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基于GEE的1982—2021年内蒙古地区植被覆盖度时空动态及气候响应特征

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农业工程学报 2023年第15期39卷 94-102,F0003页

作者：闫志远张圣微王怡璇内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院呼和浩特010018 内蒙古自治区水资源保护与利用重点实验室呼和浩特010018 黄河流域内蒙段水资源与水环境综合治理自治区协同创新中心呼和浩特010018

科学揭示植被覆盖度(fractional vegetation cover,FVC)的时空变化过程及其与气候变化的相关关系,对推进生态文明建设和农牧业可持续发展具有重要意义。以内蒙古自治区为研究区,基于谷歌地球引擎(Google Earth Engine,GEE)利用AVHRR NDV... 详细信息

科学揭示植被覆盖度(fractional vegetation cover,FVC)的时空变化过程及其与气候变化的相关关系,对推进生态文明建设和农牧业可持续发展具有重要意义。以内蒙古自治区为研究区,基于谷歌地球引擎(Google Earth Engine,GEE)利用AVHRR NDVI数据和像元二分模型构建研究区1982—2021年FVC年尺度时间序列,并采用Sen斜率估计和Mann-Kendall检验以及相关性分析方法全面探析研究区近40 a不同土地覆被类型中FVC的时空分布、演变趋势及其与气候变化的耦合机制。结果表明:1)内蒙古地区多年平均FVC在空间分布上呈显著的条带性规律,由西部向东北部逐步递增,不同土地覆被类型中FVC差异较大。2)西部荒漠地区FVC呈极显著降低趋势,面积占比13.1%;中部山地和草地FVC无显著变化趋势,面积占比38.2%;南部、东部和东北部的农田、林地及部分草地FVC呈极显著升高趋势,面积占比38.3%。3)不同土地覆被类型的FVC变化与气象因子的相关关系具有显著差异,草地FVC变化与年降水量呈显著或极显著正相关,农田FVC变化与年均气温呈显著或极显著正相关,林地的部分区域FVC与年降水量呈显著负相关,部分裸地FVC与年均气温呈显著负相关。研究结果可为内蒙古地区生态环境保护和可持续发展提供科学依据。

关键词：遥感植被覆盖度谷歌地球引擎内蒙古

科尔沁沙地典型区生长季蒸散发估算及其变化特征

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水科学进展 2018年第6期29卷 768-778页

作者：张圣微张鹏张睿刘廷玺内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院内蒙古呼和浩特010018 内蒙古自治区水资源保护与利用重点实验室内蒙古呼和浩特010018

为揭示科尔沁沙地典型区地表参数和蒸散发的时空分布以及变化特征,采用Landsat-7和气象数据,并结合METRIC(Mapping Evapotranspiration at high Resolution with Internalized Calibration)模型,分析了研究区净辐射(Rn)和蒸散发(ET)的时空变化、不同土地覆被类型ET特征及其影响因素。结果表明:(1)研究区典型土地覆被沙丘和草甸的Rn和ET估算值与涡度相关实测值拟合结果均良好,说明METRIC模型可以为研究区提供合理的ET估算;(2)研究区下垫面Rn和ET的时空分布情况为:各年Rn和ET在年内变化趋势相同,空间上不同土地覆被类型中水体的Rn和ET最大,农田和草甸次之,沙丘最小;(3)沙丘的CV值大于农田与草甸,表明年际间沙丘的ET波动较大,农田和草甸相对稳定,ET年际变化主要受气象因素的影响。

关键词：蒸散发 METRIC模型土地覆被时空分布

锡林郭勒草原植被覆盖度时空动态与影响因素分析

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农业机械学报 2017年第3期48卷 253-260页

作者：张圣微张睿刘廷玺徐冉张鹏内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院呼和浩特010018 内蒙古自治区水资源保护与利用重点实验室呼和浩特010018

以MODIS地表辐射率数据对内蒙古自治区锡林郭勒草地进行研究,分析了2001—2013年生长季(4—10月份)草甸草原、典型草原、沙地草原和荒漠草原4种草地类型植被覆盖度(fv)的时空变化特征,用变异系数(C_v)衡量各类草原f_v的变化程度,并结合... 详细信息

以MODIS地表辐射率数据对内蒙古自治区锡林郭勒草地进行研究,分析了2001—2013年生长季(4—10月份)草甸草原、典型草原、沙地草原和荒漠草原4种草地类型植被覆盖度(fv)的时空变化特征,用变异系数(C_v)衡量各类草原f_v的变化程度,并结合气象和放牧数据分析气候变化和人类活动(放牧)对草地f_v的影响。结果表明,在不同年份各类型草原f_v均表现为由东向西递减的规律,同类型草原年际间fv呈不显著波动变化。研究区多年f_v的Cv结果表明有78.66%地区属脆弱和很脆弱水平,其中典型草原和沙地草原属脆弱级别,而荒漠草原属很脆弱级别,只有草甸草原属稳定级别。降水量对f_v的影响较大,呈显著正相关关系;而温度对fv的影响较小,呈不显著负相关关系;牲畜养殖数量对f_v影响较大,锡林郭勒盟草原的适宜综合牲畜养殖数量为39只/km^2(以标准羊计)。

关键词：锡林郭勒草原植被覆盖度时空动态气候变化人类活动牲畜数量

达拉特旗黄河南岸盐碱化土壤不同含盐量估算模型对比

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农业机械学报 2024年第10期55卷 360-370页

作者：刘霞胡宇张圣微白燕英张欢内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院呼和浩特010018

内蒙古自治区鄂尔多斯市达拉特旗黄河南岸由于气候干旱,降水量少,年蒸发量远大于年降水量,靠近黄河地下水位高,导致土壤盐渍化问题突出。以达拉特旗黄河南岸盐碱地为研究对象,基于Sentinel-1、Sentinel-2、Landsat-8和SRTM DEM多源数据... 详细信息

内蒙古自治区鄂尔多斯市达拉特旗黄河南岸由于气候干旱,降水量少,年蒸发量远大于年降水量,靠近黄河地下水位高,导致土壤盐渍化问题突出。以达拉特旗黄河南岸盐碱地为研究对象,基于Sentinel-1、Sentinel-2、Landsat-8和SRTM DEM多源数据,采取相关性分析和连续变量投影结合索套回归(Lasso)、随机森林回归(Random forset,RF)、轻量梯度提升机模型(Light gradient boosting machine,LightGBM)、极端梯度提升模型(Extreme gradient boosting,XGBoost)、一维卷积神经网络(One dimensional convolutional neural networks,1DCNNs)、深度神经网络(Deep neural network,DNN)6种模型进行春季裸土期与植被覆盖期土壤含盐量估算。结果表明:XGBoost模型精度最高,春季裸土期、植被覆盖期测试集决定系数(R2)为0.76、0.58;均方根误差(RMSE)为5.76、7.22 g/kg;平均绝对误差(MAE)为3.38、4.33 g/kg。多源遥感数据结合变量筛选方法利用XGBoost模型揭示研究区不同季节土壤盐分空间分布最有效,含盐量反演结果与野外实际调查分析结果基本吻合。变量重要性分析表明春季裸土期、植被覆盖期重要反演因子分别为:盐分指数(48.3%)、地形因子(33.8%);植被指数(22%)、地形因子(47.9%)。本研究为达拉特旗黄河南岸盐碱地遥感反演提供了有效方法,为春季裸土期与植被覆盖期盐碱化土壤监测及预防提供了理论依据。

关键词：干旱盐碱地土壤含盐量估算机器学习模型深度学习模型

近40年内蒙古自治区干燥度时空演变规律分析

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内蒙古农业大学学报（自然科学版） 2013年第3期34卷 124-129页

作者：高云屈忠义张圣微周俊内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院呼和浩特010018 内蒙古河套灌区解放闸灌域管理局陕坝015400

为更好的在内蒙古自治区预测干旱发展趋势,制定相应防灾减灾对策,全面正确评价干旱灾害的时空分布规律。本文根据1970年～2009年共计40年间内蒙古自治区47个气象站点的气象数据资料,包括气温、风速及湿度等,基于联合国粮农组织(FAO)推荐... 详细信息

为更好的在内蒙古自治区预测干旱发展趋势,制定相应防灾减灾对策,全面正确评价干旱灾害的时空分布规律。本文根据1970年～2009年共计40年间内蒙古自治区47个气象站点的气象数据资料,包括气温、风速及湿度等,基于联合国粮农组织(FAO)推荐的Penman-Monteith模型计算出的各气象站点的潜在蒸散量(ET0)与降水量(P)的比值得到各气象站点的干燥度(K)。通过对47个气象站多年的干燥度进行分析,采用克里格插值方法对全区的气候干燥度的时空变异规律进行研究,研究表明在空间变化上内蒙古自治区受气候地形等因素的综合影响,整体呈现干旱气候,干燥度的空间分布趋势为东小西大,地域性差异显著。时序变化上,多年来受到潜在蒸散量和降水量的综合影响,四个不同区域干燥度值出现不同程度浮动变化,东北部地区呈现半湿润气候,西部地区呈现极干旱气候状态。

关键词：干燥度干旱潜在蒸散量 Penman-Monteith模型内蒙古

锡林郭勒草原近30年草地退化的变化特征及其驱动因素分析

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中国草地学报 2017年第4期39卷 86-93页

作者：马梅张圣微魏宝成内蒙古农业大学经济管理学院内蒙古呼和浩特010019 内蒙古自治区教育厅畜牧业经济重点研究基地内蒙古呼和浩特010019 内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院内蒙古呼和浩特010019 兰州大学生态与资源环境学院甘肃兰州730000

利用NOAA/HAVRR NDVI与MODIS NDVI遥感数据,估算得到锡林郭勒盟草原33年(1981~2013年)的植被覆盖度,根据草地退化国家标准,得到锡林郭勒草原草地退化的变化情况,并对其驱动因素进行研究。结果表明:在研究期内,研究区草地处于长期退化趋... 详细信息

利用NOAA/HAVRR NDVI与MODIS NDVI遥感数据,估算得到锡林郭勒盟草原33年(1981~2013年)的植被覆盖度,根据草地退化国家标准,得到锡林郭勒草原草地退化的变化情况,并对其驱动因素进行研究。结果表明:在研究期内,研究区草地处于长期退化趋势,但2000年是草地退化的转折点。2000年之前,研究区草地呈退化加剧态势;2000~2005年草地退化发生转变,中、东部区域草地整体好转,西部地区草地恶化态势加剧;2005年之后,草地生态不断好转,尤其在2010~2013年,草地退化面积不断萎缩,退化草地中,以中度、轻度退化草地占主导。究其驱动因素,草地载畜量与草地开垦等农业经营活动及人口数量是主要因素;夏季降水量与夏季平均气温变化也是加剧草地退化的重要因素;能源矿产资源的不合理开采是导致草地退化的另一重要因素。

关键词：草地退化指数气候变化人类活动农业经营活动草地载畜量

基于SWAT模型的内蒙古闪电河流域径流模拟研究

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干旱区资源与环境 2013年第1期27卷 175-180页

作者：姚苏红朱仲元张圣微张苏鲁李杨内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院呼和浩特010018 内蒙古自治区第三地质矿产勘查开发院呼和浩特010050

以内蒙古闪电河流域为研究对象,采用分布式水文模型SWAT对闪电河流域水文过程进行模拟,模型采用1962～1975年月径流资料进行参数率定,将1986-2001年作为模型的检验期对模型的适用性进行评估。结果表明:实测与模拟的逐月流量总体较为接近... 详细信息

以内蒙古闪电河流域为研究对象,采用分布式水文模型SWAT对闪电河流域水文过程进行模拟,模型采用1962～1975年月径流资料进行参数率定,将1986-2001年作为模型的检验期对模型的适用性进行评估。结果表明:实测与模拟的逐月流量总体较为接近,率定期和验证期的Nash-Sutcliffe效率系数均大于0.60,实测与模拟的月流量之间的相关系数在0.65以上,率定期的多年平均相对误差小于5%。由于人类活动的影响,验证期的模拟误差相对较大,超过12%。总体来看,SWAT模型参数经多次率定之后,能够较好地模拟干旱半干旱地区的径流过程,在同类地区具有一定的适用性。模拟过程中,对于降水量突然增大的月份,SWAT模型对月径流量的模拟结果往往超过实测值一倍,直接导致整个模拟过程的误差偏大。然而,模拟值与降水量在年内分配上却表现出很好的相关性,降水偏大的月份径流量敏感性大。同时,SWAT模型模拟径流结果受参数影响很大,调整融雪参数值,模拟精度在原有基础上相对提高。

关键词：闪电河流域 SWAT模型径流模拟

典型草原禁牧条件下土壤水分对降雨模式的响应

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干旱区研究 2019年第6期36卷 1359-1367页

作者：徐冉张圣微朱仲元张鹏高露内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院内蒙古呼和浩特010018 内蒙古自治区水资源保护与利用重点实验室内蒙古呼和浩特010018 内蒙古自治区农牧业大数据研究与应用重点实验室内蒙古呼和浩特010018

通过在锡林郭勒草原设置禁牧和放牧试验点,对气象、植被、土壤要素和5cm、10cm、15cm、30cm层土壤水分进行监测分析,揭示典型草原禁牧条件下降雨和土壤水分的变化及转化规律,结果表明:禁牧3a后土壤垂向异质性增强,降雨过程中各土层土壤... 详细信息

通过在锡林郭勒草原设置禁牧和放牧试验点,对气象、植被、土壤要素和5cm、10cm、15cm、30cm层土壤水分进行监测分析,揭示典型草原禁牧条件下降雨和土壤水分的变化及转化规律,结果表明:禁牧3a后土壤垂向异质性增强,降雨过程中各土层土壤含水量差异显著,放牧区则相反;土壤水分对降雨响应的滞后时间随土层深度增加而增加,相对于禁牧区,放牧区浅层土壤(5cm、10cm)持水性能较弱,入渗完成用时较短;5mm以下的降雨对禁牧和放牧区土壤水分均无明显补给作用,当降雨连续均匀且强度不超过5 mm·h^-1时最有利于入渗,放牧区入渗深度达到15cm和30cm层分别需要7.9mm和大于25 mm的降雨,而禁牧区大于5 mm的降雨就可以入渗到30cm土层;强度5~6 mm·h^-1的独立降雨只能入渗到表层土壤中(5cm),强度大于15 mm·h^-1的降雨在禁牧区能通过大孔隙快速入渗到30cm及更深层土壤,放牧区则表层入渗较快(0~5cm),深层入渗较慢,会形成地表径流甚至洪水灾害。该研究的结果可以为草地生态水文过程研究和制定合理的放牧政策提供参考。

关键词：锡林郭勒草原降雨模式土壤含水量降雨入渗内蒙古

科尔沁沙丘-草甸相间地区黄柳和小叶锦鸡儿光合速率对光照强度和CO_2浓度的响应

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生态学杂志 2016年第12期35卷 3157-3164页

作者：吕扬刘廷玺闫雪段利民张圣微韩春雪内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院呼和浩特010018

本文采用Li-6400光合作用仪对科尔沁沙丘-草甸相间地区固定沙丘低洼部位的小叶锦鸡儿(Caragana microphylla Lam.)群落和半流动沙丘阴坡上部的黄柳(Salix gordejevii Chang et Skv.)群落进行光响应曲线和CO_2响应曲线的测定,然后通过直... 详细信息

本文采用Li-6400光合作用仪对科尔沁沙丘-草甸相间地区固定沙丘低洼部位的小叶锦鸡儿(Caragana microphylla Lam.)群落和半流动沙丘阴坡上部的黄柳(Salix gordejevii Chang et Skv.)群落进行光响应曲线和CO_2响应曲线的测定,然后通过直角双曲线模型、非直角双曲线模型、直角双曲线修正模型3种拟合模型对两种植物光合-光/CO_2响应曲线进行拟合分析。结果表明:直角双曲线修正模型能更好地拟合植物光合速率随光强和CO_2浓度变化的真实情况,并且计算出的最大净光合速率、光饱和点、CO_2饱和点等光合参数都与实测值最接近;受不同生境的影响,两种植物的光合特性参数存在差异,小叶锦鸡儿存在较高的光饱和点(LSP)和较低的光补偿点(LCP),表现出对环境较强的适应能力,而黄柳的表观量子效率大于小叶锦鸡儿,所以对光能的转化效率高,低的暗呼吸速率使小叶锦鸡儿消耗更少的光合产物;在CO_2饱和情况下,小叶锦鸡儿和黄柳的最大净光合速率(Pn max)分别达到了44.5、29.7μmol·m-2·s-1,为光饱和下的3.98和1.87倍。CO_2浓度高的生境更能促进黄柳生长,而小叶锦鸡儿在较低的CO_2浓度下能进行光合作用形成有机物的积累,同时小叶锦鸡儿有较高的羧化效率,表现出较强的CO_2同化能力。

关键词：小叶锦鸡儿黄柳光响应曲线 CO2响应曲线拟合模型