长江上游生态建设工程与植被覆盖时空变化的响应特征研究

"退耕还林"、"天然林保护"等重大生态建设工程在长江上游实施已有十余年,剖析重大生态建设工程实施以来长江上游植被覆盖时空变化特征与生态建设投入间的响应关系,对区内未来生态建设的布局具有重要指导意义。以年际时间序列的SPOT-VEGETATION NDVI遥感数据为基础,利用遥感及地理信息系统技术,趋势拟合等方法,研究长江上游地区2002年至2013年植被覆盖时空动态变化特征。并以县级行政区为单元,分析长江上游植被覆盖时空变化与生态建设工程投入的响应关系。结果表明:研究区内植被指数NDVI(Normalized Difference Vegetation Index)整体呈现缓慢增加趋势,年均增长率为1.06%,主要体现为中等植被覆盖向高植被覆盖转化;植被覆盖增加区域远远大于植被覆盖减少区域,其中增加的区域占整个长江上游流域的86.02%,主要分布于秦巴山地以北、云贵高原以及横断山区中小起伏的山地;植被覆盖减少区域占6.09%,主要分布于汶川地震灾区以及成都,重庆、昆明等大型城市群及其周边。其次,近10 a生态建设重大工程投资对长江上游植被覆盖增长起促进作用,在研究区内有261个县级行政区具有较好的造林效率,达县级行政区总数的90%,集中分布于云贵、川陕交界处及西部高山、高原区。     

2000～2019嘉陵江流域植被覆盖时空变化特征及气候响应分析

嘉陵江是长江水系流域面积最大的一条支流,近年来嘉陵江流域出现严重水土流失,在生态保护工程的实施和气候变化的共同作用下植被覆盖发生了明显变化,研究植被覆盖时空变化特征、未来趋势和影响因素,可为嘉陵江流域生态环境治理提供参考依据.基于MODIS-NDVI时序数据和地面气象数据,借助3S技术和线性趋势分析、Hurst指数、变异系数等方法多角度分析了嘉陵江流域植被覆盖的时空演变特征及未来趋势,并结合Mann-Kendall(M-K)检验与偏相关系数研究气候因子对植被覆盖的影响.结果 表明:(1)近20年来嘉陵江流域植被覆盖总体呈上升趋势,增加速率为2.9％/10a,且空间分布上具有显著差异,表现为上中游偏高,下游偏低;(2)嘉陵江流域植被覆盖呈增加趋势和减少趋势的面积分别占88.68％和11.32％,具体表现为陇南陕南地区及中下游东部地区显著增加,流域西北部与南部各市县城区减少;(3)流域北部地区植被覆盖变化的波动性强于南部地区,中东部地区波动最小.(4)嘉陵江流域植被覆盖变化反向持续性较强,植被变化呈持续退化趋势的主要在碌曲县南部与流域南部各市县城区,呈持续改善趋势的主要在广元市剑阁县与苍溪县,其余区域呈由退化到改善的趋势;(5)气温对嘉陵江流域植被覆盖变化的影响最大,且植被NDVI对气温和降水的响应均存在一定的滞后现象,人类活动对植被覆盖变化的影响具有两面性.     

嘉陵江流域植被覆盖时空变化特征

归一化植被指数(Normal Difference Vegetation Index,NDVI)能够反映植被的繁茂程度,可用来揭示环境的演化,并且能在全球变化研究中起到“指示器”的作用。目前利用NDVI研究植被变化多集中于陕西、甘肃、新疆等地区,对嘉陵江流域的植被变化趋势及其影响因素研究很少。利用线性相关分析方法分析GIMMS NDVI数据,借助于地理信息系统软件,分析嘉陵江流域植被覆盖的时空变化规律。研究结果如下：（1）嘉陵江流域在1982～2006年植被覆盖呈微弱上升趋势,与我国其它地区一致,但增长速率大小不一样;（2）嘉陵江流域植被覆盖明显优于黄土高原、西北地区,存在明显的空间差异,南部地区小于北部地区;（3）植被变化也存在空间差异,南部地区多呈增加趋势,而北部地区多呈减少趋势;（4）嘉陵江流域植被覆盖及其变化与气候变化和人类活动均有密切关系。基于分析,发现嘉陵江流域在人类活动和气候变化的双重影响下,环境向有利的方向发展。     

近16年金沙江流域植被覆盖时空特征及其对气候的响应

植被覆盖度是生态系统变化的主要指标之一.改善植被观测的时空尺度和植被动态变化及其驱动因素的方法,能够为我们提供更多植被变化的信息,有利于更好地了解该地区生态环境的特征和变化.基于MODIS-EVI数据,使用Sen和Mann-Kendall模型,结合偏相关分析和灰色关联分析(GRA)等方法,探索了金沙江流域近16年植被覆盖的时空演变特征及其气候驱动力.结果表明:(1)在近16年中,金沙江流域的植被覆盖总体上呈增加的趋势,EVI增速为0.011/10a;(2)植被覆盖改善区和退化区面积分别占总面积的55.53％和28.95％;(3)植被覆盖受气温和降水驱动的区域分别占总面积的32.627％和28.265％.在半干旱区,植被覆盖变化主要受降水的影响,而在半湿润和湿润区主要受温度的影响,但地形和植被类型会改变气候与植被覆盖之间的相关性;(4)半干旱区植被覆盖对气候的响应不明显,在半湿润和湿润区植被覆盖对温度的响应要慢于降水,响应时间也随海拔和植被类型的不同而变化.高海拔地区的植被对气候因素的响应要快于低海拔地区,农作物和草地对气候的响应更快,针叶林和混交林对温度的响应要快于降水.     

湖北省植被覆盖度时空变化特征与影响因素分析

湖北省植被结构变化受自然和人类活动因素的影响较大,揭示湖北省植被变化的空间特征对其生态环境改善具有重要意义.基于MOD13Q1 NDVI数据计算湖北省的植被覆盖度,结合气象、DEM数据分析湖北省2000～2020年植被覆盖度的时空变化及分布格局,并探讨了其对气候变化、人类活动的响应.结果 表明:(1)2000～2020年湖北省植被覆盖度总体呈现增加的趋势,增大区域集中在湖北省的西北部,十堰、神农架林区和随州周围;(2)局部地区存在植被退化现象,退化面积呈先减小后增加的趋势.2000～2005年植被恢复区域主要集中在西北部和西南部,退化区域分布在武汉、襄阳、仙桃和黄石等地区;2005～2010年湖北省整体植被覆盖状况相对较差,退化区域分布在西北部和东南部,十堰和武汉较为明显,改善区域集中湖北省中部、神农架林区、襄阳、随州和天门;2010～2015年湖北省植被退化面积减少,分布在东部和西北部;2015～2020年植被覆盖度整体呈现下降趋势;(3)湖北省的东北部、西南部以及襄阳等地区的植被覆盖度与气温、降水呈现正相关,随着海拔的升高,气温、降水及风速和植被覆盖度正相关和负相关所占比重逐渐减少;(4)人类因素对湖北省的生态环境有正影响,对植被恢复有促进作用;负影响主要集中在武汉周边城市、襄阳、荆州等区域.     

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。     

长江上游流域生长季植被覆盖度时空变化特征及其成因

植被覆盖度是衡量区域植被生长状态及描述生态环境质量的重要指标,基于MODIS MOD13A3遥感数据和气象数据,采用趋势分析法分析长江上游流域生长季植被覆盖度时空变化特征,进一步采用偏相关分析、残差分析法揭示植被覆盖度变化对气候和人类活动的响应机制。结果表明：(1)2000～2019年长江上游流域生长季植被覆盖度呈显著上升趋势(P<0.05),增长速率为1.3×10^-3/a,多年平均植被覆盖度为0.64,呈东部向西北部逐渐下降趋势;(2)植被覆盖度空间分布异质性显著,61.5%的区域呈改善趋势,主要为分布在嘉陵江流域及乌江流域的栽培植物,退化区域占38.5%,主要为分布在金沙江流域及岷江上游流域的针叶林、草甸及灌丛;(3)植被覆盖度以海拔3.5 km为界,呈先上升后下降态势,海拔低于3.5 km,植被覆盖度变化随海拔变化梯度较小,海拔高于3.5 km,植被覆盖度随海拔变化梯度较大;(4)以降水为植被覆盖度变化主要影响因子的像元面积占57.5%,分布多集中在嘉陵江流域及乌江流域,以气温为主要影响因子分布较分散;(5)2000～2019年长江上游流域人类活动对植...     

基于NDVI的渭南市植被覆盖时空变化研究

渭南市是陕西省的东大门,其生态环境变化直接影响区域经济的可持续发展。为了高效、准确地提取地表植被状况,了解渭南市生态环境变化,为区域的可持续发展提供科学依据,本文运用2007-2013年的NDVI时序遥感影像数据,结合ENVI软件,运用均值法、趋势线分析法分析了渭南市地表植被覆盖的动态变化。结果显示:(1)自2007年到2013年渭南市植被NDVI年均值呈缓慢增长趋势,特别是自2011年起,年均NDVI增长迅速,并保持在较高水平;(2)渭南市植被覆盖以高植被覆盖为主体,中等植被覆盖次之,中部平川区植被覆盖有所下降,但总体态势良好。     

基于时序NDVI的湖北省植被覆盖动态变化监测分析

基于1998～2011年7、8月份SPOT VEGETATION NDVI数据,求取两月份NDVI平均值,构建14 a间的NDVI时序文件,通过对NDVI时序文件进行信息提取、分析,反映湖北省植被生长情况,从而监测、研究湖北省植被生长高峰期植被覆盖动态变化及趋势。具体为：利用植被覆盖分区法,将研究区分为弱植被覆盖区、稀疏植被覆盖区、低植被覆盖区、中植被覆盖区、高植被覆盖区和密集植被覆盖区等区域,监测各区域14 a间植被覆盖动态变化,结果表明,研究区整体上植被覆盖变化不大;利用Mann Kendall趋势分析法,对研究区植被覆盖变化趋势进行研究,结果表明绝大部分呈现无明显变化趋势,1655%的区域表现增加趋势,033%的区域表现减少趋势。通过以上分析结论可知,植被覆盖分区法和Mann Kendall趋势分析法的分析结果基本一致,表明两种方法能从植被覆盖状况和变化趋势角度动态反映植被的变化情况     

中国植被覆盖度时空特征及其影响因素分析

植被覆盖度是衡量植被生长状况和描述生态系统环境的重要指标,以2001～2018年MODIS NDVI数据集为基础,采用混合像元二分模型,计算中国植被覆盖度(FVC),分析中国年FVC的时空变化特征,探讨FVC对气候和人类活动干扰的响应机制,以及人类活动对FVC影响的未来变化特征。结果表明:(1)中国FVC整体呈上升趋势;西北的年均FVC明显低于东南的年均FVC;除青藏高原FVC为下降趋势外,其余均呈上升趋势,且该趋势具有一定持续性。(2)各植被类型中,混交林的年均FVC最高,草原的年均FVC最低;而农作物变化率最大,混交林变化率最小,且未来将由改善转为退化趋势,其余均表现为持续性改善。(3)中国FVC与气温呈负相关、与降水呈正相关,且降水对FVC的影响强于气温,表明降水是影响FVC变化的主要因素。(4)中国人类活动对FVC的影响程度整体表现为增强趋势,未来人类活动影响力以反向持续性为主。表明未来18a中国FVC受人类活动的影响有所下降。     

长江流域年平均气温的时空变化特征

利用长江流域146个气象站点1960~2005年的逐年气温资料,选用EOF和REOF方法识别长江流域年平均气温空间变化特征,并对长江流域年平均气温变化敏感区域进行时间演变分析和突变检测。研究表明:长江流域年平均气温主要有2种空间振荡型（即全流域气温变化趋向一致型和流域内气温变化存在东西向差异型）,3个变化敏感区域（长江流域中下游地区、长江流域南部和金沙江流域）。3个变化敏感区域的年平均气温都在20世纪90年代明显升高,且均在90年代后期呈突变增加,其中金沙江流域升温趋势最为明显,气候倾向率为0.20℃/10a。全流域1991~2005年年平均气温距平空间分布表明,自1991年以来全流域都为升温趋势,其中长江流域中下游地区和金沙江流域是升温幅度最大的地区。     

长江流域年平均气温的时空变化特征

利用长江流域146个气象站点1960~2005年的逐年气温资料，选用EOF和REOF方法识别长江流域年平均气温空间变化特征，并对长江流域年平均气温变化敏感区域进行时间演变分析和突变检测。研究表明:长江流域年平均气温主要有2种空间振荡型（即全流域气温变化趋向一致型和流域内气温变化存在东西向差异型），3个变化敏感区域（长江流域中下游地区、长江流域南部和金沙江流域）。3个变化敏感区域的年平均气温都在20世纪90年代明显升高，且均在90年代后期呈突变增加，其中金沙江流域升温趋势最为明显，气候倾向率为0.20℃/10a。全流域1991~2005年年平均气温距平空间分布表明，自1991年以来全流域都为升温趋势，其中长江流域中下游地区和金沙江流域是升温幅度最大的地区。     

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。     

淮河流域暴雨灾害时空分布及趋势规律研究

选用1958~2007年淮河流域16个地面测站50 a逐日降水观测资料,利用降水距平百分率和线性趋势法以及Morlet小波分析法,对淮河流域暴雨分布的时空规律和波动演化规律进行了研究。结果显示：（1）淮河流域暴雨日数呈现3个阶段,1958~1964年和1994~2007年为暴雨日数增长期,1965~1993年为暴雨日数减少期,且大多数年份正负距平约1~2 a交替出现,淮河流域暴雨日数在进入21世纪以来明显增加;（2）淮河流域6~8月份暴雨量偏多的年份有13次,从20世纪80年代开始洪涝也较为频繁,尤其2000年以后雨量明显增加;（3）Morlet小波的时频变化规律研究显示,淮河流域显示出一定的周期性时间序列,2、5、15、27 a是重要的周期性时序,淮河南北两部分表现出不同的暴雨发展趋势,淮河南部地区是暴雨中心地带,南强北弱的趋势日趋明显     

金沙江一期工程蓄水前后绥江段鱼类群落多样性特征

为探索流域梯级水电开发对鱼类群落多样性影响,于2011年(蓄水前)和2015年(蓄水后)对金沙江下游绥江断面进行渔业资源调查,分析鱼类群落结构特征。结果表明,绥江段共计采集鱼类60种,隶属于5目12科,其中长江上游特有鱼类12种。蓄水前以瓦氏黄颡鱼(Pelteobagrus vachelli)、圆口铜鱼(Coreius guichenoti)、光泽黄颡鱼(Pelteobagrus nitidus)为优势种类;蓄水后以草鱼(Ctenopharyngodon idellus)、鳙(Aristichthys nobilis)、鲢(Hypophthalmichthys molitrix)为优势种类。与蓄水前相比,鱼类群落Margalef丰富度指数、Shannon-Weiner多样性指数、Pielou均匀度指数均呈现下降趋势,但无显著性差异(P0.05)。根据生态类群分析,静水缓流型鱼类由蓄水前54%增加到蓄水后的71%,河道洄游型鱼类从39%减少到20%,江湖洄游型鱼类蓄水前后变化不大。丰度生物量比较曲线显示,蓄水前绥江段鱼类群落未受到干扰,而蓄水后受到严重干扰。库区蓄水后总生物量有明显增加趋势,但优势种类趋于小型化、种类结构单一化。为科学保护金沙江下游流域鱼类生物多样性,建议成立鱼类保护区、开展梯级生态调度和加强流域环保预警研究等措施。     

金沙江流域水土流失现状与河道泥沙分析

对金沙江流域水土流失、河道泥沙及主要影响因素系统作了分析,认为地质、地貌及气候因子是影响水土流失的主要因素,人为活动加剧水土流失的发生发展。河道泥沙主要来自金沙江下游,特别是下游干流河谷区间,流域的地面侵蚀与河道泥沙的空间关系不密切,影响输沙量的主要因素为年径流量和清水区年径流量,以及滑坡、泥石流等重力侵蚀,尽管水土流失治理对于流域的河道泥沙减沙效应显著,但短期内对流域干支流输沙量影响甚微。今后一段时间内金沙江流域河道泥沙不会有显著的变化     

1961～2010年金沙江流域降水时空演变特征

基于金沙江流域1961~2010年逐日降水资料,对流域长时间尺度降水要素和多个典型降水日数进行分析,研究金沙江流域降水的时空演变特征。结果表明:1961~2010年,金沙江流域年降水量呈一定的增加趋势,但未通过显著性检验,汛期雨量变化趋势不明显,逐月降水除9月和12月外其他月份均呈微弱增加趋势。小雨等级和中雨等级的降水日数空间变化趋势相似,呈中上游地区微弱增加、下游地区微弱减少趋势,大雨及以上等级的降水日数则以微弱增加为主,仅在源区、德格一带呈不明显减少趋势。年无雨日数和年连续无雨日数呈比较明显的中上游地区减少、下游增加趋势,特别是年无雨日数在昭觉、昭通、会泽等区域增加趋势显著,年连续有雨日数则呈全流域减少,在下游小部分地区显著减少。研究还表明金沙江流域下游地区无雨日数及连续无雨日数特别在2000s偏多,而年连续有雨日数则在2000s明显偏少,表明近年来流域下游地区发生干旱事件的可能性增加。     

金沙江一期工程蓄水前长江上游产漂流性卵鱼类产卵场现状

2010~2012年每年5~7月在长江上游江津江段开展鱼类产卵场调查。结果表明长江上游现有产漂流性卵鱼类21种,其中特有鱼类6种,分别为长薄鳅(Leptobotia elongata)、红唇薄鳅(Leptobotia rubrilabris)、中华金沙鳅(Jinshaia sinensis)、长鳍吻鮈(Rhinogobio ventralis)、圆筒吻鮈(Rhinogobio cylindricus)和异鳔鳅鮀(Gobiobotia boulengeri)。产漂流性卵鱼类的产卵量分别为32.42×10⁸粒、46.72×10⁸粒和39.71×10⁸粒,其中四大家鱼产卵量分别为3.21×10⁸粒、4.52×10⁸粒和2.69×10⁸粒,铜鱼产卵量分别为1.45×10⁸粒、3.33×10⁸粒和3.87×10⁸粒,长薄鳅产卵量分别为0.29×10⁸粒、0.99×10⁸粒和0.58×10⁸粒。产漂流性卵鱼类产卵高峰出现在5月底~7月初,产卵量日变化与流量和水温日变化显著相关,调查期间日均水位上涨率大于0.24 m/d产卵高峰最为集中。经推算,长江上游榕山镇、合江县和弥沱镇三江段为产漂流性卵鱼类的主要产卵场。金沙江一期工程蓄水后可能会对产漂流卵鱼类的繁殖产生影响。