变化环境下黄河流域内蒙古段植被与水文要素的时空协同演变

为了探明我国干旱和半干旱区植被和水的时空演变规律,通过集成多源卫星遥感观测数据、再分析数据集与模型模拟数据,得到了黄河流域内蒙古段的降水、蒸散发、径流、表层土壤含水率、陆地总水储量变化信息,解析了2003—2018年不同土地利用类型区植被与水资源的时空演变特征,探讨了植被与各水文要素之间的相互作用规律。结果表明:黄河流域内蒙古段东部森林植被覆盖度的提升促使蒸散发增加,年均蒸散发量和径流量之和较降水量高16.5 mm,导致土壤水和地下水储量下降;农田年平均净灌溉耗水量为101.3~108.9 mm,并因农田植被覆盖度逐年增大而增加;虽然草地区域年均蒸散发和径流量之和低于降水量,但草地植被覆盖度的持续增大导致水分盈余量显著降低,草地的耗水正接近其生态水文阈值;陆地总水储量等效水高以(7.5±1.9)mm/a的速率下降,区域地下水呈现亏缺趋势;降水的年际波动对植被覆盖度和蒸散发的影响逐渐减弱,对森林表层土壤含水率变化的影响也逐渐减弱。

基于InVEST-PLUS模型的黄河流域内蒙古段生态系统碳储量评价及预测

陆地生态系统碳储量对减缓全球气候变暖有重要意义,评估黄河流域内蒙古段土地利用变化对碳储量变化的影响,可以为“双碳”目标的实现提供助力。本研究运用InVEST模型对黄河流域内蒙古段过去20 a的碳储量进行评估,运用PLUS模型预测了2040年3种不同发展情景下的土地利用格局,并耦合InVEST-PLUS对黄河流域内蒙古段未来20 a的碳储量进行估算,探讨土地利用变化和碳储量之间的响应关系。结果表明:2000—2020年黄河流域内蒙古段草地是主要土地利用类型和最重要的碳库。草地面积增加是黄河流域内蒙古段碳储量上升的主要原因,碳储量累计上升4.08×10^(7)t。在生态保护情景下,最有利于2040年黄河流域内蒙古段碳储量的增加,可使碳储量累计增加4.50×10^(7)t。年均降水是解释度最高的单因子影响因素,随着社会经济的发展,社会经济因子对碳储量时空分异特征的解释度增加。双因子交互影响的解释度普遍远高于单因子对于碳储量时空分异特征的解释度。本研究以期为区域用地规划提供建议,为我国更好的实现碳中和目标提供服务。

黄河流域内蒙古段气象干旱与水文干旱变化对植被NDVI的影响

全球气候变暖及人类活动的影响下,黄河流域内蒙古段干旱事件增加,强度加重,干旱又通过水文循环影响区域植被生长,从而破坏生态平衡。基于标准化降水蒸散发指数(SPEI)数据集、陆地储水量数据以及归一化植被指数(NDVI)数据,采用slope趋势性分析、Pearson相关系数等方法,分析黄河流域内蒙古段2003—2019年气象干旱(SPEI)、水文干旱(SWSI)时空变化,并探究其对植被NDVI的影响。结果表明:研究区气象干旱呈下降趋势(0.0123/a),而水文干旱呈上升趋势(0.02/a),均在研究区巴彦淖尔市地区呈现持续时间长,干旱强度高的特点;植被NDVI整体呈显著增长趋势(0.0029/a),仅在巴彦淖尔市和呼和浩特市部分地区出现植被明显退化的现象;SPEI与NDVI呈显著正相关的面积占比为22.65%,SWSI与NDVI呈显著正相关的面积占比为43.63%,SPEI、SWSI与NDVI呈显著负相关地区主要在巴彦淖尔市西部;干旱对植被的影响具有滞后性,气象干旱和水文干旱分别集中在1、10月和1月,大部分地区的植被短期内受水文干旱的影响较大。

气候变化和人类活动对黄河流域内蒙古段典型支流径流变化的贡献

以黄河流域内蒙古段典型支流旗下营、准格尔站点控制流域为基础,采用累积量斜率变化率比较法,定量分析了径流变化、气候变化和人类活动对径流变化量的贡献。结果表明,径流量多年来呈减少趋势,随降水的增加而增加,随平均气温的升高而减少。径流量2000 s最小,相对1990 s减少了45.67%~58.26%。径流突变点为1981年。1981~2010年与1957~1980年相比,旗下营、准格尔两个水文站点控制流域气候变化对径流减少的贡献率分别为12.80%和23.46%,人类活动对径流减少的贡献率分别为87.20%和76.54%。

黄河流域内蒙古段典型支流径流对气候变化的响应

以黄河流域内蒙古段及其周边地区44个气象站点、支流20个水文站点1956～2010年水文气象数据为基础，采用分区方式，选取典型支流水文站点，分析了径流对降水变化的响应。结果表明，径流对降水响应敏感。在1950S、1960S、1970S、1980S、1990S、2000s等6个阶段，随降水增减，径流呈现出相应变化趋势。多年来，降水呈微弱减少趋势，径流则呈现大幅度减少趋势。空间上降水多年平均减少量为0．21～14．92mm，径流减少量为65．38～818．38万m3。在2000S之前。降水不论增加还是减少。径流相应增减幅度平均为其1～8倍，个别在25～30倍之间；而在2000S，平均达到了11～17倍，个别达到69倍。较少的降水变化幅度会引起较大幅度的径流量变化。

基于毫米波云雷达的黄河流域内蒙古段云宏观特征分析

云是地-气系统的重要组成部分,云宏观特征不仅与地-气系统的辐射收支及区域气候变化密切相关,还直接影响云降水过程模式预报的准确性,鉴于此本文基于2020年8月至2021年7月呼和浩特地区毫米波云雷达观测数据,对黄河流域内蒙古段云出现频率及垂直结构进行统计分析。结果表明:该地区多以晴空为主,全年晴空廓线超过了云雷达总采样廓线的70.00%,相比而言,云出现频率较小,6月最高值也仅为43.84%。云类型以中高云为主,云底高度多出现在3.00~4.00 km之间,云层较薄,厚度介于0.50~1.00 km的云出现频率最高。云宏观属性存在明显的季节变化和日变化特征,春季和夏季云的出现频率较高,分别为39.71%和35.77%,冬季云的出现频率最小,春、夏、秋季午后云出现频率明显高于上午时段。

中国北方农牧区乡村重构特征及问题区域识别——以黄河流域内蒙古段为例

科学、有序重构是实现农牧区现代化和国家乡村振兴的重要路径。选取黄河流域内蒙古段这一典型北方农牧区乡村,基于乡村发展指标和计量模型,探究了乡村重构的特征并识别问题区域。结果表明:(1)1990—2020年研究区乡村发展各维度的水平均得到不同程度的提升,总体上经济发展>空间利用>社会发展。(2)1990—2020年研究区乡村经济重构总体先增强后减弱,空间重构则一直增强,社会重构整体滞后。乡村综合重构总体表现为南高北低、东高西低,其中经济重构地域差异较小,社会重构表现为南高北低;空间重构以河套平原较为剧烈。1990—2020年乡村经济-社会-空间重构的耦合度和协调度总体先升高后降低,在空间上表现为东高西低。(3)乡村发展及重构的问题县域共6类11个,分布在研究区黄河以西、阴山以北,映射了地理环境、资源条件、区位交通、经济基础、区域政策等因素交互作用产生的综合影响,需结合地域实际分类施策。

黄河流域内蒙古段土地沙漠化动态变化及驱动力分析

黄河流域内蒙古段是全国重要的生态屏障,为减轻沙漠化土地的威胁,本研究以1995~2020年6期Landsat卫星遥感影像为数据源,在ENVI5.3,ArcGIS10.2支持下,通过植被覆盖度等指标,获取了黄河流域内蒙古段沙漠化土地分布数据,并采用地理探测器模型对黄河流域内蒙古段沙漠化程度空间分异特征与驱动力进行解释。结果表明:(1)在1995~2020年期间土地整体向良好方向发展,轻度、非沙漠化面积分别增加3 765.36km~2,4 927.48km~2,极重度沙漠化减少了1 853.31km~2。(2)黄河流域内蒙古段的沙漠化空间差异主要由人口密度、湿润指数、干燥度、年平均降水量决定,其因子解释力均超过25%,驱动因子间交互均呈现相互增强或非线性增强,交互解释力最强的是湿润指数和土壤,q值为0.459。

1981-2017年黄河流域内蒙古段气候及植被生态变化状况

以黄河流域内蒙古段为例,基于NOAA/AVHHRR和SPOT数据和气象站点数据,利用Mann-Kendall趋势检验方法,对黄河流域内蒙古段NDVI和气候变化趋势进行研究。结果表明:(1)从气候上看,黄河流域内蒙古段和周边内蒙古境内气象站点的年平均气温呈现明显的上升趋势,气候倾向斜率为0.048℃/a,年降水量没有明显变化趋势,年平均相对湿度在空间上主要表现为黄河流域内蒙古段的北部明显减少,中部和南部无明显趋势;(2)1981—2017年,黄河流域内蒙古段NDVI从空间上呈现由北向南从低到高再到低的分布状态,NDVI以0.1~0.4为主,占本流域面积的74.4%;(3)NDVI值显著增加的区域占流域面积的43.39%,主要分布在河套平原、呼和浩特市、包头市、鄂尔多斯市交界处;NDVI无明显变化的区域占流域的38.07%,主要分布在阴山山脉、鄂尔多斯高原;NDVI显著减少区域占流域面积的17.94%,主要分布在大青山、库布齐沙漠;结合土地利用类型来看,耕地区的NDVI值较高,且变化趋势以显著增加为主,草地区的NVDI值较低,无明显变化趋势;(4)NDVI年平均值较高的区域,变化趋势以显著增加为主,在NDVI值较低的地区,NDVI的变化趋势以显著减少为主;准格尔旗和呼和浩特市交界地区植被覆盖状况较差,改善的趋势却十分明显。

黄河流域内蒙古段旅游产业与生态环境耦合关系及协调发展分析

旅游产业与生态环境之间存在着互相影响互相促进的关系,良好的生态环境是旅游产业发展的基础,旅游产业所带来的经济发展也对生态环境的建设起到一定的促进作用。本文通过构建黄河流域内蒙古段旅游产业和生态环境的综合评价体系和耦合协调度模型,对2014—2020年内蒙古黄河流域旅游产业和生态环境的耦合协调发展程度进行分析研究。结果表明:旅游产业与生态环境综合评价指数整体呈上升趋势,旅游产业部分年份有轻微回落,生态环境综合评价指数则稳步增长。耦合协调度等级从中度失调转变为初级协调,系统协调度有很大改善,旅游产业与生态环境逐渐从无序发展向有序协同发展方向改进。耦合协调度类型从生态环境滞后型转为生态环境与旅游产业同步发展型,又转为旅游产业滞后型,旅游产业和生态环境子系统间发展速度存在差异,对系统协调发展程度有一定的影响。

黄河流域内蒙古段1951—2012年气温、降水变化及其关系

黄河流域内蒙古段是内蒙古自治区重要的经济发展区,研究其气候因子变化对流域水资源、区域经济社会发展及生态环境保护有重要意义。论文利用研究区及其周边地区52个气象站点1951—2012年气温与降水量资料,采用回归分析、年代均值比较、5 a滑动、气候倾向率和Mann-Kendall检验等方法,对气温与降水变化及其关系进行了分析。结果表明:近62 a来,研究区域平均气温、平均最高和最低气温均呈明显上升趋势(0.283℃/10 a、0.235℃/10 a、0.590℃/10 a),尤以20世纪90年代增温最为明显,冬季增长速率最快,对气温升高贡献最大。3类气温分别在1988、1989、1982年发生了突变,平均气温、平均最高气温突变时间均晚于平均最低气温。多年降水量年际变化较大,总体呈下降趋势(-1.48 mm/10 a),但下降幅度不明显。年降水量与平均气温、平均最高气温、平均最低气温在20世纪80—90年代相关性较好,均呈上升趋势,而其他时期则呈阶段反对称变化。从季节上看,春季降水量与3类气温年值相关性最好;夏季降水量与3类气温的年际变化趋势类似;秋季降水量与3类气温呈阶段反对称性变化;冬季降水量与3类气温在20世纪90年代到21世纪呈反对称变化,其他年代则呈现一致的变化趋势。

内蒙古段黄河流域景观生态风险分析

黄河流域内蒙古段目前的生态屏障功能出现严重的退化现象,诊断其景观格局及生态风险对促进内蒙古黄河流域高质量发展具有重要意义。该研究采用内蒙古黄河流域1980年、2000年和2020年的土地利用数据,计算区域景观格局指数和生态风险指数,分析其生态风险空间分布特征和时空演化规律。结果表明:1980—2020年草地为主要用地类型,面积占50%以上,耕地、草地、水域和未利用地面积分别减少578 km^(2),1911 km^(2),383 km^(2)和255 km^(2),林地和建设用地面积增加了1055 km^(2)和2072 km^(2),土地转移的主要方向为草地、耕地和水域转变为建设用地和林地;2000—2020年综合土地利用动态度1980—2000年上升了0.85百分点;1980—2020年,斑块数量除水域和未利用地减少外其余用地均增加,景观破碎化程度除建设用地外其余用地均增加,景观干扰度除林地上升外其余用地均减少,景观损失度除建设用地有明显下降外其余用地无明显变化;黄河流域的生态风险值呈下降趋势,较低风险区和低风险区的面积增加9000 km^(2),主要集中在北部和中部地区,高风险区和较高风险区的面积减少1350 km^(2),分散布局在东部和北部边缘。

基于Landsat时序影像和非线性边界监测土壤干旱研究——以1986—2020年黄河内蒙古段生长季为例

土壤温度植被干旱指数(TVDI)是表征土壤干旱状态的常用指标,土地利用/覆被(LULC)类型、LSTNDVI特征空间的干燥与湿润边界的非线性属性是TVDI遥感反演过程需要考虑的问题,然而前人的研究与应用大多忽视了这些条件,带来了部分误差。选取黄河流域典型资源驱动型河段内蒙古“几”字湾都市圈(呼包巴鄂乌五市)作为研究对象,以1986—2020年8期816景Landsat-5/8时序影像和同期30 m土地利用/覆被栅格数据为数据源,剔除建设用地和水体,采用无缝拼接和生长季均值合成重构LST-NDVI特征空间,在4类LULC下,非线性拟合干燥边界和湿润边界,反演得到8期经验证精度可靠的黄河内蒙古段的土壤表层干旱等级空间分布100 m栅格。研究结果可为区域性的土壤旱情预测提供理论参考和技术借鉴。

2003~2020年黄河内蒙古段干流水质演变趋势

为全面了解黄河流域内蒙古段近年来的水环境质量状况及其变化趋势,基于流域内5个监测断面2003~2020年的水质数据,使用主成分分析、聚类分析和长短时记忆模型等多源数据分析方法,结合改进的综合水质标识指数,探究了黄河流域水质的时空变化特征.结果表明,流域水质状况整体向好并稳定.时间特征方面,汛期和非汛期水质的主要影响因素存在显著差异,主要与农业灌溉用水和汛期水量增大有关;空间特征方面,可将5个监测断面归为3类,汛期的主要影响因素具有时间特征,而非汛期3类监测断面的水质差异主要由其周边城市的用水结构决定. LSTM模型的预测值变化趋势与真实值拟合效果良好,可对黄河内蒙古段的水质指标进行有效的预测评价,可为黄河干流各河段水质达标控制与管理提供科学依据.