深圳市多年净初级生产力估算及格局演变分析

快速城市化进程中生态格局演变频繁,该文基于多时间序列的MODIS/NDVI遥感数据和气象数据,在空间分析技术支持下利用CASA光能利用率模型反演估算了深圳市2000-2015年生态系统净初级生产力(NPP),结合实地调查综合分析了NPP的时空分布特征以及生态格局演变特性。结果表明:NPP总量与NDVI的年均值呈现显著的正相关,气候、气象变化对NPP总量影响明显,2000、2005、2010、2015年深圳市生态系统分别净生产82.88、73.92、72.16、64.4万t碳,NPP总量整体呈连续下降趋势;NPP较高的区域主要分布在深圳市东南部环大鹏半岛-田头山-三洲田-梧桐山一带以及西部塘朗山-羊台山-凤凰山-罗田森林公园一带;2000-2015年间,深圳市北部生态格局演变频繁,人为干扰为主要驱动因子,较大面积的林地、湿地已演变为建设用地,西部生态格局演变程度其次,东南部生态格局最为稳定。     

土壤酸化-植被生产力空间信息模型构建及贵州典型森林对酸沉降的生态效应响应

将遥感数据驱动的土壤水平衡模型、植被生产力光能利用率模型与基于过程的土壤酸化模型、营养元素循环模型相耦合,建立森林土壤酸化-植被生产力空间信息模型,定量表达土壤和土壤水离子浓度、植被生产力、营养元素循环空间分异.将模型模块化,耦合于自主开发的EcoHAT系统(Ecohydrolgy Assessment Tools),并以贵州典型森林群落为研究对象,运用模型对群落土壤化学性质、植被生产力和营养元素生物循环的关键过程的时空演变模式进行了模拟和研究,与实验数据进行验证,取得良好的效果.运用情景设定的方式,定量模拟研究区酸雨的强度变化导致土壤中植被可吸收的盐基离子变化,以及对森林植被净第一性生产力(NPP)的间接影响.     

陆地生态系统净第一性生产力过程模型研究综述

陆地生态系统净第一性生产力的模拟已从统计模型发展到过程模型时代。过程模型从机理上对植物的生物物理过程以及影响因子进行分析和模拟,理论框架完整,结构严谨。论文从植物器官、个体、冠层、景观以及区域等不同尺度对过程模型进行分析。近年来,由于遥感和GIS技术的支持,使得遥感过程模型融合了遥感及时、准确、宏观、多尺度的优势而成为当前生产力模型的主攻方向。遥感过程模型可实现生态系统NPP的及时模拟和动态监测,便捷、准确地反映NPP的时空变化格局。而在NPP建模过程中,尺度转换是所面临的一个重要问题。不同尺度模型间扩展时,需要采取相应的数学手段进行尺度转换,同时遥感和GIS技术提供了尺度转换的有力工具。综观我国NPP研究的发展,起步晚、发展快是其特点。虽然取得了大量的研究成果,但过程模型的建模方面还很不足,这是一个亟待解决的问题。     

内蒙古典型草原区植被NPP对气候变化的响应

研究植被生产力对气候变化的响应是理解陆地生态系统与气候变化相互作用的重要基础,论文利用近45a内蒙古典型草原区55个气象台站的气象数据,采用Holdridge生命地带的气候指标和NPP区域估算模型,研究了内蒙古典型草原区植被净第一性生产力（NPP）对气候变化的响应。结果表明,1960-2004年间,内蒙古典型草原区域内,发生了以生物温度升高和湿润度降低为代表的生物气候明显变化;典型草原区年NPP和春、夏、秋3个季节的NPP均呈现增加趋势,其中夏季是NPP增加速率最快,增加量最大的季节;在区域上,年NPP呈现由东北至西南的递减态势,不同区域年NPP均有增加趋势,其中以中部区最为明显。     

贵州植被生产力时空变化分析:以威宁县为例

为了研究贵州高原植被生产力分布特点及其与地形变化的关系,该文使用MODIS下的MOD17A3H、MCD12Q1数据,辅助以DEM数据和GF1数据,利用移动平均趋势分析、线性回归分析、栅格统计分析等方法对威宁县2007-2015年间的植被生产力时空变化及其与海拔、地形起伏度的关系进行分析。结果表明:(1)2007-2015年之间,威宁县9年植被净第一性生产力(NPP)均值为607.04g/(m~2·a)(以C计),年增长率8.69 g/(m~2·a)(以C计)。(2)NPP均值林区大于草原,草原大于农业区;农业区域生产力总体上呈现增加趋势,林区NPP变化不大;(3)NPP分布与海拔无相关性或相关性不明确;地形起伏度与NPP相关性显著(sig=0.015),呈正相关,提示地形起伏大的区域NPP值越高。     

基于空间尺度效应的西南地区植被NPP影响因子探测

植被净初级生产力(NPP)是评价陆地生态系统质量的重要参数,研究植被NPP时空演变特征及其驱动力对区域生态环境保护和可持续发展具有重大意义.基于MODIS NPP数据、气象数据、 DEM数据、人口密度数据、 GDP数据和土地利用类型数据,采用一元线性回归分析、 R/S分析和地理探测器模型,分析西南地区及其六大地貌单元植被NPP时空演变特征及未来变化趋势,探究植被NPP空间分异的影响因子.结果表明,2000～2020年西南地区植被NPP整体呈极显著上升趋势.地貌单元中,除青藏高原南部外,其余地貌单元植被NPP均表现为改善态势,其中四川盆地和云贵高原表现为极显著改善.西南地区的植被NPP变化斜率整体呈现“东高西低”的分布格局.西南地区及各地貌单元植被NPP呈上升趋势的区域面积均大于呈下降趋势的区域面积,但未来植被NPP变化趋势均以下降为主.地理探测器结果表明,除云贵高原植被NPP空间分异主要受气温影响外,海拔是西南地区及各地貌单元植被NPP空间分异的主导因子.交互探测结果表明,影响因子之间的交互作用均表现为双因子增强或非线性增强,其中,海拔∩温度对西南地区植被NPP空间分异的解释力最大.地...     

西南地区陆地植被生态系统NPP时空演变及驱动力分析

研究西南地区陆地植被生态系统净初级生产力(NPP)的时空演变特征及其驱动力,对区域生态环境保护具有重要的现实意义.利用2000～2021年MODIS NPP、1999～2021年基于站点的气象数据和2000～2020年土地利用类型等数据,结合主成分分析、残差分析、Theil-Sen Median趋势分析和偏相关分析等方法,研究西南地区陆地植被生态系统NPP时空演变及其对驱动力的响应特征.结果表明,时间上,2000～2021年西南地区植被NPP呈波动上升趋势,速率为3.54g·(m²·a)^-1.气候变化和人类活动影响下,农田、草地和森林生态系统NPP均呈上升趋势,但农田生态系统NPP的上升趋势最为显著.空间上,西南地区植被NPP呈上升趋势的面积占比为89.06%,显著上升和极显著上升的区域主要分布在广西南部、四川东部、重庆西部,以及云南和贵州交界处.气候变化和人类活动对西南地区植被生长具有双重影响,气候变化和人类活动影响下农田生态系统NPP呈上升趋势的面积占比均高于草地和森林生态系统.西南地区植被NPP与各气象因子的相关性呈明显地域差异.区域尺...     

遥感数据结合Biome-BGC模型估算黄淮海地区生态系统生产力

植被净生态系统生产力(NEP)和净第一性生产力(NPP)作为表征植被活动的关键变量,在全球变化研究及区域生态环境评价中起着很重要的作用。Biome-BGC是一个模拟生态系统植被和土壤中的能量、水、碳、氮的流动和存储的生物地球化学循环模型。论文利用2004年时间序列MODIS LAI遥感产品和气象数据,对黄淮海地区的NEP和NPP进行了模拟估算,由于Biome-BGC模型没有农作物生理生态参数,农作物模拟通过修改草地生理生态参数,并在增加施肥、灌溉和收割代码基础上实现。结果表明,2004年黄淮海地区NEP、NPP呈现南部大于北部的空间分布特征;不同植被类型平均NEP和NPP大小顺序分别为:混交林>落叶阔叶林>常绿针叶林>农作物>灌木>草地、混交林>农作物>落叶阔叶林>常绿针叶林>灌木>草地;与观测数据、MODIS NPP产品和统计数据进行对比,表明Biome-BGC模型可较好用于区域植被生产力的模拟,农作物模拟结果与统计数据的决定系数达到0.612 3,且模拟得到的黄淮海地区农作物NPP比MODIS NPP产品更接近统计值。     

自然因素及人类活动对汾河流域生态系统的压力状况研究

为了研究汾河流域生态环境的变化,文中采用光能利用率模型CASA分析了2000-2015年间气候因素和人类活动对汾河流域植被净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)的影响。结果表明:①自然因素和人类活动的共同作用导致研究区汾河流域的生态环境发生变化;②气象因素综合对NPP的发展起到了正向的影响,NPP的变化对降水呈现出较好的正相关性,而对温度则呈现出负相关性;③人类活动综合对NPP的发展起到了正向的影响,与气象因素相比,人类活动对NPP变化的影响程度较大。自然因素和人类活动共同促进了汾河流域的生态环境发展,人类活动对汾河流域生态环境的良性发展起到了重要作用。     

俄罗斯布里亚特共和国植被NPP对气候变化的时空响应

以遥感和气象数据为主要数据源,运用改进后的CASA模型,估算了俄罗斯布里亚特共和国2000-2008年的植被NPP,并验证了模型的精度,分析了该地区植被NPP的时空变化规律及其与气候因子的相互关系。研究结果表明:时间上,植被NPP年际上呈现为在波动中上升,月份上表现为先升后降的趋势;空间上,植被NPP随经度的增加而增大,随纬度的增加而减小,由西南到东北逐渐递增的趋势;不同植被类型的NPP也不同,从大到小依此为:草地与沼泽林>森林>森林与草原>稀树草原>高山植被。其变化主要受气温和降水量变化的作用。改进后的CASA模型运用于布里亚特共和国植被NPP估算的精度较高。该研究对中国北方植被NPP估算和生态跨境研究具有借鉴意义。     

长江流域植被净初级生产力对未来气候变化的响应

研究基于气象观测和B2气候变化情景数据,利用大气-植被相互作用模型(AVIM2)模拟了1981—2000年和2010—2050年两个时段内植被NPP的空间分布格局及其时间变化趋势并分析了其时空变化与气温和降水量的关系。研究表明1981—2000年流域内植被NPP的空间分布大致呈现自西向东、自北向南递增的趋势。未来长江流域气温将整体增加,但各地增温幅度不同。流域降水量有增有减,主要增加区域位于长江源头和上游及中游的江北地区。未来在气温增加幅度较小而降水量增加的区域,如长江源头和上游的青海、西藏、川西及云南的部分地区的植被NPP将增加。在气温增幅较大而降水量减少或者降水量增加不多的区域如长江中游和下游的广大地区植被NPP将减少。从植被类型来看,长江流域大部分森林、郁闭灌丛和农作物的NPP在B2气候变化情景下将减少,每年减少量分别在0~4.5 gC.m-2、0~2 gC.m-2和0~2.5 gC.m-2之间。高寒草甸、草地和稀疏灌丛的NPP将增加,每年增长量介于0~2 gC.m-2之间。     

基于遥感的黑河流域生态环境变化特征及成因分析

使用2001~2017年MODIS-EVI产品和2001，2009，2017年Landsat数据提取的湿度指数（WI）、沙漠化指数（DI）、改进归一化水体指数（MNDWI），并结合气象数据及其它数据，揭示黑河流域生态环境变化特征.结果显示：近17a来，研究区低、中高和高植被覆盖区的面积分别以36，29，132km²/a的速率增加，无植被、中植被覆盖区面积以185，11km²/a的速率递减，且夏季和上游植被覆盖度最高；2001~2009年流域水域面积扩大至3854.5km²，2009~2017年减少至2628.9km²，上游地区水体较多，水量由山岭向山麓递减，由西向东递增；流域湿度指数由2001年0.55上升到2017年0.65，高值中心主要位于上游地区和中游民乐县、山丹县以及金塔县；流域沙漠化程度先逆转后扩展，沙漠化土地主要分布于中游高台县、临泽县、金塔县和下游额济纳旗；流域气温、降水、潜在蒸散量和地区生产总值、第一产业、建成区面积及耕地面积是影响黑河流域生态环境变化的主要驱动因素.     

锡林河流域草原植被退化空间格局分析

利用TM遥感影像,结合地面植被调查,基于典型草原退化演替模式,绘制锡林河流域植被现状图,在地理信息系统支持下,研究了锡林河流域草原植被退化空间格局特征,得出全流域、上中下游及流域内不同地貌类型上不同草原退化等级的面积。全流域1999年放牧退化草原植被面积为7689.3km₂,占总流域面积的71.86%。根据草原退化指数计算得出全流域总草原退化指数为10901.8km₂草原退化单位,同时还计算了流域上中下游区域和流域内不同地貌类型的草原退化指数值。通过网格取样,绘制锡林河流域草原退化指数空间图,应用空间趋势面分析法绘制草原植被退化指数等值线图。结果表明:锡林河流域草原退化的空间格局较为复杂,首先与流域上中下游及不同地貌类型上人类放牧利用强度的差异相关,具体表现在流域中下游及河谷阶地、平原和丘陵区草原植被退化较为明显,其次,全流域有多个较为明显的草原植被严重退化中心区,均与人类高强度放牧利用有关。     

2000—2015年青藏高原植被NPP时空变化格局及其对气候变化的响应

全球变化背景下,青藏高原作为我国乃至全球气候变化的“天然实验室”,植被生态系统发生了深刻变化。引入重心模型等方法分析和探讨2000—2015年青藏高原植被NPP时空变化格局及其驱动机理,并定量区分NPP变化过程中气候变化和人类活动的相对作用。研究发现：（1）2000—2015年,青藏高原植被NPP年均值总体上呈现从东南向西北递减的趋势。在年际变化方面,近16年植被NPP呈现波动上升趋势,其中在2005年出现上升陡坡,并在2005—2015年表现为高位波动的态势。（2）青藏高原植被NPP增加区（变化率>10%）主要集中于三江源地区、横断山区北部、雅鲁藏布江中下游以及那曲地区的中东部,而植被NPP减小区（变化率<-10%）则主要分布于雅鲁藏布江上游和阿里高原。（3）近16年青藏高原植被NPP重心总体向西南方向移动,表明西南部植被NPP在增量和增速上大于东北部。（4）青藏高原植被NPP与气候因子相关性的地区差异显著,其中植被NPP与降水显著相关的区域主要位于青藏高原中部、青藏高原东南部及雅鲁藏布江流域中下游,而植被NPP与气温显著相关的区域主要位于藏南地区、横断山区北部、青藏高原中部和北部。（5）气候变化和人类活动在青藏高原植被NPP变化过程中的相对作用存在显著的时空差异性,在空间上呈现“四线—五区”的格局。研究成果能够为揭示青藏高原区域生态系统对全球变化的响应机制提供理论和方法支撑。     

黑河流域生态承载力估测

以黑河流域为例,探讨了生态承载力的概念和估测的方法,笔者认为利用自然植被的净第一生产力数据可以反映自然体系的生产能力 和受内外干扰后的恢复能力,是自然体系生态完整性维护的指示。      

长江流域蒸发皿蒸发量及影响因素变化趋势

采用MannK-endall非参数检验方法和反距离权重插值法IDW对长江流域近40年来20cm蒸发皿蒸发量及其影响因素进行了时空变化趋势分析,研究结果表明:近40年来,长江流域年平均蒸发皿蒸发量在全流域和不同区域内均呈现显著的下降趋势,且中下游地区(99%的置信度)比上游地区(95%的置信度)下降趋势显著,夏季(99%的置信度)比其它季节下降趋势显著。影响蒸发皿蒸发量的主要气象因子太阳净辐射和风速呈现显著下降趋势,气温表现为显著升高趋势,但中下游地区夏季温度微弱下降,降水微弱增加,但中下游地区夏季降水显著增加。因此,长江流域年平均太阳净辐射和风速的显著下降是年平均蒸发皿蒸发量显著下降的主要原因,而中下游地区夏季气温的微弱下降和降水的显著增加使得中下游地区夏季蒸发皿蒸发量下降趋势尤其显著。     

SWAT模型在黑河中上游流域的改进与应用

基于物理机制的分布式水文模型是定量化研究人类活动影响下流域水文过程非常有效的工具。使用SWAT(Soil and Water Assessment Tool)对黑河中上游流域2000—2009年的月平均径流过程进行模拟的结果表明,SWAT模型很好地模拟了黑河上游自然状态下的径流过程,但对中游地区冬季径流模拟明显偏低。分析表明,黑河中游地形和农业生产高强度、反复的地下水抽取灌溉—渗透—地下水补给过程可能是导致模拟偏低的主要原因。基于此机制,论文提出了增加地下水下渗过程的模型修改方案,来间接模拟黑河中游的这一特定过程。对比模型修改前后的黑河中游的径流过程模拟结果表明,验证期的模型效率系数ENS和决定系数R²分别从0.53、0.61提高到了0.70、0.75,取得了较好的模拟结果。结果还表明,加强对黑河中游人工灌溉过程的模拟研究对于研究黑河中游水资源管理和水循环过程至关重要。     

温榆河流域闸坝群对河流水量水质影响分析

流域闸坝群对河流水文水环境的影响是目前变化环境下流域水循环研究中的热点和难点之一。论文从流域尺度上探讨了温榆河流域闸坝群对水文循环和污染物运移的作用,分析了闸坝群对温榆河干流水量和水质浓度的影响。研究表明：①闸坝群调蓄减小了温榆河的径流量,削减洪峰,调节非汛期径流,源头的水库对径流调蓄强,削峰显著,而中下游地区的闸坝对径流调蓄较弱,对汛期洪峰有削减作用,但增加了非汛期径流量;②对于河流水环境影响,源头水库库容大,纳污能力强,有助于消减坝上水质浓度,但在水库坝下以及中下游地区水闸,闸坝切断河流,降低河流流通性,水质浓度提高。研究将为认识温榆河流域水污染成因提供依据,同时也为流域水污染整治和水资源高效利用提供技术支撑。     

Natural ecological water demand in the lower Heihe River

The ecological environment in the lower Heihe River has been deteriorating due to large water consumption in the upper and middle reaches, and less available water downstream. To restore the ecological environment in the lower Heihe River, the ecological water demand should be guaranteed. The natural vegetation area in the lower Heihe River was first obtained through the interpretation of remote sensing images taken in 1998. Based on the analysis for the Quota of the natural ecological water demand in the lower Heihe River and the determination of the natural ecological water demand calculation method, the ecological water demand in the lower Heihe River was calculated. Finally, the natural ecological water demand in the lower Heihe River under the current situation was calculated with the groundwater storage volume change method, Aweliyongrufe method and the measured water volume method. In comparison, the natural ecological water demand in the lower Heihe River is 3.91−4.05 × 10⁸ m³.