基于长时间序列的Landsat遥感数据,利用CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型估算了1976年6月-2016年6月新疆奇台新人工绿洲扩张过程中NPP的变化情况,结果表明:1)1976年研究区主要是荒漠草原景观,农田仅有5 150 hm~2,占研究区面积的3.25%,到2016年,农田面积扩大到64 675 hm~2,增加11倍以上;2)人工绿洲扩张的同时,泉水溢出带消失,水库干涸,灌丛面积从17 871 hm~2下降到5 202 hm~2;3)土壤盐碱化发育进程中断,裸碱地面积减少近70%,并且开始向新生草地演替;4)2016年6月,研究区NPP总量达到了90 602 t,是1976年6月的2.2倍,农田对NPP增量的贡献超过93%,同期,灌丛则净损失了8 265 t NPP,沼泽净损失3 319 t;5)1976年的NPP主要由天然草地和灌丛构成,分别占56.68%和26.61%,2016年的NPP主要由农田和新生草地构成,分别占65.23%和31.85%。