基于InVEST模型的南北盘江流域产水量时空变化研究

[目的]研究南北盘江流域产水量的时空变化特征以及不同土地利用类型、土壤类型和地形之间的产水功能差异,以期为流域内水资源有效管理和生态修复提供科学参考。[方法]基于InVEST模型定量评估了2005—2020年南北盘江流域产水量的时空变化特征、内部差异性及植被恢复对该地区产水功能的影响。[结果] 2005—2020年流域内的平均产水总量小幅波动,在空间上呈现东北部与中部高,西南部低的趋势,总体产水格局与降水量时空变化具有空间吻合性。在不考虑降雨量显著变化的情况下,耕地与草地面积减少是导致流域内产水总量呈现出小幅波动下降趋势的主要原因。各土地利用类型中产水能力最强的类型为建设用地,其次分别为裸地、耕地和草地。常绿针叶林与灌林地的产水能力较弱。流域内的产水能力随海拔升高而逐渐降低,土壤以产水能力较强的黄壤与红壤为主。该流域产水高值区主要集中于低、中海拔,以黄壤与红壤为主的东北部与中部区域;低值区主要集中于高、较高海拔,分布着大量石灰(岩)土和紫色土的西南部。[结论]该流域产水量空间格局有一定变化,其产水高值区有向东、东北偏移的趋势。土地利用类型、气象因子、土壤质地、地形等因素对产水功能空间异...     

海河流域生长季植被覆盖度时空变化及驱动力分析

[目的]了解海河流域生长季植被覆盖度(FVC)的时空变化及其驱动力,以期为海河流域的生态保护、建设与可持续发展提供参考。[方法]基于MODIS NDVI遥感数据和同时期的18种影响因子,采用趋势分析法和M-K显著性检验分析了2001—2019年海河流域生长季植被覆盖度的时空变化特征;并利用地理探测器探讨了其空间分异特征与驱动力。[结果]2001—2019年海河流域生长季植被覆盖度总体呈显著上升趋势,线性倾向率为0.063/10 a, 2011年之后增速减缓。空间分布差异明显,植被覆盖度总体较高,仅环渤海湾地带和一些城市区域植被覆盖率较低。改善区域的面积远大于退化面积,其中改善部分以极显著改善为主,占流域总面积的60.42%。海河流域生长季植被覆盖度的空间分布差异主要由林地比例和林草混合地比例所决定,解释力均在30%以上。对海河流域生长季植被覆盖度交互作用解释力最强的是林草混合地比例和农田比例。[结论]海河流域植被覆盖度总体显著上升,空间分布差异主要驱动力为林地比例和林草混合地比例。     

黄河流域植被变化和产水服务的时空特征分析

[目的]黄河流域是我国重要的生态保护屏障,但其生态环境脆弱,研究黄河流域植被变化与产水服务之间的关系,为其生态建设和高质量发展提供保障。[方法]基于NDVI数据和InVEST模型,采用趋势分析和相关分析方法,将植被变化与水源供给服务相结合,对2001—2020年黄河流域NDVI与产水服务的时序变化和空间特征进行分析,研究NDVI与产水服务的趋势变化和相互关系。[结果](1)黄河流域NDVI与产水深度均呈现增加趋势,增速分别为0.05/10,18.215 mm/10 a, NDVI以明显增长为主,产水深度则以不明显增长为主,此外,流域产水量也不断增长。(2)NDVI与产水深度联系紧密,二者在时间上呈显著正相关,相关系数为0.75(p<0.01),空间上表现出东北正相关-西南负相关的空间分化。(3)较高植被覆盖度下产水深度增加速率最高,不同植被覆盖度下NDVI与产水深度均以正相关为主,但随着植被覆盖度增多,NDVI与产水深度的负相关比例不断增加,表明目前各类植被覆盖度下NDVI对产水的影响均是积极的,但随着植被覆盖度增加,其对产水深度的消极影响也不断增加。[结论]黄河流域NDVI与产...     

基于长时间序列NDVI的黄土高原延河流域及其沟壑区植被覆盖变化分析

为探究退耕还林(草)等生态工程实施后延河流域坡面与沟壑地貌区的植被恢复情况,基于长时间序列NDVI和降雨数据,采用趋势分析法、Pettitt突变点分析和残差分析以及人工交互样本法对2000—2019年延河流域以及流域坡面和沟壑区植被NDVI变化特征进行了分析。结果表明：(1) 2000—2019年延河流域植被恢复明显(年均趋势率为1.30%),但呈现分段特征,其中2000—2008年植被覆盖恢复迅速(年均趋势率为2.00%);2009—2019年植被覆盖恢复速度有所减缓(年均趋势率为0.70%),且部分区域出现退化。(2) 2000—2019年延河流域的沟壑区域NDVI随着坡面区域NDVI的增加而增加,且相关性较强(R²=0.967),沟壑区域NDVI与坡面区域NDVI数据值相近。(3) 2000—2019年延河流域NDVI变化与降雨量的相关性较弱,降雨不是该地区NDVI变化的主导因子。人类活动与延河流域NDVI变化呈正相关关系,相关性较强;人类活动对NDVI年均贡献率为1.29%。研究表明“退耕还林”等生态工程对植被恢复起到了重要作用,且沟壑区植被覆盖随着坡面植...     

基于RUSLE模型的雅鲁藏布江流域土壤侵蚀评价

[目的]研究雅鲁藏布江流域土壤侵蚀时空变化特征,并分析气候和植被覆盖变化对土壤侵蚀的影响,以期为高寒区土壤侵蚀防治、生态系统保护和水土资源开发利用提供理论支撑。[方法]以雅鲁藏布江流域为研究区,采用RUSLE模型定量评估了1980—2017年流域土壤侵蚀的时空变化特征。[结果]1980—2017年,雅江流域土壤侵蚀强度整体呈现先减小后增加的趋势,1980—1999年年均土壤侵蚀模数波动下降,2000—2017年年均土壤侵蚀模数则呈现不显著上升趋势;流域中上游地区土壤侵蚀变化较为显著,下游地区侵蚀强度先增加后减小。年均土壤侵蚀模数与降雨侵蚀力呈显著正相关关系,Pearson相关系数为0.92,而与NDVI关系不显著。不同土地利用类型中,土壤侵蚀最强烈的是未利用地,其次是稀疏草地,由于其面积占比最高,对流域总侵蚀量的贡献比超过54%。[结论]降雨是影响雅江流域土壤侵蚀强度变化的主要因素,未来土壤侵蚀防治的重点区域应为流域东部下游降雨量较大的地区,重点防范极端降雨造成的水土流失。     

内蒙古近53年连续无雨期的时空变化特征

利用我国内蒙古自治区1960—2012年46个气象站点的逐日降水数据,分析了该地区连续无雨期的时空变化特征。计算了3个连续无雨期指数:连续无雨期次数(NDS)、连续无雨期平均日数(MDS)和最长连续无雨期日数(MLDS),并通过线性倾向估计法和MK趋势检验法研究连续无雨期指数的变化特征。结果表明:MDS,MLDS呈现自西向东的梯度递减,而NDS则呈现相反的空间分布。连续无雨期指数的空间分布表明内蒙古西部的干旱强度要高于其他区域。年尺度下,内蒙古大部分站点的NDS,MLDS呈现不显著的减少趋势,而多数站点的MDS呈现不显著的增加趋势。月尺度下,内蒙古7月、8月连续无雨期的变化特征较显著。研究区7月、8月的NDS呈显著减少趋势,而MDS,MLDS表现为显著增加趋势。连续无雨期的季节变化表明内蒙古夏季干旱化程度正逐步加重。     

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。     

2001—2018年雅砻江流域植被NDVI时空动态及其对气候变化的响应

为了了解雅砻江流域植被覆盖变化及其对气候的响应,基于MOD13Q1和气象数据,采用趋势分析和偏相关分析等方法,分析了2001—2018年雅砻江流域生长季NDVI的时空变化特征,探讨了NDVI变化对气候因子的响应。结果表明:(1)2001—2018年雅砻江流域NDVI均值为0.66,呈东南向西北逐渐下降趋势,并随海拔的升高呈先增后减趋势;(2)2001—2018年雅砻江流域NDVI整体以0.003/10 a的速率波动上升,NDVI增加面积(63.97%)大于减少面积(36.03%); 2001—2018年雅砻江流域生长季的气温上升趋势显著,降水上升趋势不明显,流域上、中游气候向暖湿方向发展;(3)整体上NDVI受气温影响大于降水,与气温呈正相关关系,与降水呈负相关关系; 空间差异明显,上游受气温和降水共同影响,中、下游大部分地区受降水影响。整体而言,雅砻江流域被的生长受地形、气候和人类活动等因素影响,近18年植被NDVI改善面积持续增加。     

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。     

基于Budyko假设的金溪流域径流变化归因分析

[目的]探究金溪流域径流变化特征及其原因,对于水库运行调度及水资源管理具有重要指导作用。[方法]基于1982—2015年流域气象水文数据以及植被NDVI数据,采用线性回归法、Mann-Kendall突变检验及滑动T突变检验法分析径流变化特征,进一步采用Budyko水热耦合平衡方程计算各影响因子对流域径流变化的贡献率。[结果]金溪流域年径流深、降雨量均呈不显著上升趋势,变化速率分别为3.89 mm/a, 8.43 mm/a。潜在蒸散发量呈显著上升趋势,变化速率为1.17 mm/a。通过突变检验可将金溪流域径流序列分为基准期1982—2002年和变化期2003—2015年。金溪流域径流变化归因分析表明：下垫面变化对径流变化的贡献率为123.55%,潜在蒸散发的贡献率为33.83%,降雨贡献率为-57.38%,流域下垫面变化主要源于植被情况显著改善,其中NDVI在基准期上升速率为0.005/10 a,在变化期上升速率为0.024/10 a。[结论]导致金溪流域径流变化的主要源于植被情况的显著改善,金溪流域径流变化的归因分析为金溪流域的水资源利用提供了理论支持。     

山西黄河流域不同土地利用类型NDVI时空变化及其对气温、降水的响应

[目的]了解山西黄河流域不同土地利用类型NDVI时空变化及其对气温、降水的响应关系,对该流域生态保护、修复和高质量发展具有重要的意义。[方法]基于1998—2018年NDVI数据,利用NDVI变化趋势、变异系数、空间自相关等方法,对山西黄河流域不同土地利用类型NDVI时空变化特征及其与气温、降水的关系进行分析。[结果]不同土地利用类型NDVI变化趋势均呈向好态势,草地和林地覆盖状况优于整体水平。NDVI在空间上整体呈南北纵列、高低相间的分布格局,吕梁山和太岳山—中条山高,西部高原丘陵区和汾河谷地低。NDVI变化趋势的空间异质性显著,植被以显著改善为主。林地改善趋势的稳定性最好。NDVI表现出明显的空间集聚性特征,其中耕地NDVI变化趋势聚集特征最明显。不同土地利用类型NDVI对降水的敏感性强于气温。[结论]山西黄河流域不同土地利用类型NDVI时空变化差异显著,并对气温和降水存在响应关系,此研究将为该流域生态保护和建设提供更精准的植被恢复数据及其和气温、降水关系的基础资料。     

黄河河口-龙门区间降雨时空分布特征及其与流域产沙的关系

[目的]揭示黄土高原典型多沙粗沙区河口—龙门区间降雨时空分布特征及其与流域产沙的关系,为区域水土保持规划的制定提供科学依据。[方法]基于降雨和产沙模数资料,采用泰森多边形加权变差系数法、K-means聚类分析以及线性回归分析,系统研究河口—龙门区间降雨和产沙的空间变异规律。[结果] 1959—2015年期间,河龙区间汛期降雨和汛期降雨侵蚀力具有相同的空间分布特征,但是汛期降雨侵蚀力表现出更强的空间变异性,两者在年内和年际时间尺度上分别表现出相同的空间分布特征,并且具有纬度地带性(p0.01)。汛期降雨和汛期降雨侵蚀力在支流尺度上的空间变异性差异不大,具有同增同减的变化趋势。[结论] 1959—2015年期间,水土流失大规模治理以前,河口—龙门区间流域产沙主要受降雨的影响(p0.01),水土流失治理以后,流域产沙量锐减,降雨和流域产沙模数无显著相关关系。     

基于不同模型的黄河中游降雨侵蚀力时空变化分析

[目的] 基于不同模型探究黄河中游地区降雨侵蚀力的时空演变特征,为该地区水土流失危害评估、水土保持措施规划提供参考依据。[方法] 采用黄河中游1981—2020年日降雨量数据集,基于两种降雨侵蚀力模型探究了降雨和降雨侵蚀性的时空变化特征。 [结果] 黄河中游年均降雨量为349.90～699.90 mm,空间上自东南向西北呈波浪形递减趋势,时间上呈多峰状不显著的波动上升趋势特征,存在2 a主周期变化特征。黄河中游两种模型的降雨侵蚀力年际变化趋势特征和周期性相似,但降雨量越大的地区,两模型估算的降雨侵蚀力结果相差越大。谢云模型估算的降雨侵蚀力结果与降雨量相对更拟合。黄河中游年均降雨侵蚀力为767.00～3 003.40 MJ·mm/(hm²·h),具有高度月度集中性,集中于7—8月,呈单峰型。 [结论] 黄河中游年均降雨侵蚀力具有显著的垂直空间差异,且在地形和地貌影响下空间差异会发生变化,高海拔地区的变化系数通常高于低海拔地区。在东南部秦岭山区和关中平原等地区,随海拔升高,降雨侵蚀力迅速减少,在西北部黄土高原区,随海拔升高而逐渐增加。因此在黄河中游降雨侵蚀性增加的地区,应采取适当措施,减少土壤侵蚀的潜在风险,确保区域生态安全的可持续发展。     

黑河上游天涝池流域生长季降雨和气温对河川径流的影响

西北干旱区的水资源短缺问题日益突出,但黑河上游高寒山区河川径流相关的精确水文资料稀缺,开展观测和研究其变化规律尤为必要。选择黑河上游天涝池流域为研究区,通过逐日观测2016年、2017年、2019年生长季河川径流量、降雨量和气温数据,采用相关分析和多元线性回归方法,分析了降雨和气温要素对河川径流的影响。结果表明:生长季内月均径流量明显滞后月均降雨量和月均温,三者均呈现出单峰变化趋势; 河川径流对降雨的平均滞后时间约为7.5 d。生长季内月均降雨量、月均温与月均径流量的Pearson相关系数分别为0.69,0.87(p<0.01),拟合多元线性回归模型的R²为0.772。研究显示该流域内降雨和气温较好地解释河川径流量的变化,结果可为黑河上游山区的河川径流响应过程提供参考依据。     

延河流域典型治理阶段的土壤保持功能时空变化及驱动因素分析

[目的]探究黄土高原所进行的退耕还林(草)及治沟造地等典型治理工程的生态系统水土保持功能时空变化及其驱动因素,对于黄土高原进一步发展具有重要指导作用。[方法]通过构建延河流域InVEST生态服务功能模型和地理探测器的方法,在验证的基础上,研究了典型治理阶段流域的生态系统土壤保持功能。[结果](1)在时间变化上,与退耕还林前(1990—2000)相比,退耕还林期(2000—2010)和退耕还林+治沟造地期(2010—2017)的多年平均土壤保持量分别增加了32.29%,55.61%,年均增加4.92×10⁶ t;(2)在空间分布上,林草地和治沟造地的面积增加区域与土壤保持量增加区域具有一致性,治沟造地工程使得延河流域耕地整体的土壤保持能力提高,单位造地面积的土壤保持量增加7 t/hm²。土壤保持量随坡度、高程的增加呈现先增加后减少的趋势,在海拔1 200～1 500 m,坡度15°～25°范围内土壤保持总量占年总土壤保持量比例较高。[结论]土地利用类型的变化是影响土壤保持空间分布格局的主要驱动因子。延河流域土壤保持功能时空变化的驱动因素分析为黄...     

淮河流域不同量级降雨时空分布特征及其影响因素

采用淮河流域1965—2016年67个气象站点52 a的逐日降水资料,应用Mann-Kendall趋势检验法、反距离权重插值法和Morlet小波分析法,研究了不同量级降雨时空分布特征及其影响因素。结果表明:（1）淮河流域各量级降雨的年降水量均呈增大趋势,其中暴雨的年降水量年际变化波动相对较大。（2）整个淮河流域的降雨以中、大和暴雨为主,且比较集中。（3）淮河流域小雨和中雨的年降水量由南向北的递减较为平均,各级雨量带呈条带状分布,而大雨和暴雨的各级雨量带无条带状分布的规律。此外,不同量级降雨的降水日数和降水量空间分布一致,均具有“由南向北,依次递减”的特点。（4）1965—2016年,太阳黑子出现极值的年份与淮河流域各量级降雨的降水量极值年份并不完全对应。淮河流域暴雨的年降水量和太阳黑子数都在15 a左右尺度上震荡明显,虽然尺度上不能完全对应,但有交叉,说明暴雨的年降水量和太阳黑子数存在相似的振荡周期变化。     

2001-2018年西江流域水分利用效率时空变化及影响因素

[目的]探究气候变化形势下流域的碳循环和水循环相互关系,对流域的水资源科学配置有重大意义。[方法]以西江流域为例,基于2001—2018年GLASS产品中的初级生产力(GPP)和蒸散发(ET)数据,定量计算区域生态系统植被水分利用效率(WUE),利用趋势分析和偏相关分析的方法研究植被WUE时空演变特征及其影响因素。[结果]2001—2018年西江流域植被的WUE总体呈增加趋势;林地的WUE增长速率最快,草地次之,耕地最慢。从空间分布来看,WUE值从广西中部的耕地向四周逐渐升高,WUE低值还零星分布在云南东部的台地和丘陵地区;西江流域15.23%,12.12%的区域WUE分别与气温、降水呈显著正相关;11.54%的区域WUE与太阳辐射呈显著负相关;NDVI与WUE具有显著正相关性;WUE随海拔的上升呈上升—平缓—上升的趋势,在2 100 m左右,WUE出现明显波动。[结论]气候因子、NDVI、海拔、人类活动均不同程度影响西江流域植被的水分利用效率,本研究可为西南喀斯特地区石漠化治理和流域生态防护林体系的建设提供参考。