北洛河流域不同地貌和植被类型区径流演变特征及控制因素

采用水文统计法,以北洛河流域丘陵沟壑区、高塬沟壑区、阶地平原区以及林区等不同地貌类型和覆被区水文测站资料为基础,分析其近50年来流域径流变化趋势、程度以及极端降雨事件下的稳定性,对比辨析区域尺度流域径流演变特征和控制因素。结果显示,总体上北洛河流域年径流量呈显著减少趋势,年均变率为-0.19mm/a。林区流域径流比较稳定,而非林区流域,无论哪种地貌类型,均呈显著减少趋势,变幅为-0.11~-0.66mm/a。丘陵沟壑区年径流量发生跃变时间在1999年左右,高塬沟壑区和阶地平原区变化时间则在1994年。在水文序列的3个阶段,即1979年前、1979年后水土流失治理效应期以及1999年后的退耕还林时期,丰水流量(5%)不受地貌类型差异和森林覆被与否的影响,各流域均呈持续减小趋势。而枯水流量(95%),受水土流失综合治理影响,各流域首先表现出一致地增加趋势,然后受退耕植被恢复类型和程度影响,在不同地貌类型间有差异。以草灌恢复为主的丘陵沟壑区流域,枯水流量持续增加,以林灌恢复为主的高塬沟壑区和阶地平原区反而呈减少趋势。平水流量(50%)在各流域间反应均变化较小。多重分形临界指数分析认为,总体上阶地平原区和林区流域径流稳定性最好,其次为高塬沟壑区,丘陵沟壑区稳定性最差。区域水土流失综合治理和植被恢复,对各流域1%~5%和5%~50%频域下的降雨-产流调控作用均比较有效,而对≤1%极端降雨事件的作用有限。结果表明,森林覆盖与否及植被恢复类型等生态因素,而不是地貌类型,控制着区域尺度径流演变过程和程度。     

近20年来北洛河流域植被覆盖度随地形因子变化特征探究

基于1987年、1995年、2007年3期Landsat TM影像数据,以像元二分法估算了北洛河流域不同时期的植被覆盖度,结合DEM地形高程数据提取的地形因子,分析了植被覆盖度地形分异及动态变化特征,以期对流域生态建设和效益评价提供基础信息。结果表明:流域中9/10的面积为地形破碎的丘陵沟壑区和高塬沟壑区,2/3面积为8°~25°的斜坡地和陡坡地,各坡向面积相差不大。流域平均植被覆盖度从1987年的41.1%,1995年45.4%,增至2007年的63.4%。在各高程带、各坡度段和各坡向上,与1987年比,1995年虽有轻微增加,但其分布格局基本一致。2007年植被覆盖度在不同地形指标上均有显著增加,尤其在900~1 300m高程带、35°坡度段、阳向坡上植被改善程度显著。     

黄土高原不同地貌类型区植被恢复潜力及其土地利用变化

黄土高原1999年开始的退耕还林（草）工程，对植被覆盖与土地利用结构产生了深刻影响，评估黄土高原未来植被恢复潜力、植树造林适宜区以及土地利用变化，对黄土高原生态保护和高质量发展具有重要意义。该研究基于北洛河流域2020年下垫面状况，借鉴"相似生境法"，对不同地貌类型区的未来恢复潜力、植树造林适宜区与土地利用变化进行了分析。结果表明：1）丘陵沟壑区目前平均植被盖度为61.9%，未来20~30 a仍有9.2%左右的上升空间，植被可恢复土地面积约占丘陵区的36.4%。土石山林区尚有11.5%的土地面积具有恢复余地，高塬沟壑区与阶地平原区植被盖度恢复余地很小。2）未来土地利用变化面积主要集中在丘陵沟壑区，与2020年相比，其耕地将减少47.4%，而林地与草地会增加0.7%与15.8%。土石山林区耕地将减少23.0%，林地与草地分别会增加0.2%与36.0%。3）基于"适地适树"原则下的情景模拟，高塬沟壑区与阶地平原区分别有279.16、233.73 km2面积可植树造林，而丘陵沟壑区大片可退耕土地适宜于自然恢复。结果表明，丘陵沟壑区仍是未来生态恢复重点关注区域，是黄河流域生态保护和高质量发展的热点区域。     

1981—2012年黄土高原植被覆盖度时空变化特征

植被覆盖度是反映植被覆盖状况最直接的指标。基于1981—2012年的MODIS影像,采用像元二分模型反演黄土高原植被覆盖度,分析了黄土高原各省区、典型流域及土壤侵蚀类型区生长季(5—10月)的植被覆盖度时空动态变化。结果表明:1981—2012年期间,黄土高原生长季植被覆盖度由31%增加到50%,呈显著上升趋势,但各区域增长幅度不同。2001年之前,黄土高原植被覆盖度平均为36%,年际间以小幅波动为主;之后,该区生长季年平均植被覆盖度为41%,年际间呈显著增加趋势。按省区,河南省植被覆盖度增幅最大,陕西省次之,内蒙古、宁夏增幅不明显且覆盖度在20%左右波动。按典型流域,延河流域增幅最大,窟野河流域增幅最小。按土壤侵蚀类型,水力侵蚀区植被覆盖度增长较快,风力侵蚀区则变化不明显。按植被覆盖度构成,低覆盖度面积比例减少,高覆盖度面积比例增加,其中黄土高原丘陵沟壑区植被覆盖度增加趋势最为明显,植被恢复成效显著。     

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...     

北洛河流域气象干旱百年演化特征研究

[目的]揭示黄土高原典型区域百年尺度干旱演化特征，与地貌类型耦合阐明气象干旱的时空变化规律，进而为北洛河流域综合治理提供科技支撑。[方法]基于1915—2020年北洛河流域1 km分辨率的平均气温及降水数据，计算了年际标准化降水蒸散指数(SPEI),并结合Theil-Sen Median趋势分析、Mann-Kendall检验、小波分析、反距离权重插值(IDW)等方法，分析了流域内100余年不同地貌类型区的气象干旱时空演变特征。[结果](1)北洛河流域降水量及平均气温的空间分布差异较大，总体呈现东南向西北递减的特点；降水量多呈条带状分布，平均气温沿河道自上而下梯度增加，上游区(丘陵沟壑区)降水量相对较少，下游区(阶地平原区)平均气温相对偏高；(2) 1915—2020年北洛河流域SPEI-12震荡明显，干旱事件交替出现且弱减，下降速率为-0.04/10 a, 1942年，1990年和2010年为旱势转折年，并以1990年最为明显；周期变化大致可从1960年分为两个时期，之前以10 a, 17 a为主，其后为3 a, 7 a, 30 a左右，10 a和30 a周期在不同时期干旱变化中起主导...     

黄土高原丘陵区不同植被恢复方式下土壤水分特征——以桥子沟流域为例

为研究黄土高原丘陵沟壑区不同植被恢复方式下的土壤水分特征,以天水典型对比小流域——桥子西沟(自然恢复的荒草地)和桥子东沟(人工恢复的刺槐林地)为例,基于2流域5-8月0～ 100 cm深度土壤质量含水量和氢氧同位素浓度,定量分析不同植被恢复方式下降水和坡向对土壤水分影响.结果表明:以刺槐林地为主的流域土壤含水量低于以荒草地为主的流域(16.72％)约3.70％,对降水量的响应较弱,各土层含水量变异系数较高.土壤水分存在临界变化深度,刺槐林地为主的流域在10 cm以下含水量趋于稳定,最大蒸发深度为55 cm,荒草地为主的流域在30 cm以下含水量开始增加,最大蒸发深度为30 cm.两流域含水量均遵循阴坡＞半阴坡＞半阳坡,δo18的分布不符合这一规律.以刺槐林地为主的流域含水量随坡向变化较小,而以荒草地为主的流域受坡向影响较大,坡向对土壤水分的影响受植被因子的制约.以自然恢复荒草地为主的恢复方式可以较好的增加土壤水库蓄水量,有利于流域生态的可持续发展.     

2000-2013年无定河流域植被覆盖变化及其固碳效应

[目的]评估2000-2013年无定河流域水土保持和退耕还林(草)的成效,为评估无定河流域生态修复工程成效提供数据支撑.[方法]采用线性回归、相关系数和偏相关系数等方法,分析无定河流域2000-2013年NDVI(归一化植被指数)与NPP(净初级生产力)的变化及影响因素.[结果](1) 20002013年,无定河流域植被覆盖增长率3.39％/a,远高于1999-2008年黄土高原植被覆盖增长率0.99％/a,且植被覆盖呈现阶段性的变化特征,其中有2次持续增长期.(2)无定河流域植被覆盖变化以明显增加趋势为主,集中分布于黄土丘陵沟壑区,退化区域仅占3.95％,“线状”分布于植被覆盖基数较好的河谷两岸.(3) 2000-2013年,无定河流域植被累计固碳增加量1.96×107 t,相当于2010年陕西省能源消费碳排放的22.82％,累计固碳价值增加量2.36×1010元,相当于2010年陕西省GDP的2.33％.[结论]无定河流域植被覆盖与固碳持续增加,主要驱动因素为人类活动,尤其是水土保持和退耕还林(草)等工程的实施.     

降水和土地利用变化对罗玉沟流域水沙关系的影响

为探讨降水和土地利用变化对流域水沙关系的影响,以黄土高原丘陵沟壑区罗玉沟流域为研究区域,利用流域25年(1986—2010年)的年降水量、年径流量和年输沙量以及土地利用变化资料,分析罗玉沟流域水沙演变规律和水沙关系变化。结果表明:在1986—2010年罗玉沟流域年降水量和汛期降水量基本保持平稳,无明显的增减趋势,而流域年径流量和年输沙量整体呈波动递减的变化趋势,降水与径流相关分析得出,汛期产流产沙对流域年径流量和年输沙量影响最显著。对不同时期流域水沙变化分析,土地利用方式改变,主要是梯田、林草等水土保持措施,对于流域减水减沙作用有限,梯田和林草面积的增加并未明显改变流域水沙关系,淤地坝等工程措施对黄土高原丘陵沟壑区流域减水减沙具有重要作用。研究结果可为黄土丘陵沟壑区水土流失治理及水土保持措施布设提供理论依据。     

基于MOD16的北洛河流域蒸散发空间格局演变研究

[目的]探究北洛河流域地表实际蒸散发年际和年内的时空变化特征,为该区域的生态基准与生态需水量研究、退耕还林效果研究提供理论依据。[方法]基于北洛河流域2000—2014年MOD16遥感数据、气象数据、水文数据和2011年土地利用数据,采用流域水量平衡法、均值法、标准差法和线性趋势法进行蒸散发(ET)时空变化特征分析。[结果]流域年蒸散量在波动中缓慢上升,波动范围为395.4~517.4mm/a,15aET均值为446.74mm/a,年内蒸散量呈单峰型分布,季节性变化特征明显,地表蒸散主要集中在5—9月,最高值出现在8月;经与北洛河流域的实测降水空间插值结果比较,MOD16-ET估算结果的相对误差均值为12.04%,相关系数达到0.81;流域内上游至下游的ET剖面线波动明显,呈不规则的"波动曲线"形态;流域内ET值年际变化空间分布特征明显,中游和上游地区以增加趋势为主,下游以减少趋势为主。[结论]近15a来北洛河流域蒸散发整体呈现增大趋势,主要驱动因素为人类活动,尤其是退耕还林和水土保持等工程的实施。     

渭河流域相对湿度与植被覆盖变化及其响应关系

借助GIS、遥感技术和数理统计等方法,对渭河流域相对湿度和植被覆盖变化进行了研究,定量分析植被恢复对该地区空气相对湿度的影响。结果表明:(1)近60a相对湿度分布具有一定的纬度地带性,存在由北向南递增的特点。相对湿度总体上呈下降趋势,退耕10a间呈微弱上升趋势。(2)退耕10a间植被覆盖呈整体改善,局部恶化的趋势,近1/3的地区植被覆盖基本不变。植被覆盖状况改善较为明显的几个县(市)主要集中在渭河干流及泾河上游、马莲河上游、北洛河中游一带,植被退化的县(市)大多位于渭河中下游、泾河中上游地区。(3)退耕前的50a对于相对湿度影响较大的因子依次为降水、日照和气温。退耕后的10a相对湿度随着植被覆盖状况的改善(退化)而相应上升(下降)。(4)吴旗县冬季和年的相对湿度与NDVI呈负相关,春季和夏季的相对湿度与NDVI呈极显著的正相关。1982—2006年夏季湿润则植被状况较好,夏季干燥则植被状况较差。     

佳芦河流域林草覆被变化对产流机制的影响

以黄土高原佳芦河流域为研究区,收集整理了1966—2006年的水文气象资料,选取了60场洪水数据,在分析其洪水过程线、产流特征值、产流机制等因素的基础上,结合近30年来佳芦河流域林草覆被的变化情况,综合分析了佳芦河流域林草覆被对流域产流机制变化的响应机理,期望揭示黄河流域水沙减少的原因。结果表明,近30年来,佳芦河流域径流量骤减,相比60年代,2000年以后佳芦河流域年平均径流量减少近75.0%,林草覆盖率从8.0%增加到35.0%,流域蓄水容量随植被盖度的增大呈上升趋势。3个阶段1966—1975年、1976—1996年及1997—2006年流域超渗产流为主的洪水场次所占比例分别为72.8%,65.0%和60.0%,呈下降趋势;1997—2006年内混合及蓄满产流为主的洪水场次与1966—1975年相比分别增加8.4%和4.3%。研究结果有助于深入认识黄河流域主要水土流失区的产水规律,揭示黄河水量变化的机制,为该区开展生态建设提供科学依据。     

岷江上游流域植被覆盖度及其与地形因子的相关性

[目的]研究岷江上游流域植被覆盖度随不同高程带、坡度带、坡向分布变化的特征及相关性,为该地区利用有利地形加强生态环境建设和防治水土流失提供依据。[方法]在GIS和RS技术支持下,利用Landsat-8OLI遥感影像和DEM数据提取植被覆盖度和地形因子进行叠加分析,构建统计样本定量分析植被覆盖度与地形因子间的相关关系。[结果]研究区总体植被覆盖情况良好,中度以上植被覆盖区占研究区面积75.0%,低植被覆盖区仅占15.2%。植被覆盖度随海拔高度和坡度的增加呈先增加后降低的趋势,在海拔2 500~3 000m和坡度25°~45°达到最大值;阳坡的植被覆盖度略大于阴坡。各地形因子对不同植被覆盖度的影响程度不同,低植被覆盖区受坡度影响较显著,极高度植被覆盖区受海拔高度影响较显著,其他植被覆盖区与地形因子的相关性无明显规律。[结论]岷江上游流域植被覆盖度与地形因子关系紧密,地形因子变化对生态环境有重要影响。     

塔里木河干流植被覆盖度动态变化及驱动因素分析

针对经济发展和全球气候变化给塔里木河干流植被恢复带来的严重威胁,为加快塔里木河干流植被保护和恢复进程,对保护成效进行动态监测和准确评估,该研究选取2001-2021年MODIS遥感数据分析塔里木河干流植被覆盖动态变化特征;采用趋势分析法、变异系数法分析塔里木河干流植被发展趋势及稳定性,通过相关分析及地理探测器等方法,研究各驱动因素对植被覆盖变化的影响。结果表明：塔里木河干流植被覆盖度总体呈现相对稳定的波动上升趋势,且变化趋势具有明显季节性,在夏季植被覆盖度高达29.07%;植被覆盖度由高到低的顺序为上游、中游、下游,在空间上存在明显地域差异,7月份上游干流区域平均植被覆盖度可达到下游的3.26倍;塔里木河66.5%的区域植被覆盖度呈增加趋势,其中大部分区域（49.0%）为显著增加（P<0.05）;自然因素和人类活动的共同作用是塔里木河干流植被覆盖度呈现快速增加和空间差异的主要原因,其中又以人类活动对植被覆盖度影响更为直接。研究结果为当地生态环境保护提供科学依据。     

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。     

基于EEMD-SVM模型的北洛河上游径流预测

[目的]提高北洛河上游径流预报精度,为流域管理及水资源合理配置提供依据。[方法]以1971—2014年北洛河上游吴旗水文站实测径流资料为基础,采用EEMD-SVM耦合模型对吴旗站月径流序列进行了模拟预测,并与EEMD-ARIMA和EEMD-NAR两种耦合模型的预测结果进行对比。[结果]EEMD-SVM模型的平均绝对误差(MAE)和均方根误差(RMSE)最低,决定系数(R²)和纳什系数(NSE)最高。其中,相比于EEMD-ARIMA和EEMD-NAR模型,EEMD-SVM模型的决定系数(R²)分别提高了186.63%,49.49%。[结论]EEMD-SVM模型具有更高的预测精度和更强的非线性拟合能力,可以成功地应用于北洛河上游的月径流预报。同时,研究表明EEMD-NAR模型的预测性能高于EEMD-ARIMA性能。     

2000-2013年西安市植被覆盖度时空演变

随着黄土高原地区退耕还林政策的实施,近十几年西安市植被覆盖情况变化发生了显著变化。为了对西安市植被覆盖变化进行深入的研究,利用Mann-Kendall趋势检验法及Hurst指数、Pettitt检验法分析了2000-2013年来西安市植被覆盖度变化特征,并利用重心转移模型和相对发展率分析了西安市植被覆盖度变化的空间变化差异。结果表明:（1）西安市植被覆盖度中等程度变异面积占总面积10.02%;（2）西安市植被覆盖度呈增加趋势的面积占区域总面积86.54%,具有正向持续性的面积占区域总面积72.62%,35.30%面积植被覆盖度呈持续改善;（3）西安市植被覆盖度突变年份均显著发生在2004年、2005年、2006年、2007年、2008年,发生显著突变年份的面积占总面积的17.58%;（4）西安市植被覆盖度相对发展率空间变化范围为-9.07~7.49,相对发展率的负值占区域总面积的20.77%,西安市植被覆盖度空间重心呈现由西南逐渐向东北方向转移的趋势;（5）西安市降雨量与植被覆盖度均值均呈现增加趋势,相关系数为0.47（p<0.09）,空间分布重心呈现从东北向西南转移的趋势,与植被变化呈现相反的趋势。研究成果有助于进一步深化对西安市植被恢复状况及其影响因素的认识,为西安市植被恢复等生态建设工程提供一定的科学依据。     

近80年来北洛河流域径流变化特征及其归因分析

为了探究北洛河流域径流变化特征及其驱动因子,对流域治理规划和生态环境建设提供科学依据,基于北洛河流域1937—2018年径流数据,采用现代数理统计方法对径流特征进行了分析,并结合1952—2019年气象资料分析了气候变化对径流的影响。通过降水—径流双累积曲线法定量分析了气候变化和人类活动对径流变化的贡献率。结果表明：北洛河流域1937—2018年年均径流量显著减少(p<0.01),在1970年、1994年发生突变,且存在54 a的主周期变化。1956—2019年北洛河流域降水变化趋势不显著(p>0.05),气温显著增加(p<0.01),气候变化对北洛河径流量起到减小作用。与1957—1970年相比,1971—1994,1995—2018年人类活动对于径流减少的贡献率分别高达92%和97%,人类活动是使北洛河径流量发生减少和突变的关键因子。     

基于NDVI的石羊河流域植被演变特征及其对沙尘暴的影响分析

利用石羊河流域2000-2016年卫星遥感数据和7个气象站1961-2020年逐日沙尘暴资料,使用一元回归趋势法、线性倾向率、相关系数等方法,分析该流域植被覆盖与沙尘暴频次、持续时间、强度的多尺度变化特征及关系,探讨其对沙尘暴发生发展的影响程度.结果表明:流域植被轻微增大,NDVI以每年0.000 9的速度增大,200...