基于RSEI的黄河中游地区生态环境质量时空演化特征及驱动因素——以延安市为例

[目的]生态环境质量评价是开展黄河中游地区生态环境保护和生态文明建设的重要基础,探究其生态环境质量动态及不同主导因子对其影响,可为生态环境保护战略与经济发展战略的协调发展提供理论依据。[方法]基于遥感生态指数(remote sensing ecological index,RSEI)并辅以Sen趋势分析、Manna-Kendall突变点检验、变异系数、Hurst法对黄河中游地区延安市1990—2020年的生态环境过去和未来演化特征进行了分析,并利用随机森林和结构方程模型探究了不同阶段RSEI对不同驱动因素的敏感性。[结果](1)延安市近31年生态环境质量整体呈变好趋势。其中,绿度和湿度指标均呈增加趋势,热度指标和干度指标均呈减小趋势,各指标共同促进了延安市的生态环境质量变化。(2)1995年前RSEI为上升趋势,1995—2001年RSEI为下降趋势,2001年后RSEI呈增加趋势。(3)1990—1995年RSEI变化属于较高波动变化,1996—2001年以高波动变化为主,2002—2020年属于较低波动变化。RSEI在未来一段时间内会出现大面积的下降趋势。(4)1990—1995年RSEI受到日最低气温极低值的正影响最大,受到日最高气温的极高值、日最高气温的极低值和干旱的负影响较大;1996—2001年土地利用对RSEI的正影响最大,日最高气温的极低值、干旱和日最低气温的极低值对RSEI为负影响最大;2002—2020年连续5日最大降雨量对RSEI的负影响最大,日最高气温的极低值、日最高气温的极高值和日最低气温的极低值对RSEI为负影响较小,但其均对连续5日最大降雨量产生影响从而间接对RSEI产生较大影响。[结论]近31年来延安市生态环境质量整体呈增加趋势,但气候变化对导致的生态退化现象需要引起政府重视,尽快提出一系列生态修复措施,防止其生态环境进一步恶化。

近25年延河流域土地利用／覆盖变化的时空特征

基于1980年和2005年两期土地利用矢量数据,选取土地利用转移矩阵、土地利用动态度和重心转移3种方法对延河流域土地利用/覆盖时空变化特征进行了定量研究。结果表明:(1)在近25a,延河流域森林和农田面积在数量上发生了大幅度的变化,以农田流向森林为主,然而草地和农田始终是流域主要的土地利用类型,二者所占比重之和在两个时期均在87%以上,加上森林三者所占比重达99%以上;(2)25a内,延河流域仅有3.89%的土地资源发生了利用方式的变化,但聚落用地面积增加迅速,年均增加速率为4.10%,主要靠占用农田和草地来实现;(3)区域之间以及区域和整个流域之间的土地利用变化方向和变化速度不一致,其中安塞地区的各土地利用类型变化速度均大于全流域,这与安塞地区的社会经济活动比较活跃,土地利用变化总体较为剧烈息息相关;(4)25a内,各种土地利用类型在空间上分布比较均匀,其中森林在空间上不断向上游、高海拔方向转移,而流域内水体的重心向流域下游迁移。

淮河流域和长江中下游流域旱涝年的划分

利用1951—2007年国家气象信息中心提供的756站逐日降水资料,通过计算6—7月降水标准差,确定淮河流域和长江中下游流域降水变率最大的站点,分别计算各站与这两个流域降水变率最大的站点相关系数,把通过显著性检验的站点分别作为淮河流域和长江中下游流域的代表站。利用两流域代表站的标准化降水指数确定了1951—2007年的旱涝年份:淮河流域的旱年为1952年、1959年、1961年等共10 a,涝年为1954年、1956年、1957年等共9 a;长江中下游流域的旱年为1952年、1958年、1961年等共11 a,涝年为1954年、1969年、1980年等共10 a。结合水文资料进行修订后,确定了1951—2007年淮河流域和长江流域因梅雨季降水而导致的洪涝年份。

退耕还林还草工程对黄土高原延河流域水土保持功能影响研究

利用黄土高原典型流域延河流域水文和退耕还林数据,分析退耕还林还草工程对流域水土保持功能的影响,探讨了近30年来流域水文变化过程及水文指标与退耕还林还草指标的关系。研究结果表明:30年来流域降水量减少趋势不显著,径流量和输沙量均成显著下降趋势。将流域径流量和输沙量变化序列分为前期(1980-2002年)和退耕还林还草影响期(2003-2010年)两个阶段进行比较分析,退耕还林还草影响了降水径流关系,削弱了流域产流能力,退耕还林还草影响期流域产沙动力系数下降。累计退耕还林还草面积与径流系数和含沙量均呈负相关,其中径流系数与之负相关性显著。

延河流域土地利用变化特征分析

研究土地利用时空变化特征对促进区域生态经济协调发展具有重要意义。以延河流域为例,基于不同时期遥感影像,借助RS、GIS和ENVI软件平台技术,获取了1980-2015年延河流域土地利用变化状况,并进行了土地利用转移分析;在此基础上解译了不同时期的土地利用类型,分析了延河流域土地利用时空变化特征和影响因素。结果表明,1980-2000年流域内土地利用结构整体变化较小,耕地、林地、草地3类土地利用面积相互转化频繁但整体面积趋于稳定,建筑用地面积增加了1.25倍;2000-2015年流域内耕地、林地和草地发生了显著变化,其中耕地面积减少了28%,林地面积增加了40%,草地面积增加了15%,建筑用地面积增加了近两倍,但比例很小,未利用地和水体变化幅度不明显;2000年前后流域内土地利用变化空间特征存在明显不同,2000年之前各土地利用类型变化主要发生在延安市区,2000年之后整个流域地区均有不同土地利用类型的转移;2000-2015年国家"退耕还林、草"生态修复政策、产业经济生产总值不断上升、人口数量稳定增长、城镇化发展迅速等均对流域土地利用结构产生了影响。

长江流域管理综合信息采集与共享问题探讨

为了满足长江流域水资源开发与科学管理的需要,多年来,相关部门设立了大量水文、水环境、水土保持、水生态监测站及科学实验站,积累了大量流域开发与管理的水信息。但在资料收集与利用方面,仍存在着站点密度不够、监测能力不足、测站功能单一、缺乏统一管理机制、信息共享程度不高等问题。针对所存在的问题,提出了相应的对策与建议。

兴盐界河民主村断面水环境质量溯源调查分析

以民主村断面上游为研究对象,利用有机物非靶向筛查技术,结合现场快速筛查、实验室分析及现场实地勘查结果,判断重点监测区域污染情况,并使用卫星遥感、无人机及现场排查对民主村断面所在的兴盐界河开展全流域排查。结果表明,兴盐界河沿线排污口众多,民主村断面汇水区域及兴盐界河沿线广泛受到养殖业、生活源、种植业污染,河内源污染严重,加之水流不畅、汛期放大污染等自然因素,导致断面水质无法稳定达标,全年平均水质超Ⅲ类。

延河流域水土保持信息系统的设计与实现

区域水土保持信息系统涉及因素多、信息量大,科学管理有着极其重要的意义。本研究采用C/S体系,以延河流域为实验区,建立了区域水土保持信息系统。利用Oracle+Arc SDE+Arc Engine构架、采用元数据表、基于树结构实现了按水土流失影响因子类型分层、按矢量和栅格数据分类来管理数据;实时进行水土流失影响因子的空间插值以减少因栅格数据大带来的数据冗余和存储困难;基于栅格数据缩略图和网络实现栅格数据快速查询;在网络环境下多用户能够协同操作,实现对各因子及土壤侵蚀量的模拟运算,并能对水土流失进行定量评价和专题统计分析。该方式可大大提升水土保持信息管理效率、并为决策提供科学参考。

基于TPS插值的黄土丘陵区土壤容重空间分布研究

空间插值方法在各个领域已有了广泛的应用，而不同的研究对象则有适应各自的区域特征的空问插值方法。以延河流域为例，对黄土丘陵区（0～10cm、1030cm和30～60cm等）三个典型土壤剖面的土壤容重进行空间插值方法比较研究。结果表明：（1）在水平方向，延河流域0～30cm层面的土壤容重从北到南呈现一个递增的趋势，同南北气候湿润程度以及植被覆盖程度密切相关，而对于30～60cm的土壤容重在南北方向上则保持相对均衡且与河网分布有关；（2）在垂直方向，土壤容重随着土层加深同样呈现递增的趋势；（3）根据误差分析，薄盘样条函数插值更适宜于该区域关于土壤容重的插值。

延河流域2000-2010年土地利用/覆盖变化及驱动力分析

土地利用/土地覆被变化一直备受全球变化研究科学家们的关注,成为全球变化研究中的核心课题之一。文中利用2000年Landsat TM影像和2010年中国环境卫星影像目视解译得到两期土地利用分类成果和延河流域2000-2010年社会经济数据,结合土地利用转移矩阵、土地利用动态变化计算和实地调查等研究方法,对延河流域2000-2010年土地利用/覆盖变化及其驱动力进行了研究。结果表明:⑴延河流域2000-2010年耕地面积大幅减少,林地和高覆盖草地大面积增加,建设用地面积呈增加态势。⑵结合流域内社会经济数据发现:国家的生态修复政策、流域内经济的发展和产业结构调整、人口增长和城镇化为流域土地利用/覆盖发生巨大变化的主要驱动力。