桐梓河流域输沙量变化及其对气候和人类活动的响应

基于桐梓河流域二郎坝水文站1975-2015年长时间序列降水、蒸散量及输沙量数据,通过累积距平法、Morlet小波分析和Hurst指数等数理统计方法;定量分析了流域40年以来输沙量的演变过程以及未来变化趋势,并应用累积量斜率变化率比较法定量评估了研究区降雨量变化和人类活动对流域输沙量变化的影响和贡献率。研究结果表明：（1）40年来流域降水量介于608.10~1132.70 mm之间,其平均值为829.00 mm,呈不显著减小趋势,年均减小量为-3.10 mm/a。（2）流域年输沙量介于0.44万~478.01万t,其平均值为64.68万t,呈极显著减少趋势,减少速率为-4.13万t/a。未来流域输沙量呈持续递减趋势,但10年后将呈现出增加趋势。（3）1989年为流域输沙量的突变年份,1989年以前呈现上升趋势,1989年之后呈显著下降趋势,且突变年份后输沙量较突变年份前减少了76.82%。（4）输沙量存在12年左右的年代际震荡周期,形成了两个高震荡周期和一个低震荡中心,高震荡周期位于1976-1979年以及1986-1992年,低震荡周期位于1979-1985年。（5）多年季节输沙量呈持续性减少趋势,夏季输沙量在8年之后可能呈现出增加趋势,而其他季节则不存在持续性周期。（6）以1975-1989为基准期,降水量和人类活动对流域输沙量的贡献在1990-2015年分别达到4.87%和95.14%;如果考虑蒸发量对流域输沙量的影响,则人类活动对桐梓河流域径流量变化的贡献率在2003-2015年会增加到98.65%。流域输沙量在1990-2015年的减少主要由人类活动控制,人类活动每年导致输沙量减少1.57万t。     

云蒙湖流域土地利用变化对非点源氮污染负荷的影响

以临沂市水源地云蒙湖流域为研究区域,利用人工模拟降雨实验,结合输出系数模型获取流域内各土地利用类型氮素输出系数,在GIS和RS支持下,分析近25年来土地利用变化对非点源污染氮素负荷时空变化的影响.结果表明,1986、1995与2010年非点源污染氮素负荷分别为3.77×103、4.45×103、5.5×103t,呈上升趋势;从土地利用类型来看,耕地非点源污染TN逐年增加,其贡献率也逐年增加,贡献率由1986年的80.11%,1995年82.60%上升至2010年85.59%,林地、草地TN变化较小,贡献率呈减小趋势,居民用地TN增加幅度大,但由于面积较小,其贡献率较小;就子流域而言,耕地面积比例高的子流域,氮素污染负荷增加程度较大;流域耕地与氮素负荷呈显著正相关,对氮产出负荷起＂源＂作用,林地、草地与氮素负荷量呈负相关,对氮产出负荷起＂汇＂作用.因而,可通过调整土地利用结构以减少和控制流域氮流失对水体环境的污染.     

基于L-THIA模型的市桥河流域非点源氮磷负荷分析

以番禺市桥河流域为研究对象,利用现场建立的不同土地利用类型的径流场实测降雨径流数据,对长期水文影响评价模型(L-THIA)的主要参数进行校正,模拟计算该流域非点源氮磷负荷量,并分析土地利用和降雨变化对氮磷负荷输出的影响.结果表明,市桥河流域内非点源氮磷污染高负荷区主要集中在农业用地和城镇用地,单位面积污染负荷输出最高的为农业用地.从1995~2010年,流域非点源氮磷负荷呈增加趋势,TN增加了17.91%,而TP的增加幅度达到了25.30%.随着流域城镇化的迅速发展,城镇用地明显增加,所占比例达到了43.94%,2010年对负荷总量的贡献率也已超过40%,几乎与农业用地持平,这也是近15年来流域内农业用地面积虽然有所降低,但污染负荷总量仍然增加的主要因素.流域内降雨主要集中在汛期,因而汛期非点源氮磷负荷亦远高于非汛期,占全年比例超过了85%.不同降雨类型发生次数与污染负荷的Pearson相关分析表明,日降雨量大于20 mm的降雨是造成流域内非点源氮磷污染的主要降雨类型.     

北方干旱化和土地利用变化对泾河流域径流的影响

论文以在黄土高原上发育,流经中国北方干旱、半干旱地区的黄河二级支流--泾河为研究对象,基于20世纪八九十年代的土地利用影像资料,以及泾河流域1970~2002年的气候、水文资料,采用美国农业部开发的分布式流域水文模型SWAT,分析了20世纪80~90年代泾河流域的降雨量和径流量的变化。从80到90年代,流域年降雨量呈逐年递减趋势,80年代多年平均月降雨量明显大于90年代多年平均月降雨量,尤其在7~9月,平均降雨量明显减少。受气候干旱化和土地利用/覆被变化的共同作用,80~90年代,流域多年平均年径流减少了8.92m³s^-1。为了区分气候变化和土地利用变化对流域径流的影响,采取分别固定气候因子与土地利用/覆被变化因子的方法,将模拟情景输入模型,定量区分气候和土地利用/覆被变化对流域径流的影响方式和程度。结果表明,气候干旱化趋势使流域多年平均年径流减少28.08m³s^-1,为气候、土地利用/覆被变化共同影响径流变化量的314.80%;土地利用/覆被变化使流域多年平均年径流增加26.57m³s^-1,为气候、土地利用/覆被变化共同影响径流变化量的297.87%。     

陕北红碱淖流域土地利用动态变化研究

本文以红碱淖流域为研究区,选取1989、2000、2007年3期遥感影像,利用ERDAS软件对3期影像进行解译,利用GIS空间分析功能叠加三个时期的土地利用图,采用动态度、开发度、耗减度和综合土地利用动态度等指数模型,研究红碱淖流域1989~2007年土地利用的时空变化特征和转移趋势以及土地利用动态变化。结果表明,1989-2007年间红碱淖流域土地利用变化总体特征为湖泊、其它水域和沙地面积减少,耕地、林地、草地面积增加。湖泊、其它水域和沙地面积减少了9.85km2、5.34km2和65.42km2,分别减少了19.65%、26.93%和18.67%;耕地、林地和草地面积增加了10.12km2、37.66km2和32.82km2,分别增加了10.78%、24.77%和4.99%。减少的沙地主要转化为草地,增加的林地主要来源为草地,增加的耕地主要来源为林地;各土地利用类型相互转化的综合年变化率有增大的趋势。     

城市化流域的土地利用变化对水文过程的影响——以秦淮河流域为例

以城市化流域--秦淮河流域为例,采用SWAT分布式水文模型,结合遥感和地理信息系统技术,对流域1987~2000年的土地利用变化对水文过程的影响进行探讨和研究。结果表明,13年中秦淮河流域的土地利用变化对流域的径流影响较大,2000年土地利用情景相对于1987年的模拟结果,1980s~1990s年径流增加约为5%~6%;在相同的土地利用变化条件下,枯水年的水文响应最强,其次是平水年,丰水年响应最弱;在任意降雨条件,林地向建设用地转化,其径流系数增加0.3以上,水田向建设用地、旱地向建设用地转化,其径流系数增加0.2~0.3,林地向旱地、水田向旱地、林地向水田的转化,其径流系数增加幅度在0.1以下。     

1985 — 2015年洛川塬土地利用/ 覆被变化及人类活动影响——以陕西省洛川县为例

洛川塬是黄土高原第二大黄土塬面，也是黄土高原面积最大的苹果种植区。近几十年来，由于塬面高强度人类活动影响，洛川塬沟道侵蚀剧烈，塬面萎缩呈现逐年加剧的趋势，严重影响了塬区的生产、生活和生态安全。因此，清晰了解近几十年来洛川塬土地利用/覆被变化及人类活动影响，对于洛川塬的保护和水土流失治理至关重要。本文使用遥感、地理信息系统和数学方法，以洛川塬主体洛川县为例，对洛川县1985年、2000年和2015年的土地利用数据进行了解译，分别从土地利用变化速度、转移方向和土地利用程度三方面综合分析了洛川县近30 a土地利用时空变化的规律及人类活动影响。研究结果表明：（1）1985—2015年洛川县主要的土地利用类型为林地、草地和耕地，三者面积占比达91.29%；近30 a土地利用变化最大的特点为建设用地面积持续增加且增幅最大，共增加了117.16 km²，年均增加5.11%，其中1985—2000年建设用地面积增加了38.13 km²，2000—2015年增加了79.03 km²，建设用地面积的增加主要由耕地转入；（2）近30 a人类活动对洛川县土地利用变化的影响主要体现在林地、草地、耕地、建设用地之间的转换；前15 a（1985—2000年）林草地面积减少，耕地和建设用地面积增加；后15 a（2001—2015年）林草地和建设用地面积增加，耕地面积减少；（3）近30 a洛川县的综合土地利用动态度呈现增加趋势但增幅较小，前15 a（1985—2000年）综合土地利用动态指数小于后15 a（2001—2015年），表明后期人类活动对土地利用综合开发利用起到积极的影响。     

1960—2014年松花江流域降雨侵蚀力时空变化研究

基于松花江流域及其邻近61个气象站1960—2014年逐日降雨数据,采用Mann-Kendall非参数趋势检验、小波周期分析和地统计插值方法,分析流域内不同地形区和子流域年降雨侵蚀力时空分异特征及其影响因素。结果表明：1）松花江流域多年平均降雨侵蚀力为1 717.6 MJ·mm·hm^-2·h^-1·a^-1,呈波动变化趋势,存在以15.2 a为主周期和4.7 a为小周期的周期性变化特征,且在1982和1998年发生显著突变;2）松花江流域降雨侵蚀力空间分布特征与降雨量分布特征基本一致,自东南向西北递减,与东南季风的影响区域相吻合;流域年降雨侵蚀力变化趋势呈现明显的区域分异,在流域西北地区年降雨侵蚀力呈增加趋势,而在中部平原区的东北部和西南部呈现下降趋势;3）年降雨侵蚀力随地形的变化表现为东部丘陵山地区>中部平原区>西部山地区。在东部丘陵山地区年降雨侵蚀力与经度、纬度显著相关（P<0.01）,而在中部平原区和西部山地区降雨侵蚀力与海拔、经度和纬度关系不甚明显;4）流域内各子流域年降雨侵蚀力存在明显分异,年降雨侵蚀力在各子流域的变化趋势表现为从第二松花江流域到流域中游再到嫩江流域呈依次降低趋势,其分布特征与降雨量的分布一致,各子流域年降雨侵蚀力均呈不显著的降低趋势。     

气候变暖背景下安徽省冬小麦产量对气候要素变化的响应

论文在分析安徽省近47 a(1961-2007年)来气候要素及冬小麦产量变化特征,确定产量突变点的基础上,采用相关分析,提取影响产量形成的气候因子,构建安徽省冬小麦气候产量模型,并利用该模型定量地估算了近47 a来气候要素变化对冬小麦产量的贡献率。结果表明:安徽省冬小麦生长季内的平均气温增暖趋势明显,降水量无明显变化趋势,但年际波动大,日照时数呈显著下降趋势。越冬期最高气温、返青期最低气温和灌浆期日照时数与产量呈显著正相关,灌浆期降水量与产量呈显著负相关。近47 a来,气候要素变化对冬小麦产量存在微弱的负贡献,贡献率为-5.89％。冬小麦生长季内一定程度的暖干化条件有利于产量的增加。     

降雨和土地利用对地表径流的影响-以北京北护城河周边区域为例

以北京北护城河周边区域为例,探讨了降雨和土地利用对地表径流的影响。选取了2011-2012 年4-11 月的15 场降雨,分别代表小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴雨和特大暴雨这6 个雨量级。利用校准的雨洪管理模型（Storm Water Management Model, SWMM）分别模拟每次降雨事件下研究区7 个控制断面的地表径流深度。结果表明,地表径流深度随降雨量的增加显著线性增加。当降雨量在不同量级之间变化时,地表径流深度的变化幅度不尽相同。在不同的降雨事件中,降雨量和地表径流深度随时间的动态变化趋势可能有很大的差异,但地表径流深度在某一时刻的值的高低均决定于之前1~2 h 的降雨量,而地表径流深度的总体上升或下降趋势均决定于前期累积的降雨量。地表径流深度随渗透面积比例的增加显著下降,且变化曲线存在临界阈值（为15%~20%）。在暴雨、大暴雨和特大暴雨时,渗透面积比例对地表径流的影响更大。研究结果可为控制汛期城市地表径流量和洪峰流量、减少城市内涝提供土地利用和管理方面的理论依据和决策建议。     

黄土丘陵区小流域土地覆被变化对径流产沙量的影响

为探讨黄土丘陵区小流域土地覆被变化特征及其对流域径流产沙量的影响,以黄土丘陵区吕二沟、罗玉沟及其嵌套流域(桥子沟)等3个小流域为研究对象,运用数理统计学、配对流域等方法定量分析了3个小流域不同研究时段内土地覆被变化对径流产沙量的影响.结果表明,1982~2004年间,林地面积以1.07%/a的速率快速递增是吕二沟流域土地覆被变化的最明显特征,而罗玉沟流域在国家坡改梯工程影响下,坡耕地面积大幅减少,1986~1995年间约73%坡耕地转化为梯田;结合配对流域法可知,土地覆被变化是导致流域径流和产沙减少的主要原因,在相同降雨条件下,径流深、泥沙量分别减少43.76%和35.23%.流域年径流模数与年降水量和流域森林覆被率均呈指数关系,流域森林覆被率增加5%,径流模数可减少18.43%~37.58%.     

黄土高原生态系统过渡带土地覆盖的时空变化分析

在全球气候变化及其生态环境效应研究中,生态系统过渡带作为气候变化和人类活动的敏感区域,其土地覆盖的时空变化分析逐渐成为土地利用科学研究的热点问题。基于GIS的时空分析方法,在对Holdridge生命地带模型的判别标准进行改进的基础上,构建了生态系统过渡带的时空分析模型。在建立土地覆盖正向和逆向转换规则的基础上,构建了土地覆盖正向和逆向转换指数模型。并以黄土高原为案例区,在定量识别生态系统过渡带类型及其空间格局的基础上,定量评价了各种生态系统过渡带类型土地覆盖的转换情况。模拟分析结果表明,黄土高原地区共有14种生态系统过渡带类型,其总面积占整个黄土高原的25.21%。在1985-2005年期间,黄土高原生态系统过渡带内的耕地面积平均每10 a减少0.93%,而湿地和水体、林地、草地的面积则平均每10 a分别增加3.47%、0.24%、0.06%。整个过渡带区域土地覆盖的转换率从28.53%降低到21.91%,且其正向转换和逆向转换面积总体上均呈减少的趋势。另外,黄土高原生态系统过渡带区域和非过渡带区域的土地覆盖转换率对比分析显示,过渡带区域土地覆盖的转换率高于非过渡带区域。     

黄土高原地区生态脆弱性时空变化及其驱动因子分析

黄土高原是我国生态系统最脆弱的地区之一,科学评估其生态脆弱性是制定有效环境保护和管理措施的前提.然而,过去研究多关注某一小区域的生态脆弱性,不能反映该地区生态脆弱性的整体特征.基于"暴露-敏感性-适应力"模型框架,结合层次分析、空间主成分分析和地理探测器等方法评估了黄土高原地区2000~2015年生态脆弱性的时空变化特征及其驱动因子.结果表明,黄土高原地区生态脆弱性整体较高,并呈现出从东南到西北递增的趋势,且不同土地利用类型脆弱性差异大;2000~2015年生态脆弱性呈先增后降趋势,整体呈微弱降低趋势,其中约64%地区的脆弱性发生了变化;植被覆盖度和降水是控制生态脆弱性时空变化的主要因子,且所有指标因子间均存在明显的交互作用.说明气候变化和人类活动可能有助于降低黄土高原地区的生态脆弱性,但其作用有限.     

甘肃白龙江流域景观生态风险评价及其时空分异

以我国典型生态环境过渡带——甘肃白龙江流域为对象,借助GIS技术和Fragstats软件,基于土地利用变化的生境脆弱度和景观生态损失度构建了流域景观生态综合生态风险评价模型,并利用空间自相关分析方法,开展了土地利用变化及其生态风险评价与时空分异研究.结果表明:1990~2010年白龙江流域土地利用变化明显,林地和建设用地呈现增长趋势,耕地和草地面积呈现减少,未利用地和水域则呈波动变化.研究区景观生态风险空间分布差异明显,白龙江流域西北部和北部的生态风险高于流域的西部、东部和南部.同时,各风险等级上呈现“两头小中间大”的趋势,即中等风险区面积呈扩张的态势,低风险区和高风险区呈减弱的趋势.流域景观生态风险具有显著的空间集聚特征,其生态风险值呈现显著的空间正相关关系,这可能是流域生态风险时空分布与土地利用强度、土地利用结构及人类活动之间关系密切.     

青藏高原东北部气候变化的异质性及其成因

利用1961-2016年西宁等青藏高原东北部13个气象台站气温、降水等气象资料以及国家气候中心发布的南海季风指数、西伯利亚高压指数等大气环流特征量数据,分析近56年来气候变化与高原主体的差异性及其可能的气候成因。研究表明：近56年来青藏高原东北部气候变暖趋势十分显著,年平均气温气候倾向率高达0.39 ℃/10 a,呈现出三次明显的阶梯性增高态势,并于1994年前后发生了由冷到暖的突变,同时具有明显的空间差异性;年降水量及四季降水量均没有明显变化趋势,虽然经历了2002年左右由少到多的变化,但并未出现明显突变,年降水量具有3年、5年的准周期,而年降水日数微弱减少,降水强度呈增加趋势;该区域气候变化的年际波动主要受到东亚季风、高原季风和南海季风的年际振荡及其相互作用的影响,而西风环流的作用并不明显,植被覆盖的恢复既是对2002年以来降水量增加的具体反应,同时也对于气候变暖趋势起到了一定的缓和作用。     

2000～2020年西南地区植被NDVI时空变化及驱动机制探究

基于2000～2020年MOD13A3 NDVI时间序列、1999～2020年气象数据以及2000年和2020年两期土地利用类型数据,采用Theil-Sen Median趋势分析、 Mann-Kendall显著性检验、多重共线性检验、残差分析和相对作用分析等方法,分析了西南地区植被NDVI时空变化特征及气候变化和人类活动对植被NDVI变化的驱动机制.结果表明,研究时段内西南地区整体及各地貌单元植被NDVI均呈上升趋势,其中,广西丘陵和云贵高原植被NDVI上升趋势最为显著,青藏高原植被NDVI上升趋势最为微弱.气候变化和人类活动影响下西南地区植被NDVI上升斜率分别为0.001 0 a^-1和0.000 6 a^-1.气候变化和人类活动的共同驱动是引起西南地区植被改善的主要原因.西南地区植被改善主要受区域气候条件的控制,植被退化主要受人类活动的影响.总体上,植被NDVI与最低气温、降水、最高气温、可能蒸散率和相对湿度呈正相关,与平均气温、气压、日照时数、温暖指数和湿度指数呈负相关.最低气温、日照时数和降水是影响西南地区植被NDVI变化的主要气象因子...     

东北多年冻土区植被NDVI变化及其对气候变化和土地覆被变化的响应

利用1982~2006年的NOAA AVHRR-GIMMS和MODIS 2种数据集的归一化植被指数(NDVI)数据对东北多年冻土区植被NDVI年际动态和空间差异进行分析,并结合气象数据和土地利用/覆被数据分析了植被NDVI对气候变化和土地利用/覆被变化的响应.研究表明,东北多年冻土区植被NDVI值较高,且空间差异明显;森林为该区主要植被类型,NDVI值较高,主要分布于大小兴安岭和伊春地区;草地集中分布于西南部, NDVI值相对较低.东北多年冻土区过去25a间植被生长的变化趋势为:伴随着气温的显著升高和降水量减少,植被NDVI显著下降.较气温而言,降水量是影响植被NDVI的主要因子(r = 0.77, P < 0.01).在气候变化和人类活动的双重作用下,东北多年冻土区植被NDVI在1982~2006年间表现为4个阶段:1982~1990年,植被NDVI虽有小幅波动,但整体上呈持续增加的趋势;1990~1993年,植被NDVI呈迅速下降趋势; 1993~1997年,植被NDVI呈现回升态势,表现出缓慢上升的趋势;1998~2006年,植被NDVI呈现总体下降趋势.不同植被类型表现出不同的NDVI年际变化规律,尤以草地NDVI值波动最大.植被NDVI变化空间异质性显著.气候变化和多年冻土退化影响了东北多年冻土区植被NDVI动态.年均气温升高和年降水量降低影响了植被的生长.从像元尺度来看,研究区植被NDVI与气温和降水均具有较显著的相关性.研究区土地利用/覆被变化的分析结果表明,不同的土地利用类型间的转变对植被NDVI的大小和空间分布产生了重要影响.     

黄土高原丘陵沟壑区土壤侵蚀遥感定量与信息系统研究——以陕西米脂县为例

本文在调查了米脂县土壤侵蚀现状和土地利用现状的基础上,对目前由于不合理的土地利用结构和耕作方式而造成人为加速侵蚀的问题作了分析,并认为土壤侵蚀是制约黄土高原丘陵沟壑区农业经济发展的根本原因。构成黄土高原丘陵沟壑区的基本地貌组合单元是小流域,它几乎包括了该区域的所有土地类型、地貌要素以及土壤侵蚀类型。因此以小流域为侵蚀系统的研究边界,分别对峁边线以上的面蚀、细沟侵蚀区和峁边线以下的沟蚀、重力侵蚀区进行土壤侵蚀的遥感定量分析,建立相应的侵蚀定量模型。在此基础上,探讨了为土壤侵蚀动态监测、水土保持和土地资源合理利用决策服务的土壤侵蚀信息系统的设计思想。该系统以小流域为基本设计单元,侵蚀定量模型为专业接口,重点考虑了系统的地学分析和专业数学模型的建立与应用功能。     

退耕还林（草）工程实施前后黄土高原植被覆盖时空变化分析

基于GIMMS NDVI3g（the third generation of Global Inventory Modeling and Mapping Studies Normalized Difference Vegetation Index）数据,辅以趋势分析、Mann-Kendall检验、Hurst指数等方法,识别了1982—2013年及1982—1999、2000—2013年黄土高原植被覆盖时空演变特征,并探讨其驱动因素。研究发现：1）1982—2013年及1982—1999、2000—2013年期间黄土高原生长季NDVI分别以0.019/10 a（P<0.01）、0.016/10 a（P<0.05）和0.057/10 a（P<0.001）的速率增加;2）除1999年以前林地外,所有植被类型的生长季NDVI均呈现显著的增加趋势,2000—2013年尤为明显;3）黄土高原生长季NDVI呈现由东南向西北递减的趋势,1982—2013年及1982—1999、2000—2013年NDVI显著上升的面积分别占74.94%、24.26%和53.34%,主要集中在黄土高原的北部和中部地区;4）研究区未来生长季NDVI呈持续性和反持续的比重分别为33.32%和66.68%,其中持续改善和由改善变为退化的面积分别占31.08%和61.88%;5）2000年以后降水增多与生长季NDVI上升相对应,大规模的生态工程建设对2000—2013年生长季NDVI增加有重要影响。     

基于RUSLE模型的延河流域2001-2010年土壤侵蚀动态变化

以黄土高原典型丘陵沟壑区--延河流域为研究区, 基于GIS和RS技术, 利用2001-2010年延河流域水文站月降雨量数据、MODIS NDVI数据、DEM数据、土壤类型数据和土地利用数据,率定了修正的通用土壤流失方程(RUSLE)的相关参数,计算了研究区2001-2010年逐年的土壤侵蚀模数, 利用杏河水文站实测的泥沙数据, 验证了模型的有效性,分析了延河流域土壤侵蚀强度的时空变化特征。结果表明,2001年到2010年延河流域土壤侵蚀模数呈减小趋势,2001年土壤侵蚀模数最大,为6 596.72 t/(km²·a),2008年土壤侵蚀模数最小,减小到2 485.46 t/(km²·a),降低62.32%;2009年由于暴雨冲刷,土壤侵蚀模数显著增大;2010年土壤侵蚀模数和2006、2007年相差不多;土壤侵蚀强度分布比例变化明显,土壤侵蚀强度为强度、极强、剧烈的面积比分别由16.21%、21.93%和12.36%降低为10.85%、4.58%和0.39%。土壤侵蚀强度等级转移矩阵表明大部分地区的土壤侵蚀强度向低一级转移,2001-2005年31.68%的面积土壤侵蚀强度降低一级,2005-2010年42.13%的面积土壤侵蚀强度降低一级。