井冈山国家级自然保护区林冠降雨截留模拟研究

对已有的冠层截留模型进行改进,以ArcPy函数库为基础借助遥感和GIS模拟技术,以半小时为时间步长对井冈山保护区2012年9月~2014年8月研究森林冠层降雨截留进行了模拟。在区域尺度上利用模拟结果对森林冠层年、月降雨截留特征进行了分析。结果显示,整个保护区年均冠层降雨截留率为18.46%,截留量为257.60mm,不同森林类型区域尺度的年均截留率在17.26%~21.25%;月降雨量与各森林类型区域尺度的冠层截留率负相关,与截留量正相关。不过降雨量对截留量和截留率的解释程度分别只有约58%和72%。一个与月降雨量和月内雨量分配有关的参数Pa对月截留量的解释程度可达0.84以上,通过分析得到了利用Pa估计各森林类型月截留量的简便方法。上述模拟和分析揭示了森林冠层区域尺度上森林冠层不同时间尺度的截留特征,为保护区进行区域性长时间的水量平衡研究以及水源涵养评估和研究提供更加方便简洁的途径。     

鄱阳湖流域叶面积指数时空变化特征及其与气候因子的关系

利用1982~2001年NOAA/AVHRR NDVI数据,根据简单生物模型SiB2的方法计算鄱阳湖流域叶面积指数LAI,分析不同植被类型LAI年内和年际变化及其与降水、气温的关系。结果显示：在年内,LAI从1月开始减小,至3月降到最小,之后开始迅速增大,7月达到最大值,然后又开始减小;各植被覆盖类型LAI与前3月降水和前1月平均气温相关性较强,并且全部通过95％的显著性检验。在年际上,各植被覆盖类型LAI在20 a间无明显整体增大或减小趋势,但每隔2~3 a呈锯齿状增大减小交替变化,其中常绿针叶林LAI变幅较大,在23~35之间,而林地草原LAI变化较平缓,在05~09之间;植被LAI年际变化受流域内5~7月降水年际变化的影响较大。在空间上,植被LAI在春、冬季整体较小,空间分布差异也较小,仅在流域边缘山区林地覆盖区稍大,其余大片区域LAI值很低,且分布比较均一;夏、秋季LAI较大,空间分布差异也较大,其空间分布主要与流域内土地覆盖类型有关     

基于生态足迹的江苏省生态安全动态研究

基于生态足迹理论,引入生态压力指数、生态占用指数和生态经济协调指数作为评价区域生态安全的指标,并构建了生态安全评价标准。对江苏省1999~2008年的生态安全进行动态的定量分析评价。结果显示：江苏省1999~2008年的人均生态足迹由1526 hm2逐年增加到3.08 hm2,而人均生态承载力则呈现波动式下降（从0.522 hm2降至0.477 hm2）,万元GDP的生态足迹自1.43 hm2下降到0.78 hm2;生态赤字则由1999年的1.004 hm2持续上升到2008年的2.603 hm2;生态压力指数从1999年的2.922增至2008年的6.462,同期的生态占用指数亦从0.694增至1.399,生态经济协调指数则从1999年的0.237下降至2008年的0.217。数据表明江苏省的经济发展处于不可持续状态,整体上生态安全趋势不容乐观,生态压力加大。同时随着技术水平的提高,单位产值所消耗的资源不断减少。社会经济发展与生态环境的协调性亦有所下降,且处于很差的状态。同时对未来的生态安全状况进行了线性预测分析,并提出了适当的措施。
     

土地利用变化对流域水文过程时空分异的影响 ——以赣江流域为例

土地利用变化引起的水文分量时空变化对认识流域产汇流过程,优化流域土地利用结构和水资源规划具有重要意义。基于SWAT模型,本研究以赣江流域为例,结合1980、2000、2015年3期土地利用数据从水文响应单元的角度,系统分析了单纯土地利用变化对流域产流、蒸发、入渗以及径流等主要水文过程时空分布的影响。结果表明：1980~2015年间,流域内的土地利用变化主要表现为耕地和林地的减少,城乡建设用地的增加;林地的减少和城乡建设用地的增加是产流增加,蒸发和入渗减少的主要原因;总体上,土地利用变化对局部地区水文过程影响较大,但因土地利用类型之间的相互转化和其影响的叠加,流域尺度上的综合水文效应明显降低;土地利用变化导致整个赣江流域平均径流量增加了2.33×108m3,相比较近年来赣江径流的减小幅度其影响十分有限。近年来,赣江入湖径流量的下降主要是由气候变化和其他人类活动作用特别是流域工农业用水的大幅增长所致。流域水文过程模拟应充分考虑土地利用变化水文效应的时空分异,注重天然和社会水循环的耦合,才能更为真实的反映流域水文过程,更好的为流域土地利用结构优化和水资源的高效管理提供科学依据。     

长江流域土地利用/覆被变化的大尺度水文效应

土地利用/覆被变化(LUCC)对流域水文过程具有重要的长期影响作用。针对土地利用覆被变化对大型流域水文过程的影响程度,利用构建的长江流域分布式水文模型分析了土地利用变化情景下的水文效应特征。结果显示:分布式水文模型综合考虑了下垫面土壤、坡度、植被等特征,可以较好的反映降水发生后水分在不同土壤、植被和地形条组合件下,蒸散、地表和地下径流等组分的运移过程。根据不同土地覆被类型的径流成分差异,以及长江流域实际可供调节的土地利用方式,流域现有土地利用格局中农林地依然具有较大的转换空间。根据典型流域中预设的农林地转换情景下的径流效应看,各种情景虽然对流域径流总量变化影响较小,但对蒸散、地表径流和基流可以产生显著影响。其中,林地增加使基流最高提升超过15%,同时可使地表径流下降近5%,两者对蒸散的改变在1%左右,对径流总量变化幅度则只有0.7%左右。不同情景下的水文响应模式反映了未来土地利用调整的水文效应,因此可以基于不同的径流效应,开展有利于综合发挥流域持水能力的空间规划,提升林地所占比重。     

21世纪长江黄河源区径流量变化情势分析

以长江、黄河源区为研究对象,应用大尺度半分布式水文模型(VIC),结合江河源区气象站多年实测温度、降水数据,检验了VIC模型的适用性。模型能较好模拟江河源区地表径流,其Nash系数和相关系数分别达到了0.853 3和0.930 2（长江源区）,0.889 2和0.924 8（黄河源区）。基于率定后的VIC模型,运用高分辨率的动力降尺度气象强迫资料,分析了未来气候变化情景下,江河源区径流量可能变化趋势。结果表明,未来30~50 a,长江、黄河源区年均径流量将分别增加858%、919%;未来80~100 a,长江、黄河源区年均径流量将分别增加1716%、721%。相对于2030~2049年而言,尽管年均降水增加006 mm/d,但是黄河源区2080~2099年径流量却将减少1.98%。运用植被情景假设及2030~2049年动力降尺度气象资料,模拟分析了植被变化对江河源区地表径流的影响。从4种地表覆被情景假设可以看出,林地地表覆被产生径流量最小,裸地最大。
     

协调保护与开发的盐城海滨湿地利用景观结构优化研究

随着社会经济的发展,盐城海滨湿地资源开发与生态环境保护矛盾日益突出,物质组成和空间格局发生了明显变化,结构优化已成为湿地研究的重要内容。采用多目标规划模型,以表征开发与保护效应的经济效益和生态效益最大化为目标,从社会经济和生态环境两方面构建约束条件,对盐城海滨湿地利用景观结构进行优化研究。结果表明：（1）耕地面积增加17 211.80 hm2,比例增加最大,为696%,主要是由于滩涂的围垦开发利用;（2）自然植被面积有所增加,通过植被的自然演替以及恢复部分已被开发的芦苇滩,并限制米草滩的扩张,泥滩面积减少25 804.73 hm2,比例变化最大,达1043%;（3）经济效益增长达642亿元,生态效益有所增加,综合效益显著提高,湿地景观结构得到优化     

漓江上游植被覆盖度时空变化对地表热场影响

自20世纪80年代以来,桂林漓江由于上游森林遭受破坏出现水生态环境快速恶化的趋势。地表热场的时空变化直接影响森林蒸散及水文效应。因此,对漓江上游1989~2006年5景TM/ETM+卫星图像,利用归一化植被指数反演植被覆盖度,利用单窗算法反演地表温度,提出归一化温度使不同时相地表热场具有可比性,分析植被覆盖度时空变化对地表热场的影响。结果表明,在空间上,地表温度随植被覆盖度的增加而降低,在植被覆盖度很高或很低时,这种影响相对变弱;在时间上,漓江上游1989~2000年植被中、高度覆盖面积从96.1%逐年下降到65.9%,导致归一化地表温度数值较高的像元比例相应增加;2000~2006年植被中、高度覆盖面积逐渐恢复上升到90.8%,但仍略低于1989年,使得归一化地表温度数值较高的像元比例相应减少。植被覆盖可以有效地降低漓江上游地表温度     

赣江源头流域植被变化的水文响应模拟研究

应用2个分布式水文模型（SWAT和Topmodel模型）,对赣江流域的源头--梅江流域20年内的植被变化所造成的生态水文响应做出了模拟研究。根据2个模型不同的特点,设计了不同的模拟方案,使用SWAT模型模拟径流量的变化,Topmodel模型模拟汇流过程的变化。模拟得到的结果是：排除研究时间段内流域气候变化的影响,仅变换流域下垫面的属性,植被的变化对流域水文特征产生了明显影响,在整个梅江流域的范围内,2000年的年径流总量比1987年增加了146%;在其子流域--琴江流域,1995~2000年的7次洪峰峰值径流出现时间比1987年延迟,峰值径流量减少约5%。这说明从上世纪80年代开始在该流域内进行的植树造林和国土整治工作,即江西省“山江湖工程”,对流域的生态健康具有良好的回馈效应。     

赣江源头流域植被变化的水文响应模拟研究

应用2个分布式水文模型（SWAT和Topmodel模型），对赣江流域的源头——梅江流域20年内的植被变化所造成的生态水文响应做出了模拟研究。根据2个模型不同的特点，设计了不同的模拟方案，使用SWAT模型模拟径流量的变化，Topmodel模型模拟汇流过程的变化。模拟得到的结果是：排除研究时间段内流域气候变化的影响，仅变换流域下垫面的属性，植被的变化对流域水文特征产生了明显影响，在整个梅江流域的范围内，2000年的年径流总量比1987年增加了146%；在其子流域——琴江流域，1995~2000年的7次洪峰峰值径流出现时间比1987年延迟，峰值径流量减少约5%。这说明从上世纪80年代开始在该流域内进行的植树造林和国土整治工作,即江西省“山江湖工程”，对流域的生态健康具有良好的回馈效应。     

太湖流域近25年土地利用变化对生态耗水时空格局的影响

为了评估流域土地利用变化对生态系统水量调节能力的影响,从生态水文的新角度来管理流域水资源,本文借助遥感、野外监测等方法获取地表基本参数,基于GIS技术与方法,以网格为基本单元,计算流域生态耗水量,评估太湖流域近25年土地利用变化对生态耗水的影响,结果表明:(1)近25年的年总耗水量高值区域主要分布在流域的浙西区、环太湖的北缘以及湖西区林木分布区,耗水量及其截留量、蒸散量等分量的空间分布特征基本和土地利用类型的植被覆盖度一致,耗水量较大值区域对应着植被覆盖度较高区域;(2)太湖流域1985~2000年以及2000~2010年耗水量显著减少的区域明显多于流域耗水量增多的区域,减少区域主要分布在浦东浦西区、苏锡常区和杭嘉湖区三大区域的建设用地的周围,多受建设用地扩张侵占了耕地的影响;(3)1985、2000、2010年年耗水量分别为1068.8、1041.5、960.2 mm,1985~2000年间的减小幅度(2.53%)明显小于2000~2010年间的幅度(7.78%),与太湖流域的近25年耕地面积1985~2000年减少程度(3.99%)和2000~2010年减少程度(11.09%)保持一致。     

长江防护林——樟树林对降雨再分配的影响

林冠对降雨的再分配,是森林生态学和森林水文学研究的一个重要方面,其影响降雨从林冠到土壤的转移以及水土流失的变化,具有突出的生态水文意义。通过对樟树林下穿透雨和树干流的定位监测,旨在揭示林冠水文效应的变化规律,结果表明：林冠对降雨的再分配功能受到降雨量的影响,穿透雨、树干流和截留量与降雨量呈显著的正相关(〖WTBX〗P〖WTBZ〗<005);穿透雨率随着降雨量增加而增加,而截留率随降雨量增加而减小,并且两者在高的雨量下逐渐趋于稳定,但是树干流率随着降雨量增加先升高后降低。同时,降雨强度也影响林冠的水文效应,随着降雨强度的增加,穿透雨率升高,截留率下降。在整个测定期间,樟树林穿透雨率为685%,截留率为292%,而树干流率为23%。在不同雨量和雨强级间,樟树林冠对降雨再分配存在着差异,而且林内雨的组成比例（〖WTBX〗SF／TF〖WTBZ〗）也受到降雨量和降雨强度的影响。樟树林下水分输入存在明显的空间异质性,穿透雨率在不同位置间具有显著性的差异,而且穿透雨的空间变化率,即穿透雨率的变异系数（CV）随着降雨量或降雨强度的增加而减少。     

三峡水库上游流域非点源颗粒态磷污染负荷研究

为有效控制三峡水库上游流域因水土流失产生的非点源颗粒态磷污染,改善库区水质,以美国通用土壤流失方程为基础,从影响土壤流失年际变化的水文条件和人类活动两个主导因素着手,并从地形指数的角度考虑泥沙输移比的空间分布,提出了能反映流域输沙量逐年动态变化的新估算方法。在此基础上,建立了流域颗粒态磷污染年负荷模型。在GIS辅助下,应用所建模型,对研究流域1990~2006年颗粒态磷污染负荷进行了空间分布模拟和定量研究。结果表明：所建年输沙量模型和颗粒态磷年负荷模型有良好的模拟精度;金沙江中下游流域,雅砻江中下游流域和岷江的大渡河流域是颗粒态磷污染的主要源区,嘉陵江流域通过治理水土流失和颗粒态磷流失情况明显好转;“长治”工程后,三峡水库上游流域的颗粒态磷年负荷总体上有下降趋势,近5年的年均负荷为16 482 t/a,比治理初期的1990年减少约37%。     

丹江口库区2001～2020年植被生态系统质量遥感监测与时空演变分析

丹江口库区是我国南水北调中线工程的核心水源地,良好的生态系统质量是保证水库安全运行和“一泓清水”永续北送的前提。以丹江口库区为研究区,在获取高精度精细生态系统类型数据基础上,基于植被覆盖度FVC(Fractional Vegetation Cover)、叶面积指数LAI(Leaf Area Index)和总初级生产力GPP(Gross Primary Productivity)等生态系统遥感参量构建生态系统质量评估模型,对库区2001～2020年植被生态系统质量进行遥感监测,分析其时空格局演变。研究结果表明：(1)丹江口库区2001和2020年植被生态系统质量指数分别为56.16和78.32。2001～2020年,库区植被生态系统质量逐渐变好,质量指数增加15以上的区域占总面积的81.32%;(2)各县(市、区)生态系统质量有所差异,淅川县和丹江口市生态系统质量指数在2001和2020年均低于库区平均水平,但增量较高,分别增加25.55和23.99;(3)不同生态系统类型中,森林生态系统质量指数最高,但增量较低;(4)2001～2020年,生态系统质量指数随坡度增加而增加,其中0°～3...     

三峡水库上游流域非点源颗粒态磷污染负荷研究

为有效控制三峡水库上游流域因水土流失产生的非点源颗粒态磷污染，改善库区水质，以美国通用土壤流失方程为基础，从影响土壤流失年际变化的水文条件和人类活动两个主导因素着手，并从地形指数的角度考虑泥沙输移比的空间分布，提出了能反映流域输沙量逐年动态变化的新估算方法。在此基础上，建立了流域颗粒态磷污染年负荷模型。在GIS辅助下，应用所建模型，对研究流域1990~2006年颗粒态磷污染负荷进行了空间分布模拟和定量研究。结果表明：所建年输沙量模型和颗粒态磷年负荷模型有良好的模拟精度；金沙江中下游流域，雅砻江中下游流域和岷江的大渡河流域是颗粒态磷污染的主要源区，嘉陵江流域通过治理水土流失和颗粒态磷流失情况明显好转；“长治”工程后，三峡水库上游流域的颗粒态磷年负荷总体上有下降趋势，近5年的年均负荷为16 482 t/a，比治理初期的1990年减少约37%。     

鄱阳湖流域水文连通性的影响因素和环境效应

在气候变化和人类活动的双重影响下,流域下垫面情况发生了显著变化,这些变化很大程度上改变了流域的水文连通性,进而导致一些生态环境问题的发生。以鄱阳湖流域为研究区,采用自动地球科学分析系统(SAGA),引入考虑景观单元地形和土地覆盖等多因素的地形湿度指数和网络指数方法,分析了鄱阳湖流域水文连通性的空间格局,揭示了坡度变化、土地利用方式和土壤类型等对水文连通性的影响与贡献,并以此探讨水文连通与水土流失、洪涝等方面的关联性。研究发现,鄱阳湖流域的水文连通性呈北高南低的分布特征。总体上,鄱阳湖流域可分为近湖区的强水文连通区、河流水系周边的中等水文连通区和上游山区的弱水文连通区。进一步空间分析得出,坡度低缓的低洼区通常NI值较高,而起伏变化大的地区NI值较低,表明了地形因子对水文连通性具有重要影响。就鄱阳湖流域不同土地利用方式和土壤类型而言,灌木林和森林的水文连通性最弱,湿地、水体和耕地的较好,黄壤和黄棕壤的水文连通性最差,冲积土、水域和水稻土的较好。这是因为在地形的主导作用下,流域下垫面的土壤入渗能力、蓄水和产流特点等共同影响了水文连通性的空间差异性。研究虽然侧重于从宏观角度上识别鄱阳湖流域的水...     

三峡库区典型常绿阔叶林冠层降雨截留模拟研究

为了验证修正的Gash模型对三峡库区内缙云山典型常绿阔叶林冠层截留模拟的适用性,基于2012年4~7月的气象和林分特征资料以及实测的穿透雨和树干茎流等资料,分析缙云山常绿阔叶林林外降雨、穿透雨和树干茎流特征,并应用修正的Gash模型对林冠截留量进行模拟,对比分析周降雨累计截留量和单次降雨截留量的模拟值和实测值,采用敏感性分析法分析模型参数对截留量的影响程度。结果表明:研究期间共34次降雨,总降雨量为522.1mm,平均降雨强度为1.3mm/h,大部分为低雨强、低雨量级、长历时的降雨;穿透雨量、茎流量和林冠截留量的实测值分别为450.9、9.6和61.6mm,模拟值分别为446.1、7.7和68.2mm,模拟的截留量约高出实测值10.8%,模型能够较好适用于缙云山常绿阔叶林场降雨截留总量的模拟。此外,对模型参数进行敏感性分析得出,以林冠郁闭度c对模拟结果影响最大,其次为平均降雨强度R、林冠持水能力S和林冠平均蒸发速率E,而以树干茎流系数pt和树干持水能力St这2个参数对林冠截留总量影响很小。     

廖坊水利工程对抚河流域生态承载力的影响分析

介绍了生态足迹、生态承载力的概念和基于生态足迹理论的生态承载力计算模型。为评价水利枢纽工程对生态承载力的影响,在分析该模型缺点的基础上,采用了资源产出作为生态承载力供给的计算方法。分析了江西省廖坊水利工程建成后,生态生产性土地利用的变化情况表现在灌区和下游保护区的耕地的单位生态生产力提高等方面。最后计算了廖坊水利工程兴建之前的2001年和建成后的2007年的生态承载力。计算结果表明,廖坊水利工程建成后,生态承载力有较大提高,总的生态承载力增加了79 521 hm2,其中,可耕地的生态承载力增加了74 604 hm2,由于水库淹没导致生态承载力减少了16 735 hm2。     

1982~2010年洞庭湖流域植被指数的变化及其与气候因子的相关分析

基于GIMMS 3 g、PAL、LTDR V3、FASIR及MODIS 5种不同的遥感影像数据,及洞庭湖流域30个气象站点的气温、降水和日照时数月值数据,采用逐像元一元线性回归模型,对比分析了在不同数据集背景下的植被变化趋势,并基于时间序列长度以及数据精度的考虑,选择GIMMS 3 g作为研究洞庭湖流域植被覆盖变化的基础数据集,进而利用相关系数和多元线性回归分析模型探讨流域植被覆盖变化与降水、气温、日照时数的关系。结果表明:(1)过去29 a间,流域GIMMS 3 g NDVI在时空尺度上均以增加趋势为主,1998~2000年出现最大的降低,以植被覆盖较好的山区减少最快;(2)去除年际变化趋势和季节性影响的NDVI与同期降水量距平、累积3个月气温距平值及同期日照时数距平值相关性程度最高;(3)统计意义上,降水量、气温和日照时数解释洞庭湖流域植被月NDVI变化的37%,日照时数对该流域NDVI变化的影响最大,其次为降水和气温;(4)在时间和空间范畴,生长季NDVI可以作为反映洞庭湖流域森林覆盖率变化的指标。     

典型流域土地利用/覆被变化预测及景观生态效应分析——以太湖上游西苕溪流域为例

以太湖上游西苕溪流域为研究区,基于1985和2002年土地利用空间数据,结合土地利用变化的驱动因子,运用马尔科夫模型和CLUE S模型,模拟了研究区2020年土地利用的空间格局;在此基础上,通过对斑块类型和景观水平上格局指数的变化分析, 揭示研究区未来土地利用/覆被变化及其景观生态效应。结果表明： 按照1985～2002年土地利用变化的发展趋势,未来研究区土地利用变化主要表现为建设用地面积大幅度增加,耕地、林地面积减小,研究区未来景观格局指数将发生较大的变化。在景观尺度上,斑块数量、边缘密度、多样性指数、均匀度指数、分维数等指标都呈增加趋势,而斑块平均面积减小,表现出景观结构破碎化、斑块形状复杂化、景观向多样性和均匀化发展的特点;而从斑块类型水平上看,各景观类型之间的景观格局指数变化差异较大,反映了生态系统的复杂性.