宁夏沿黄绿洲参考作物蒸散演变特征及其归因

参考作物蒸散(Reference crop evapotranspiration,ET₀)是生态水文过程中的关键因子,研究ET₀在干旱绿洲区的演变,不仅有助于理解气候变化背景下的绿洲水文过程响应,亦对绿洲水土资源高效配置和生态系统稳定性维持有指导意义。以宁夏沿黄绿洲为例,基于1960-2019年的气象资料和Penman-Monteith模型计算ET₀,利用Mann-kendall突变检验、相对敏感系数和Morlet小波分析等方法,对宁夏沿黄绿洲近60 a的ET₀演变特征及其归因进行研究。结果表明:(1)宁夏沿黄绿洲ET₀年内呈单峰形态,ET₀在5-7月间较高,累积ET₀占年总ET₀的43.6%;近60 a的ET₀年均值为1226.38 mm,并以1.66 mm/a(P ＜ 0.01)幅度上升,但年际波动特征明显,其中在1988年突变之前,ET₀无显著变化趋势,而突变之后则以每10 a左右的周期显著增加或降低。(2)年ET₀主要以20-40 a和50-60 a周期振荡,且有多重时间尺度的复杂嵌套现象,不同季节的周期振荡差异较大,夏、秋季振荡幅度较强,其周期接近于年ET₀规律,而冬、春季振荡幅度较弱。(3)虽然ET₀与6种气象因子均存在显著相关性,但ET₀对不同气象因子的敏感性存在差异,其中对最高温度和相对湿度的敏感性较高,敏感系数分别为11.58%和8.40%。(4)宁夏沿黄绿洲ET₀与区域气候变化特征有较强的耦合性,区域气候的持续升温和相对湿度持续降低、以及由此引发的饱和水汽压亏缺持续增强是推动ET₀上升的重要原因,而气候由湿润向干旱的突变和平均风速的异常波动是诱发ET₀突变的原因。     

21世纪以来黄土高原水分利用效率时空变化及归因

生态系统水分利用效率(WUE)是表征碳水耦合过程的关键指标,然而,有关气候变化和退耕还林还草工程背景下黄土高原WUE的时空变化特征及其主导因子仍未明晰。研究利用遥感驱动的生态系统过程模型BEPS模拟2001-2020年黄土高原总初级生产力(GPP)和蒸散(ET),并结合基于敏感性试验的多控制因子联立求解方法定量分析气候和植被因子对黄土高原WUE变化(WUE=GPP/ET)的贡献。结果表明:(1)2001-2020年黄土高原GPP和ET分别以12.9 gC m^-2 a^-1和3.7 mm/a速率显著升高,并使得WUE增长显著(0.021 gC mm^-1 m^-2 a^-1)。(2)2001-2020年间黄土高原80.12%的区域叶面积指数(LAI)显著升高(全区增速为0.014 m² m^-2 a^-1)而气候因子变化均不显著。(3)植被因子和气候因子对WUE变化分别呈正贡献和负贡献,植被因子作为主要影响因子主导了黄土高原86.74%地区的WUE变化。研究结果有望为干旱区生态水文管理和相关政策制定提供一定科学参考。     

基于三温模型的南宁市蒸散量估算及其影响因素

蒸散发是水文能量循环和气候系统的关键要素.研究蒸散发的时空变化特征及其响应气候、土地利用的变化规律,对理解城市流域水循环和生态过程效应具有重要意义.本研究基于三温模型和MODIS影像,估算并分析2001-2018年南宁市的蒸散量时空演变特征,并探讨了主要气候要素、土地利用类型对蒸散量的影响规律和驱动模式.结果表明:20...     

黄土高原1961-2009年参考作物蒸散量的时空变异

基于48个站点的气象数据,对黄土高原1961—2009年参考作物蒸散量的空间分布特征和时间变化趋势进行了分析。结果表明,黄土高原年均参考作物蒸散量为1060.3 mm,西北部高于东南部,最低值出现在西南区。1961—2009年整体呈上升趋势,年均增幅1.3 mm;春季变化最显著,冬季变化最小。ET0在1994年发生上升趋势的突变,之后上升趋势一直非常显著。湿度和温度是最重要的影响因子。ET0不断增长而降水呈降低趋势,这将恶化该区水资源短缺的问题,需要采取一定的措施来减缓气候变化带来的负面影响。     

基于Landsat8 遥感影像和SEBS 模型的呼图壁县蒸散量时空格局分析

利用Landsat8 影像, 采用SEBS 模型, 结合呼图壁县气象站观测的温度风速、日照时数等气象数据, 对新疆昌吉回族自治州呼图壁县2013 年4 月22 日、6 月9 日、8 月28 日 10 月15 日的蒸散发量进行了估算。从时间上看, 估算结果存在明显的季节变化规律: 夏季最大, 春季次之, 秋季最小, 以耕地为例四天蒸散发量分别为: 1.938, 3.136, 2.641 和1.314 mm·day–1。从空间上看, 县域蒸散发量整体变化趋势为: 北部荒漠区<中部平原区<南部山区。四天当中最大值出现在南部山区6 月9 日达到了4.128mm·day–1。对SEBS 的估算结果与呼图壁县气象站的观测结果和利用彭曼公式计算的结果进行比较,表明SBES 模型的结果是合理的, 可以在实践中用来反映天山北坡典型县域蒸散量的时空变化特征。     

红外光谱结合化学计量学快速检测熊胆粉真伪及掺伪问题CSCD

利用红外光谱技术对熊胆粉正品、伪品及掺伪品进行快速鉴别并预测掺伪比例,建立熊胆粉的快速质量评价方法。采集94批熊胆粉正品、70批伪品(猪胆粉、牛胆粉、羊胆粉、兔胆粉、鸡胆粉、鸭胆粉、鹅胆粉)及180批掺伪品(掺伪猪胆粉、掺伪牛胆粉)的红外光谱图,利用正交偏最小二乘判别分析(OPLS-DA)及偏最小二乘回归(PLSR)分别建立熊胆粉正品、伪品和掺伪品的定性校正模型及不同类别掺伪品掺伪比例的定量校正模型。熊胆粉正品、伪品及掺伪品的定性校正模型对样本的判别准确率分别为99.64%(校正集)和95.65%(验证集);通过进一步判别分析,可鉴别熊胆粉伪品及掺伪品种类,准确率均大于95%;在2个不同类别掺伪品定量校正模型中,验证集相关系数(R_(V)^(2))和预测均方根误差(RMSEP)分别为0.9874、2.6300%(熊胆粉掺伪猪胆粉)和0.9826、3.1887%(熊胆粉掺伪牛胆粉);3个定性模型及2个定量模型均表现出优秀的预测能力。本研究建立的红外光谱结合化学计量学方法可实现对熊胆粉正品、伪品和掺伪品的快速鉴别及掺伪比例确定,为熊胆粉的质量控制及评价提供参考。     

西安4种落叶乔木物候期对气候变化的响应

以西安1979—2018年的气候资料和植物物候观测资料为基础,采用分段回归和趋势倾向率等方法,分析了毛白杨(Populus tomentosa)、杜梨(Pyrus betulifolia)、七叶树(Aesculus chinensis)和灯台树(Bothrocaryum controversum)4种落叶乔木展叶盛期和叶全变色期的生长趋势,使用偏相关分析探讨了气温、降水和日照时数与物候期的关系并通过偏最小二乘回归(Partial Least Squares, PLS)判断气候变量对物候期的综合影响。结果表明：(1)1979—2018年,4种乔木的生长季长度延长,整体表现为春季物候期提前,秋季物候期推迟;(2)展叶盛期物候指标与叶全变色期物候指标,转折均发生在1982年;转折后,物候特征变化显著,春季物候的提前速率和秋季物候的推迟速率加快,展叶盛期平均提前3.8d/10a,叶全变色期平均推迟4.7d/10a;(3)展叶盛期与春季气温表现为极显著负相关,叶变色期与秋季气温表现为显著正相关;降水对植物物候的影响不显著;春季物候与日照时数呈现极显著负相关关系,秋季物候期与日照时数呈不显著正相关...     

东北地区植被物候时序变化

植被与气候的关系非常密切,植被物候可作为气候变化的指示器。东北地区位于我国最北部,是气候变化的敏感区域,研究该区植被物候对气候变化的响应对阐明陆地生态体统碳循环具有重要意义。利用GIMMS AVHRR遥感数据集得到了东北地区阔叶林、针叶林、草原和草甸4种植被25a(1982—2006年)的物候时序变化,得出4种植被春季物候都表现出先提前后推迟的现象,秋季物候的变化则比较复杂,阔叶林和针叶林整体上呈现出秋季物候推迟的趋势,草原和草甸则表现为提前-推迟-提前的趋势。应用偏最小二乘(Partial Least Squares)回归分析了该区域植被物候与气候因子之间的关系,结果表明:春季温度与阔叶林、针叶林和草甸春季物候负相关,前一年冬季温度与草原春季物候正相关,降水与植被春季物候的关系有点复杂;4种植被秋季物候与夏季温度均呈正相关,除草原外,其余3种植被秋季物候均与夏季降水负相关。植被春季物候可能主要受温度影响,而秋季物候很可能主要受降水控制。     

气候变化下黄土高原植被生长期NDVI动态变化特征

理解植被对气候变化的响应对于预测未来生态系统过程和制定应对策略至关重要。本研究采用地理探测器和地理加权回归等方法,探讨了2002—2019年黄土高原不同植被类型主要生长期(4—10月)归一化植被指数(NDVI)变化的空间格局及其与气象因子的关系。结果表明：受退耕还林还草生态工程影响,黄土高原植被得到显著改善,其中草原和荒漠植被由于生境容易受到外界环境影响,NDVI呈不稳定状态,且在夏季最不稳定;日照时数的增加间接导致降水减少,产生较强的光抑制效应,造成日照时数变异系数对黄土高原生长期植被NDVI空间变化的解释力最大(0.124),黄土高原西北干旱区的荒漠受海拔影响,气压低,水汽蒸发量大,抑制植物叶片进行光合作用,与生长期植被变化呈正相关;荒漠区夏季降水量突增,植被对气温变化的响应减缓,出现NDVI变化对气温变化响应的滞后性;在8—10月,阔叶林高的植被覆盖度对水分胁迫的敏感性降低,产生对降水因子的滞后响应。     

1982-2015年黄土高原植被变化特征及归因

黄土高原植被对于黄河中下游泥沙量减少以及区域生态安全维持发挥着重要作用。气候变化和人类活动是驱动黄土高原植被覆盖度变化的两大因素,然而先前研究多基于统计方法建立植被覆盖度与气候变化的线性关系,忽略了植被覆盖度与气候变化之间复杂的非线性关系,限制了对黄土高原植被变化驱动机制的理解。基于1982-2015年黄土高原植被覆盖度(GIMMS NDVI)数据,以1999年退耕还林工程开始实施为界限,采用随机森林和残差阈值法等手段量化并分析了1982-2015年植被变化特征及气候变化和人类活动对植被变化的影响。结果表明:(1)1982-2015年黄土高原植被覆盖度整体上呈现增长趋势,1999年之后植被覆盖度增加的面积大于1999年之前, 1999年以前显著增长的区域只占总面积的54.68%,1999年以后显著增长的区域面积占比增长至85.11%;(2)在考虑时滞效应的基础上,1982-1998年黄土高原超过80%的区域的逐月温度、降水、日照时数与植被覆盖度存在显著的正相关关系,表明1999年以前植被覆盖度变化主要与气候变化有关。随机森林算法能较好地模拟植被覆盖度与气候因子之间的关系,99.71%的区域拟合的决定系数R²达到0.5以上;(3)2000-2015年,气候因素和人类活动对植被覆盖度的影响具有空间异质性。人类活动对植被覆盖度产生积极影响的面积增加了55.94%,气候消极影响的面积减少了42.58%,气候积极影响的面积减少了12.86%。研究提出的量化气候变化与人类活动对植被覆盖度影响的方法能够更好的区分黄土高原植被覆盖度变化的驱动因素,为黄土高原生态建设以及黄河流域的生态安全和高质量发展提供数据支撑。     

黄土高原浅沟空间分异特征

浅沟侵蚀是黄土高原重要的侵蚀类型之一,在区域尺度回答浅沟空间分布特征是浅沟治理的关键。基于系统抽样方法在黄土高原选取137个调查单元,综合运用亚米级影像目视解译方法和GNSS RTK野外高精度实测,并通过GIS空间分析方法,获取浅沟(特指瓦背状地形底部,下同)长度、密度、临界坡长、所在坡面土地利用等信息,阐明了目前黄土高原浅沟空间分布,分析了仍分布在耕地上的浅沟空间格局。结果表明：(1)基于亚米级影像目视解译的浅沟调查方法与野外实测方法得到的浅沟长度无显著性差异,前者可以用于区域尺度浅沟的快速调查;(2)黄土高原33.6%的调查单元存在浅沟,平均浅沟密度为3.41 km/km~2,最大为21.92 km/km~2,平均沟数密度约为65条/km~2;平均沟长63.31 m;发生浅沟的坡面临界坡长主要为40—60 m,平均为56.20 m;延安市西北部吴起、志丹、榆林市靖边一带浅沟密度最大;在不同治理分区内,黄土丘陵沟壑区平均浅沟密度最大,为5.32 km/km~2,浅沟侵蚀强度极强烈;黄土高塬沟壑区平均浅沟密度为2.07 km/km~2,浅沟侵蚀强度为中度。(3)目前38.3%的浅沟分布...     

黄土丘陵区土壤有机碳固存对退耕还林草的时空响应

研究了黄土丘陵区土壤有机碳固存对退耕还林草的时空响应特征,分析了退耕还林草对土壤有机碳的近期影响和长期效应。结果表明,1)从黄土丘陵区退耕还林草的土壤固碳效应整体而言,相对于坡耕地,退耕还林和退耕撂荒具有显著的土壤碳增汇效应,而退耕还草、退耕还果没有明显土壤碳增汇效应。以天然草地土壤有机碳密度为目标,撂荒地表层土壤有机碳增汇潜力可达8.3 t/hm2。2)以10a为界,退耕还林草的近期土壤碳增汇效应不明显,而10a后土壤碳增汇效应逐渐明显,退耕还林、还灌、撂荒和坡耕地的固碳效应差异显著。3)在评估黄土丘陵区退耕还林草的土壤固碳效应时应当注重长期固碳效应。4)退耕还林草的土壤固碳效应主要受还林草方式及年限的影响,二者分别可解释55.6%和24.1%的有机碳变异性;地形因子可解释8.5%的有机碳变异性。在评估该区退耕还林的土壤固碳效应时应当充分考虑退耕年限和地形因子的影响。5)人工刺槐林地、人工柠条林地以及撂荒地深层土壤(100—200 cm)有机碳密度占2 m土体有机碳密度的35%—40%,而且随着植被恢复深层土壤有机碳密度显著增加。6)在估算黄土丘陵区退耕还林土壤固碳效应时应该考虑深层碳累积。如果按1 m土层的土壤有机碳密度计算,会严重低估退耕还林草的土壤固碳量。     

近57年来黄土高原干旱特征及其与大气环流的关系

通过黄土高原地区52个气象站点1961-2017年的气象资料,利用不同尺度的标准化降水指数（Standardized Precipitation Index,SPI）和标准化降水蒸散指数（Standardized Precipitation Evapotranspiration Index,SPEI）对该区57年来干旱的时空变化特征进行了分析,并利用交叉小波变换探讨了干旱指标与大气环流的遥相关分析,得到了以下结论：（1）时间变化上,黄土高原57年来不同干旱指标均呈下降趋势,整体逐渐变干旱。但SPEI6指标较SPI6指标相比,干旱年份更多,干旱特征更明显,说明SPEI的计算由于考虑了蒸散发输入因此结果偏重.不同指标均显示,1999年以来,黄土高原地区干旱时有发生,但整体有降低的趋势。（2） SPEI6和SPI6的站次比和干旱强度最高点都出现在1999年,但SPEI6的站次比和干旱强度的变化幅度更剧烈,且出现全域性干旱的年份（5年）也多于SPI6（3年）;SPEI12相较于SPI12,站次比和干旱强度较为相似,都在1966年达到顶峰,虽然出现全域性干旱的年份SPEI12（9年）多于SPI12（3年）,但SPI12的干旱强度更高。（3）平原区的汾渭平原是轻旱多发区,河套平原、宁夏平原易发生中旱,同时宁夏平原还是重旱多发区。丘陵区西部的中宁、同心两地易发生重旱,乌审旗出现特旱。山地区干旱频率普遍较高,尤其是西部山地区的乌鞘岭重旱、特旱频发。（4） SPEI指数对环流指数的变化更敏感。AMO对区域各干旱指标的影响较小,ENSO、WPI对SPI6、SPEI6有显著的响应;而PNA对6个月尺度的干旱指标（SPI6、SPEI6）影响较小,对12个月尺度的干旱指标（SPI12、SPEI12）影响较大。区域干旱是一个复杂的自然现象,为了进一步探索不同干旱指标在不同区域的运用,必要时可采用多种指标,从不同角度比较多种干旱指标的相似性,从而避免单一指标对结果的局限性。     

2001-2019年黄土高原植被覆盖度时空演化特征及地理因子解析

探究黄土高原植被覆盖度变化及其与地理因子之间的关系有助于区域植被恢复政策的优化以及人地关系的协调发展。因此,以MOD13 A1数据作为数据基础,采用趋势分析、标准差和重心迁移模型,研究2001—2019年黄土高原植被覆盖度FVC(Fractional Vegetation Cover)时空演化特征,并结合地理探测器和相关分析对影响FVC的地理因子进行解析。结果表明：(1)2001—2019年黄土高原植被覆盖度恢复状况较好,FVC平均增速为0.0095/a,呈东南高西北低分布,极显著、显著增加的区域面积占比为84.37%,研究区各年FVC重心位于陕北一带,19年向北推进55.1km;(2)各地理因子对FVC的解释力存在显著差异,降水、土壤类型、气温、土地利用类型和坡度是FVC空间分布的主要驱动因子,且各因子之间交互作用的解释力高于单因子;(3)FVC与气温、降水相关系数均以正相关为主;FVC均值与变化趋势存在地形、土壤、人口密度、土地利用分异特征;土地利用转移可体现人类活动特征,其退耕还林还草、未利用地绿化等积极效应促使区域植被得到显著改善,城市扩张等消极效应则抑制植被增长。     

1986-2019年黄土高原干旱变化特征及趋势

干旱作为极端气候事件之一,其频率和强度的变化影响到区域水资源,而干旱半干旱区植物生长的主要限制因素是水分,因此,研究黄土高原干旱时空特征及未来变化趋势对当地的生态环境具有重要意义.本研究基于1986-2019年降水和温度逐月格点数据,计算标准化降水蒸散发指数(SPEI)和干旱发生频率,并运用Mann-Kendall检验...     

青藏高原植被覆盖时空变化及其对气候因子的响应

研究青藏高原植被覆盖时空分布特征对加深气候变化的认识及生态环境保护具有重要的生态价值和现实意义。利用2000—2016年MODIS NDVI 1km/月分辨率数据以及气象观测数据,采用最大合成法、趋势性分析以及相关分析方法,探讨了不同时间尺度青藏高原地区NDVI的分布特征及其与降水、气温的关系。结果表明:(1)青藏高原东南部植被状况明显好于西北部,植被覆盖的分布格局与区域水热条件的时空分布保持了较好的一致性;近17年来青藏高原植被覆盖改善的地区要比退化的地区面积大,严重退化的区域主要位于青藏高原西南部;青藏高原NDVI值在2000—2016年呈幅度较小的增加趋势。(2)除夏季降水量外,研究时段内其他季节降水量均呈增加趋势;气温均呈增加趋势,尤其以春季增加最为显著,整体上青藏高原气候呈现"暖湿化"趋势。总体上年降水量与年最大合成NDVI呈较好的正相关;年平均气温与年最大合成NDVI在高原东南部呈正相关,西南部呈负相关。降水量和热量条件均是高原植被生长的影响因素,降水与植被覆盖的影响较气温密切。     

黄土高原贫困地区农田能量效率与提高途径

黄土高原贫困地区主要分布于吕梁山以西至兰州以东的丘陵山区。贫困县有102个,人口2300万,农耕地4.67×10~8ha多,分别占黄土高原总县数的35.7%,总人口的35%,耕地面积的37.5%。其中连片的有山西吕梁山区、陕西榆林地区、宁夏西海固地区及甘肃定西地区。该贫困地区水土流失面积占80%以上,侵蚀模数为5000-1.0×10~4 t·km~(-2),年降水量300—55mm,干旱缺水,主要土壤为侵蚀黑     

黄土高原植被覆盖时空变化及其对气候因子的响应

为研究黄土高原地区退耕还林(草)后,植被覆盖变化及其对水热条件的响应,利用1999—2013年SPOT VGT NDVI 1km/10d分辨率数据,采用最大合成法、一元线性回归法和偏相关分析法,系统分析了黄土高原地区NDVI(归一化植被指数)的时空分布及变化趋势,及其与气候因子的关系。结果表明:黄土高原1999—2013年年最大NDVI的平均值为0.31,NDVI较高的区域位于黄土高原南部,而西北部植被覆盖度较低;自1999年开始,黄土高原地区NDVI呈极显著(P0.01)增加趋势,年最大NDVI的变化斜率为0.0099;不同季节(春、夏、秋、冬)和生长季的植被状况均呈现良性发展趋势;1998—2013年间,黄土高原地区气候呈现不显著的"冷湿化"特征;NDVI年际(及生长季和季节)变化与降雨和温度的相关性不显著,而在月时间尺度上,呈显著的相关性,并且月NDVI与当月降雨量的相关性要强于与当月温度的相关性;植被生长对温度的响应存在一个月的滞后期,而对降雨的响应无滞后效应。     

黄土高原土壤保持服务供需平衡及其驱动因素

土壤保持服务是黄土高原重要的生态系统调节服务,明确土壤保持服务供需空间格局及驱动因素,对于实现黄土高原生态系统管理和资源有效配置具有重要意义。采用修正通用土壤流失方程(RUSLE)量化了2000—2018年黄土高原土壤保持服务供给量和需求量,并分析其时空演变及供需匹配特征,基于地理加权回归(GWR)模型探究不同因子对土壤保持供需平衡影响的空间异质性。结果表明：(1)2000—2018年,黄土高原土壤保持服务供给量、需求量以及供需比均呈现波动增加的趋势,增幅分别为57.13%、11.9%、150%。供给量和需求量均呈现“东南高、西北低”的空间分布格局,供需比高值位于黄土高原东北部和西南部,低值位于西北部。(2)黄土高原土壤保持服务供需以低低型空间匹配为主,主要分布在黄土高原的西北部和东南部地区。(3)黄土高原土壤保持供需主要受到坡度、NDVI、降水、DEM以及人口密度的影响。其中,坡度、NDVI、降水和DEM表现出明显的正向促进作用;人口密度既有正向促进作用又有负面抑制作用,但促进作用强于抑制作用。该研究对优化调控黄土高原生态建设以及促进区域可持续发展具有一定的借鉴意义。     

黄土高原极端气温变化特征及其与平均气温的相关性

近几十年来,黄土高原极端气候频发,研究和预测极端气候的发生显得尤为重要。目前,关于极端气候的研究多关注事件本身的变化特征,而忽略了平均气温与其变化趋势的相关分析。本研究基于1986—2019年黄土高原79个气象站的逐日最高气温、最低气温和平均气温资料,采用线性倾向估计、Mann-Kendall检验、滑动t检验以及Pearson相关分析方法,对黄土高原地区极端气温的变化趋势及其与平均气温的相关性进行研究。结果表明: 研究期间,黄土高原地区极端气温暖指数呈显著上升趋势,冷指数呈显著下降趋势,极端高温事件发生频率增加;大多极端气温指数在20世纪90年代中后期和2012年发生突变,且极端气温在1998—2012年整体呈现下降趋势,较好地响应了全球变暖停滞现象;平均气温在西部黄土高塬沟壑区、土石山区及河谷平原区的上升趋势较其他区域明显,且极端气温指数大幅变化趋势的站点几乎都发生在平均气温大幅上升的区域;平均气温的小幅上升显著增加了极端高温事件发生的频率,其中,极端低温的变化幅度和速率大于极端高温,气候变暖对极端气温指数产生了不同影响,平均气温的微小变化使得黄土高原整体气候分布向着更易发生热浪的方向转移。