黄河流域甘肃段植被覆盖度时空变化及对气候因子的响应

[目的]分析黄河流域甘肃段2000—2018年植被覆盖度变化的时空演变规律,探讨该区域植被覆盖度的变化对气候的响应机制,为该区域生态环境与社会经济的协调可持续发展和进一步落实生态环境保护、建设及恢复提供科学依据。[方法]基于2000—2018年的MODIS NDVI数据、气象数据,采用线性趋势分析和相关性分析等方法,对黄河流域甘肃段植被覆盖度的时空变化特征及与气候因子之间的关系进行分析。[结果]①空间上,近19 a研究区植被覆盖度自西南向东北在不断降低,以甘南州的植被覆盖状况最好;植被覆盖度改善面积占36.64%,主要分布于兰州市北部、临夏州、定西市、庆阳市、平凉市大范围区域、天水市南部等,而退化面积占4.2%,主要集中于甘南州等地区。②时间上,研究区植被覆盖度以2013年为界呈现"先持续增加后波动减少"的变化趋势,但整体在不断增加;以平凉市的增加速度最快,平均每年增长0.96%。③研究区植被覆盖度对降水量变化的响应敏感,与降水量呈现显著的正相关关系。[结论]研究区植被覆盖度空间差异明显,2000—2018年植被以改善为主,降水是影响这些区域植被改善的有利因素,降水状况的改善对研究区生态环境建设与修复至关重要。     

基于SPEI的黄河流域多时间尺度干湿变化分析

黄河流域是我国重要的经济地带和生态屏障,水资源匮乏,研究流域的干湿变化对于水资源的合理管理和利用、促进流域的可持续发展具有十分重要的现实意义。运用1966—2015年3个时间尺度(年、半年、季节尺度)的SPEI数据,基于EOF,Mann-Kendall方法研究了全球变暖背景下黄河流域的干湿变化特征,并进行归因探讨。结果表明:在过去的50年中,黄河流域的SPEI有显著的年际波动,但大部分区域的SPEI未有显著的增加或降低的趋势,区域之间的干湿变化具有非同步特征; 黄河流域气温与SPEI相关性弱,SPEI与降水有更好的同步性; 黄河流域夏、秋季节的干旱较冬、春季节严重,中部黄土高原区的干旱事件频率高于黄河流域西部高原和东部平原区。研究表明黄河流域干湿状况存在区域差异,降水是决定SPEI大小的关键因子,异常气候事件—厄尔尼诺在一定程度上会影响流域的干湿状况。     

气候和土地利用变化下黄河流域农业干旱时空演变及驱动机制

为全面剖析气候和土地利用变化下黄河流域农业干旱时空演变特征及驱动机制,该研究首先构建黄河流域SWAT分布式水文模型,模拟黄河流域水循环过程,基于标准化土壤湿度指数(Standard Soil Moisture Index,SSMI),识别不同干旱等级下的农业干旱历时、强度及干旱事件,分析黄河流域不同分区农业干旱特征值以及干旱事件频率在年季尺度上的演变特征;在此基础上,通过SWAT模型驱动农业干旱模拟方案集,厘定和量化气候和土地利用变化对黄河流域农业干旱的影响贡献率。结果表明:累积时间尺度越大,农业干旱发生的次数越少,但历时越长,农业干旱开始和结束时间多集中于春季和夏季;黄河流域90年代农业干旱最为严峻,尤其上游C区最容易遭受重旱和特旱,农业干旱频率高达70%～90%;气候变化是驱动黄河流域农业干旱发生的主要诱因,贡献率约为50%～90%,而土地利用变化对农业干旱的影响相对较弱,贡献率约为10%～50%。研究结果可为黄河流域制定合理的农业抗灾措施提供参考。     

黄河流域内蒙古段碳汇演变模拟及驱动因素分析

[目的] 探究黄河流域内蒙古段土地利用变化格局对碳汇空间分布的影响,并找出其主要驱动因素,为研究区生态空间发展方向和增汇政策提供依据。[方法] 以黄河流域内蒙古段为例,基于2000,2010与2020年土地利用数据,使用InVEST-FLUS模型分析各期碳汇能力变化情况,进而模拟2040年自然发展、生态保护及农业优先3种不同情景下碳储量变化格局,并借助地理探测器找出造成碳汇空间分布差异背后的主要驱动因素。[结果] ①2000-2020年,黄河流域内蒙古段碳储量呈先上升后下降态势,碳储量总体增加8.63×10⁶ t,其中,地下生物碳储量增加3.91×10⁶ t,土壤碳储量增加2.28×10⁶ t。②未来自然发展情景下碳储量继续减少3.92×10⁶ t,而在生态保护情景下增长2.21×10⁷ t,高于农业优先情景下4.99×10⁶ t的碳储增量,其中,土壤碳库是造成增量差异的关键。③年平均降雨量、年平均温度的不平衡分布是造成黄河流域内蒙古段各类碳库差异的主要因素。[结论] 合理的生态保护政策更符合未来城镇集约化和生态高质量发展要求,未来应重视荒漠化防治工作,推进林草建设,为提升区域生态安全格局和增汇政策提供保障。     

黄河流域干旱时空变化特征及其气候要素敏感性分析

利用黄河流域102个气象站点1961-2013年气象数据,选用相对湿润度指数作为干旱指标,探讨年尺度和季节尺度干旱的时空分布特征,并尝试利用偏导数方法计算分析相对湿润度指数的气候要素敏感性及其与气候要素间的相关关系。结果表明：黄河流域上游旱情比中游和下游地区偏重,春夏秋冬各季分别处于中旱、轻旱、中旱和特旱状态,全年尺度处于特旱程度,季节和全年尺度的相对湿润度指数均呈现从西北到东南递增的变化趋势,春季、秋季和全年尺度特旱区域主要分布在陕西、山西、宁夏北部以及内蒙古地区,而气象干旱减缓的站点主要分布在黄河流域上游地区,干旱增强的站点主要分布在黄河流域东南部。相对湿润度指数对太阳辐射和相对湿度呈正向敏感,对温度和风速呈负向敏感。上游和中游地区夏季相对湿润度指数最敏感要素分别为太阳辐射和平均温度,全流域春季、秋季、冬季和全年尺度对相对湿度最敏感。全流域春季和夏季与相对湿润度指数相关性最强的要素均为相对湿度,上游和下游地区秋季的主控要素为太阳辐射,上游、中游和下游地区冬季则分别与温度、风速和风速相关性最强。全年尺度上,上游、中游和下游地区相对湿润度指数变化的主控要素则为太阳辐射、相对湿度和相对湿度。     

2000-2019年黄河流域陕西段植被NDVI时空变化及其驱动因素分析

植被是陆地生态系统的重要构成,研究植被变化规律及影响因素有助于加强区域植被生态保护和可持续发展。基于SPOT NDVI和气象数据,采用趋势分析、偏相关分析和残差分析等方法对2000—2019年黄河流域陕西段植被NDVI时空变化特征及其驱动因素进行了分析。结果表明：(1) 2000—2019年黄河流域陕西段植被NDVI总体以0.008 6/a的速率呈极显著增加趋势,不同地域NDVI增速为陕北(0.010 9/a)>关中(0.005 3/a),不同土地利用类型NDVI增速为草地(0.011/a)>耕地(0.008 1/a)>林地(0.007 8/a)。(2)植被NDVI呈增加趋势的面积占比为86.19%,其中显著增加的面积比例为81.90%,陕北(91.87%)>关中(66.91%),林地(97.48%)>草地(90.38%)>耕地(69.78%)。(3)偏相关分析发现90.24%的区域植被NDVI与年降水量以正相关关系为主,66.3%的区域植被NDVI与年均温呈正相关关系。(4)研究区植被NDVI变化受到气候变化、人类活动以及二者共同作用的影响,占比分...     

河北省土壤温度与干湿状况的时空变化特征

土壤温度和干湿状况是表征土壤特性的重要参数,在土壤系统分类中作为诊断土壤某些亚纲、土类及亚类划分的参考依据。基于河北省142个气象观测站1951—2010年的日值气象数据,利用GIS空间分析技术,对河北省近60年的土壤温度和干湿状况的时空变化规律进行了分析。结果表明:(1)1951—2010年的平均土温和平均干燥度指数呈现上升趋势,且1981—2010年的上升速率均高于1951—1980年。(2)河北省主要有冷性和温性两种土壤温度状况,与1951—1980年相比,1981—2010年的温性土壤向北有所移动,移动的距离和面积大约为14.26 km和5 665 km2。(3)河北省的土壤干湿状况分布具有明显的地域差异,地表干湿状况可分为湿润、半湿润和半干旱三个等级;东部和北部区域气候湿润状况优于西部和南部,也间接表明了土壤的干湿分布状况。该研究结果为土壤系统分类定量化的诊断特性取代传统土壤分类中的地带性概念提供参考。     

黄河流域农业灰水足迹效率时空格局演变与驱动因素

[目的] 探讨农业灰水足迹效率时空格局演变与驱动因素,为协同推进农业用水节约集约和水污染综合治理、实现黄河流域农业高质量发展提供科学参考。 [方法] 以黄河流域9省区为研究对象,利用灰水足迹模型、泰尔指数和对数平均迪氏指数等研究方法对2000—2021年农业灰水足迹效率进行测算,并探讨其时空演变格局和驱动因素。 [结果] ①2000—2021年黄河流域农业灰水足迹效率呈上升趋势,年均效率为0.235 8元/m³,内蒙古效率最高为0.467 0元/m³,青海效率最低为0.026 3元/m³。 ②农业灰水足迹效率地区内部差距多年平均贡献率为80.11%,上游地区差距年均贡献率为75%,是造成黄河流域农业灰水足迹效率差距较大的主要原因。 ③黄河流域农业灰水足迹效率总效应为正向效应0.202 4元/m³,耕地资源效应和农业环境效应分别是促进和抑制农业灰水足迹效率的主要因素,二者贡献值分别为0.442 7和-0.440 6元/m³。 ④黄河流域农业灰水足迹效率驱动效应可分为4种模式,不同模式地区提升农业灰水足迹效率的方式不同。 [结论] 黄河流域9省区应采用因地制宜的发展策略,优化农业结构,减少化肥农药的高强度使用,加强农业水环境治理,提升农业灰水足迹效率。     

近55年来渭河流域输沙变化及驱动因子分析

根据渭河流域水文站点分布特征,将流域划分为15个子流域,结合1961—2015年输沙资料和气象站日降雨量资料,采用Mann—Kendall检验、双累积曲线、相关性分析及偏最小二乘回归等方法,定量分析渭河流域输沙时空变化特征及其主控因子。结果表明:渭河流域1961—2015年输沙量呈显著减少趋势,渭河干流咸阳站、北洛河状头站和泾河张家山站年输沙量分别以0.039 0,0.017 4,0.041 4亿t/a的速率减少。15个水文站中,北洛河的张村驿站年输沙量呈显著增加趋势(P0.05),洪德、雨落坪和庆阳站呈不显著减小趋势,其余各站的输沙均显著减小(P0.05)。主要通过对输沙驱动因子和渭河流域输沙模数2个方面进行纵横方向上的综合分析对比,最终得到的相关数据结果表现出渭河输沙变化与降雨集中度指数、植被覆盖指数、草地面积比例、最小高程、平均坡度等因子具有良好的相关关系(R~20.7)。     

淮河流域地表干湿变化的时空分布特征

以淮河流域为研究对象,结合淮河流域35个气象站点1961—2013年的逐日降水量观测数据与流域地表气象数据,运用Penman-Monteith公式计算得到淮河流域的潜在蒸散量及相对湿度指数,并用Matlab软件的小波函数进行周期分析及Mann-Kendall趋势分析,研究近53年来淮河流域地表干湿变化的时间变化特征。同时借助Arc GIS平台,通过反距离权重法插值,研究淮河流域的降水量、潜在蒸散量和相对湿度指数的空间分布特征。结果表明,在时间分布上,近53年来淮河流域的降水量和相对湿度指数均呈现微弱上升趋势,而潜在蒸散量呈下降趋势;在空间分布上,潜在蒸散量表现为淮河地区北部高于南部,而相对湿度指数和降水量则均表现为淮河地区南部高于北部。     

2000-2015年黄河流域植被净初级生产力时空变化特征及其驱动因子

黄河流域区域性差异显著,生态系统环境脆弱敏感,研究植被NPP对其生态环境生产能力的了解具有重要意义。基于MOD17A3 NPP数据、气象数据和土地利用/覆盖类型数据,采用偏差分析、趋势分析、相关性分析及马尔科夫转移模型对黄河流域2000—2015年植被NPP的时空格局、变化趋势及驱动因子进行了研究。结果表明:（1）2000—2015年黄河流域植被年NPP均值为228.2 g C/（m²·a）,变化范围为179.6～258.1 g C/（m²·a）,整体上呈现微小波动增加趋势,植被NPP偏差值呈现先减少后增加的趋势;上中下游植被NPP年均值呈明显的梯度分布,即上游<中游<下游,说明中上游区域生态环境相对脆弱。（2）黄河流域植被NPP具有较强的空间分异性,呈南向北带状递减分布;上中下游植被NPP总量差异显著,其中中上游植被NPP总量约占整个流域的96%,可见中上游对整个黄河流域生态环境的影响举足轻重,故加强对中上游区域生态环境建设与保护至关重要;流域大部分地区植被NPP以增加为主要趋势。（3）流域植被NPP受气候因素中降雨影响较大,以气候因素强驱动的区域主要分布在川西高原、鄂尔多斯高原及华北平原等地区。农用地转建设用地及草地转荒漠是黄河流域植被NPP损失的主要方式,可见城市加速扩张以及过度开垦、放牧等人类活动是植被NPP损失的主要驱动力,近几年林地、草地面积有所增加,植被NPP整体上损失程度有所减小,可见实施退耕还林还草政策已见成效。     

无定河流域风沙滩区河道基流变化规律与驱动因素分析

为探究风沙滩区河道基流变化规律与主要驱动因素,以1954—2018年无定河流域赵石窑水文站实测水文数据和多站点的降水量数据等资料为基础,分析比较3类方法(时间步长法、数字滤波法和平滑最小值法)对无定河流域风沙滩区河道基流分割的适用性,揭示河道基流量的变化特征,量化分析引起基流量变化的驱动因素(降水、植被覆盖度和农业灌溉等)。结果表明：时间步长法中的局部最小值法对风沙滩区河道基流分割结果较其他方法更为合理,其中多年(1954—2018年)平均基流量为3.29×10⁸ m³,基流指数均值为0.71;基流量总体呈极显著下降趋势,且在1972年和2000年发生突变,其周期性变化主要由第1主周期(32年)控制;无定河流域风沙滩区河道基流变化是降水、植被覆盖度和农业灌溉等因素综合影响的结果,其中水文序列第2阶段(1973—2000年)和第3阶段(2001—2018年)与第1阶段(1954—1972年)相比,降水对基流量变化的贡献率分别为29.35%和4.52%,人类活动(植被覆盖度和农业灌溉)的贡献率分别为70.65%和95.48%,说明人类活动是其变化...     

疏勒河流域潜在蒸散发时空演变及驱动因素量化分析

为了探明潜在蒸散发(ET₀)时空演变规律及其与气象因素间的复杂交互作用关系,揭示水循环过程对气候变化响应机制,基于疏勒河流域10个气象站点1984—2019年逐日资料,采用聚类分析、灰色关联度分析、通径分析、敏感系数法等多种定性定量分析方法,确定主导驱动因素以及ET₀变化对主导因子敏感程度及贡献大小。结果表明:ET₀年际变化上升趋势显著,空间上由东南向西北逐渐增加。ET₀季节排序为夏季>春季>秋季>冬季,四季空间分布由东南向西北逐渐递增。聚类分析及灰色关联度分析显示T(日平均温度)、RH(平均相对湿度)、P(降水量)、n(日照时间)、u(风速)为5个关键因素,通径分析表明T是最主要因素,P作用最小。对ET₀变化,T,n,u起正向促进作用,RH起反向抑制作用,贡献率分别为7.96%,0.29%,3.14%,2.29%。ET₀呈现增大趋势,是由于RH多年减少和T升高、n增加、u增大等共同作用结果,T升高是造成ET₀增加的主要原因。探究疏勒河流域ET₀变化机理为河西干旱内陆河地区ET₀研究的方法理论及水资源合理、高效利用提供科学参考依据。     

1960-2020年黄河流域气候干湿状况时空分异及变化趋势

基于湿润指数,利用黄河流域及周边1960-2020年113个气象站点日值气候数据,通过气候倾向率、Morlet小波、简单相关分析和Hurst指数等方法,分析近61a黄河流域干湿状况时空演变特征,预估黄河流域未来干湿变化趋势,以期为流域防旱减灾、合理利用气候资源提供科学依据。结果表明：（1）空间上,黄河流域年和季节湿润指数呈现为东南部高、西北部低。流域年、春秋两季以变干为主,湿润指数呈显著下降的站点占总站点的比例分别为5.31%、7.96%、6.19%;流域夏、冬季以变湿为主,湿润指数呈显著上升的站点占比分别为10.62%、13.27%。（2）年际变化上,1960-2020年黄河流域年和季节湿润指数均无显著变化趋势。流域全年、春、夏、秋、冬季分别处于半湿润、半干旱、半湿润、半湿润和半干旱状态。黄河流域年和季节湿润指数存在多时间尺度的周期振荡特征,第一主周期分别为3a、26a、14a、3a和15a。（3）降水量、相对湿度与湿润指数呈极显著正相关,日照时数与湿润指数呈极显著负相关,均为黄河流域湿润指数的主要驱动因素。（4）黄河流域年和季节湿润指数的Hurst指数均大于0.50,表明流域年、春季和秋季气候将持续变干,夏季和冬季气候将持续变湿。     

黄河流域社会经济与生态环境耦合协调态势及动力因素

[目的]分析黄河流域省区社会经济与生态环境耦合协调态势和驱动机制,为总体布局黄河流域经济带发展战略提供科学依据.[方法]在厘清社会经济与生态环境耦合协调机理的基础上,通过耦合协调模型定量测度2009-2018年黄河流域社会经济与生态环境耦合协调的时空格局及其相对发展情况,并通过固定效应回归模型探究内源动力、政府动力和外...