汉江流域土地利用变化及空间格局分析

土地利用变化是人类活动对自然环境施加影响的显著表现形式,已成为全球环境变化研究的重要内容。基于遥感和地理信息系统技术,利用三期Landsat TM图像的解译成果,分析了安康市1985～2000年土地利用变化的结构特征及其空间差异格局。研究表明,近15年来,安康市土地利用转移量主要发生在耕地、林地、草地和水域之间．建设用地和未利用土地的转移趋势不明显。三个时段内各土地利用类型的净变化量差异比较明显。1985～1995年．耕地变化以转入为主,其中由草地转入的比重最大,占耕地总转入量的96．02％。1995～2000年,耕地以大量转出为主,共有1503．21hm2的耕地转为其它用地,其中转向林地和草地的量占耕地总转移量的比例分别是15．46％和78．77％。在行政区尺度上各种用地类型的净变化量分布比较均衡,而在垂直带空间尺度上耕地、林地和草地的净变化随海拔高度的分异较为明显。大致以1600m为界,耕地随海拔高度升高而递减,林地、草地随海拔高度升高而递增．     

1960～2017年汉江流域气象干旱时空特征分析

基于汉江流域13个站点1960～2017年的逐月降水和平均气温资料,计算不同时间尺度下的标准化降水蒸散指数(SPEI),分析汉江流域气象干旱时空特征,并结合大气环流指数讨论该流域气象干旱成因.结果表明:(1)汉江流域SPEI数值具有3～4年的主周期,表现出干湿交替的状态.(2)年尺度下,轻旱和中旱发生频率在5％～24％,且西部地区较高.春季,多轻旱和中旱发生且频率在6％～19％;夏季,轻旱频率中部高于四周,最高地区频率在20％～28％;秋季,中部地区干旱频率较高;冬季干旱频率普遍高于10％但以轻旱和中旱为主.(3)年尺度下,汉江流域SPEI值以0.0021/a的速度降低,说明全球变暖对流域年际干旱情况影响很小;春季和秋季SPEI值与MEI、SOI显著相关,相关系数绝对值在0.271～0.422之间;夏季SPEI值与EASM显著相关,相关系数绝对值在0.261～0.498之间;冬季SPEI值与AO、NAO显著相关,相关系数绝对值在0.220～0.281之间.     

汉江流域1951~2003年降水气温时空变化趋势分析

利用Mann Kendall检验方法和空间插值方法，分析了1951~2003年汉江流域年和春、夏、秋、冬四季降水和气温变化趋势的时空分布，并重点分析了丹江口水库上游年降水、年平均气温和北半球气温的变化趋势及相互间的联系。分析发现，在显著性水平α=0.1上，近50年来汉江流域大部分地区降水没有明显的变化趋势，气温呈上升趋势。丹江口水库上游降水在1991年发生突变，从20世纪80年代多雨期进入90年代少雨期，80年代平均降水比1951~2003年多年平均降水多9.7%，90年代平均降水比多年平均降水少11.6%；上游平均气温90年代比多年平均气温高0.2℃，而同期北半球的平均气温也比多年平均高了0.3℃，上游气温同北半球气温同步上升，而上游降水变化受北半球气温升高的影响不断减少，两者之间存在反相关系。分析成果有助于进一步研究气候变化对汉江流域水资源和防洪安全的影响，也将为南水北调中线工程的顺利实施提供科学依据。     

基于Landsat多光谱与PALSAR/PALSAR-2数据的汉江流域森林覆盖变化研究

汉江流域是南水北调中线工程的水源地,森林覆盖对于保障水源地生态安全具有重要作用.为监测汉江流域2007～2017年森林变化情况,以Landsat多光谱数据与ALOS(Advanced Land Observation Satellite)雷达遥感数据为基础,在GooSe Earth Engine平台上对数据进行处理分析,根据区域特点,选取9个特征指数,利用随机森林分类算法,提取2007和2017年森林分布,监测汉江流域森林覆盖变化.结果 表明:结合Landsat多光谱数据与ALOS雷达遥感数据的分类精度最高,2007年森林分类整体精度为98.0％,2017年森林分类整体精度为98.6％,精度明显高于单独使用Landsat多光谱数据或ALOS雷达数据的森林分类结果;2007 ～ 2017年十年间汉江流域森林面积增加了5 653.21 km2;森林呈现增多的区域主要分布在河南省的西峡县、南召县和丹江口水库附近,而森林呈现减少的区域在荆门市、十堰市和汉中市附近区域.     

汉江流域1960~2014年降雨极值时空变化特征

深入研究降雨极值的时空变化规律和特点,有助于提高应对极端灾害的能力。通过构建PDS/GP模型,并引入降雨极值变化指标,结合统计检验分析汉江流域15个气象站点1960~2014年春、夏、秋季以及全年月降雨超定量系列的年际变化特征;利用复杂网络理论的聚类系数和节点度,结合各站点在典型年份春、夏和秋季的降雨极值变化指标,分析月降雨极值的空间分布特征。分析结果表明：从时间上看,汉江流域月降雨极值年际变化的季节性差异较大,近55 a没有明显的一致性变化趋势。受季风气候影响,夏季的月降雨极值年际变化与春、秋季相反,而秋季的变异指标年际波动最大。从空间上看,受季风气候、下垫面条件和人类活动等多种因素的综合作用,中下游月降雨极值变化的差异性要高于上游。随着相关阈值的增大,流域站网总体关联度有所降低。相同阈值下的结果表明空间上相邻的站点其关联性差异较大,部分相距较远的站点具有更大的关联性,分析结果可为降雨极值的空间插值提供参考。     

汉江流域产水量时空格局及影响因素研究

汉江流域是南水北调中线工程重要的水源涵养区和生态屏障区,研究其生态系统产水服务功能的时空变化及影响因素对实现汉江流域高质量持续调水和生态环境保护具有重要意义。基于Google Earth Engine云平台多源异构数据以及气象、土壤等资料作为输入,采用InVEST模型产水模块和情景分析法估算和阐明了2001～2019年汉江流域产水量及其时空变化特征,并探讨了降水和土地利用变化对汉江流域产水量的影响。结果表明:(1)2001～2019年,汉江流域产水量先增加后减少,不同时期流域产水深度空间格局基本一致,呈中北部低、西南部及东南部高的空间分异特征;全流域产水深度以增加为主,增加区域集中于丹江口以上流域,减少区域主要在唐白河流域。(2)子流域尺度上,丹江口以上流域对全流域产水量的贡献最高,是汉江流域主要产水区,唐白河流域的贡献最低。(3)城镇与建成区、裸地和草地平均产水深度最大;稀疏森林、农田和郁闭森林是流域产水的主要贡献地类,三者提供了汉江流域产水总量的90%;平原区产水深度最高,较低中山区产水深度最低。(4)2001～2019年,降水变化和土地利用变化对产水量变化的贡献率分别为94%和6...     

汉江流域1961～2018年多尺度气象干旱时空演变特征

干旱是一种最常见的自然灾害,随着人类活动和气候变化的加剧,干旱事件的发生愈发频繁,对人类的生产生活产生了巨大影响.基于1961～2018年汉江流域0.25°×0.25°格点降水资料,选用标准化降水指数(SPI)定量分析了汉江流域的月尺度、季尺度、年尺度气象干旱的干旱趋势、干旱频率及干旱强度,揭示了汉江流域气象干旱发生的时空演变特征.结果表明:(1)SPI值能较好的反映汉江流域气象干旱变化特征,随着时间尺度的增加,SPI值波动幅度减小,稳定性增强.月、季、年尺度SPI序列的突变年份分别为1980、1988、1994年,季尺度和年尺度SPI序列分别表现出2和4年的显著周期性特征.(2)汉江流域自20世纪90年代以来呈现中部地区干旱化、东部和西部地区湿润化的趋势,干旱发生频率总体呈上升趋势,干旱强度呈现中部高,东西低的特征.其中丹江口水库附近区域和唐白河下游段呈显著干旱化趋势,丹江口以上区域干旱频率最高,干旱强度最大,轻旱、中旱事件频发.(3)各地区的季节性气象干旱特征具有一定差异性.丹江口以下地区秋旱趋势最显著,唐白河地区夏旱发生频率最高,且以轻旱、中旱事件为主,丹江口以上地区秋旱强度最高.     

清江流域1995-2000年土壤侵蚀时空变化

土壤侵蚀是造成地表水土流失的直接原因，也是我国国土整治的主要目标和任务。清江流域地处湖北省西南部，严重的土壤侵蚀是该地区生态环境恶化的主要原因，也是社会经济发展的主要限制因素之一。在野外调查的基础上，利用1：10地形图和1995年、2000年两期Landsat—TM遥感影像为基本信息源，在“3S”技术支持下对清江流域的土壤侵蚀进行动态监测。结果显示，5年来清江流域土壤侵蚀（轻度及轻度以上侵蚀、水土流失）面积共减少10．98km^2，减少了0．06％，但全区土壤侵蚀面积仍占土地总面积的40．70％，说明本区土壤侵蚀仍然十分严重。该区经过近5年的水土保持治理和生态环境建设，强度和极强度土壤侵蚀区治理取得了一定进展，没有进一步恶化，而微度、轻度和中度侵蚀区出现了侵蚀强度增大的现象，说明由于各种自然原因和人为原因的存在，该区的土壤侵蚀仍处于边治理边破坏的状态，虽然整体侵蚀面积在减少，但有些地区的侵蚀强度在加重，若不采取合理措施极可能继续恶化而进一步转化为强度和极强度侵蚀。     

1961～2049年汉江流域降水量变化研究

主要从两个方面对汉江流域的降水进行了研究。一方面,以文献综述法对1961～2011年的汉江流域降水研究文献进行了综述,比较了相关研究结果;另一方面,利用国际比较计划CMIP5中5个全球模式降尺度资料,预估了该地区到2049年的降水趋势变化。综述结果表明,1961～2011年历史时段内,汉江流域整体的降水变化较小,无明显的变化趋势,有近于17和30年的周期变化的结论。模式数据的预估结果表明,1961～2049年内,汉江流域整体上年降水没有明显的上升或下降趋势,在RCP4.5情景下存在着近17和30年的周期变化;但在RCP2.6和RCP8.5情景下,降水周期发生了变化。在RCP2.6情景下,较明显的周期为5和11年;在RCP8.5情景下,较明显的周期为8和17年。总体结论上,文献综述和模式数据的研究结果基本一致,即汉江流域过去50年以及未来30年,降水整体上没有显著的趋势变化。     

湖北省涨渡湖流域湿地变化及其动因分析

基于1987年、1993年、2000年TM卫星遥感数据,在GIS技术支持下,建立了涨渡湖流域土地利用数据库,通过提取湿地信息,对该流域湿地资源动态变化进行了分析,并从人文因素方面阐述了湿地变化的原因。研究表明： ① 涨渡湖流域土地利用格局是以湿地为主,其他用地为辅的形式;②1987～2000年涨渡湖流域地区天然湿地和人工湿地均减少,其中水田减少面积最大; ③ 在1987～2000年14年期间,影响涨渡湖流域湿地结构变化的主要因素是产业结构调整、围湖（滩地、沼泽）造塘、城市化等。     

2000~2010年长江流域土地利用变化与生态系统服务功能变化

基于2000/2005/2010年三期土地利用现状遥感监测数据,利用GIS空间分析技术,分析长江流域土地利用变化方式、过程、区域特征和生态系统服务功能变化。研究表明：2000~2010年长江流域城乡建设用地、林地和水域面积增长显著,而耕地、草地面积持续减少;耕地减少和城乡建设用地增加相关,草地减少和林地增加相关,水域增加与三峡蓄水及退田还湖相关;四川盆地、中游城市群和长三角城市群等人类活动热点区域的土地利用程度显著提高;受土地利用变化影响,2000~2010年长江流域生态系统服务总价值逐年提高,水源涵养、废物处理和娱乐文化服务功能增强,而土壤形成与保护、食物生产服务功能明显减弱;生态服务价值高值区主要分布在沿江湖泊和湿地,其次是林草地覆盖区,青海高原荒漠区生态服务价值最低。     

基于SWAT模型的汉江流域水资源对气候变化的响应

汉江流域未来的气候变化趋势和对水资源的影响,将直接关系到南水北调工程和引江济汉工程的使用和效益。因此,分析研究汉江流域水资源对气候变化的响应特点,可为地面调水、空中水资源开发、应对气候变化的不利影响和更好地保护南水北调中线水源区的水资源提供科学依据。以1971～2000年为基准期,应用SWAT模型对汉江流域基准期内的逐月径流进行了模拟;在30 a基准期径流模拟的基础上,以全球变化背景下可能出现的25种不同气候变化模式为假设条件,模拟出各假设气候变化模式下汉江流域水资源状况,获得了各气候变化模式下汉江流域水资源相对于基准期的变化率,研究了汉江流域水资源对气候变化的响应程度。结果表明：模型模拟精度高于评价标准（〖WTBX〗Ens>05,r2>06〖WTBZ〗）,SWAT模型适用于汉江流域的径流模拟;不同气候变化情景下,汉江流域径流变化较实际蒸散发的变化明显;降水对地表径流、基流的影响要大于气温;气温对实际蒸散发的影响大于降水;降水增加或气温降低都会导致径流增加,而降水增加或气温增加都会导致实际蒸散发的增加.     

汉江流域降水持续天数分布

以汉江流域13个站点1960~2003年的逐日降水资料为基础,分析了该流域年及各季雨日数和雨日平均雨量分布的时空特征,研究表明汉江流域春季平均雨日数占全年的25%~31%,雨量占全年雨量的21%~31%。夏季平均雨日数占全年雨日数的13%~18%,雨量占全年雨量的50%。秋季平均雨日数占全年雨日数的22%~31%,雨量占全年雨量的21%~29%。冬季平均雨日数占全年雨日数13%~22%,雨量占全年雨量的6%,雨日平均雨量仅为28 mm。建立了流域内不同站点、不同季节的持续性雨日概率分布模式,用Polya概率分布对汉江流域各种持续性雨日发生概率进行拟合,结果表明夏季、冬季、秋季拟合效果较好,卡方检验通过率达到95%,而春季有4个站点无法通过检验。利用Polya概率分布模式可以科学地估算流域各地、各季不同持续时段雨日出现的气候概率,为防洪减灾提供依据,也为南水北调中线工程的顺利实施提供科学依据     

基于MODIS NDVI汉江中游植被时空变化及其地貌分异分析

基于2001~2015年的时间序列MODIS NDVI数据,通过逐像元线性趋势回归和回归系数计算,分析汉江中游地区植被年均NDVI变化的时空规律;通过植被时空变化的地貌分异分析,评估人类活动的影响及其空间差异。研究结果表明:汉江中游地区近15 a来,植被年均NDVI值呈现明显的波动增长趋势;植被时空变化表现出一定的地貌分异规律,平原、河漫滩、台地植被年均NDVI呈现明显的增长趋势,而丘陵、低山和中山植被年均NDVI增长趋势不明显。不同地貌类型区年均NDVI值变化受人类活动影响程度的强弱依次为:平原、台地、河漫滩、丘陵、低山、中山。人类活动是汉江中游平原区年均NDVI稳定增长的主要原因。     

后寨河流域岩溶含水层脆弱性及其对土地利用方式的响应

由于强烈的溶蚀作用,岩溶地区溶蚀裂隙、管道等高度发育,并相互贯通,形成岩溶区特有的地下、地表“双层空间”结构体系,地下空间成为地下水存储和运移的重要场所。岩溶地区由于土层浅薄或缺失,并且溶蚀裂隙、管道、落水洞、竖井等高度发育,使含水层更易受地表状况的影响,土地利用/覆被变化在很大程度上影响着地下水的水质、水量,岩溶水质的变化能集中反映人类活动胁迫下岩溶含水层脆弱性程度的增加。以典型岩溶单元--贵州普定后寨河流域为例,分析了流域水文地质背景下的岩溶含水层本质脆弱性,结合流域地下河水近20年的水化学资料,分析了含水层脆弱性对土地利用变化的响应。结果显示：土地利用/覆被变化、农业活动、城镇建设及居民活动都对地下水质变化有明显影响。因此,调整土地利用结构,恢复岩溶植被,改善生态环境是保护和改善岩溶水资源的重要途径。     

基于遥感影像的丹江口水库水域面积动态变化与原因研究

丹江口水库是南水北调中线工程的水源地,水库水域面积的动态变化研究,对保障调水有重要意义。针对丹江口水库水域面积变化较快、短期波动明显,对南水北调中线工程稳定调水有较大影响的问题,采用2000年3月~2015年10月逐月遥感影像,基于归一化差异水体指数(NDWI)提取水体,研究了丹江口水库水域面积的动态变化。结果表明:丹江口水库近16 a来月际平均水域面积均超过400 km2,2~7月份为枯水期,8月份~翌年1月份为丰水期。按季节来看,夏季至秋季水库水域面积呈增大趋势,冬季至次年春季水库水域面积呈减小趋势,同时水库水域在秋季波动最为剧烈,冬季较为平缓。自2014年12月~2015年10月,受大坝加高蓄水影响,水库水域面积均维持在550 km2以上。水库的水位涨落形成的消落区主要集中在丹江水库北部、东部和汉江水库的西部。     

三峡库区土地利用时序变化遥感监测与分析

三峡工程的建设在带来巨大综合效益的同时,也对库区的生态环境造成了一定程度的影响,引起了人们的广泛关注。选取库区20世纪70年代末至2005年近30年共5个时间序列(1977、1988、1995、2000、2005年)的Landsat TM或MSS 影像,对整个三峡库区的土地利用时序变化进行了动态遥感监测,并根据已有的2000年土地利用现状数据及各时段的变化监测结果,利用ARCGIS的空间分析功能,获取其它各期的土地利用现状数据,在此基础上,利用多种特征指数,从不同侧面研究与分析了三峡库区近30年来土地利用时空变化的特征,以期对三峡库区的环境保护、土地利用管理与规划提供依据与参考。