2000—2020年青海湖流域植被降水利用效率时空变化

植被降水利用效率(PUE)是评价植被生产力对降水量时空动态响应特征的重要指标。以年净初级生产力(NPP)数据、年降水量数据为基础,利用地理信息系统(GIS)和遥感(RS)技术,计算并研究了2000—2020年青海湖流域植被降水利用效率时空分布格局及其地形效应,结合年均气温、年均地表温湿度、年生长季光合有效辐射吸收系数和年植被覆盖度等数据,探讨了PUE与各因子间的相关关系。结果表明:(1)青海湖流域单位像元(1 km^(2))PUE平均值在0.4—0.7 gC m^(-2)mm^(-1)间变化,平均为0.54 gC m^(-2)mm^(-1),且在年际间无显著变化趋势(R^(2)=0.05,P≥0.05)。在空间上,青海湖流域多年PUE平均值环湖呈现不均匀分布,除青海湖东岸外,PUE值随湖面距离增大呈减小趋势;其高值区主要集中分布在青海湖西岸和南岸的半环区;年PUE变化趋势的斜率值为-0.05—0.04 gC m^(-2)mm^(-1)a-1,其中显著变化的区域占流域面积的29.63%。(2)青海湖流域多年PUE平均值在海拔效应和坡度坡向两种不同微地形效应下表现出明显的差异。海拔每升高50 m,PUE值将减少0.02 gC m^(-2)mm^(-1);随坡度增加,PUE值呈降低趋势,平坡至险坡(>45°)的变化范围为0.3—0.61 gC m^(-2)mm^(-1);不同坡向PUE值表现为由东北坡向西南坡递减,范围为0.52—0.56 gC m^(-2)mm^(-1)。(3)在空间上,青海湖流域PUE值与地表温度、光合有效辐射吸收系数、植被覆盖度和叶面积指数相关性较为明显。沿海拔梯度,空气温度和地表温度与PUE呈极显著正相关(R^(2)=0.94,P<0.01;R^(2)=0.98,P<0.01),光合有效辐射吸收系数、植被覆盖度和叶面积指数与PUE显著正相关(R^(2)=0.89,P<0.05;R^(2)=0.90,P<0.05;R^(2)=0.86,P<0.05),地表土壤湿度与PUE无显著相关性(R^(2)=0.16,P≥0.05)。评估了青海湖流域植被降水利用效率的特征及其与各因子间的相关关系,明确了植被对降水的利用能力及其耗水特性,可为青海湖流域植被保护和国家公园建设提供理论参考。

2000-2020年青海湖流域植被净初级生产力时空格局及驱动分析

[目的]明确2000—2020年青海湖流域植被净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)时空格局变化特征,探究影响植被NPP的主要因素及驱动比例,为青海湖流域基础科学研究提供参考。[方法]以青海湖流域为研究区域,基于2000—2020年植被NPP、气温、降水量、植被覆盖度、人类活动强度数据,采用ArcGIS空间分析、地理探测器模型等方法,分析植被NPP在子流域、海拔、微地形上的时空变化,并对流域NPP与气温、降水量和植被覆盖度的相关性及植被NPP的驱动要素进行研究。[结果](1) 21年间青海湖流域年植被NPP逐年波动上升,增速为2.22 g C·m^(2)/a,空间上自西北向东南递增。(2)年植被NPP与年均气温、年降水量、年植被覆盖度的显著相关区域占流域面积比依次为40%,9%,59%。年均气温和年降水量与年植被NPP的一级偏相关系数显著区域占流域面积比分别是59.26%和33.39%。(3)驱动分析表明气温(q=0.58)、海拔(q=0.54)、人类活动(q=0.38)是流域NPP的主要驱动因子,并且因子交互解释力强于单因子解释力。[结论]2000—2020年青海湖流域植被NPP整体逐年增长,在海拔、子流域和微地形格局上表现出显著的空间分异性,气温、海拔、人类活动的交互驱动是流域NPP的主要驱动类型。

青海湖流域地表温度时空变化特征研究

地表温度是陆面过程研究的重要参数之一。基于MOD11A2地表温度数据,结合数字高程模型(DEM)、土地利用类型、气象和归一化植被指数(NDVI)等数据,采用ArcGIS空间分析与数理统计方法,对2002—2021年青海湖流域的年度、季节、月份及昼夜等时间尺度,以及不同土地利用类型、不同海拔高度的地表温度变化特征进行了分析,并利用地理探测器模型对地表温度与环境因子之间的关系进行了研究。结果表明:(1)青海湖流域年均地表温度总体随年份增加呈现上升趋势,平均地表温度为2.20℃。空间分布呈现比较规律的由流域东南向西北逐渐下降的特征。青海湖北岸和东岸地表温度上升趋势最显著,呈上升趋势的区域占流域主体。(2)地表温度在不同季节表现为:夏季>春季>秋季>冬季。除春季随年份增加呈下降趋势外,夏季、秋季、冬季均呈逐年上升趋势。(3)月间地表温度表现为规律的先增加后减小,以7月为“对称轴”呈显著相似的变化趋势。(4)不同土地利用类型的地表温度从高到低排序为:耕地>林地>灌木>草地>荒地>冰川。(5)年均地表温度与海拔为显著负相关关系(P<0.05),海拔每升高100 m,年均地表温度下降约0.8℃。(6)根据单因子探测结果,环境因子对地表温度的解释力存在差异,其中海拔高度和年均气温对地表温度的解释力较高,而土地利用类型对其解释力最低。在所有因子的交互作用中,年均气温和海拔高度交互,q值的解释力最大(0.90),表明年均气温和海拔高度的耦合与青海湖流域地表温度关系密切。

青海湖流域蒸散发对土壤水分的时空响应特征

研究蒸散发对土壤水分的时空响应特征有助于深入理解区域水文循环过程。利用2016—2020年青海湖流域蒸散量和土壤含水量遥感数据,借助ArcGIS空间分析和数理统计方法研究了青海湖流域蒸散发和土壤水分在8 d、月和年尺度的变化特点及两者的对应关系,揭示了青海湖流域蒸散发对土壤水分的时空响应特征。结果显示:(1)2016—2020年,青海湖流域平均蒸散量和土壤含水量分别为494.45 mm和0.34 m^(3)·m^(-3),8 d、月和年尺度蒸散量总体呈先增大后减小的特点,土壤含水量分别呈增大—减小—增大—减小、增大—平稳—减小和较稳定的特点。(2)空间上,各时间尺度青海湖流域平均蒸散量总体呈流域东北向西南方向减小的特点,平均土壤含水量总体由湖滨向流域四周递增、由河谷向两侧递增。(3)时间协同性上,青海湖流域蒸散量和土壤含水量在第1~185天(1—6月)和第241~365天(9—12月)强于第185~241天(7—8月),非生长季强于生长季,2016—2018年强于2018—2020年;空间协同性上,流域东北部的沙柳河和哈尔盖河流域及湖东岸强于其他地区。(4)8 d、月、非生长季和生长季尺度,青海湖流域蒸散量与土壤含水量的平均相关系数分别为0.61、0.69、0.36和0.24,两者以显著正相关关系为主,说明青海湖流域蒸散量对土壤含水量的时间响应在月尺度和8 d尺度较强,不同时间阶段流域蒸散量均随土壤含水量的增加而增大。本研究结果可为深入认识青海湖流域水文循环过程、水量平衡及水资源管理提供理论参考。