博斯腾湖流域景观破碎化时空特征及其成因

以博斯腾湖流域为研究区,运用景观格局指数、主成分分析法,定量分析研究区2000-2020年的景观破碎化的时空变化特征,并采用地理探测器模型探讨研究区景观破碎化的驱动机制。结果表明:1)2000-2020年,研究区边缘密度(ED)由2000年的5.787 m/km^(2)增至2020年的6.859 m/km^(2),增加1.072 m/km^(2);蔓延度指数(CONTAG)由75.970%增加至79.596%,增加3.626%;分离度指数(DIVISION)由0.361增加到0.626;香农多样性指数(SHDI)由0.689减少到0.606。2)2000-2020年,景观破碎化程度较为严重的地区集中在焉耆县、博湖县、库尔勒市以及轮台县的西南部;和硕县东部以及尉犁县东南部破碎化程度相对较低。2000-2010年,高度等级面积增加较为明显,面积比增加5.30%;极低等级面积减小较为明显,面积比减小3.21%;2010-2020年,低度等级面积增加较为明显,面积比增加1.48%;极低等级面积减小较为明显,面积比减小2.37%。3)研究区景观破碎化受到自然、社会等因素影响,高程(X2)对景观破碎化的驱动力相对最大,因子平均贡献率为0.195;年降水量(X4)和年均气温(X5)对景观破碎化的驱动较强,因子平均贡献率分别为0.127和0.110;人口密度(X8)对景观破碎化的驱动力相对最小,因子平均贡献率为0.045。

博斯腾湖流域潜在蒸散发时空演变及归因分析

运用博斯腾湖流域1970—2014年的气象站点数据及Penman-Monteith公式计算潜在蒸散发(ET0),对比分析了流域山区和平原区ET0的时空变化及对主要气象因子的不同影响。结果表明:(1)在年际尺度上,山区ET0在1970—2000年整体呈波动下降的趋势(P <0. 01),2000年开始,ET0呈现略微上升的趋势;平原区ET0在1970—1993年间以-77 mm·(10 a)-1的速率呈减小的趋势(P <0. 01),1993年之后逆转为以83. 8 mm·(10 a)-1的速率呈上升趋势(P <0. 01),平原区的变化明显强于山区。(2)季节上呈现夏季为流域ET0最高的季节,是年变化的主要贡献者;而变化趋势则表现为平原区春季和夏季ET0大于山区,秋季和冬季略小于山区。(3) ET0变化对净辐射和风速最为敏感,同时,山区净辐射和风速对ET0变化的贡献率最大,平原区影响ET0变化的主导因素是风速,风速对ET0的贡献率均超过50%。

基于MODIS数据的博斯腾湖流域地表蒸散时空变化

基于2002～2009年期间的MODIS遥感数据和气象观测数据,运用能量平衡法计算博斯腾湖流域的地表蒸散量,蒸散平均绝对误差为12.39 mm,相对误差为14.15%。根据遥感反演结果分析了研究区地表蒸散的时空变化特征及其与降水、气温等气候因子的关系。博斯腾湖流域年地表蒸散表现出西北高东南低的空间分布格局,明显受到土地覆盖类型的影响。蒸散季节变化主要表现为单峰形式,夏季蒸散量占全年总蒸散量的48.10%。降水、气温对于博斯腾湖流域的地表蒸散变化有重要影响,并且在不同季节中两者的贡献度存在很大差异。

博斯腾湖流域积雪变化及影响因素

积雪是西北干旱地区河流的主要补给源,是绿洲的生命线.积雪的时空变化是全球变化的区域响应敏感因子之一,同时也是影响西北干旱地区地表水资源变化的主要因子之一.本研究利用MODIS雪盖产品、地表温度、SSM/I雪深、DEM等数据,通过GIS空间分析及地统计分析功能,系统分析了博斯腾湖流域雪盖、雪深的时空变化规律及其与影响因素之间的关系.研究表明,研究区雪深和雪盖多年月平均值从8月份到1月份达到最大值,到7月份降到最低值.但月最大雪深却出现在3月份.雪盖、雪深与地温相关系数分别达到-0.878、-0.853,与分布高程均值相关系数分别达到-0.626和-0.791.雪深最大值受海拔影响有明显的陡坎效应.从12月到8月份随着时间的推移雪的深度在降低,陡坎向高海拔方向移动.9-11月份雪深在加深,陡坎向低海拔方向移动.同一高程段雪深的变幅反应坡向对雪深的影响,变幅越宽坡向影响越大.并且变幅也有先从低海拔到高海拔移动,然后再回到低海拔的特点.本研究对了解该研究区积雪特性的研究有很大作用,可为在该地区开展融雪径流模拟等研究提供重要的参考信息.

人工神经网络模型预测气候变化对博斯腾湖流域径流影响

温室气体排放量增加造成气候变化,对全球资源环境产生重要影响.本文利用人工神经网络模型建立月降水、气温与径流关系,利用开都河流域降水、气温、径流资料对模型进行训练和验证,通过试算法确定网络模型结构.气温升高和降水量增加对径流影响的敏感程度分析表明,气温升高和降水增加对该区域径流影响较大,且气温升高的影响更为显著,径流增加主要集中在夏季.根据区域气候模型(RCMs)推算的CO2加倍情况下西北地区气候的可能变化,预测位于博斯腾湖流域的开都河大山口站年径流量增加38.6%,其中夏季增加71.8%,冬季增加11.4%.

基于MODIS数据的博斯腾湖流域植被变化及其与气候因子的关系

以博斯腾湖流域为研究区,基于2001-2016年时间序列的MODIS NDVI数据分析了研究区植被的时空变化趋势,并结合流域气象站点的气温、降水、日照时数和相对湿度数据分析了植被生长季累积NDVI和16天NDVI与气候因子之间的响应特征.结果表明:(1)流域植被覆盖变化呈改善趋势,生长季累积NDVI年变化率为0.014 a-1,16天NDVI变化率均为正值,植被改善趋势显著区域主要分布在高山草原湿地和农业灌溉区边缘的新增农田.(2)植被生长季累积NDVI主要受降水和相对湿度影响,植被总体生产力与水分条件关系最密切,生长季逐16天NDVI与同期气温和日照时数在植被生长初期和末期关系显著,而与降水没有显著的相关性,说明植被短期瞬时长势对热量条件更为敏感.(3)在植被生长不同阶段对气候变化具有不同的滞后效应,其中植被生长初期和末期对气温有0.5~1个月的滞后,生长盛期对降水有0.5~3个月的滞后、日照时数有1.5~2.5个月的滞后、相对湿度有0.5~2.5个月的滞后,揭示了植被不同生长阶段水热条件对其生长韵律的控制差异.

1961-2013年新疆博斯腾湖流域风速和日照时数变化特征

[目的]研究新疆博斯腾湖流域风速和日照时数的变化,为该流域工农业生产、生态环境建设等提供科学的气候变化背景。[方法]采用常规统计方法、M-K突变检验以及小波分析等方法,对1961—2013年新疆博斯腾湖流域4个气象站逐日平均风速和日照时数资料进行分析。[结果]近53a来博斯腾湖流域平均风速呈明显的减小趋势,平均每10a减小0.092m/s;空间分布上除冬季外,均表现为湖周边平原、盆地地区变化幅度大,北部、西北部山区变化幅度小,冬季恰好相反。该区年均日照时数也呈明显的减少趋势,平均每10a减少59.11h,1985/1986年发生突变;流域北部地区变化幅度较大,南部地区变化幅度较小。[结论]该区域风速和日照时数之间相关性较好。

博斯腾湖流域农业开垦与水资源变化

博斯腾湖流域处于天山南坡,农业资源开垦经历了几个大的阶段。农业资源开垦 与农业灌溉引起了水资源质和量的变化,水质变化对博湖下游工农业生产和生态环境产生一 定影响。

基于SWAT流域划分的博斯腾湖流域景观格局动态分析

为探讨博斯腾湖流域景观格局动态变化,对流域1990、2000、2005和2010年8月份4期TM影像应用监督分类解译进行土地利用分类和SWAT流域划分,结合对应去趋势分析(DCA排序),在FRASTATS软件的支持下,利用景观格局指标分别从类型水平上和景观水平上分析了博斯腾湖流域各个子流域的景观格局现状和动态变化。结果表明:1)博斯腾湖流域土地利用类型以草地和未利用地为主,近20年耕地面积和城乡建设用地面积在不断的增加,增长接近一倍;水域面积不断减少,减少面积高达1001.57 km2。2)近20年博斯腾湖流域斑块数量减少,减少幅度在50%以上,斑块形状整体趋于简单,景观的异质性程度降低;景观破碎化程度减低;景观中的草地和水域两种景观类型具有较高的团聚程度和延展趋势,形成了良好的连接性;景观类型优势度升高;景观邻接度升高。3)博斯腾湖流域各子流域景观格局差异明显,其中后博斯腾湖区、清水河区、开都河下游区和环博斯腾湖区景观破碎,斑块形状相对复杂、景观呈聚集分布的特点,且景观多样性较高;开都河中下游区、开都河上游区、黄水沟河区及开都河中游区,景观相对完整,斑块形状简单,聚集度相对大,景观多样性较高。

博斯腾湖流域风险源管理信息系统研究

为弥补博斯腾湖流域传统风险源管理系统中缺乏空间实体定义能力、空间关系查询能力、情景预测分析能力等问题,综合采用Arcgis Engine2010与Visual Studio2008集成技术及SQL Server 2008数据库开发平台开发了博斯腾湖流域风险源管理信息系统,实现风险源数据的输入、定位、储存、管理和污染风险预警等功能。可以从宏观上清晰地掌握全流域风险源的基本情况,为风险源管理提供技术支持和决策信息。

新疆博斯腾湖流域气候变化对参考作物蒸散发影响研究

【目的】制定合理的农业灌溉制度规划以及合理利用干旱区水资源。【方法】基于博斯腾湖流域1961—2013年4个气象站点的逐日气象数据,采用FAO-56 Penman-Monteith公式估算博斯腾湖流域参考作物蒸散发(ET0),应用气候倾向率和Mann-Kendall秩次相关法开展了研究区1961—2013年的参考作物蒸散发及其气象因子进行了趋势分析和显著性检验的研究,应用SPSS分析软件开展了ET0与气象因子的相关性分析研究,定性分析出各个气象因素对ET0的贡献。【结果】(1)博斯腾湖流域山区年均ET0变化倾向率为-0.379 3,呈现轻微减少趋势;平原区年均ET0变化倾向率为-6.594 5,呈现极显著减少趋势。山区春夏季节呈减少趋势,秋冬则呈不明显上升趋势;平原区各季节均呈显著减少趋势,夏季最明显。(2)研究区风速和最高气温是影响ET0变化的最主要气象参数,且在冬季风速为最敏感参数。(3)焉耆站与库尔勒站风速对年以及四季ET0变化均为负贡献,年贡献分别为-21.36%、-26.97%,是导致ET0下降的主导因子;巴音布鲁克站与巴仑台站最高于最低气温分别对年ET0变化为最大正贡献,分别为15.07%与23.72%。【结论】博斯腾湖流域ET0的下降变化将会减少农业灌溉需水量,且有助于改善脆弱的生态环境,缓解流域干旱气候,敏感性以及贡献率分析有助于人们认识气候变化下流域的水循环特征。

四水平衡模型在博斯腾湖流域水资源利用与保护中的应用

本文从水量分配、行业需水、供水能力、水利工程、水管理等方面分析干旱内陆区地表水、地下水、供需水和耗水等四水平衡,以及盐份的积—脱与分布,建立流域水平衡模型,通过各平衡量之间的相互制约、联合计算、相互检验以提高水均衡计算精度。以新疆博斯腾湖流域1980年～1998年逐月来水、引水、水位等监测资料为依据,率定与检验模型参数。应用该模型分析现状流域年总耗水量26 88×108m3,年脱盐18 7×104t,博斯腾湖水矿化度平均1 81g L,地下水平均埋深1 76m,孔雀河年平均水量为12 62×108m3。用1960年～2000年41年水文系列资料,以1998年为现状水平年,模拟流域2010年以前可行的工程措施(保持现有耕地面积,农田节水、渠道防渗、地下水开采、排水渠疏竣、湖滨湿地恢复等)对水、盐、环境的影响,结果表明:流域年总耗水量24 25×108m3,年脱盐19 3×104t,博斯腾湖水矿化度平均1 12g L,地下水平均埋深3 11m,流域环境逐渐改善;孔雀河年平均水量为15 71×108m3,达到了博斯腾湖向塔里木河输水的预期目标。模型较好地模拟各项工程措施对流域水环境、水平衡、水转换、水盐以及耗水等的影响。

博斯腾湖流域面源污染分析

博斯腾湖地处我国西北干旱~半干旱地区,位于新疆巴音郭楞蒙古自治州境内,目前是我国最大的内陆淡水湖泊,被誉为巴州人民的母亲湖。随着人口增加,农业开发活动加大,流域面源污染逐年加剧。分析流域面源污染的主要来源,提出有效的治理措施,以期为合理控制流域面源污染提供参考。

基于SDSM模型的博斯腾湖流域水资源变化模拟

全球气候变暖对陆地水循环会产生重大影响,统计降尺度方法是解决大尺度气候信息和小尺度水文响应的空间尺度不匹配问题的有效方法之一。文章采用SPEI指数与SDSM(Statistical Down-Scaling Model)方法,进行流域气候变化特征量的降尺度研究。结果表明:近50 a来,塔里木河流域SPEI指数呈显著上升趋势并在1986年发生突变;博斯腾湖水位变化与流域SPEI指数变化具有一致性,湖水位在1955—1986年以下降为主,1987—2002年以上升为主;SDSM模型的气温模拟能力较好,对日降水的模拟值偏小,未来日均、日最高气温在A2、B2两种情景下均呈上升趋势,日最低气温在B2情景下呈下降趋势;2种情景下的年降水量在2020年和2030年均呈下降趋势;在A2情景下,开都河出山口日径流量呈下降趋势;在B2情景下,日径流量在2010年时段呈增加趋势,在2020年和2030年呈持续下降趋势。

博斯腾湖流域环境风险源指标体系研究

由于流域环境风险源识别和等级划分缺乏一套完整成熟的方法,在分析流域环境风险源风险度的基础上,从"驱动力—压力—状态"的框架模型出发,构建了博斯腾湖流域环境风险源识别指标体系,主要包括指标体系构建、评价指标选取和等级划分等内容,并采用多级灰色关联分析方法对博斯腾湖流域环境风险源进行风险源识别。研究结果表明:环境风险源识别区分度较高,识别指标体系合理,评估方法具有科学性和实用性,构建的环境风险源识别指标体系和采用的识别方法符合开展环境风险管理工作的要求,为环境风险源管理提供技术支持和决策信息。

博斯腾湖流域地下水重金属污染的人体健康风险评估

在新疆博斯腾湖流域绿洲灌区采集67个浅层地下水样品,测定其中Cu、Mn、Cd、Cr、Ni和Zn等6种重金属元素的含量,采用Nemerow综合污染指数对地下水中重金属污染程度进行评价,借助USEPA健康风险评价模型对地下水中重金属污染的潜在健康风险进行评价。结果表明:①地下水中各元素平均含量大小顺序依次为:Mn>Zn>Cu>Ni>Cr>Cd,各元素平均含量均未超出国家标准的限值;②研究区地下水中各重金属元素单项污染指数平均值从大到小依次为:Cd(2.04)、Mn(0.69)、Ni(0.45)、Cr(0.24)、Zn(0.07)、Cu(0.03)。综合污染指数的变化范围在0.23~2.22之间,平均值为0.73,呈现轻微污染;③健康风险评价结果表明,地下水中6种重金属对成人的潜在非致癌健康风险HI为7.83E-01<1,表明暴露的个体不太可能有明显的不良健康影响;对儿童的潜在非致癌健康风险HI为1.05E+01>1,表明研究区地下水重金属可能对当地儿童的健康产生不利影响,有进一步研究的必要性。

新疆博斯腾湖流域轮虫的小型培养试验

轮虫是一类小型多细胞水生动物，是鱼、虾、蟹等水生动物食物链的基础，在自然水域常作为大型水生动物的开口饵料，具有不可替代性。其优点主要是适口性好，运动能力弱，营养价值高，易消化吸收。近年来，随着无公害水产品行动计划的推行，健康的、原生态的水产养殖模式成为当今水产养殖生产的主流和方向。在水产苗种生产过程中，天然饵料的培养和投喂，

2001-2014年博斯腾湖流域地表温度时空分异特征及归因

以3S技术为支持,在MODIS地表温度产品精度验证的基础上,采用空间分析、统计和趋势分析法,探讨了博斯腾湖流域2001—2014年不同土地利用类型下地表温度的差异性变化特征,辨析了地表温度的时空分异特征及归因。结果表明:(1)MODIS LST产品在博斯腾湖流域的精度(平均R2=0.96)总体上满足要求,可用于地表温度的时空分布研究。(2)流域内平均地表温度的年际波动较大,以2002、2007年和2013年尤为突出,分别超出多年平均值0.45℃、0.59℃和0.29℃;年内地表温度呈单峰型分布,季节性变化明显,地表温度高值主要集中在3—8月,最高值出现在7月。(3)地表温度空间格局呈东南高于西北的变化趋势,尤其在植被覆盖度低的区域地表温度较大;土地利用覆被类型影响着地表温度的时空分布状况,各种土地覆盖类型的年均地表温度排序依次为沙漠>裸土>旱地>稀疏草地>湖泊>草原>草本沼泽>草甸。(4)博斯腾湖流域地表温度变化趋势呈严重减少、轻微减少、基本不变、轻微增加和显著增加的区域面积分别占5%、13%、39%、36%和7%,以基本不变和轻微增加为主。地表温度的时空变化不仅受大尺度气候变化的影响,还主要受土地类型性质等差异的影响,二者共同作用构成了不同地理区域及景观的温度场格局,绿色植被对区域地表温度的时空分布具有重要的调节作用。

博斯腾湖流域浅层地下水重金属分布特征

从新疆博斯腾湖流域采集67个浅层地下水样品,测定其中Cu、Cd、Cr、Mn、Ni和Zn 6种重金属元素的含量,采用Nemerow综合污染指数对地下水中重金属污染程度进行评价,借助GIS技术与地统计法分析地下水中重金属含量与污染水平空间分布格局。结果表明:①博斯腾湖流域地下水6种重金属元素平均含量均未超出《国家地下水质量标准》(GB/T 14848-2017)中Ⅲ类标准的限值;②研究区地下水重金属Cd、Cu、Ni与Zn的最佳变异函数理论模型为指数模型,Mn为球状模型,Cr为高斯模型。地下水中6种重金属元素空间分布格局各不相同,均出现含量高值区;③研究区地下水中Cd呈现中度污染,Ni存在点源污染,其它4种元素均呈现无污染。地下水中重金属元素综合污染指数介于0.23~2.22之间,平均值为0.73,呈现轻微污染。Cd与Ni是研究区地下水中污染最高的元素,研究区地下水Cd与Ni污染值得关注。

博斯腾湖流域气候变化及其对径流的影响

利用博斯腾湖流域开都河、黄水沟和清水河的出山口水文站月径流量和气象站月平均数据,开展气候水文变化特征分析和径流变化对气候因子的响应研究。结果表明,博斯腾湖流域年际气候变化以气温上升为主,降水量增加趋势不显著;域内主要河流径流量持续上升。突变检验发现,三条入湖河流20世纪90年代之前径流量增加主要是域内降水量增加的结果,随后受气温上升导致冰雪消融加快也对径流量的增加有贡献。相关分析结果显示,博斯腾湖三条入湖河流年径流量变化主要受4、7月降水因子影响。此外,开都河的径流变化还表现出对8月气温和降水的显著响应,同时开都河流域集水区冰川的面积和占比均大于黄水沟和清水河流域,这表明冰川融水补给对开都河径流的影响大于黄水沟和清水河。所建立的气候因子—径流量多元线性回归模型,能够很好地模拟开都河、黄水沟和清水河的径流变化过程,证明了博斯腾湖流域水文变化受气候因子的显著影响。