兰州市生态环境质量时空变化及驱动力分析

文中基于GEE云平台计算的遥感生态指数(RSEI),定量分析了兰州市近40年生态环境质量的时空变化及其驱动力。结果表明：1)兰州市RSEI在0.28～0.46之间波动上升,可以分为三个阶段：1986-1998年、1999-2012年和2013-2021年,各阶段RSEI的年增长率分别为0.25%、0.78%和0.18%,表明近40年来兰州市生态环境质量呈阶段性改善状态。2)空间上,2013-2021年兰州市南部的山地森林带和自然保护地RSEI明显增加,而北部兰州新区与主城区之间的黄土丘陵地带的裸地和草地有所退化,1986-2012年与之相反。3)不同土地利用类型RSEI变化趋势不一致,但耕地RSEI持续变好,表明退耕还林还草工程实施对生态环境改善具有显著的促进作用。4)线性混合效应模型分析表明：人类活动对RSEI变化的贡献率为90%,其中绿化覆盖面积是主要贡献因子。综上,人类活动对近40年来兰州市生态环境质量改善发挥了巨大作用。     

石羊河流域下游民勤县生态需水量研究

在大量调查资料及试验的基础上,结合对近几年来的科研成果及相关资料分析,从系统的角度,研究了石羊河流域生态需水量,并提出了在一定水资源条件下的受损生态系统恢复建议。     

1973-2010年石羊河流域耕地时空变化研究

以石羊河流域耕地资源为研究对象,在GIS支持下,利用遥感影像(TM、MSS和CBERS)解译了石羊河流域1973年、1987年、1994年、1998年、2005年和2010年不同时期耕地的土地利用/覆盖变化信息。结果表明:1在过去的30多年,石羊河流域耕地面积的增加主要分布在中游和下游。2从耕地动态度来看,20世纪90年代是耕地面积增加最多、变化最激烈的时期;近年来,上、下游的耕地面积处于平稳状态,甚至出现缩小。3石羊河流域耕地重心总体向东北迁移。4石羊河流域耕地破碎度和重要值逐渐增大,而耕地的分离度略有减少。人口的增加、国家政策和水资源变化是影响石羊河流域耕地动态变化的主要原因。     

石羊河流域生态风险敏感性因子的确定

本文从风险的角度对石羊河流域日益恶化的生态环境问题进行了探讨。首先 ,在系统定性分析的基础上 ,将石羊河流域生态风险分为水资源短缺风险及土壤和植被破坏风险 ,并建立了相应的风险指标体系。然后 ,对流域内 6个行政分区的风险因子值进行了获取工作。针对石羊河流域的实际资料 ,采用主成分分析法和改进的灰色关联度法对风险因子进行筛选 ,最终确定出敏感性风险因子 ,为进一步进行风险评价奠定了基础 ,同时也为制订风险的防范措施和对策提供了理论依据。     

基于SRP模型的石羊河流域生态脆弱性评价

随着社会经济的快速发展,各地区生态环境脆弱性日益显现。文中通过SRP概念模型构建石羊河流域生态脆弱性评价指标体系,利用遥感和GIS技术,采用主成分分析法,系统、定量地对石羊河流域2005、2010、2015年生态脆弱性进行评价。结果表明:1)受自然因素和人为因素共同影响,石羊河流域生态脆弱程度整体处于重度脆弱水平;2)空间上,石羊河流域生态脆弱性总体分布呈从上游到下游明显加重的趋势,重度脆弱面积和极度脆弱面积占总面积的比重较大;时间上,流域在2005～2015年间生态状况总体呈轻微转好的态势;3)石羊河流域生态脆弱性具有强烈的空间自相关特征。     

石羊河流域北部平原区生态安全评价

论文采用主成分聚类分析的方法对石羊河流域北部平原区生态安全进行评价,并对影响指标进行了分类。在建立生态安全评价指标体系的基础上,用主成分分析剔除存在相关性、信息重叠的指标,得到具有代表性的主成分指标代替原来的评价指标,对流域生态安全进行聚类分析。所得符合实际,可为石羊河流域生态环境综合治理提供参考。     

石羊河流域上游生态系统服务价值的变化研究

研究土地利用变化对区域生态系统服务价值的影响具有重要意义。以石羊河流域上游2000年和2006年30×30m分辨率的Landsat TM图像解译数据为基础,采用谢高地等人制定的中国陆地生态系统单位面积服务价值表,估算了石羊河流域上游土地利用变化引起的生态系统服务价值变化。研究结果表明:2000～2006的6年间,土地利用变化损害了该区域生态系统的服务功能,使生态系统服务价值从2000年的100亿元降低到2006年的97.18亿元,损失了28.82亿元,减幅达2.82%。应加强祁连山水源涵养林区、天然草场的保护和建设,加强耕地和湿地的封育保护,合理控制城镇建设用地的扩展,尽可能恢复和提高石羊河流域上游生态系统服务功能。     

基于3S的石羊河流域生态功能区划研究

生态功能区划是生态系统和自然资源科学管理及持续利用的基础,可为生态恢复与重建提供科学依据。在综合分析石羊河流域生态环境基本特征的基础上,确定生态功能区划原则、依据、方法及命名,探讨利用3S技术进行生态功能区划的方法,分析各功能区的主要特征。对石羊河流域生态环境综合治理具有重要的现实意义。     

石羊河流域经济发展与生态保护对策

甘肃省石羊河流域是资源性缺水地区,水资源严重地制约着当地的社会经济发展,同时,由于社会经济系统大量挤占了生态用水,下游民勤绿洲的生态系统已濒临崩溃。通过分析地下水与干旱区生态植被系统的关系,在量化流域生态恢复目标的基础上,提出了石羊河流域经济发展与生态保护对策。建议建立石羊河节水型生态特区,并初步进行了规划,对节水型生态特区的发展进行了讨论。     

石羊河流域植被净初级生产力时空变化及驱动因素

利用CASA模型（Carnegie-Ames-Stanford Approach）模拟石羊河流域2000—2020年植被净初级生产力（NPP）,分析流域NPP的时空变化特征、稳定性和未来变化趋势,并从气候因素、地形因素和人类活动因素3个方面探讨对NPP的变化影响。结果表明：（1）2000—2020年石羊河流域植被NPP多年平均值为291.01 g C·m-2·a-1,呈不显著增加趋势,空间分布呈南高北低的分布格局。（2）2000年以来植被NPP呈增加趋势的区域占总面积的86.4%,其中极显著增加和显著增加的区域分别占6.7%和10.1%。（3）NPP变化在中等波动以上（变异系数Cv≥0.25）的区域所占比例为50.4%。（4）从未来变化趋势看,石羊河流域植被NPP恢复的持续性较弱,呈增加并反持续的地区所占比例达到57.1%。（5）流域的植被NPP变化与气温、降水均成正相关,对气温的响应更为敏感。NPP随海拔高度和坡度增加呈现增大后减小趋势,近年来流域实施的一系列人工造林、退耕还林还草等措施对植被NPP的增加具有明显促进作用。     

玛纳斯河流域生态环境质量时空分异评价

利用3S空间分析和地学统计分析方法,选取植被覆盖度、坡度、土壤等归一化生态指数,采用生态要素及功能叠加的转移矩阵模型,研究了新疆玛纳斯河流域生态要素及环境质量时空分异规律。研究得出:①总体上玛纳斯河流域仍保持山地、绿洲、荒漠的空间分异格局,生态环境整体质量较差,但转好趋势明显,城乡建设格局变化决定着局地环境动态演变。②人工绿洲、山前缓冲区生态质量最好但变化较快,农田内部的盐渍化虽然得到很好控制,但大量盐分被排入下游及周边,对自然绿洲造成新的危害。中山林草带植被覆盖、土壤恢复、水土保持较好。③2000-2008年流域生态环境质量缓慢好转,其中以生态环境质量由差转中为主,集中在古尔班通古特沙漠,虽然绿洲-荒漠过渡带生态恢复明显,但高山冰雪带不断萎缩;2008-2016年流域生态环境质量明显转好,其中以生态环境质量由中变良为主,集中在山前缓冲区,虽然山地-绿洲过渡带生态改善进程加快,但高山冰雪带仍持续退缩。     

石羊河流域干旱变化特征及对牧草生产的影响

利用1951-2010年的降水和温度,通过降水温度均一化指数变化趋势、干旱站次比和连旱频次,分析了干旱的时间变化特征和空间变化特征,结合牧草产量资料,分析了干旱对牧草生产的影响。结果表明:石羊河流域整体上趋于干旱化,干旱区域有扩大趋势。近30年下游干旱化明显高于中、上游地区。石羊河流域干旱导致牧草减产,降水温度均一化指数每减少一个点,牧草产量每公顷减产149.24kg。不同月份的干旱对牧草产量的影响程度各不相同,4月份的干旱对牧草生长抑制作用最大。     

石羊河流域蒸散发遥感反演方法

蒸散是水资源管理的一个重要参数。与传统的蒸散计算方法相比,利用遥感进行蒸散研究具有快速、准确、大区域尺度及地图可视化显示等特点。本文通过研究,提出了基于能量平衡方法遥感反演蒸散发的计算模型,指出了模型参数的求解方法,建立了基于MOD IS遥感数据的大区域蒸散发遥感反演技术方法。通过对石羊河流域进行试验,证明该方法具有很强的实用性,并且具有进一步推广的技术前景。     

石羊河流域生态经济系统的主要问题与协调发展对策

石羊河流域是社会经济活动对水资源依赖性极强的区域,水资源的供需状况成了决定本区发展的生命线。随着人口的增长和经济的发展,石羊河流域的水资源严重超载,社会经济用水挤占生态用水,原有的水资源利用方式和经济发展模式已经不能适应整个流域可持续发展的需要,生态环境日益恶化,植被退化、枯死,沙漠不断向绿洲逼近,沙尘暴频发。在反思惨痛教训的基础上,提出了石羊河流域上中下游的功能定位。为了保证生态经济系统的协调发展,提出了该流域的发展对策。     

西北干旱内陆区石羊河流域用水结构演变及其驱动力分析

基于1991~2004年的甘肃省水资源公报中的用水数据,采用信息熵描述用水结构的演变,运用因子分析法研究用水结构演变的驱动力。结果表明,石羊河流域的用水结构特点是以农业用水为主,工业、生活及生态用水比例小;1991年以来总用水量变化不明显,农业用水比例降低,工业、生活用水比例相应增加;用水结构信息熵结果表明:金昌市的用水结构信息熵显著增加,而武威市和全流域的未来趋势不明显;因子分析结果显示以农业发展为主的社会经济因子是石羊河流域用水结构演变的主要驱动力。因此,石羊河流域应继续加大用水结构调整力度,通过关井压田和节水技术的推广降低农业用水比例,发展高效节水农业。     

2005-2015年石羊河流域生态系统服务时空分异

生态系统服务研究是目前生态学领域的热点和前沿。以石羊河流域为研究区,借助GIS技术和方法,对流域2005、2010年和2015年的水源涵养、土壤保持、水质净化、碳储存、生物多样性、食品供给6项服务进行定量评估,并对不同地类的服务变化规律及生态系统功能分区进行探索与研究。结果表明：① 各服务类型在空间上表现出差异性规律：水源涵养、生物多样性、碳储存在空间上呈现西南高东北低,高值沿河流及周围带状分布的空间格局;水质净化高值区分布较为零碎;武威、永昌和民勤盆地等地为食品供给服务的高值区。② 在不同土地利用类型中,草地和耕地是承担生态系统供给服务的关键角色。③ 研究区划分为3项生态功能区,即祁连山生态保育区、流域绿洲生态功能区、荒漠生态功能区。通过对石羊河流域生态系统服务时空分异特征进行深入分析,以期为相关研究提供数据和方法支持,并为相关流域生态保护与建设目标提供科学参考。     

石羊河流域水文气象要素变化的奇异谱分析

面对全球变暖的大趋势,气候变化对水文水资源系统的影响逐渐得到重视。为了研究石羊河流域水文气候的变化规律,采用奇异谱分析方法对流域产流区1959-2008年气温、降雨和径流的月序列的周期与趋势变化进行分析,结果表明:石羊河流域近50年来气温序列存在一年、半年以及109个月三种振荡周期,气温变化趋势不显著;降雨序列主要存在一年、半年、4月以及156月四种振荡周期,降雨量的变化有较明显的增加趋势;径流序列主要存在一年、半年、41月以及65月四种振荡周期,径流量变化整体处于波动减小的趋势中。该结果对石羊河流域气候变化与同期径流变化的趋势给出了明确的物理理解,为未来趋势的预测以及流域水资源管理决策的制定有一定的参考意义。     

基于CMIP6多模式预估数据的石羊河流域未来气候变化趋势分析

石羊河流域地处我国西北干旱区和季风区边缘,流域内绿洲农业的快速发展导致水资源开发利用程度极高,生态环境脆弱,未来气候变化加剧了流域水资源的不确定性,对粮食安全与经济发展构成威胁。本文基于观测数据,评估第6次国际耦合模式比较计划（CMIP6）的11个气候模式在石羊河流域的模拟能力,用等距离累积分布函数法对气候数据进行降尺度,得到该流域的未来气候变化趋势。结果表明：（1）CMIP6模式数据在石羊河流域具有良好的适用性,多模式集合平均数据对石羊河流域降水和气温的模拟性能均优于其他模式。（2）未来不同情景下（2023—2100年）,流域内降水量、气温和潜在蒸散发量均呈显著上升趋势,且随着辐射强迫增加而增大。（3）未来时期石羊河流域的干燥度指数整体减小,流域气候趋向暖湿化,且民勤盆地是流域内对气候变化最敏感的地区。研究结果对于石羊河流域应对气候变化、保障经济和农业可持续发展具有重要的参考价值。     

近60 a石羊河流域蒸发量变化及其原因分析

蒸发是水循环的关键环节,理解蒸发变化及其原因对于水资源可持续利用具有重要意义。以石羊河流域为例,选取自南向北沿海拔梯度递减的乌鞘岭、永昌、武威和民勤4个气象站近60 a(1958—2017年)数据资料,基于改进的PenPan模型分析了石羊河流域蒸发量时空变化特征及其原因。结果表明：（1）空间上,石羊河流域蒸发量变化存在海拔效应,随着海拔的增加蒸发量显著减少,递减率约为38 mm·(100m)-1;时间上,蒸发量变化存在明显的分段特征,1958—1970年蒸发量减少,20世纪70年代以来蒸发量增加,尤其是平原区最为明显。（2）改进的PenPan模型能较好地模拟各站点日尺度和月尺度蒸发量的变化（R2>0.85）,为进一步提高模拟精度,模型中的风速函数有待修正。（3）改进的PenPan模型计算的辐射组分年际变化不大,但空气动力学组分波动上升,这与温度和饱和水气压差变化趋势一致,说明温度升高是引起石羊河流域70年代以来蒸发量增加的主要原因。说明在气候变暖背景下石羊河流域蒸发量将持续增加,也给未来强化水资源管理,保障可持续发展施加更大的压力。