基于遥感的2000~2009年鄱阳湖流域蒸散特征及影响因子研究

蒸散是水循环过程重要的分量,分析鄱阳湖流域蒸散的时空格局及影响因子作用对流域水资源合理利用和提升流域生态服务功能具有重要意义。以MODIS产品数据为主要数据源,应用地面温度 植被指数三角关系法反演了鄱阳湖流域2000~2009年的实际蒸散量,分析了流域蒸散的时空分布特征及主要气象因子对流域蒸散的影响。结果表明：（1）鄱阳湖流域蒸散具有很强的空间异质性,蒸散较大的区域位于湖区水域和流域森林分布区域,而湖区周围和流域中部的农田和草地蒸散相对较小。2000~2009年流域年均蒸散量为795 mm。2003、2004、2007和2009年的枯水年份,蒸散值较高,变化范围为802~890 mm;（2） 鄱阳湖流域各子流域年蒸散量为666~1 031 mm,其中饶河和修水流域蒸散量高于其他流域,这是由于这两个子流域林地所占比例较高（大于70%）。流域蒸散占降水的比例为04~07,从年尺度上整个流域仍表现为水分盈余,但年内分配不均;（3） 流域蒸散与辐射和气温呈显著正相关关系（P＜001）,而蒸散年内分布格局则与降水格局有关,表现为月降水距平越小,月蒸散量越大。在枯水年份,降水格局对蒸散的影响尤为显著     

2003~2009年鄱阳湖流域土壤水分时空变化特征及影响因素

鄱阳湖流域水文过程是区域研究的热点问题,但相对于其它水文要素而言,土壤水分的时空分布特征及其影响因素尚缺乏系统研究,成为流域水文过程研究不确定性的主要来源之一。采用AMSR E土壤水分数据,从流域、子流域及地表覆被等不同的空间尺度,阐明了鄱阳湖流域2003～2009年土壤水分的年际与年内变化特征,并分析其影响因素。研究表明：在流域尺度上,土壤水分总体呈现中心低、周边高的“漏斗式”空间分布形态,但夏、秋季节空间差异性减弱,年际土壤水分呈现较强的下降趋势,其中以湖区下降速度最大;在地表覆被尺度上,林地土壤水分最高、年际下降速度最低,表明其在年际尺度上对干旱具有较强的调节作用,不同地表覆被类型的土壤水分年内差异较明显,但在6、7及10月差异较小,地表覆被对土壤水分的调节作用减弱;在影响因素方面,降水是土壤水分的主要影响因素,气温、灌溉等则一定程度上影响了土壤水分的变化特征。研究结果不仅有利于加强对流域水文过程的理解与认识,同时可为水资源管理及防旱抗旱等提供科学的辅助依据     

鄱阳湖乐安江流域非点源氮污染时空变化特征分析

乐安江是影响鄱阳湖水质的一条重要河流,近年来非点源污染迅速增加,水质呈下降趋势。运用GIS手段建立了研究区非点源污染的基本空间信息库,在野外水样监测和土地利用调查的基础上,分析了乐安江流域非点源氮的时空变化特征。氮的流失主要以可溶态形式,TN和DTN全年变化剧烈,在12月份普遍较高,4月份次之,9月份最低。在监测各月份乐安江流域TN浓度的范围为0.09~1.359 mg/L,水质属中营养水平。NO3-N浓度平均值为DTN的65%,是DTN流失的主要形态,其时空分布与TN具有明显的相似性;在丰水期4月份,NH3-N的平均浓度为全年最低水平,平水期9月份NH3-N平均浓度为三氮之首;NO2-N全年含量最低。各种形态的氮浓度在空间上从上游向下游基本呈增加趋势;西南部地区各种形态的氮浓度普遍高于东北部地区,说明上游水质普遍好于下游水质。     

基于GIS的鄱阳湖流域非点源吸附态污染物时空变化研究

鄱阳湖作为中国最大的淡水湖,国际重要湿地,其生态环境保护与可持续发展意义重大。基于GIS技术,以鄱阳湖流域为研究区域,利用3个时期多源数据,首先运用土壤流失方程估算鄱阳湖流域土壤侵蚀量,计算土壤侵蚀模数,然后根据泥沙输移比估算水体的泥沙负荷,最后采用颗粒态氮磷营养盐迁移经验模型定量研究鄱阳湖流域非点源吸附态污染物N、P负荷的时空变化规律。结果显示:吸附态氮磷污染负荷在空间分布上呈现出四周高、中间低的特点,相对较高的区域位于流域中、上游,这主要由于该区域多为山地陡坡;相对略低的区域位于流域的下游地区,这主要因为该区域平原和丘陵交错分布,土壤侵蚀强度较低。时间变化上,全流域单位面积N、P吸附态污染物负荷大都呈现先增加后减少的趋势,同时减少的幅度较增加的幅度大。     

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SPEI指数的鄱阳湖流域近60 a干旱时空变化特征

量化研究干旱的时空变化特征,对区域干旱监测与抗旱减灾有重要的意义.基于鄱阳湖流域1961～2017年26个气象站点的观测数据,利用标准化降水蒸散指数(SPEI)定量分析了该流域干旱的时空变化特征及其影响因素.结果 表明:(1)鄱阳湖流域南湿北干,且四季差异明显.(2)鄱阳湖流域呈现显著湿润化趋势(p＜0.05),四季均存在变湿趋势,且夏季、冬季变湿显著(p＜0.05).从空间格局上看,所有站点年尺度均存在变湿趋势,变湿幅度较大的站点分布在流域中北部;在季节尺度上,除春季赣江流域的西北部、饶河流域和信江流域东部部分站点,以及秋季个别站点(德兴、遂川和龙南)呈现干旱化趋势外,其余站点各季节均呈湿润化趋势,只是在变湿的幅度和显著水平上存在一定差异.(3)鄱阳湖流域不同等级干旱的发生存在明显的年代际差异.除20世纪90年代及最近10年干旱发生的频率较低外,其他年代干旱发生的频率均相对较高,尤其是20世纪60年代.(4)鄱阳湖流域SPEI指数与降水呈正相关,与气温呈负相关,且与降水的相关性较气温的相关性高.在全球尺度的海气作用的驱动下,该流域的干湿变化与厄尔尼诺现象/拉尼娜事件之间存在着一定的相关性,且具有半年的滞后效应.     

鄱阳湖流域水化学环境参数的变化特征

分别于2010年2月和7月,对鄱阳湖湖区和入湖河流的pH、TDS以及主要离子浓度进行了测定,分析了主要离子组成的时空变化特征及其影响机制。结果表明,鄱阳湖流域水体属于弱矿化度软水,Ca2+是湖水和河水的主要阳离子,分别占阳离子总数〖JP〗的5935%、4989%;HCO-3是湖水和河水的主要阴离子,分别占阴离子总数的5337%、5937%,水质类型为Ca-HCO-3型水;主要离子组成和TDS浓度具有明显的季节和沿程变化特征,这与降雨季节性变化以及不同水系的地质背景有关;从河流水系上游至湖区的水化学特征依次为HCO-3型、HCO-3-SO2-4和SO2-4型。从水化学控制机制上看,鄱阳湖丰水期受大气降水作用和地质条件影响显著,而枯水期降雨量大大减少,主要受岩石风化、蒸发沉淀作用和人为输入的影响。除此之外,SO2-4型水的增加与长江干流酸化以及丰水期长江顶托倒灌现象有密切关系     

基于MODIS数据的安徽区域日蒸散量估算与分析

蒸散的估算在区域能量平衡和水资源研究中具有重要意义,遥感技术发展促进了区域蒸散的研究。利用安徽省气象资料、MODIS数据产品及GIS背景信息,基于SEBAL模型,按1 km空间分辨率进行了面尺度的安徽省日蒸散量估算,并在GIS空间分析模块的支持下对不同土地覆盖类型的日蒸散量进行统计分析。结果表明：遥感估算的蒸散量与利用Penman Monteith公式计算的蒸散量比较,两者之间具有较好的相关性,遥感蒸散估算值整体偏小,不同土地利用类型的日蒸散量间差异显著。遥感蒸散估算方法在安徽省具有一定的实用性,需优化模型参数,以提高其进一步技术推广的前景     

近50年鄱阳湖五大流域降水变化特征研究

基于鄱阳湖流域在江西省内部分对应的79县市气象站1960～2006年逐日降水观测资料,采用线性回归的方法分别研究五大流域的年降水量、降水日数、暴雨日数等3要素的变化趋势,并用Mann法进行了变化趋势的显著性检验,用距平与均方差之比达到15和20作为气候异常检验指标,对各流域的各时间序列进行了异常检验,采用了Mann Kendall法对各时间序列进行突变检测。结果表明：（1）各流域的年降水量变化趋势基本一致,年降水量与年暴雨日数密切相关;饶河流域强降水事件较多,降水强度大,赣江中游流域降水时间分布相对较均匀,强降水事件较少;（2）各流域年降水量、暴雨日数总体呈波动上升趋势,20世纪90年代以来暴雨日数异常偏多的概率最大;（3）年降水日数以20世纪80年代中期为界,之前呈波动上升趋势,之后呈波动下降趋势,2002年至今各流域降雨日数明显偏少;（4）各流域的年降水量、降水日数、暴雨日数均未出现趋势性的突变;（5）近50年来鄱阳湖流域降水时间分布不均的情况加剧,旱涝灾害风险增加。     

近50年鄱阳湖流域实际蒸发量的变化及影响因素

流域的实际蒸发是水文循环和水量平衡的重要组成部分,分析鄱阳湖流域的实际蒸发对该流域水资源研究有重要意义。选取应用范围较广的互补相关蒸发模型,估算鄱阳湖流域9个气象站1955～2001年实际蒸发量,采用统计学方法分析该时段流域实际蒸发的年内变化特征。结果表明:流域蒸发年内呈单峰型变化,峰值出现在7月份;季节变化上,夏季最大,冬季最小,春季高于秋季。选用Db3小波函数分析9站蒸发量变化趋势,结果表明:该流域蒸发量在计算时段内呈现逐步下降趋势,1998年左右转折,之后下降速度变缓。与流域同期降水量、潜在蒸发量以及太阳辐射、温度、水汽压差和风速等气象要素的对比分析认为,实际蒸发量下降的主要是由太阳净辐射和风速的下降引起的.     

基于综合指数法的鄱阳湖流域水资源安全评价研究

从“状态 压力 响应”指标系统框架出发,建立了鄱阳湖流域水资源安全评价指标体系。采用综合指数法,构建变异系数对指标权重进行客观赋值,对鄱阳湖水资源安全进行评价。结果表明：河网密度和农业生产化肥农药施用量等指标对鄱阳湖水资源安全有较大影响。在2000～2010年鄱阳湖流域水资源安全经历了由一般状态（状态Ⅲ）到良好状态（状态Ⅳ）,再到一般状态（状态Ⅲ）,最后发展为较差状态（状态Ⅱ）的过程。从警源上分析发现,这种变化主要由区域经济不断增长,人口压力增大,工农业生产生活用水增加,化肥农药施用量增加所致。从总体趋势上看,鄱阳湖流域水资源安全状态呈现恶化的趋势,虽然近年环保意识逐渐增强,在环保投资方面有所增加,并且提高了污水处理率,加强了工业废水排放管理,但还是难以承受经济社会发展的压力,使得水资源安全暴露出逐渐恶化的趋势,最后定量地分析了水资源安全状态变化原因,并针对水资源保护提出了具体保护措施,给出经济发展的用水约束条件以保障鄱阳湖流域水资源安全。对水资源安全做出合理定量的评价,可为鄱阳湖流域水资源合理开发和可持续利用提供科学依据     

鄱阳湖流域排污权初始分配模式的比较研究

排污权初始分配是排污权交易的起点和基础,在分配模式和实证研究方面需要加强。采用地区人口法、经济总量法、历史排污量法、环境容量法和综合分配法5种模式研究了鄱阳湖流域11个地市水污染物化学需氧量(COD)与氨氮的初始排污权分配。结果表明:COD和氨氮初始排污权在地市之间的分配格局相似;南昌、新余与鹰潭3市按经济总量模式分配的排污量明显高于其它模式,上饶、吉安两市人口分配模式高于其它模式,景德镇、九江两市历史排污量模式高于其它模式,赣州市环境容量模式高于其它模式,宜春市综合模式高于其它模式。综合分配模式为赣州市排污权总量最高,南昌、九江、吉安、宜春、抚州和上饶6市次之,景德镇、萍乡、新余、鹰潭4市最低。总体来看,排污权配额因分配模式不同而有所差异,综合分配模式得到的初始排污权最为合理。建议鄱阳湖流域严格执行综合分配模式下的各地市初始排污权分配额度,确保区域经济社会与生态环境的协调发展。     

基于MODIS的鄱阳湖湿地植被变化及其对水位的响应研究

针对鄱阳湖水情变化如何影响湖区湿地植被生长过程的问题,在鄱阳湖国家级自然保护区内的蚌湖-吴城生态断面上,选取3个梯度分布MODIS像元样点,基于2001~2010年MODIS 增强型植被指数（EVI）时间序列,分析了近10 a来退水期植被生长动态变化过程;结合星子站水位资料,探讨了鄱阳湖退水期水位变化对湿地植被生长的影响。结果表明：各样点EVI年内均值表现为先上升后下降的单峰特征,多年平均值在10月份最大,高程越高的样点其EVI达到年最大值的时间越早;不同水位持续长短及其起讫时期影响植被的生长变化,EVI均值与生长期的拟合优度（075）高于最大值与生长期的拟合优度（049）;样点每提前出露10 d,EVI均值约升高002,[JP3]二者相关性R2达到055。研究结果对湖区植被资源管理以及湖泊水位调控效应研究等具有积极的参考意义     

一个新的分布式水文模型在鄱阳湖赣江流域的验证

考虑同类模型在模拟大尺度流域时存在的一些弱点，开发了基于单元网格，并且结构较为简单、参数数量较少的分布式水文模型WATLAC。为了验证该模型在大尺度流域长时间序列的模拟效果，选取鄱阳湖流域的最大子流域——赣江流域（817万km2）为验证区域。流域的空间非均匀性由单元网格离散并模拟。根据下垫面数据精度，选取4 km×4 km的离散网格尺寸，并应用ArcGIS等软件建立流域网格信息，生成模型输入数据。采用1960~1989年外洲站和峡江站的实测资料对模型进行了验证。率定期（1960~1969年）两水文站日、月和年径流确定性系数在081~093，Ens系数在079~099，年径流统计量相对误差均低于8%；校核期（1970~1989年）两水文站日、月和年径流确定性系数在076~092，Ens系数在075~091，年径流统计量相对误差均低于2%。结果显示，模拟的径流量与实测值吻合良好，模型在赣江流域得到了很好的验证。模型对赣江流域具有较强的适用性，在流域水资源管理中具有较好的应用前景。     

1956~2011年鄱阳湖水沙特征及其变化规律分析

近年来,鄱阳湖水沙研究集中在鄱阳湖"五河"各水文站的单站分析上,且水沙数据采用大多仅至21世纪初期,对缺测资料未进行有效插补。将鄱阳湖作为一个研究整体,分析了鄱阳湖水沙特征及其变化规律,以便为鄱阳湖泊形态变化研究以及水、沙资源的合理开发利用提供有利的参考依据。运用水沙相关、上下游泥沙相关法对部分缺测泥沙进行插补,获得1956~2011年的鄱阳湖入、出湖水沙系列数据。利用数理统计法、水沙双累积曲线法、Mann-Kendall法分析鄱阳湖入、出湖径流量与输沙量变化特征,并且探讨了水沙变化的原因。结果表明:(1)入湖径流量和输沙量的年内分配相一致,而长江水沙的倒灌影响了出湖径流量和输沙量的年内分配;(2)鄱阳湖入湖悬移质泥沙从90年代开始下降趋势加剧,而出湖悬移质泥沙1956~2000年整体呈下降趋势,2001~2011年呈现上升趋势;(3)鄱阳湖入、出湖年输沙量出现明显的突变点分别在1998年左右、2003年左右;(4)径流量总体处于相对稳定状态,但近10a来径流量略下降,主要受到降水量变少的影响,入湖输沙量变化受"五河"流域的水库蓄水拦沙、流域水土保持工作加强、人类河床采砂等因素影响;而出湖河段河床深度下切、江湖水面比降加大、人类在鄱阳湖采砂扰动河(湖)床均加大了近10a来出湖悬移质泥沙的输出。     

鄱阳湖流域基本特征、面临挑战和关键科学问题

鄱阳湖流域总面积占长江流域面积的9%,占江西省国土面积的939%,鄱阳湖流域的生态健康维系着流域内,特别是长江中下游的生态安全,是区域经济、社会、生态可持续发展的重要保障。在全面认识鄱阳湖流域基本特征和面临挑战的基础上,探讨了鄱阳湖流域面临的五大科学问题：“山 江 湖”的相互关系与流域的生态健康;全球变化背景下流域生态系统的响应;流域生物多样性地理格局与社会经济合理分区;长江流域环境演变对鄱阳湖流域的影响;流域科学管理的理论与实践。为鄱阳湖生态经济区的建设和全流域的综合管理提供科学的建议和对策     

基于实测光谱分析和MODIS数据鄱阳湖叶绿素a浓度估算

基于遥感的大面积水体监测技术为水环境监测提供了一种有效手段。以鄱阳湖为研究区,以反映水体营养状态的重要指标叶绿素a为研究对象,在测定研究区水体光谱及叶绿素a浓度和收集了相应时间的MODIS数据的基础上,采用浮游藻类指数法（Floating Algae Index,FAI）提取鄱阳湖水体范围,对鄱阳湖水体实测光谱数据进行剔除异常、归一化及光谱微分处理,构建波段差值、比值、归一化差值等光谱指数,利用最小二乘原理迭代分析水体叶绿素光谱响应特征,得出敏感波段范围：673～680 nm与650～665 nm、680～710 nm与650～670 nm、662～671 nm与700～720 nm光谱区间组合。选择最佳通道组合,建立基于MODIS影像的鄱阳湖叶绿素a浓度反演模型,相关系数为067。应用该模型得到2011年秋季鄱阳湖的叶绿素浓度估算值,反演结果显示湖区水体叶绿素浓度总体不高,且在空间分布上湖区水体周边与陆地交界处比湖中心区浓度偏高。分析认为：通过对实测光谱的定量分析,获得对鄱阳湖地区水体叶绿素浓度的光谱特征认识,揭示出其反射光谱的长波漂移现象,为鄱阳湖这一富营养化程度底,且水体分布不均匀区域建立一种叶绿素浓度反演方法,可为该区域长期的水环境管理提供方法借鉴