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气候变化和人类活动对内蒙古植被总初级生产力的定量影响

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植物生态学报 2024年第3期48卷 306-316页

作者：杨宇萌来全刘心怡内蒙古师范大学地理科学学院呼和浩特010022 内蒙古自治区遥感与地理信息系统重点实验室呼和浩特010022

内蒙古自治区作为中国北方重要的生态安全屏障,研究其植被变化对北方地区的生态安全意义重大。该研究基于1982-2017年内蒙古地区的涡流协方差-光利用效率模型反演的植被总初级生产力(EC-LUE GPP)等多源遥感数据,利用趋势分析和相关性分... 详细信息

内蒙古自治区作为中国北方重要的生态安全屏障,研究其植被变化对北方地区的生态安全意义重大。该研究基于1982-2017年内蒙古地区的涡流协方差-光利用效率模型反演的植被总初级生产力(EC-LUE GPP)等多源遥感数据,利用趋势分析和相关性分析法,分析了内蒙古地区植被GPP的时空变化特征及其与气温、降水和土壤湿度的相关性。在此基础上,采用多元线性回归和残差分析方法,分解并量化气候变化和人类活动影响下的GPP,分不同时间段开展了其对植被GPP影响的分析,探索不同植被类型GPP对驱动因素的响应。主要结果有:(1)三种气象要素与植被GPP表现出良好的相关性,其中降水和土壤湿度与GPP的相关性更高。(2)1982-1990年期间植被GPP呈现不显著波动上升,其余3个时间段(1991-2000、2001-2010、2011-2017年)呈不显著波动下降趋势。整体上呈下降趋势的区域占内蒙古植被总面积的55%,另外45%的区域呈显著上升趋势。(3)除2001-2010年期间外,其他3个时间段内(1982-1990、1991-2000、2011-2017年)气候变化对植被恢复起决定性作用,分别解释20%、16%、13%的植被恢复;人类活动在植被退化区占主导地位,分别解释13%、19%、20%的植被退化。研究结果可为内蒙古生态环境保护与管理政策的实施以及绿色可持续发展提供科学参考。

关键词：气候变化人类活动总初级生产力残差分析内蒙古

气候变化下中国植被GPP与土壤水的互馈关系

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地理学报 2024年第1期79卷 218-239页

作者：罗敏孟凡浩王云倩萨楚拉包玉海刘铁内蒙古师范大学地理科学学院呼和浩特010022 内蒙古自治区遥感与地理信息系统重点实验室呼和浩特010022 曲阜师范大学地理与旅游学院日照276826 中国科学院新疆生态与地理研究所乌鲁木齐830011

土壤水是影响植被生长发育的关键驱动因素,而植被又通过蒸散发等过程反作用于土壤水。深入探究土壤水和植被GPP的相互作用关系对生态系统可持续发展及水资源的高效利用至关重要。本文基于MODIS GPP、ERA5-Land土壤水等数据,采用改进的... 详细信息

土壤水是影响植被生长发育的关键驱动因素,而植被又通过蒸散发等过程反作用于土壤水。深入探究土壤水和植被GPP的相互作用关系对生态系统可持续发展及水资源的高效利用至关重要。本文基于MODIS GPP、ERA5-Land土壤水等数据,采用改进的非线性Granger因果模型、二阶偏相关分析、趋势分析等方法,解析2000—2021年中国不同植被区GPP与土壤水协同演变规律及互馈关系。研究结果表明:①2000年以来中国50.89%~57.61%的植被区呈GPP增加协同土壤水减少趋势,且该协同变化趋势占比随土层深度加深而增加;②59.88%~79.38%植被区GPP与土壤水表现为双向Granger因果关系,且面积占比随深度加深而减少。③GPP增加对100~289 cm土壤水消耗更加明显(57.03%)且滞后效应更长(2.15个月)。深度小于100 cm的土壤水对GPP增加主要呈促进作用(71.43%~76.58%),仅在天山及横断山区等部分区域出现抑制作用;而100~289 cm土壤水对植被GPP的促进作用(48.31%)减弱并伴随滞后期显著延长(2.92个月)。④二者相互作用关系在降水量介于200~400 mm时最为显著,随降水量增加二者关系逐渐减弱。而不同温度梯度对二者相互作用的影响呈多重阈值效应。本文深化了对气候变化背景下陆地生态系统碳—水循环相互作用的理解,能够对未来生态修复工程的实施及生态系统可持续发展提供重要的理论参考。

关键词：土壤水 GPP 协同演变互馈关系滞后效应

水足迹视角下四川省主要粮食作物种植结构优化及用水效率分析

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农业工程学报 2024年第12期40卷 117-127页

作者：阳君肖作林刘睿戴技才刘文利重庆师范大学地理与旅游学院地理信息系统应用研究重庆市高校重点实验室重庆401331

作为粮食主产区,四川盆地农业用水占比高但农业用水效率低,季节性和区域性缺水严重,导致农业用水压力巨大。为了探究作物用水规律,提高作物用水效率,该研究以四川省为例,基于水足迹理论量化3种主要粮食作物用水量,并以此为基础构建蓝水... 详细信息

作为粮食主产区,四川盆地农业用水占比高但农业用水效率低,季节性和区域性缺水严重,导致农业用水压力巨大。为了探究作物用水规律,提高作物用水效率,该研究以四川省为例,基于水足迹理论量化3种主要粮食作物用水量,并以此为基础构建蓝水和灰水足迹最小化,经济收益最大化的多目标优化模型,得到不同节水情景(5%、10%和15%)下的最优作物种植结构,最后通过用水效率指数分析优化前后各地农业用水效率。结果表明:1)2001—2021年间,四川作物生产用水呈现下降趋势,空间上由东北向西南逐渐减少,空间差异大。2)在节水5%、10%和15%情景下,种植结构优化结果均显示水稻和小麦面积调减,玉米面积调增;作物蓝水足迹在3种情景下均减少。3)研究时段内,作物用水效率在逐渐提升,并且呈现出“东南高-中间低”态势;经种植结构优化后,发现增加玉米种植面积,适当减少水稻、小麦种植面积,对提高作物用水效率有利。研究结果对农业水资源管理,提升作物用水效率,保障粮食安全具有参考价值。

关键词：作物农业水足迹种植结构优化农业用水效率四川盆地

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近40 a内蒙古冬旱时空演变特征

干旱区研究 2024年第3期41卷 387-398页

作者：陶际峰包玉龙郭恩亮金额尔德木吐呼斯乐包玉海内蒙古师范大学地理科学学院内蒙古呼和浩特010022 内蒙古自治区遥感与地理信息系统重点实验室内蒙古呼和浩特010022 内蒙古自治区蒙古高原灾害与生态安全重点实验室内蒙古呼和浩特010022

冬季干旱是制约内蒙古冬季畜牧业生产的主要干扰因子之一,定量表征其时空变化特征和发展规律对防灾减灾、保障农牧业健康发展具有重要意义。利用1980—2021年冬季(10月—翌年3月)ERA5-Land再分析气象数据,计算1个月和6个月时间尺度的标... 详细信息

冬季干旱是制约内蒙古冬季畜牧业生产的主要干扰因子之一,定量表征其时空变化特征和发展规律对防灾减灾、保障农牧业健康发展具有重要意义。利用1980—2021年冬季(10月—翌年3月)ERA5-Land再分析气象数据,计算1个月和6个月时间尺度的标准化降水蒸散指数(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index,SPEI),采用趋势分析、时空热点分析等方法,分析内蒙古全区和五种主要植被类型区冬季干旱演变特征。结果表明:(1)近40 a内蒙古冬季整体SPEI呈现下降趋势,干旱化现象在不同植被和月份中表现不一,也有少数植被和月份趋于湿润化。(2)内蒙古地区冬季干旱的时空热点变化模式主要表现为:振荡的热点、振荡的冷点和未检测到模式。具体从季节和月时间尺度来看,冬旱热点主要集中在内蒙古中部和西部的大部分地区,以及东部的兴安盟和通辽市,即这些区域冬旱现象呈现加剧的趋势。(3)在干旱频率与频数统计方面,轻度冬旱事件发生频率最高,而荒漠草原和隔壁荒漠地区是发生冬旱事件最为频繁和严重的区域。

关键词：内蒙古冬旱时空演变 SPEI指数新兴时空热点分析

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蒙古高原土壤水分时空格局演变特征分析

水土保持研究 2024年第2期31卷 110-121页

作者：董金义罗敏孟凡浩萨楚拉包玉海内蒙古师范大学地理科学学院呼和浩特010022 内蒙古自治区遥感与地理信息系统重点实验室呼和浩特010022

[目的]解析蒙古高原土壤水分的时空分异及变化规律并量化关键驱动因素的影响,为区域生态恢复及生态系统可持续发展提供理论依据。[方法]基于ERA5土壤水分数据揭示了2000—2020年蒙古高原0—289 cm土壤水分空间分异特征及变化规律,并量... 详细信息

[目的]解析蒙古高原土壤水分的时空分异及变化规律并量化关键驱动因素的影响,为区域生态恢复及生态系统可持续发展提供理论依据。[方法]基于ERA5土壤水分数据揭示了2000—2020年蒙古高原0—289 cm土壤水分空间分异特征及变化规律,并量化了气象、归一化植被指数(NDVI)、陆地水储量异常(TWSA)、土壤质地、地形等不同环境因子的影响。[结果](1)2000—2020年蒙古高原土壤水分整体呈东北高、西南低的分布特征。土壤水分由浅至深呈先增加再减少的趋势,且仅深层土壤水分(100—289 cm)变化趋势显著。(2)大部分区域未来变化趋势呈持续稳定状态,从土壤表层到第4层分别有58.5%,76.7%,91.3%,98.8%的区域土壤水分变化趋势与过去相同;蒙古高原西北部及内蒙古中部地区土壤水分干化情况可能会进一步加重。(3)温度、TWSA、降水和NDVI是影响土壤水分空间分布的主导环境因子。大部分因子交互呈现出双因子增强作用,蒙古高原土壤水分空间分异是多因子共同作用的结果。(4)表层和次表层土壤水分的变化主要受降水的正向影响,主控区域分别占98.7%,94.8%;降水和TWSA对28—100 cm土壤水分的主控区域分别集中在森林和草原覆盖区,主导区域面积占比分别为38.7%,38.8%;TWSA降低是导致深层土壤水分干化的主要驱动力且其主控区域面积占比达58.6%;植被耗水的增加以及温度的升高分别主控16.2%,14.8%区域100—289 cm土壤水分变化。[结论]土壤水分的时空分异及变化规律明显,各深度的土壤水分的主要驱动力各有不同,对蒙古高原生态恢复及生态系统可持续发展意义重大,未来应深入分析人类活动对其的影响。

关键词：土壤水分时空变化蒙古高原地理探测器气候变化

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塔里木河“四源”洪水演变规律及成因分析

干旱区地理 2024年第1期47卷 15-27页

作者：邬晓丹罗敏孟凡浩萨楚拉董金义刘铁内蒙古师范大学地理科学学院内蒙古呼和浩特010022 内蒙古自治区遥感与地理信息系统重点实验室内蒙古呼和浩特010022 中国科学院新疆生态与地理研究所新疆乌鲁木齐830011

基于1981—2020年塔里木河流域“四源”5个水文站的日径流数据及格网温度、降水和雪深等数据,采用最大值及POT采样法,分析洪水发生量级、频率和峰现时间等特征,同时采用相关性分析揭示不同洪水指标与影响因素之间的关系并识别关键影响... 详细信息

基于1981—2020年塔里木河流域“四源”5个水文站的日径流数据及格网温度、降水和雪深等数据,采用最大值及POT采样法,分析洪水发生量级、频率和峰现时间等特征,同时采用相关性分析揭示不同洪水指标与影响因素之间的关系并识别关键影响因子。结果表明:(1)1981—2020年塔里木河“四源”各站点洪峰流量大小依次为:卡群>协和拉>同古孜洛克>沙里桂兰克>大山口,年及季节尺度洪峰流量普遍呈增加趋势,冬季洪峰发生时间均呈提前状态,其中沙里桂兰克年均提前最多为2.61 d,卡群站提前仅0.67 d。(2)研究时段内塔里木河流域共有2个洪水高发期,为1994—2002年和2006—2011年,流域内大量级洪水集中发生在1990年之后。(3)洪水发生前不同时间内最小温度、降水和雪深以增加趋势为主;而最大温度以减少趋势为主。春季洪水指标与最大3 d降水的相关性最高,而秋季洪水指标与最大7 d降水的相关性最高。相比于单日降水,多日降水与洪水指标的相关性更高。在雪深相关因子中,最大15 d雪深与各站点的春季洪水指标相关性最高。研究结果对区域水资源管理以及洪水灾害预测提供理论依据。

关键词：洪水重现期 POT采样塔里木河“四源”

基于绿色与安全理念的城市韧性评价研究——以呼和浩特市街道为例

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灾害学 2024年第1期39卷 216-221页

作者：高禄那仁满都拉郭恩亮王永芳董金义贾书承内蒙古师范大学地理科学学院内蒙古自治区蒙古高原灾害与生态安全重点实验室内蒙古呼和浩特010022 内蒙古师范大学地理科学学院遥感与地理信息系统重点实验室内蒙古呼和浩特010022

以呼和浩特市街道为例,采用熵权与GIS相结合的方法,构建城市绿色与安全韧性评价指标体系,并对33个街道进行韧性评价,其中2/3的街道韧性水平值低于平均值,并存在较大的差异性。在空间上韧性水平较低的街道在研究区西南集聚,高韧性街道从... 详细信息

以呼和浩特市街道为例,采用熵权与GIS相结合的方法,构建城市绿色与安全韧性评价指标体系,并对33个街道进行韧性评价,其中2/3的街道韧性水平值低于平均值,并存在较大的差异性。在空间上韧性水平较低的街道在研究区西南集聚,高韧性街道从中心往外大致呈“高-低-高”分布格局,研究结果与城市用地扩建方向与时间、功能布局等实际情况比较吻合。最终从街道、市辖区和市级角度提出韧性提升对策建议,对绿色安全城市建设和防灾规划从“多城一策”向“一城一策”转变有重要的参考价值。

关键词：绿色与安全城市韧性街道尺度评价体系呼和浩特

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三种蒸散发产品在北半球的验证与比较

中国农村水利水电 2024年第5期 206-214页

作者：李媛来全刘心怡内蒙古师范大学地理科学学院内蒙古呼和浩特010022 内蒙古自治区遥感与地理信息系统重点实验室内蒙古呼和浩特010022

蒸散发(Evapotranspiration,ET)是水循环的关键环节,在全球水循环和地表能量平衡中扮演着重要角色,对气候、生态系统和水资源管理等方面都有重要影响。因此,蒸散发数据的质量对全球水资源的精确管理至关重要。在北半球进行3种ET产品的... 详细信息

蒸散发(Evapotranspiration,ET)是水循环的关键环节,在全球水循环和地表能量平衡中扮演着重要角色,对气候、生态系统和水资源管理等方面都有重要影响。因此,蒸散发数据的质量对全球水资源的精确管理至关重要。在北半球进行3种ET产品的精度验证和时空对比,选择更适用于北半球的ET产品,为加强遥感与地面观测相结合的研究提供建议。利用FluxNet2015通量站点月平均实测数据验证3种ET产品,结果发现PML_V2产品在北半球精度最高,其次是GLDAS,最后是MOD16A2,相关系数R分别是0.66、0.57、0.56;均方根误差RMSE分别是2.46、5.68、12.42 mm/月;平均偏差Bias分别是14.36%、16.86%、35.02%。其中GLDAS ET产品具备日尺度ET监测能力,日平均估计值与通量塔站点测量值的一致性较高,相关系数R为0.74,RMSE和Bias分别为1.62 mm/d和27.90%。总体来说,在时间尺度上,3种ET产品均可模拟出北半球季节变化的特征,即夏季蒸散发量较大,冬季蒸散发量较小。夏季3种ET产品在不同土地覆盖类型上均存在高估现象,其他季节的模拟结果与地面观测值的结果一致性较好,其中MOD16A2表现较差,ET值高估现象最为明显。此外,2001-2020年期间非干旱地区,3种ET产品在多数地区空间分布较为一致,相关系数R大于0.6。研究通过评估不同ET产品的不确定性和产品质量,可为在北半球开展蒸散发研究选取适用的ET数据源提供科学建议。

关键词：蒸散发通量塔 Google Earth Engine(GEE) 北半球精度验证

河套灌区农田植被物候和NDVI峰值对气候变化的响应

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灌溉排水学报 2024年第6期43卷 86-92页

作者：安琪尔包刚元志辉温都日娜张港栋朝布嘎内蒙古师范大学地理科学学院呼和浩特010022 内蒙古师范大学内蒙古自治区遥感与地理信息系统重点实验室呼和浩特010022

【目的】研究河套灌区植被物候参数和NDVI峰值时空变化特征及对气候变化的响应。【方法】利用2001—2021年MOD13Q1数据和双logistic四参数模型,识别了河套灌区植被SOS、EOS、LOS、POS、NDVI峰值时空变化特征及对气候变化的响应。【结果... 详细信息

【目的】研究河套灌区植被物候参数和NDVI峰值时空变化特征及对气候变化的响应。【方法】利用2001—2021年MOD13Q1数据和双logistic四参数模型,识别了河套灌区植被SOS、EOS、LOS、POS、NDVI峰值时空变化特征及对气候变化的响应。【结果】河套灌区植被SOS一般从5月下旬到6月中旬开始,到9月中旬至10月上旬结束,LOS主要介于95~116 d,POS主要介于200~220 d,NDVI峰值主要介于0.5~0.7。植被物候变化趋势主要体现在SOS的推迟、LOS的缩短和NDVI峰值的增加。SOS的推迟导致LOS的缩短。而EOS和POS呈提前和推迟趋势的像元比较接近。河套灌区SOS、EOS、POS与气温均以负敏感为主,与降水量以正敏感为主。NDVI峰值与气温和降水量均呈正敏感。【结论】河套灌区物候参数和NDVI峰值的变化趋势具空间异质性,对不同气候因子的响应也有所差异。

关键词：河套灌区植被物候 NDVI峰值气候变化

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