贵州省NDVI时空变化及其对温度和降水变化的响应

为了探究植被NDVI变化特征及其对温度和降水变化的响应,以贵州省为例,基于2000-2018年MODIS NDVI数据和温度、降水数据,采用距平分析、滑动平均、M-K检验、一元线性回归趋势分析、Pearson相关分析,偏相关分析、复相关分析及F检验进行显著性检验,定量分析了贵州省不同地貌类型下温度和降水对植被NDVI的影响。结果表明:(1)2000-2018年贵州省年均NDVI在空间分布上呈现出西北低东南高的格局;NDVI在2007年和2010年发生突变,并于2013年进入快速增长时期;其变化趋势呈现极显著增加的区域面积占比较大的是岩溶峡谷区和断陷盆地区,非喀斯特区较小;(2)NDVI以中高稳定和中等稳定为主,变异系数空间上存在着西北高于东南的格局;非喀斯特地貌稳定性最高,岩溶峡谷地貌的稳定性较差;(3)Hurst指数介于0.07~0.99,高值主要分布在贵州省西部地区,低值主要分布在东部地区,岩溶峡谷区和断陷盆地区呈现正向持续区域面积均超过对应地貌类型面积的1/2,其余地貌区以反向持续的区域面积比相对较大;(4)贵州省年均温度在空间上呈现西部地区低南部地区高的格局。以0.260℃/10 a的速率上升,断陷盆地区温度变化是最稳定的,非喀斯特地区和岩溶槽谷区的温度变化差异性较大。贵州省大部分地区降水量比较高,仅研究区西北部略低。年均降水以38.16 mm/10 a的速率上升,除断陷盆地区降水以减少趋势占优势,其他地貌区均呈现不同程度的增加;(5)贵州省NDVI受温度的影响强于降水,断陷盆地区受温度和降水的影响均不显著;岩溶高原区、岩溶峡谷区和非喀斯特地区受温度的影响高于降水。

黔中岩溶山区近50年降水时空变化——以黔中水利枢纽工程区为例

为了研究黔中岩溶山区多年降水变化规律,选取黔中水利枢纽工程区为例,依据研究区内25个雨量站点1967—2016年逐月降水资料。通过线性回归分析、累计距平法、Mann-Kendall检验法和ArcGIS空间插值等方法,采用年和季节尺度研究该地区的降水空间分布和变化趋势。结果表明:1)50年来,该地区年降水表现为增加-减少交替的特征;春秋为下降趋势;冬夏为上升趋势;2)M-K检验显示,多年年降水呈现下降趋势,在1983年发生降水突变;春夏秋冬四季变化不剧烈,春秋季不存在突变年份,夏季降水出现突变的在1990年和2008年,冬季在1970年出现降水突变;3)全年和季节降水空间分布不均匀,年、夏秋季为哑铃状分布:中部多两侧少的降水特征;春季和冬季为东多西少。可见对黔中水利枢纽的降水量的研究,以期深入了解岩溶山区复杂地形条件下特征和规律。研究结果可为该地区的降水研究、水资源的可持续开发利用、水资源配置等提供参考。

基于GIS的贵州省农田化肥施用特征时空分布研究

深入认识贵州省化肥施用强度空间分布格局和施用量时间变化情况,有利于正确认识贵州农田化肥施用合理性和调控方向。基于ArcGIS对贵州省2018年化肥施用强度的空间分析及近20年各类化肥施用总量的变化,结果显示:1)贵州省总肥施用强度呈现中部高四周低的空间分布特征,低度施用强度主要在我省东南部地区,高度施用强度集中分布在中部地区;单质化肥高强度施用强度均分布在中部地区;氮肥低度施用强度集中分布在研究区的东南部地区,磷肥低度施用强度分布在北部、西北部、西部和西南部,钾肥低度施用强度分布在我省大部分地区;全省的化肥营养比例结构为1∶0.35∶0.31,其均衡性和合理性不足;遵义市、铜仁市和黔东南州基本接近1∶0.5∶0.5,营养结构相对合理;2)贵州省各类化肥施用量均呈现增加趋势但变化幅度有差异性,总肥、氮肥和磷肥最大增加幅度分别为53.18%、28.16%和21.78%,均于2015年达到最大施用量;钾肥和复合肥的最大增幅为119.57%和166.67%,于2016年达最大施用量,此后化肥施用量有下降的变化趋势;3)贵州省的自然环境较为恶劣,坡耕地面积占比较高,城市扩张,粮食播种面积不断减少而人口不断增加,为了保证基本粮食需求,化肥施用强度不断增大。

贵州省2006-2015年粮食生长季农业干旱时空变化研究

基于MODIS植被指数(NDVI)和地表温度(LST)数据,利用ENVI软件和ArcGIS技术,构建农业干旱评价指标,分析研究贵州省2006-2015年粮食生长季农业干旱的时空变化特征,结合农产品收成统计数据,利用相关分析研究农业干旱分布对粮食产量的影响。结果表明:①十年间,贵州省上半年的农业干旱主要发生在西部,而下半年的农业干旱主要发生在东部,且干旱强度和干旱面积都呈逐渐增强的趋势。②在该研究区的研究时段内,农业干旱强度表现为:7月>9月>3月>5月;③作物生长前期,农业干旱的发生会抑制粮食生长从而使粮食减产,而作物生长中后期,农业干旱会促进作物成熟,增加粮食产量。

基于河流出水量的区域水文干旱特征及其水文频率分析——以黔中水利枢纽工程区为例

为了加强区域水文干旱预测预报系统,对区域水文干旱特征变化规律作进一步分析,基于河流出水量这一视角,以黔中水利工程区1960—2016年的逐月径流数据为基础,通过河流出水量估算,采用径流距平百分率及P-Ⅲ(PearsonⅢ)型曲线、适线法等水文频率分析法进行水文干旱特征研究。结果表明:近57年来,黔中水利工程区河流年出水量波动较大,1989年达到历史极低值,出水量总体呈递减趋势;水文干旱主要发生于黔中地区的中部区域,进入21世纪之后区域水文干旱发生得较为频繁,主要以中旱为主,各干旱程度的频率趋势依次为:轻旱>中旱>重旱>特旱;根据P-Ⅲ型水文频率数学模型,河流出水量最小1个月低于52.70 m^(3)/s,最小3个月低于169.36 m^(3)/s,最小5个月低于313.90 m^(3)/s,最小7个月低于543.48 m^(3)/s时区域内发生20年一遇(P=95%)的水文干旱。

基于时变Copula模型的多尺度气象干旱、水文干旱特征及其概率分析——以黔中水利工程区为例

为了解区域气象干旱、水文干旱特征及其概率分布情况,基于时变Copula模型对黔中水利工程区1960—2016年气象、水文资料建立联合模型,深入分析区域多尺度水文干旱、气象干旱特征,并探讨了干旱联合概率、条件概率特征。结果表明:(1)工程区内气象干旱多发,但总体干旱程度偏低,多尺度干旱特征联合总体相似且具有较强的相关性,多尺度干旱特征联合值表现出6个月>9个月>12个月>3个月的特点。(2)区域水文干旱程度逐渐加重,干旱频率逐渐上升,主要分布于20世纪80年代末及进入21世纪后,多尺度干旱联合特征值总体偏低,3个月尺度下发生高频率、程度深的水文干旱可能性最大,最小为6个月尺度。(3)4个研究尺度中干旱联合特征均表现出明显的相似性,干旱指标则表现出6个月SPI与12个月Ra相关性最强;20世纪80年代末及进入21世纪后,区域干旱联合概率较高,区域多气象、水文干旱,干旱程度较重且频率较高;条件概率总体呈上升趋势,表明气象干旱发生后水文干旱随后发生的概率越来越高。

黔中地区潜在蒸散发的时空变化及对土地利用变化的响应

土地利用变化对潜在蒸散发的影响是水文等相关领域研究的热点问题。基于黔中地区1995-2015年气象数据,应用Penman-Monteith公式估算潜在蒸散发(ET 0),同时利用1995-2015年5期土地利用数据,分析近20年该地区ET 0的时空变化特征以及不同土地利用类型对ET 0的影响。结果表明:1995-2015年黔中地区ET 0总体呈增大趋势,空间分布规律较为明显,即自东南向西北整体呈递减趋势;黔中地区近20年土地利用结构变化明显,林地及建设用地面积的变化趋势以增大为主,草地及耕地则以减少趋势为主;不同土地利用类型的ET 0不同,以林地为最大,其次为耕地、草地、水域以及建设用地,未利用地为最小,草地以及耕地向林地转移面积会使ET 0增大,林地、草地以及耕地向建设用地、未利用地转移面积会使ET 0减小。这表明土地利用变化明显时,ET 0也会随着产生较大的变化。蒸散发研究对反映区域水文过程以及科学管理水资源均十分重要。

黔中地区气象水文干旱演变特征及其响应关系

黔中因其地形地貌特殊,干旱情势复杂,研究其干旱特征以及传播过程,能有效预防干旱延续,为该区域干旱监测和预警提供科学依据。基于黔中地区1970—2016年的降水以及径流数据,计算标准化降水指数(SPI)与标准化径流指数(SSI),采用相关分析方法,分析该地区气象水文干旱的演变特征以及两者之间的响应关系。结果表明:(1)不同时间尺度的SPI与SSI具有不同的时间振荡频率。在较短的时间尺度上干湿交替频繁,而较长的时间尺度可以检测连续的干旱与潮湿时期。(2)近47年来,黔中地区干旱化态势增强,干旱发生的频率上升,重度干旱以及极端干旱频率增加明显。(3)该地区气象与水文干旱在不同年代际呈现不同的空间分布特征,气象干旱主要发生在黔中南部、中部和西部等地区。20世纪水文干旱化态势最明显的地区主要在黔中中部,而21世纪最明显的干旱化地区则在黔中西北部。(4)SSI—SPI相关性显著,不同时间相关系数的变化趋势不一致,并且它们的响应关系呈季节变化,其相关系数为夏季>秋季>冬季>春季,这与黔中地区降水的时空分布不均以及地貌特征有关。综上,黔中地区气象水文干旱日趋严重,极端干旱频发,气象干旱加剧了水文干旱旱情,两者关系密切。

基于Landsat8的2015年贵州省农业干旱监测研究

在全球气候变暖背景下,干旱普遍发生,而农业干旱对国民经济发展的影响尤为明显,威胁着国家的粮食安全和生态安全。基于贵州省2015年不同季节的landsat8 OIL遥感数据,利用影像数据所获取的植被覆盖指数和地表温度数据,拟合植被指数(NDVI)和地表温度(LST)的特征空间,设计得到贵州省2015年春、夏、秋、冬4个不同季节的不同土壤湿度,将TVDI作为监测农业干旱状况的指标,得到贵州省2015年的农业干旱时空分布图。结果表明,土壤含水率的高低与植被覆盖和地表温度有关,且TVDI更适宜中等植被覆盖的土壤湿度反演。贵州省2015年全年旱情较缓,各地区均不存在春旱或伏旱,只有冬季绝大部分地区土壤含水率较低,更有力地促进了农业干旱的发生。因此,对农业干旱的监测研究可为贵州省农业干旱的监测管理提供依据,对今后减少农业干旱的影响和进一步促进农业社会经济可持续发展具有重要的现实意义。

基于GIS的喀斯特地区生态环境敏感性评价

以位于贵州省境内的典型喀斯特地区乌江流域为研究对象,以ArcGIS平台为技术支撑,采用单因子与多因子评价相结合的方法,根据乌江流域的具体实际情况及其特有的地形地貌,选取了“4+1”模式,即生态类因子土地利用类型、坡度、水系、植被盖度,地质类因子喀斯特地貌分布等5个评价因子,制定乌江地区的单因子敏感性评价指标。结果表明:1)乌江流域整体敏感性程度较高,中度敏感、重度敏感与极度敏感约占流域总面积的24%、35.66%、15.21%,尤其是流域的中部极为明显。2)流域内东北部地区与西南部地区地形起伏较为平缓,城市建设用地面积大,故生态环境表现出不敏感或轻度敏感,如毕节市七星关区、大方县、纳雍县,以及铜仁市沿河县等地,流域内不敏感约占9.2%、轻度敏感约占15.93%。3)乌江流域内植被覆盖与水环境之间具有极显著的正相关性,坡度与其他各单因子及综合因子间均呈负相关性,流域的土地利用类型对敏感性综合评价起重要作用,两者之间具有极强的、显著的正相关性。

贵州省不同地貌类型下植被物候时空变化及其对气候的响应

为研究贵州省物候变化特征及其影响因素,基于2002~2017年MCD12Q2数据和气候资料,采用数理统计方法对贵州省植被变化及其对气候变化的响应进行探讨。结果显示:(1)贵州省植被生长始期(SOS)呈现出由东向西逐渐延迟的经向空间分布特征;在各地貌区中,SOS相对较早的是Ⅰ区,而相对较晚的是Ⅵ区。生长末期(EOS)较早的地区相对集中于Ⅱ、Ⅴ、Ⅵ区的西部地区,而较晚集中于Ⅴ区的东部及北部和IV的西南部。生长季长度(LOS)偏短的地区集中分布于III、Ⅴ区的西部及Ⅵ区,LOS较长的地区集中分布于Ⅰ、Ⅳ区的西部及Ⅴ区的东部。(2)贵州省多年平均SOS为第86 d,Ⅵ区最晚,Ⅰ区最早。多年平均EOS为第333 d,其中Ⅴ区最晚,Ⅱ区最早。16年平均LOS为247 d,Ⅳ区最长,Ⅵ区最短。(3)SOS平均以4.2d·(10a)^(-1)的速率不显著提前;Ⅵ区提早速率最大;Ⅳ区提早速率最小。EOS以3.9 d·(10a)^(-1)的速率不显著推迟,Ⅴ区的推迟速率最大,Ⅱ区推迟速率最小。LOS以2.8 d·(10a)^(-1)的速率延长;Ⅵ区延长速率最大,Ⅰ区延长速率最小。(4)贵州省物候期受海拔的影响,海拔每上升1000 m会导致SOS推迟15 d,EOS提前4 d,LOS缩短20 d左右。(5)SOS与6月气温之间存在极显著负相关性,EOS与9月降水存在显著正相关。研究结果发现了贵州省植被物候的变化特征、变化趋势和变化速率,分析发现物候的变化和海拔、6月气温和9月降水存在密切联系。