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滦河流域碳、水循环和能量平衡遥感综合试验总体设计

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遥感学报 2021年第4期25卷 856-870页

作者：阎广建赵天杰穆西晗闻建光庞勇贾立张永光陈德清姚崇斌曹志宇雷永荟姬大彬陈良富柳钦火吕利清陈镜明施建成北京师范大学地理科学学部遥感科学国家重点实验室北京市陆表遥感数据产品工程技术研究中心北京100875 中国科学院空天信息创新研究院遥感科学国家重点实验室北京100101 中国林业科学研究院资源信息研究所北京100091 南京大学国际地球系统科学研究所南京210023 水利部信息中心北京100053 上海航天测控通信研究所上海201109 上海卫星工程研究所上海201109 上海航天技术研究院上海201109 福建师范大学地理科学学院福州350117 中国科学院国家空间科学中心北京100190

始于20世纪80年代的系列大型遥感试验开始系统研究地表物质和能量交换过程,对遥感与地球系统科学研究的结合起到重要作用,但是尚无综合利用多源遥感数据解决碳、水、能量循环问题的有效方案。遥感科学国家重点实验室于滦河上游地区组织... 详细信息

始于20世纪80年代的系列大型遥感试验开始系统研究地表物质和能量交换过程,对遥感与地球系统科学研究的结合起到重要作用,但是尚无综合利用多源遥感数据解决碳、水、能量循环问题的有效方案。遥感科学国家重点实验室于滦河上游地区组织开展基础性、多学科、多尺度的“碳、水循环和能量平衡遥感综合试验”。本次试验面向地球系统科学对遥感观测的最新要求,以遥感如何服务地—气过程研究为关键科学问题,开展星—机—地多尺度遥感综合观测和地面测量,论证中国自主设计的碳、水、能量相关卫星的技术指标,基于大场景真实结构模拟和多尺度综合观测构建虚拟遥感试验场,验证全波段遥感机理模型和复杂地表辐射传输机理。核心试验区位于地势较为平坦的闪电河流域和地形复杂的小滦河流域。闪电河流域主要地类为农田和草地,开展的试验以水循环和能量平衡遥感综合观测为主。小滦河流域主要地类为森林和草地,以碳循环遥感综合观测为主。两个试验区都开展了系统性的多架次飞行试验,并同步开展地面全波段、主被动协同观测。特别设计了一次长达165 km的大跨度飞行试验,横跨两个试验区,包含了地表类型和海拔高度的逐渐过渡。从2017年的预实验开始,整个试验为期5年。基于科学目标驱动、开放、协作、共享的原则,本次试验吸引了10个大型国家科研项目,4个卫星计划团队,19家单位200人次参加,是中国主导的又一次具有明确科学目标的大型多学科交叉遥感综合试验。

关键词：遥感试验碳循环水循环能量平衡滦河流域全波段主被动协同

滦河流域遥感生态指数改进及生态环境质量评价

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应用生态学报 2023年第12期34卷 3195-3202页

作者：冯平杨妮娟李建柱天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300350

为明晰流域生态环境质量及其主要影响因素,本研究基于卫星遥感数据,通过耦合绿度、湿度、干度、气溶胶光学厚度4个指标,提出了改进的遥感生态指数(IRSEI)。采用IRSEI对滦河流域生态环境质量进行评价,并分析了影响流域生态环境质量的主... 详细信息

为明晰流域生态环境质量及其主要影响因素,本研究基于卫星遥感数据,通过耦合绿度、湿度、干度、气溶胶光学厚度4个指标,提出了改进的遥感生态指数(IRSEI)。采用IRSEI对滦河流域生态环境质量进行评价,并分析了影响流域生态环境质量的主要因素。结果表明:2000、2008、2016、2022年,研究区IRSEI分别为0.488、0.532、0.563、0.586,流域整体生态环境质量持续上升,其中,东南地区相对较优、西北地区相对较差,并且东南地区生态环境质量改善而西北地区退化。年降水量、坡度、土地利用、第一产业以及第三产业是影响流域生态环境质量空间分异的关键因子,各因子的交互作用对流域生态环境质量的影响更显著。

关键词：生态环境质量评价改进的遥感生态指数地理探测器影响因素滦河流域

滦河流域中上游富锶地下水成因类型与形成机制

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地球学报 2020年第1期41卷 65-79页

作者：孙厚云卫晓锋甘凤伟王恒贾凤超何泽新李多杰李健张竞中国地质大学(北京)水资源与环境学院北京100083 北京矿产地质研究院北京100012 中国地质调查局天津地质调查中心天津300170

承德市滦河流域富锶矿泉水资源丰富,成因类型多样,具有典型研究意义。通过水化学图解与多元统计分析、离子比值分析、矿物平衡体系分析,分析富锶地下水形成的地球化学背景,分区阐述富锶地下水水化学特征,探讨富锶地下水的形成机制。结... 详细信息

承德市滦河流域富锶矿泉水资源丰富,成因类型多样,具有典型研究意义。通过水化学图解与多元统计分析、离子比值分析、矿物平衡体系分析,分析富锶地下水形成的地球化学背景,分区阐述富锶地下水水化学特征,探讨富锶地下水的形成机制。结果表明,研究区水化学类型以HCO3-Ca·Mg、HCO3·SO4-Ca、HCO3-Ca、HCO3·SO4-Ca·Mg为主。富锶地下水的形成受地质构造格局和岩浆活动控制,地质建造锶元素丰度影响,水文地球化学条件制约。断裂构造和地层岩性控制着富锶地下水形成分布的总体特征,水文地质条件影响着地下水化学锶元素的地球化学响应机制。地下水锶富集来源为含水介质长石矿物、碳酸盐矿物的风化溶解和阳离子交换吸附作用,矿泉水出露机制分为构造断裂深循环淋溶型、裂隙浅循环淋溶型、补给富集埋藏型3种类型。坝上高原孔隙裂隙水系统富锶地下水形成作用主要受大气降水和溶滤作用控制,滦河中上游裂隙水系统地下水阳离子交换吸附作用强烈,滦河中游孔隙岩溶裂隙水系统地下水化学主要受溶滤作用控制,蒸发浓缩作用和人为活动影响。

关键词：富锶地下水滦河流域成因类型形成机制承德

滦河流域土壤保持和水质净化服务及其权衡与协同关系

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生态学报 2023年第14期43卷 5740-5752页

作者：刘灿均门宝辉申耀铎庞金凤华北电力大学水利与水电工程学院北京102206

滦河流域是京津冀地区重要的生态屏障和水源涵养区,但流域内仍存在水土流失、河流水质不达标等问题。基于实测资料及loadest模型等工具率定InVEST模型参数,定量评估了滦河流域各生态区2005、2010和2015年土壤保持和水质净化服务及其时... 详细信息

滦河流域是京津冀地区重要的生态屏障和水源涵养区,但流域内仍存在水土流失、河流水质不达标等问题。基于实测资料及loadest模型等工具率定InVEST模型参数,定量评估了滦河流域各生态区2005、2010和2015年土壤保持和水质净化服务及其时空变化特征,采用相关分析和基于网格的Moran′I指数分析了两项服务的作用机理和权衡与协同关系的时空分异,并探讨了气候和土地利用变化对二者的影响。结果表明:2005年、2010年、2015年滦河流域年均土壤保持强度为136.45 t/hm^(2),时间上呈现出先强增后微减的特点,空间格局表现为由西北向东南增加;流域总氮(TN)、总磷(TP)年均输出量分别为1526.73 t/a和82.89 t/a,输出量逐年增加且集中在流域中下游,流域整体水质净化能力有所减弱。流域内水体中TN、TP浓度与泥沙入河量具有显著相关性,土壤保持和水质净化服务关系整体上由协同向权衡转变,空间上的差异性表现为林地、草地集中区域(生态区A)多以协同关系为主,而农牧带交错地区(生态区B)多以权衡关系为主。建议未来滦河流域开展生态建设和管理工作时应统筹考虑土壤保持和水质净化服务,因地制宜协调二者关系,通过增强流域水土保持功能带动水质净化服务的提升,并优化土地利用布局,促进流域的生态环境高质量发展。

关键词：土壤保持服务水质净化服务滦河流域权衡与协同关系土地利用

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滦河流域遥感降水降尺度多时间特性分析

水力发电学报 2022年第8期41卷 77-91页

作者：董甲平冶运涛顾晶晶曹引段浩赵红莉蒋云钟兰州交通大学测绘与地理信息学院兰州730070 地理国情监测技术应用国家地方联合工程研究中心兰州730070 甘肃省地理国情监测工程实验室兰州730070 中国水利水电科学研究院水资源研究所北京100038 水利部数字孪生流域重点实验室北京100038

为提高卫星降水产品空间分辨率以满足精细水文研究需要,以滦河流域为研究对象,针对在中国区域精度较高的全球降水观测计划多卫星降水产品(IMERG),使用NDVI、DEM、坡度、坡向、经纬度和降水关系,构建了一种基于卷积神经网络的降水降尺度... 详细信息

为提高卫星降水产品空间分辨率以满足精细水文研究需要,以滦河流域为研究对象,针对在中国区域精度较高的全球降水观测计划多卫星降水产品(IMERG),使用NDVI、DEM、坡度、坡向、经纬度和降水关系,构建了一种基于卷积神经网络的降水降尺度模型,探讨了模型在年、季、月和旬的表现及模型参数的变化情况。结果表明:降尺度结果与原始数据相比,年、季、月降尺度结果的相似指数分别超过0.94、0.89和0.69,旬尺度也能有效表征降水情况;与中国日降水站点分析产品(CGDPA)相比,年、季、月和旬降尺度结果的平均相似指数分别为0.58、0.78、0.68、0.47;模型参数的相似度会随着模型层数的深入逐渐增大。证明该模型具有良好的收敛性,在流域范围的降尺度应用方面具有良好的潜力。

关键词：多卫星降水产品中国日降水站点分析产品卷积神经网络滦河流域统计降尺度

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滦河流域承德市非点源污染遥感模型评估分析

农业环境科学学报 2022年第11期41卷 2417-2427页

作者：冯爱萍郝新罗仪宁王雪蕾李宣瑾黄莉生态环境部卫星环境应用中心北京100094 北京师范大学北京100875 陕西省环境监测中心站西安710054 生态环境部对外合作与交流中心北京100035

本研究采用遥感分布式非点源污染评估模型(DPeRS),对滦河流域承德市非点源污染负荷的空间分布特征和污染来源进行遥感像元尺度评估分析,进一步识别非点源污染优控单元,并探讨分析了非点源污染贡献率及影响因子。结果表明:污染量上,2019... 详细信息

本研究采用遥感分布式非点源污染评估模型(DPeRS),对滦河流域承德市非点源污染负荷的空间分布特征和污染来源进行遥感像元尺度评估分析,进一步识别非点源污染优控单元,并探讨分析了非点源污染贡献率及影响因子。结果表明:污染量上,2019年滦河流域承德市总氮(TN)、总磷(TP)、氨氮(NH_(4)^(+)-N)和化学需氧量(COD_(Cr))非点源污染排放负荷分别为0.12、0.014、0.06 t·km^(-2)和0.05 t·km^(-2),入河量分别为119.6、7.8、70.3 t和49.8 t;污染类型上,滦河流域承德市氮型(TN和NH_(4)^(+)-N)非点源污染的主要来源是农田径流,TP主要是来自农田径流和水土流失,COD_(Cr)主要污染来源是畜禽养殖;空间分布上,滦河流域承德市非点源污染高负荷区主要分布在流域的中部和南部地区,TN和NH_(4)^(+)-N的非点源污染优控单元面积占比均达到65%以上,而TP为整个区域需防控的非点源污染指标。降水量与氮磷非点源污染入河负荷相关性较好,丰水期TN和TP非点源污染对河流中氮磷污染的贡献率分别为33%和50%;控制单元内耕地和林地面积占比与水土流失型氮磷非点源污染排放负荷的决定系数均超过0.5。因此,重点应从源头上防范丰水期非点源污染排放,建议进一步加强水土保持工作,以减少林草天然源水土流失引发的非点源污染排放,同时也应加强农田养分管理以减少养分流失。

关键词：非点源污染 DPeRS模型遥感滦河流域承德市

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滦河流域TN浓度时空变化特征与影响因素分析

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环境科学研究 2024年第2期37卷 246-255页

作者：张恩广王艳杨坤彭嘉玉吕旭波雷坤程全国沈阳大学环境学院辽宁沈阳110044 中国环境科学研究院流域水环境污染综合治理研究中心北京100012 中国海洋大学环境科学与工程学院山东青岛266100

水体中氮元素浓度过高是影响河流水环境的重要因素之一.为深入了解滦河流域TN浓度时空变化特征,本研究基于2018-2022年滦河流域TN浓度逐月监测数据,通过空间聚类分析将该流域划分为源头区、中上游区和下游区,开展TN浓度时空分布特征及... 详细信息

水体中氮元素浓度过高是影响河流水环境的重要因素之一.为深入了解滦河流域TN浓度时空变化特征,本研究基于2018-2022年滦河流域TN浓度逐月监测数据,通过空间聚类分析将该流域划分为源头区、中上游区和下游区,开展TN浓度时空分布特征及变化规律研究;通过探究TN浓度与降雨量、径流量、地下水埋深的关系,分析TN浓度变化的影响因素.结果表明:①滦河流域TN浓度源头区水质状况良好,TN浓度保持在1.86mg/L左右;中上游区TN浓度较高,浓度最高断面超过10mg/L,这与该区域人口聚集、畜禽养殖及农业面源污染等问题有关;下游区受到潘大水库对中上游汇水的调节,TN浓度较中上游区有所下降,稳定在5mg/L左右.②滦河流域TN浓度受降雨量影响显著,月降雨量小于250mm时,TN浓度与降雨量呈较强负相关,呈现TN浓度随降雨量增大而减少的趋势;月降雨量大于250mm时,土壤中的氮素受到冲刷被释放,河流中TN浓度随降雨量的增大而升高.③潘大水库的调蓄作用对水库下游的TN浓度影响显著,水库的大量泄水会极大增加河道径流,使水库底层沉积物中的氮素释放,从而增大河流中的TN浓度.④滦河流域的丘陵地区,地势起伏大,地下水埋深较浅,枯水期地表水会受到地下水的侧向补给,造成地表水NO_(3)^(-)-N浓度升高,进而导致TN浓度升高.研究显示,滦河流域的TN浓度呈现出中上游区>下游区>源头区的趋势,降雨量和潘大水库的调蓄作用对TN浓度的影响显著,丘陵区枯水期地下水补给地表水是造成TN浓度升高的原因之一.

关键词：滦河流域 TN浓度时空变化影响因素

滦河流域河岸带入侵植物分布特征及其与环境的关系

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应用生态学报 2017年第6期28卷 1843-1850页

作者：任颖何萍徐杰贾娇中国环境科学研究院北京100012 国家环境保护区域生态过程与功能评估重点实验室北京100012

根据滦河流域河岸带56个样点的植被调查,研究入侵植物种类,其组成特征、空间分布,及其与环境因子的关系.结果表明:滦河流域河岸带共记录入侵植物26种,属12科19属,其中菊科和苋科植物为优势科,占入侵植物总数的50%,一年生植物占总数的73.... 详细信息

根据滦河流域河岸带56个样点的植被调查,研究入侵植物种类,其组成特征、空间分布,及其与环境因子的关系.结果表明:滦河流域河岸带共记录入侵植物26种,属12科19属,其中菊科和苋科植物为优势科,占入侵植物总数的50%,一年生植物占总数的73.1%,反枝苋、大狼杷草、小藜是出现频数最高的3种植物;样点的入侵种数、入侵强度与海拔呈显著负相关;人类活动强度对入侵植物分布有显著影响,人口密集、交通便利、人类活动频繁的平原区,水库众多的浅山区,以及中游段旅游业发达的承德市周边山区是入侵植物集中分布的区域;人口分布较稀的高原地区只出现几种宽生态幅的入侵物种.总体上,滦河流域河岸带入侵等级高的植物主要分布在400 m以下的中低海拔地区,除反枝苋外,其他高等级入侵物种尚未扩散进入高海拔地区.

关键词：入侵植物河岸带滦河流域海拔人类活动

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滦河流域地下径流退水过程规律的分析

资源科学 2010年第10期32卷 1890-1895页

作者：李建柱冯平天津大学建筑工程学院天津300072

地下径流退水过程是水文过程的重要组成部分,确定流域的退水规律可为径流分割、地表汇流单位线的推求等提供技术支持。选择滦河水系两个子流域—柳河流域和瀑河流域的几场地下径流的退水过程,通过模型模拟的方法计算了模型模拟的误差,... 详细信息

地下径流退水过程是水文过程的重要组成部分,确定流域的退水规律可为径流分割、地表汇流单位线的推求等提供技术支持。选择滦河水系两个子流域—柳河流域和瀑河流域的几场地下径流的退水过程,通过模型模拟的方法计算了模型模拟的误差,比较了几种模型模拟结果的优劣,确定了流域的退水规律,并研究了降雨类型对退水参数的影响。结果表明:利用线性水库模型模拟的瀑河流域地下径流退水过程最优,损失函数值为0.00360,利用指数模型模拟的柳河流域地下径流退水过程最优,损失函数值为0.00270,且不同的降雨类型对应的退水参数不同。最后,利用两个流域的地下径流退水规律,对流域的洪水过程线进行了分割,分割结果符合水文规律。

关键词：滦河流域地下径流退水规律径流分割