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基于生态水文最优性理论的河西内陆河流域植被覆盖模拟

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草业学报 2024年第9期33卷 15-27页

作者：申子傲吴静李纯斌甘肃农业大学资源与环境学院甘肃兰州730070

在生态恢复过程中,生态系统中植被所处状态对于生态平衡是否可持续至关重要,本研究以河西内陆河流域2000-2020年生长季气象和植被数据为基础,应用Eagleson生态水文最优性理论,模拟流域内生态水文平衡状态下的最优植被覆盖度Meq,植被覆... 详细信息

在生态恢复过程中,生态系统中植被所处状态对于生态平衡是否可持续至关重要,本研究以河西内陆河流域2000-2020年生长季气象和植被数据为基础,应用Eagleson生态水文最优性理论,模拟流域内生态水文平衡状态下的最优植被覆盖度Meq,植被覆盖度恢复阈值与当前现状植被覆盖度的差值即为植被恢复潜力。结果表明:1)模拟的多年平均最优植被覆盖度Meq与多年生长季平均实际植被覆盖度M的变化一致,但过渡更加平稳,呈现从东南向西北递减的趋势,流域内多年生长季平均实际植被覆盖度为0.163,模拟的多年平均最优植被覆盖度为0.166。2)流域内平均恢复潜力为0.003,植被覆盖度仍具有恢复潜力的面积占比为62.76%,分布在流域北部地区,3个流域内平均植被恢复潜力为石羊河流域>黑河流域>疏勒河流域。3)河西内陆河流域植被恢复潜力与区域干旱指数密切相关。森林的平均植被恢复潜力随着干旱等级增加呈减小的变化特征;而灌木植被覆盖度超过恢复潜力的程度随干旱指数增加呈先加剧后减轻的变化特征。

关键词：生态水文最优性河西内陆河流域植被覆盖植被恢复潜力

2001-2020年黄土高原植被生长季干旱的时空分布

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草业学报 2024年第10期33卷 28-36页

作者：刘立靖吴静李纯斌常秀红甘肃农业大学资源与环境学院甘肃兰州730070

基于MODIS实际蒸散量(ET)和潜在蒸散量(PET)反演作物缺水指数(CWSI),研究黄土高原生长季干旱时空变化特征,并用CWSI和植被归一化指数(NDVI)进行偏相关分析以探究生长季内最干旱月份对NDVI的影响。结果表明:1)黄土高原生长季CWSI多年平... 详细信息

基于MODIS实际蒸散量(ET)和潜在蒸散量(PET)反演作物缺水指数(CWSI),研究黄土高原生长季干旱时空变化特征,并用CWSI和植被归一化指数(NDVI)进行偏相关分析以探究生长季内最干旱月份对NDVI的影响。结果表明:1)黄土高原生长季CWSI多年平均值为0.777,处于中度干旱状态,空间分布表现为东南部较轻,西北部较严重的特征,且高程在1200~1700 m区域内的干旱程度最高;2)2001-2020年多年生长季CWSI整体呈显著下降趋势,其中2001年干旱程度最高,2018年干旱程度最低;在整个生长季内,黄土高原在4月的干旱程度最高;8月的干旱程度最低。具体表现为:4-10月,干旱等级从重旱过渡到中旱和轻旱,又从轻旱演变成中旱;3)从植被类型角度分析,荒漠、草原的分布区域属于重旱;草甸、栽培植被、灌丛的分布区域属于中旱;针叶林、阔叶林的分布区域属于轻旱,且不同植被类型在植被生长季的CWSI均呈波动下降趋势。研究结果可为黄土高原地区的生态预警和旱灾预估提供科学依据。

关键词：黄土高原生长季作物缺水指数植被归一化指数干旱

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基于网络群组特征的生态管理分区--以武汉市为例

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生态学报 2024年第4期44卷 1514-1525页

作者：何建华袁毅张苗苗覃荣诺陈志朋武汉大学资源与环境科学学院武汉430079

生态管理分区是维持区域生态安全、实现城市生态差异化治理的重要手段。然而现有分区方法侧重生态功能属性,较少考虑生态斑块之间联系强度差异,忽视了斑块的群组结构。以武汉市为例构建生态网络,从生态系统结构和功能的视角,结合斑块空... 详细信息

生态管理分区是维持区域生态安全、实现城市生态差异化治理的重要手段。然而现有分区方法侧重生态功能属性,较少考虑生态斑块之间联系强度差异,忽视了斑块的群组结构。以武汉市为例构建生态网络,从生态系统结构和功能的视角,结合斑块空间组织和斑块联系强弱,运用凝聚子群方法,提取联系紧密的生态组分,将网络划分为异质性群组,基于网络群组特征和生态景观辐射范围进行分区覆盖分析,并进行分区评价。结果表明:(1)86条生态廊道连接研究区34处生态斑块,进一步形成8个生态群组;(2)多数群组内部连通性较好,北部群组之间联系较强,南部群组之间联系相对较弱;(3)依据群组结构功能特征,形成6大网络群组分区,通过与武汉市经济发展规划分区对比,两者具有较高的一致性;(4)城市外围的分区网络稳定性较好,中部稳定性较差,识别分区内13个重要斑块和16条重要廊道,作为重点发展保护对象;(5)综合分区特征将6大分区确立为生态屏障区、生态控制区、生态改善区、生态修复区、生态开发区以及生态保育区,并提出生态发展差异化保护措施。研究将生态功能属性和空间结构属性进行有机关联并制定分区策略,为区域生态管理分区、生态保护规划提供新视角。

关键词：生态分区生态网络凝聚子群网络群组武汉市

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内外生增长作用下中国城市群的人口负增长风险及其异质性

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热带地理 2024年第4期44卷 583-595页

作者：王梅梅王寅刘蔼明董蕴萱毛锦凰兰州大学资源环境学院兰州730000 西安电子科技大学马克思主义学院西安710000 兰州大学经济学院兰州730000

以中国19个城市群所含城市为研究对象,采用第七次人口普查资料等数据,优化模糊逻辑方法,借助ArcGIS和MATLAB平台构建人口流动复杂网络,以人口流动强度表征外生增长,以户籍人口生育率表征内生增长,以儿童比例、老龄化率、平均家庭规模、... 详细信息

以中国19个城市群所含城市为研究对象,采用第七次人口普查资料等数据,优化模糊逻辑方法,借助ArcGIS和MATLAB平台构建人口流动复杂网络,以人口流动强度表征外生增长,以户籍人口生育率表征内生增长,以儿童比例、老龄化率、平均家庭规模、人口密度、性别比5个指标构建人口负增长评价指标体系,用模糊逻辑方法测算人口负增长风险指数,进而用空间回归方法对城市群人口负增长风险的增长机制进行分析。结果表明:1)中国内地城市群的人口负增长风险平均值为0.48,流出型城市的人口负增长风险较流入型城市高。2)提升型城市群人口负增长风险受外生增长(人口流动引起的增长)和内生增长(由户籍生育率引起的增长)作用的共同影响,外生增长的影响更大。壮大型城市群人口负增长风险的动力机制是外生增长,培育型城市群人口负增长风险的动力机制是内生增长。3)根据中国城市群人口负增长风险及其影响因素,19个城市群的人口负增长风险及其机制可以划分为8个类型。综上,文章认为提升型城市群应以注重人口空间均衡,壮大型城市群应充分发挥大城市对人口的“截流”作用,培育型城市群应进行人力“固本”。

关键词：人口负增长风险外生增长内生增长城市群中国

甘肃洮河流域水文气象动态及径流和水质驱动机制

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冰川冻土 2024年第4期46卷 1329-1340页

作者：袁腾港张英钱继坤宋斐嵇振青邹松兵兰州大学西部环境教育部重点实验室甘肃兰州730000 兰州大学资源环境学院甘肃兰州730000 甘肃省水环境监测中心甘肃兰州730000

在气候变化和人类活动密集的大环境下,流域水环境问题仍是当前国内外流域管理面临的严峻挑战之一。洮河流域是我国典型的高寒生态脆弱流域,研究洮河流域水文气象变化及水环境驱动机制对洮河流域水环境管理具有重要意义。本文通过统计、... 详细信息

在气候变化和人类活动密集的大环境下,流域水环境问题仍是当前国内外流域管理面临的严峻挑战之一。洮河流域是我国典型的高寒生态脆弱流域,研究洮河流域水文气象变化及水环境驱动机制对洮河流域水环境管理具有重要意义。本文通过统计、线性拟合和M-K趋势与突变检验对洮河流域1990—2018年间的降水和气温变化趋势特点及突变特征进行分析,并利用土地利用转移矩阵分析洮河流域1990年和2018年两期土地利用变化特征,揭示洮河流域水文气象动态特征。在此基础上,利用DEM、土地利用、土壤、气象数据等构建SWAT水文模型数据库,进行洮河流域径流和水质的月尺度模拟。模型将洮河流域划分为24个子流域,气象数据同时输入气温、降水量、相对湿度、风速和太阳辐射,并通过SWAT-Weather构建天气发生器。径流模拟时段1988—2018年,设置1988—1989年为预热期;水质模拟由于实测数据有限,DO模拟时段2015—2018年,NH_(3)-N模拟时段2018年全年。模拟率定与验证采用SWAT-CUP的SUFI-2校准方法,并选取R^(2)、NSE和PBIAS指标评价模型的模拟精度,为提高模拟的准确性,选取径流有关参数22个,水质有关参数37个。基于SWAT模型的模拟结果,利用产水量指标和Slope趋势分析洮河流域径流的时空变化趋势。最后,通过分别设定不同的降水、气温和土地利用类型输入条件,针对气候变化、土地利用变化以及气候和土地利用综合变化,进行情景模拟,并基于情景模拟结果分析洮河流域径流和水质的驱动机制。结果表明:(1)洮河流域近30年间,降水量年际变化浮动较大,整体呈上升趋势,线性趋势20.16 mm⋅(10a)^(-1),多年平均值为522 mm;气温无显著突变,整体呈上升趋势,线性趋势0.55℃⋅(10a)^(-1),多年平均值为5.09℃;洮河流域土地利用类型以耕地、草地和林地为主,各土地利用类型均发生变化,但面积变化较小。(2)SWAT模型对洮河流域长时间尺度的月值径流模拟精度较高,R^(2)和NSE基本维持在0.6以上,PBIAS绝对值保持在15%以内;对DO的月尺度短期模拟的精度较高,对NH_(3)-N的月尺度短期模拟的精度略低,但中、下游结果符合模拟精度要求。洮河流域上游的产水量最高,且增加的趋势较大,中下游产水量与产水量增加趋势呈负相关。(3)洮河流域内,径流的变化主要受降水量的控制,与降水量呈正相关;NH_(3)-N浓度的变化主要受气温的控制,与气温呈负相关;DO的浓度几乎不受降水和土地利用变化的影响,与气温呈负相关。

关键词： SWAT模型洮河流域水环境驱动机制土地利用和气候变化

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黄河几字湾气溶胶对植被总初级生产力的影响

中国环境科学 2024年第6期44卷 3314-3324页

作者：史建阳刘旻霞潘竞虎李宇管承轩西北师范大学地理与环境科学学院甘肃兰州730070

基于2006~2020年黄河几字湾多源遥感数据,利用标准化椭圆分析AOD-PAR-GPP的时空变化,随后通过结构方程模型和地理加权回归模型耦合构建GWR-SEM模型量化AOD对GPP的影响,并采用Sen趋势分析、MK显著性检验及灰色预测模型等方法探讨AOD与GP... 详细信息

基于2006~2020年黄河几字湾多源遥感数据,利用标准化椭圆分析AOD-PAR-GPP的时空变化,随后通过结构方程模型和地理加权回归模型耦合构建GWR-SEM模型量化AOD对GPP的影响,并采用Sen趋势分析、MK显著性检验及灰色预测模型等方法探讨AOD与GPP未来变化趋势.结果表明:时间上,AOD、PAR和GPP呈协同上升趋势,其中AOD在2008、2020年到达最低值0.17和最高值0.46;GPP分别在2007年、2018年达到最低值266.4867.04gC/(m^(2)·a)和最高值408.87gC/(m^(2)·a),且三者季节差异明显,发现在植被生长季6月存在着GPP光饱和点.在空间上,AOD高值区主要分布在阿拉善盟;PAR分布与AOD相似,并与GPP呈负相关;GPP呈北低南高,其高值范围的扩大表现为延安贡献的增强.鄂尔多斯和榆林作为AOD主要污染源,在整体上由西向东逆时针扩散.GPP贡献地在榆林,具有西北向东南的变化趋势.锡林郭勒、大同及银川等地区GPP主要受AOD、PAR与降水的影响,包头、朔州及中卫等地区GPP受PAR和降水的影响;通过模型AOD对GPP产生的标准化总效应影响为0.758,且GPP变化主要受气温的影响,其次是AOD和PAR及降水,在各间接路径中PAR起关键作用.趋势预测上,几字湾北部的AOD和以榆林为代表的东南部GPP有进一步加快的趋势;2021~2030年AOD上升趋势相对缓慢,而GPP上升趋势较快.

关键词：气溶胶光学厚度植被总初级生产力时空变化 GWR-SEM耦合模型黄河几字湾

全球变暖对青藏高原不同补给类型湖泊生产力的影响

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地理科学 2024年第2期44卷 351-358页

作者：张玉枝马雪洋李倩任娇山西财经大学资源环境学院山西太原030006 兰州大学资源环境学院/西部环境教育部重点实验室甘肃兰州730000 西华师范大学环境科学与工程学院四川南充637009 山西财经大学资源型经济转型发展研究院山西太原030006

研究以青藏高原阿翁错和托素湖湖泊沉积物为研究对象,通过多指标(总有机碳含量、有机碳同位素和有机碳埋藏速率等)综合分析,重建不同补给类型湖泊的生产力变化及碳循环过程。结果显示:全球变暖对不同类型湖泊的生产力的影响存在显著差... 详细信息

研究以青藏高原阿翁错和托素湖湖泊沉积物为研究对象,通过多指标(总有机碳含量、有机碳同位素和有机碳埋藏速率等)综合分析,重建不同补给类型湖泊的生产力变化及碳循环过程。结果显示:全球变暖对不同类型湖泊的生产力的影响存在显著差异。在以降水和冰川融水为主要补给源的阿翁错,全球变暖造成冰川融水补给增加。当指示冰川融水补给量变化的δ^(18)O_(carb)值逐渐偏负时,湖泊沉积物TOC含量逐渐升高;指示冰川融水输入造成湖泊面积持续扩张,营养物质增加,湖泊生产力提高;当湖泊面积扩张较快,即冰川融水在短时间内快速输入时,TOC含量下降,可能是由于当冰川融水输入过多,造成湖水温度下降过快时,底栖藻类生产力下降,进而湖泊固碳能力下降。对于受人类活动影响的托素湖,全球变暖对湖泊水文过程及生产力的影响较小,δ^(18)O_(carb)值变化主要受控于农业灌溉活动引起的湖泊补给水量的变化。当δ^(18)O_(carb)值升高时,TOC含量增加;推测是由于农业灌溉耗水量增加导致湖泊补给水量减少,湖泊水位下降,湖泊底部接收到更多光照,湖泊生产力上升,固碳能力随之上升。

关键词：青藏高原湖泊气候变化湖泊生产力有机碳埋藏速率

黄河下游湖泊沉积物的磁性特征及指示的物源信息与环境变化

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海洋地质与第四纪地质 2024年第5期44卷 161-175页

作者：张蕊陈诗越邢力陈影影江苏师范大学地理测绘与城乡规划学院徐州221116 兰州大学资源环境学院兰州730000

湖泊沉积物是记录黄河决溢、改道和沉积环境变化的重要地质载体。由于以往研究很难有效区分出黄河物质以及区域内其他物质的信息,导致对黄河下游湖泊物源解析和沉积过程探讨不精准,影响了对下游黄河变迁和沉积环境演化的认知。本文基于... 详细信息

湖泊沉积物是记录黄河决溢、改道和沉积环境变化的重要地质载体。由于以往研究很难有效区分出黄河物质以及区域内其他物质的信息,导致对黄河下游湖泊物源解析和沉积过程探讨不精准,影响了对下游黄河变迁和沉积环境演化的认知。本文基于黄河下游现代沉积物及湖泊钻孔磁性矿物特征研究,探析大野泽钻孔洪泛沉积物潜在物源和黄墩洼地钻孔沉积物记录的重要沉积过程,提取相关黄河下游河道和沉积环境变化信息。基于磁性矿物类型、粒径和组分差异,识别出大野泽钻孔洪泛沉积物主要物源为黄河泥沙,证实了磁性矿物特征分析在物源识别中的有效性并可以用来探究湖泊沉积过程。进一步通过高分辨率的环境磁学指标与粒度、总有机碳(TOC)等环境代用指标的综合分析,揭示苏北黄墩洼地沉积环境发生了重要转变。黄墩洼地自早/中全新世(约9712 aBP)以来经历了截然不同的沉积过程,即由接收陆源碎屑沉积到逐渐转化为河流洪泛物质沉积。两种沉积环境转变大致出现在4201 aBP,暗示了黄河最早影响苏北黄墩地区的时间。以上基于磁性矿物特征的物源分析和沉积环境变化探讨,为深入理解黄河下游的变迁规律及其与湖泊的相互关系提供了重要科学参考。

关键词：磁性矿物物源沉积环境黄河下游湖泊大野泽黄墩洼地

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陆地地表水卫星遥感监测进展与展望

科学通报 2024年第22期69卷 3268-3282页

作者：苏雅楠陈圣乾冯敏陈发虎中国科学院青藏高原研究所青藏高原地球系统与资源环境国家重点实验室北京100101 中国科学院大学资源与环境学院北京100049 兰州大学西部环境教育部重点实验室兰州730000

陆地地表水(简称地表水)是地球系统的重要组成部分,也是人类赖以生存的重要水资源储备地.然而,地表水的分布范围广,空间异质性强,受到自然和人类诸多因素的综合影响,正经历着剧烈变化,对生态系统和社会的可持续发展产生着深远影响.在这... 详细信息

陆地地表水(简称地表水)是地球系统的重要组成部分,也是人类赖以生存的重要水资源储备地.然而,地表水的分布范围广,空间异质性强,受到自然和人类诸多因素的综合影响,正经历着剧烈变化,对生态系统和社会的可持续发展产生着深远影响.在这样的背景下,遥感技术因其广泛覆盖、长时序观测的特性而日益成为研究地表水时空变化不可或缺的关键工具.本文从地表水遥感监测的数据源、方法、主要内容和发展趋势等方面对现有研究进行了综述.研究发现,近十年来,地表水遥感监测正处于黄金发展期.光学遥感数据源,如Landsat、Sentinel-2等,在地表水环境监测中发挥着主导作用.全球地表水数据产品,如Global Surface Water(GSW),为大区域地表水研究提供了有力支持.然而,新兴的大数据方法,例如深度学习,在地表水研究中仍显薄弱.受到光学遥感监测方法的局限,对于水库、湿地等特殊类型地表水的研究滞后于对大型湖泊等水体的研究.同时,中国、美国、欧洲和加拿大等地成为地表水研究的热点区域,而在经济欠发达、气候较干旱的地区,对地表水的研究相对较少.未来的研究需要更多关注极端气候变化下的地表水动态,提高对野外调查困难地表水(如热融湖和冰川湖)的识别能力.特别需要加强深度学习等大数据新方法在地表水研究中的应用,以推动对地表水更全面的认识,为地球系统研究和可持续发展提供关键支持.

关键词：地表水遥感观测大数据地球系统科学可持续发展