石羊河流域河川径流对气候与土地利用变化的响应

应用流域气象和水文过程长期观测数据及四期TM影像数据,在建立基于气候及土地利用两种因素变化的径流过程模拟模型的基础上,分析河川径流对气候与土地利用变化的响应特征,并对其未来可能的变化趋势做出预测。结果表明,(1)1956—2009年,到达石羊河流域下游标志站蔡旗断面的河川径流量,由20世纪50年代的年平均5.392×108m3减少到目前的年平均1.096×108m3;1968年之前蔡旗断面径流量的波动主要是气候变化的结果,而1968之后,蔡旗断面径流量的变化是气候与土地利用变化共同作用的结果;(2)近30年来,气候变化对下游河川径流变化的贡献率平均为4.1%,而土地利用变化,尤其是耕地面积变化的贡献率平均为88.8%;中游灌溉定额平均分别减少5%、10%、15%和20%的情景下,下游河川径流量模拟值分别为1.591×108m3、2.427×108m3、3.262×108m3和4.098×108m3左右。     

海南岛生态环境质量时空变化及其对气候变化与人类活动的响应

海南岛是气候变化敏感区以及生态环境脆弱区。近几十年气候变化和人类活动深刻地影响着海南岛的生态环境质量。然而,针对海南生态环境质量时空演变及其对气候变化与人类活动响应的规律还不清晰,理解这些规律对实现海南岛可持续发展目标具有重要意义。基于多源遥感数据,利用改进的遥感生态环境指数(MRSEI)探究了海南岛1992—2015年生态环境质量时空变化特征以及其对气候变化以及人类活动的响应,并利用像元尺度的多元回归法对比了气候变化与人类活动对生态环境质量变化的贡献。结果表明：(1)MRSEI指数适用于大区域,可用于本研究中的海南岛生态环境质量评价;(2)近24年,海南岛生态环境质量呈现波动上升的趋势,且在所有土地利用类型中,林地的MRSEI最高,多年平均值达到0.812;(3)MRSEI与气温、降雨呈现出显著正相关关系,与以夜间灯光表征的人类活动在沿海以及各市县的主城区呈现显著负相关关系;(4)气候变化在MRSEI演变中的贡献整体要高于人类活动影响。为海南中国特色自由贸易港建设中生态环境与经济社会协同发展研判提供科学的定量支撑,并为制定相应的政策提供依据。     

气候和流域特征变化对淮河流域地表水文过程的影响

定量认识和理解气候与流域特征变化对淮河流域地表水文过程的影响,可以为科学管理淮河流域水资源提供重要的理论参考和技术支撑。评估了多控制因子联立求解归因方法的适用性,以此量化了淮河流域气候和Budyko参数n对不同年代蒸散发(ET)、径流变化(较基准期1961—1980年)的贡献,并且进行了归因分析,结果表明：1)多控制因子联立求解法可以准确有效地分离气候和参数n对ET和径流变化的贡献。2)在气候和参数n变化的共同影响下,20世纪80年代、90年代的ET和径流在沂沭泗河各水文分区均呈减小趋势,而在上游和中游各水文分区的变化则表现出明显的时空差异性。3)就各年代控制ET变化的主要因子,多数水文分区为参数n,其次为降水和潜在蒸散发(PET),分别集中在沂沭泗河地区和淮河上游。20世纪80年代,中游水文分区径流变化的主控因子为PET,其他水文分区则多为降水;而20世纪90年代和21世纪初多数水文分区的主控因子为参数n,其次为降水。总之,控制淮河流域ET和径流变化的物理机制具有明显的空间差异和年代际变化特征。     

哺乳动物对气候变化响应的研究热点演变分析——基于动物学记录（Zoology Record）的文献计量分析

利用Thomson Data Analysis软件对Zoology Record数据库中收录的1942篇哺乳动物对气候变化响应领域的期刊论文做了重点分析。以关键词为核心分析了不同哺乳动物物种、不同地质年代的研究热点分布和研究热点演变,以及2001-2005年、2006-2010年、2011-2015年3个年代段中的研究热点的演变规律。结果显示：进入2000年以后,该领域文献呈现逐年递增;研究热点显示出了较强的物种相关性;不同地质年代对应的物种研究有细微变化;3个文献发表年代段的研究热点显示出了该领域的热点演变规律。     

热带气旋对红树林的影响研究进展——基于文献计量分析

红树林在防风消浪、促淤保滩、固岸护堤等方面发挥重要的作用,是抵御台风、风暴潮、海岸侵蚀等自然灾害的重要天然屏障。热带气旋是红树林面临的最主要自然威胁之一,削弱了红树林对自然灾害的抵御及生物多性维持等功能发挥。然而,尽管热带气旋对红树林的影响日益受到全球的广泛关注,但缺乏对该领域研究进展的系统分析和总结。以Web of science核心集数据库为数据源,利用CiteSpace软件对1995—2021年间热带气旋对红树林影响研究进行文献计量分析和可视化图谱绘制,以厘清该领域研究的现状、趋势和热点,并揭示未来的发展方向。研究表明：（1）该领域研究年发文量随时间处于波动上升的趋势,尤其2013年后迅速增加,表明该领域的研究日益受到重视;（2）美国、澳大利亚和印度等国家在该领域的研究走在前列,美国的中介中心性最高,其次是德国,美国广泛地与德国、法国、日本等许多国家有密切合作;（3）美国佛罗里达、加勒比地区、澳大利亚北部和印度南部等是当前研究的热点区域;（4）研究热点随时间推移而不断发展,从红树林植被的干扰损害逐渐发展到固碳储碳、海岸防护等功能的影响。全球变化背景下热带气旋对红树林的影响、红树林对热带气旋干扰的弹性、基于遥感和大数据处理的模型模拟等日益受到关注,量化热带气旋对红树林功能的影响、探明热带气旋与海平面上升的关系及对红树林影响、构建完善的观测体系数据集等将是未来研究的重要方向。研究对长期关于热带气旋对红树林影响的研究进展进行定量和可视化分析,可为预测热带气旋对红树林的影响和风险、及减缓和应对其风险等研究提供借鉴参考。     

基于多水文改变指标评价东江流域河流流态变化及其对生物多样性的影响

新丰江、枫树坝和白盆珠3座大型水库的建立对东江流域河道流量和河流流态过程有了较大改变,威胁河道下游生态系统的健康。基于广义指标生态剩余和生态赤字评价了东江流域受水库影响后流域生态需水需求目标总的盈余和缺失变化过程,基于IHA32指标计算的Do和DHRAM评价了水库对下游河段河流水文过程总的改变程度以及威胁河道生态系统健康的风险性大小,并进一步分析了对河道生物多样性的影响。研究结果如下:(1)水库对流量历时曲线(FDC)有显著影响,曲线上部下降,尾部上升,尤其体现在秋季和冬季。降水对年与夏季生态剩余影响较大,水库对各季节生态剩余和生态赤字均有较大影响:秋季和冬季生态赤字几乎为0,生态剩余显著增加。生态剩余和生态赤字与大部分IHA中32个指标具有很强的相关性,可作为衡量东江流域年和季节径流变化的生态指标。(2)龙川、河源、岭下和博罗4站点总体改变程度分别为58.48%、54.04%、54.32%和52.47%。河流流态变化导致总季节生态剩余增加并维持在较高水平,进一步引起河流生物多样性下降,并维持在较低水平。龙川和河源两站河流流态的变化对河流生态系统造成了高风险性影响,岭下和博罗两站则为中等风险。     

赣南九曲水流域基流变化特征及其对降水的响应

基流是水资源重要组成部分,探究流域基流变化特征及其对降水的响应,对优化流域水资源配置具有重要意义。本研究基于赣南九曲水流域1982—2019年逐日降水、径流观测资料,运用数字滤波法、交叉小波变换及累积量斜率变化率比较法等,分析了基流变化特征,探讨了基流对降水的时滞效应,并计算了降水对基流变化的贡献率。结果表明: 研究期间,九曲水流域年基流深和年基流指数变化趋势均不显著,年均值分别为384.21 mm和0.44;春、夏季基流深大于秋、冬季,基流指数则与之相反。年降水量控制着年基流深的动态变化,春、夏季降水对基流深的作用强于秋、冬季;年及春、夏、秋、冬季基流滞后降水的时长分别为3.5～10.3、1.5～8.5、2～10、2～13和5～20.5 d,年均滞后时长依次为6.4、4.9、5.3、6.8和10.8 d。年基流深在1992年发生突变,降水对基流变化的贡献率为68.2%,其他因素对基流变化的贡献率为31.8%。本研究成果可为南方红壤区评价流域的森林水文效应、保障河流的水生态安全提供科学依据。     

基于文献计量分析的区域生态安全研究热点与趋势

生态安全是生态学研究的热点议题,近年来国内外对生态安全领域相关研究力度不断增大。文章以WEB OF SCIENCE数据库和中国期刊全文数据库（CNKI）中期刊论文为数据源,从文献计量的角度,利用Excel统计论文年度发文量,通过Bibexcel得到高频词共词矩阵,导入Ucinet和Netdraw得出共现网络可视图,最后利用SPSS对关键词进行聚类分析,以探究区域生态安全研究热点和趋势。研究表明：（1）区域生态安全研究发文数量基本逐年递增,自2012年起进入快速增长阶段。（2）国内外区域生态安全的研究内容具有较大差异。国外更注重在气候变化背景下生态安全与可持续发展的关系研究;国内更加关注生态安全空间规划、生态文明建设等基本理论与生态安全实证检验。（3）共现网络可视中的关键词food safety、environment和climate change与生态安全、生态文明建设和生态保护红线一定程度上成为当前研究的热点。（4）国内外区域生态安全研究对象和研究尺度均存在较大的差异。国外主要以极端贫困国家和发展中国家为研究对象,研究尺度涉及地区、国家甚至全球;国内主要以区域为研究对象,研究尺度集中于中尺度。综上,目前区域生态安全研究的热点是区域生态安全评价及其影响因素、生态文明建设战略和可持续发展研究等,未来生态安全的研究趋势将集中于生态安全空间演变、国际与区际间安全关联和安全对策等。     

基于文献计量的国内外生态补偿研究热点与案例分析

生态补偿是落实我国生态文明体制改革的重要抓手,是实践“绿水青山就是金山银山”的重要保障。基于Web of Science和CNKI数据库,采用文献计量方法对国内外生态补偿研究领域进行数据挖掘及可视化分析。研究结果表明:(1)生态补偿的研究起始于上世纪末,近年来成果产出量有显著增长。(2)发达国家研究影响力较强,国际合作不断加强。(3)该领域的国际研究热点分别是保护管理、生态补偿效应、政策与项目制定、经济学相关方法的应用、生态补偿机制、生物多样性、生态影响及气候变化、土地利用及景观;国内相关研究则更关注生态补偿机制、生态环境保护、可持续发展、对策及政策、生态环境等主题。(4)国内生态补偿研究快速发展,在生态补偿理论、生态补偿机制和政策推广的实证研究、国际合作等方面有待加强和提升。     

流域水碳过程耦合模拟——WaSSI-C模型的率定与检验

在复杂的气候变化条件下, 利用水碳耦合模型进行生态水文学研究成为主要的研究手段和途径。该文以杂谷脑河上游流域为例, 在确定生态水文模型WaSSI-C模拟尺度的基础上, 探讨水碳耦合模型在中国西南湿润地区的适用性。杂古脑河上游流域位于岷江上游, 隶属于长江流域。在分析和讨论了模型结构和机理的基础上, 分别对模型蒸散和融雪计算进行了补充改进, 以提高模型的适用性。将1988-1996年作为模型的率定期, 1997-2006年作为模型的验证期, 分别在率定期和验证期利用实测的径流数据和中分辨率成像光谱仪数据的总初级生产力、蒸散(ET)数据, 对模拟结果进行对比验证。并利用决定系数(R²)和Nash-Sutcliffe效率系数(NS)两个指标对模拟效果进行评价。流域总径流率定期和验证期对比验证的R²分别为0.86和0.78; NS分别为0.82和0.67。总生态系统生产力和ET验证期的R²分别为0.89和0.78。可见模型模拟结果的两个评价指标都处于较为理想的区间内, 说明WaSSI-C模型在研究区内具有较好的适用性。并对模型的蒸散计算方法进行了讨论, 在此基础上提出了模型中存在的问题和改进的方向。     

流域尺度土地利用与土壤类型空间分布的相关性研究

随着人类活动日益加强,土地利用变化及其驱动力研究已经成为国际地理学界研究的热点。但目前更多的工作侧重于研究人为因子,如人口增长、政策变化等因子对土地利用变化的影响,其实土地利用在宏观尺度上的变化一定程度上取决于自然环境背景,因此研究土地利用变化的自然环境背景特征对于进一步探讨土地利用变化的自然驱动力具有重要意义。土壤类型的空间分布在一定程度将影响土地利用的空间分布格局和变化过程。本文利用遥感、地理信息系统,通过选取景观格局指标,以于桥水库流域为例,研究了土地利用与土壤类型空间分布之间的相互关系。结果表明：(1)受人类活动干扰较弱的土地利用类型,如有林地、稀疏林地、灌木林地、其他林地和草地,主要分布在淋溶褐土、褐土性土以及棕壤地区;而与人类活动密切的土地利用类型,如山区旱耕地、丘陵区水田、丘陵区旱耕地和平原区旱耕地主要分布在淋溶褐土、褐土性土和潮土地区;(2)同类地区土地利用的多样性指数要比土壤的低。并且土地利用和土壤类型多样性均表现出明显的地形梯度效应,从中低山区、低山丘陵区、丘陵平原区到山间盆地区,土壤多样性指数从小到大有规律地变化。而土地利用类型多样性变化较为复杂,反映出人类活动对土地利用格局的影响较强,而对土壤类型的影响相对较小;(3)随着平均斑块面积的增加,流域多样性指数将呈下降趋势。土地利用多样性指数与流域总面积之间的相关性较差,但土壤多样性指数与流域总面积表现出的相关性较好;(4)土地利用类型与土壤类型之间,平均斑块面积上没有明显的相关关系,但在多样性指数之间存在着较好的相关性。土壤类型丰富多样的地区,土地利用的多样性指数也相对较高。     

1982—2012年新疆植被NDVI的动态变化及其对气候变化和人类活动的响应

植被在调节陆地碳平衡、气候系统中发挥了重要作用,并在生态系统服务功能提供方面占据主导地位,因此,监测植被生长变化意义重大.基于AVHRR GIMMS NDVI和MODIS NDVI数据集,在区域、像元两个空间尺度,研究了中国典型干旱区新疆1982—2012年间植被生长的动态变化,探讨了气候变化和人类活动对植被生长的影响.结果表明: 区域尺度,1982—2012年生长季植被NDVI呈极显著增加趋势(4.09×10^-4·a^-1);NDVI变化趋势存在明显阶段性,1998年前后分别呈极显著增加(10×10^-4·a^-1)和显著减少(-3×10^-4·a^-1);生长季NDVI变化趋势的逆转主要发生在夏季,其次是秋季,而春季不存在逆转.像元尺度上,农业区NDVI增加趋势显著;NDVI变化呈两极分化现象,剧烈变化区域多随时段长度延长而增加,尤其是显著减少区域范围快速扩张,导致区域尺度NDVI增加的停滞或放缓.研究区域植被生长受水热条件、人类活动共同控制.春、秋季的气温发挥主导作用,而夏季主要受到降水量的影响.大量施肥、灌溉面积增加等生产活动提高了农田植被覆盖,种植结构、灌溉方式等的改变降低了春季农田NDVI值,载畜量的增加则降低了部分草地的NDVI.     

Satellite‐derived estimates of forest leaf area index in southwest Western Australia are not tightly coupled to interannual variations in rainfall: implications for groundwater decline in a drying climate

There is increasing concern that widespread forest decline could occur in regions of the world where droughts are predicted to increase in frequency and severity as a result of climate change. The average annual leaf area index (LAI) is an indicator of canopy cover and the difference between the annual maximum and minimum LAI is an indicator of annual leaf turnover. In this study, we analyzed satellite‐derived estimates of monthly LAI across forested coastal catchments of southwest Western Australia over a 12 year period (2000–2011) that included the driest year on record for the last 60 years. We observed that over the 12 year study period, the spatial pattern of average annual satellite‐derived LAI values was linearly related to mean annual rainfall. However, interannual changes to LAI in response to changes in annual rainfall were far less than expected from the long‐term LAI‐rainfall trend. This buffered response was investigated using a physiological growth model and attributed to availability of deep soil moisture and/or groundwater storage. The maintenance of high LAIs may be linked to a long‐term decline in areal average underground water storage and diminished summer flows, with an emerging trend toward more ephemeral flow regimes.     

中国遥感干旱指数时空特征及其对气候和地表覆盖变化的响应

干旱严重影响植被生长,威胁粮食安全,基于遥感计算的植被状态指数（Vegetation Condition Index,VCI）、温度状态指数（Temperature Condition Index,TCI）和植被健康指数（Vegetation Health Index,VHI）是常用的干旱指数,被广泛应用于干旱监测。为了探究近年来我国干旱特征及其对气候和地表覆盖变化的响应,分析了2003-2016年期间VCI、TCI和VHI的时空变化特征;采用最小二乘（OLS）和偏相关分析方法分析了这些指数对气候和地表覆盖变化的响应。基于上述干旱指数计算的干旱频率表明,中温带中部和南温带等地区干旱发生频率高,干旱指数变化趋势表明在2003-2016年期间中国大部分地区干旱缓解,但在中温带、南温带和高原气候区等局部地区干旱加剧;总体而言,干旱指数随着年平均温度的上升和年降水量的降低而减小,VHI与温度和降水量的相关性在不同气候区的一致性优于VCI和TCI;裸土的减少和植被的增加导致干旱指数增大,树木转变为低矮植被干旱指数降低。     

Effects of 21st‐century climate,land use,and disturbances on ecosystem carbon balance in California

Terrestrial ecosystems are an important sink for atmospheric carbon dioxide (CO₂), sequestering ~30% of annual anthropogenic emissions and slowing the rise of atmospheric CO₂. However, the future direction and magnitude of the land sink is highly uncertain. We examined how historical and projected changes in climate, land use, and ecosystem disturbances affect the carbon balance of terrestrial ecosystems in California over the period 2001–2100. We modeled 32 unique scenarios, spanning 4 land use and 2 radiative forcing scenarios as simulated by four global climate models. Between 2001 and 2015, carbon storage in California's terrestrial ecosystems declined by ?188.4 Tg C, with a mean annual flux ranging from a source of ?89.8 Tg C/year to a sink of 60.1 Tg C/year. The large variability in the magnitude of the state's carbon source/sink was primarily attributable to interannual variability in weather and climate, which affected the rate of carbon uptake in vegetation and the rate of ecosystem respiration. Under nearly all future scenarios, carbon storage in terrestrial ecosystems was projected to decline, with an average loss of ?9.4% (?432.3 Tg C) by the year 2100 from current stocks. However, uncertainty in the magnitude of carbon loss was high, with individual scenario projections ranging from ?916.2 to 121.2 Tg C and was largely driven by differences in future climate conditions projected by climate models. Moving from a high to a low radiative forcing scenario reduced net ecosystem carbon loss by 21% and when combined with reductions in land‐use change (i.e., moving from a high to a low land‐use scenario), net carbon losses were reduced by 55% on average. However, reconciling large uncertainties associated with the effect of increasing atmospheric CO₂ is needed to better constrain models used to establish baseline conditions from which ecosystem‐based climate mitigation strategies can be evaluated.     

全球气候变化对松嫩草原水热生态因子的影响

根据４个大氯环流模式ＣＯ２倍增试验结果并结合土壤水量平衡模型,气候－草原生产力统计模型及逐日气温、降水随机模拟技术评估了未来１００ａ温室效应引起的气候变化对松嫩草原土壤蒸散、土壤水分、干旱频率、活动积温,草原生产力及极端气象事件的影响。主要结论如下：土壤蒸散７～８月份有较大幅度的增加而旱季（１０～４月份有所减少,年蒸散将增加;土壤水分各月均将减少,干旱频率明显增加;≥０℃、≥１０℃活动积温明显增加     

应用SWAT模型研究潮河流域土地利用和气候变化对径流的影响

为定量分析潮河流域土地利用和气候变化对流域径流变化的影响,应用SWAT模型对流域上游至下游的大阁、戴营和下会3个水文站径流进行模拟,采用情景法分析径流对土地利用和气候变化的响应。在模型校准期和验证期采用两个参数:p因子和r因子来评价模拟的拟合度及不确定性。结果表明,3个水文站在校准期和验证期的p因子值分别为:0.70和0.77,0.87和0.82,0.92和0.78,r因子值分别为0.63和0.90,0.97和0.79,0.88和0.92,评价整个流域模拟有效性的模型目标函数g最佳值为0.66,说明该模型对潮河流域的产水量模拟具有很好的适用性。以1981—1990年为基准期,1991—2000年流域土地利用变化造成年径流量减少了4.10 mm,而气候变化导致年径流增加了29.68 mm;2001—2009年土地利用变化造成年径流量减少2.98mm,气候变化造成年径流量减少了14.30 mm。与1999年土地利用条件模拟径流值相比,几种极端情景法模拟分析结果表明:灌木林地情景下年径流增加了158.2%,草地情景下年径流增加了4.1%,林地和耕地情景下年径流分别减少23.7%和41.7%;不同气候变异情景模拟结果显示,径流对降水的变化敏感性高于对温度变化的敏感性,降水每增加10%,径流平均增加23.9%。温度每增加12%,径流平均减少6%。因此,在气候变化背景下,优化土地利用结构与方式是实现流域水资源科学管理的途径之一。     

基于NDVI的三江源地区植被生长对气候变化和人类活动的响应研究

采用Spot VEGETATION 逐旬NDVI数据、1 ∶ 100万植被类型图和气象站资料,在掌握近10a三江源地区植被变化趋势基础上,分不同植被类型探讨植被生长对气候变化的响应机制,并通过分离气候要素与人类活动对NDVI的贡献,定量评估生态保护与建设工程的实施效果。结果表明,区域尺度上,三江源地区2001-2010年植被生长呈好转趋势,植被增长从东南向西北递减;在10a时间尺度上,气候变化是影响植被生长的决定性因素,但人类活动可在短期内加快植被变化速率,气候要素和人类活动对植被生长的贡献分别为79.32%和20.68%;降水和气温对植被生长的影响程度相当,其中受春季和秋季的降水和气温影响最大,尤其是植被生长季前后一个月(4月份和10月份)的气候条件;与林地和灌丛相比,高寒草地受气候条件的抑制作用更为明显,其中高寒草甸受气候变化的影响最大,NDVI与降水和气温均具有较高相关性,高寒草原受气温的影响比较大,而高山植被受降水的抑制作用更为明显;在气候条件利于植被生长的趋势下,2001-2010年三江源地区的人类活动对生态环境表现出正影响,实测NDVI_max与模拟NDVI_max之间的残差为0.0863,表明生态保护与建设行动取得初步成效,其中黄河源区东部和长江源区通天河两侧的生态恢复效益最为明显,而在唐古拉山、昆仑山、布青山、阿尼玛卿山等山脉的周边地区,人类活动对生态环境仍表现为负影响;时间尺度上人类活动对植被的正影响呈现出下降趋势,2001-2010年NDVI_max残差的回归斜率为-0.0039,表明生态项目实施的短期行为严重,生态建设的效果缺乏长效性。