京津冀2000—2021年地表水面积时空变化及其影响因素

[目的]分析京津冀地区各市2000—2021年地表水面积的时空变化趋势、典型湿地的地表水空间形态演变及影响因素,为该区域水资源保护及合理开发利用提供科学参考。[方法]利用JRC全球地表水产品数据集提取2000—2021年京津冀各市不同类型的地表水,分析京津冀各市近22 a地表水面积时空变化趋势,利用形态学空间格局分析模型(MSPA)分析典型区域白洋淀、七里海湿地的地表水空间形态演变,结合气候和人类活动数据,采用相关性分析法,阐明不同城市地表水时空变化的驱动机制。[结果](1)从时间上看,2000—2021年京津冀永久性水体面积整体呈下降趋势,而季节性水体面积整体呈增长趋势。从空间上看,地表水面积动态度减少的重心区域主要集中在都市圈北京、天津、廊坊等城市,而南北方向上“南水北调”中线沿线城市邯郸市、邢台市、石家庄市等城市地表水面积动态度呈现增加趋势。(2)近22 a白洋淀核心湿地地表水面积在2000—2005年逐渐减少,2005年后开始逐渐增加。七里海的核心湿地面积在2000—2010年逐渐减少,2010年后开始逐渐增加。(3)京津冀南部城市最大水体面积与降水量呈正相关,而东部沿海城市呈负相关,显示人类活动与自然补给之间的不平衡性。北京市、承德市、唐山市的用水量与最大地表水面积之间存在显著正相关,显示跨流域调水和生态补水的影响较大。而秦皇岛和天津市则表现为显著负相关和极显著负相关,显示地下水超采对地表水资源有着不利影响。[结论]地表水面积变化受气候和人类活动的显著影响,未来京津冀应通过跨流域调水、节水宣传、生态恢复和减少地下水的开采,有效保护地表水资源,以应对气候和人类活动的影响。

2015–2022年漓江流域12天时间分辨率地表水体面积数据集

喀斯特地貌在广西地区分布广泛,具有汛期降水强度大、水文过程迅速且时空异质性高等特点。水是重要的生态基础和自然资源,及时、准确地获取地表水体的时空变化特征,对于水资源的保护与管理、旱涝灾害的快速评估以及实现各个经济产业的可持续发展等具有现实意义。本数据集以广西桂林漓江流域为研究区域,针对当前地表水体监测频次低、水体提取方法受限于样本信息以及在复杂地形区域内提取精度较低等问题,结合Sentinel-1雷达和Sentinel-2光学等多源遥感数据,基于雷达和光学传感器成像原理的不同,提出了一种基于经验阈值进行矢量分类的方法,剔除了绝大部分地物阴影的干扰,构建了2015–2022年漓江流域时间分辨率为12天、空间分辨率为10米的地表水体面积数据集,共包括196期地表水体矢量数据。通过对数据集的空间分布和定量精度验证,结果表明:本数据集对河流、湖泊和水库的入、出水口以及复杂地形区域内小型水体等的提取精度较高,总体精度达到92.73%,Kappa系数为0.85。本数据集可用于支撑漓江流域水资源保护和生态环境的可持续管理,能够为应急管理、灾害防治、水利开发和经济发展等领域的决策提供可靠数据。

2001—2018年中亚干旱区地表水资源时空变化特征

基于2001—2018年长时间序列地表水遥感监测数据,提取中亚五国地表水面积信息,通过动态度法、变化斜率法和相关分析法揭示中亚五国地表水面积的时空动态变化特征并对其进行驱动力分析。结果表明:(1)中亚五国地表水呈"北密南疏"分布特征,中北部地表水变化明显。近18 a来,季节水面积呈显著增加趋势,增加了133.55%,而永久水呈波动减少趋势,减少了17.27%。哈萨克斯坦地表水面积占比最大且变化也最为明显,其次是乌兹别克斯坦,其余三国无较大变化。(2) 2001—2018年,中亚五国全区季节水动态度为7.42%,并呈快-慢-快的增长趋势,而永久水呈增长-下降-增长的演变趋势,乌兹别克斯坦地表水变化最为活跃;北部边缘及图尔盖洼地、西部里海沿岸和咸海地区永久水面积显著减少而季节水显著增加,永久水向季节水转换现象明显。(3)中亚五国增温趋势不明显,降水呈减少趋势,人口、GDP和耕地均呈增加趋势。中亚五国地表水面积变化主要受社会经济因子的影响,气候因子对地表水的影响不显著。

陕西省黄土高原地表水体遥感监测与时空演变特征分析

受气候变化与人类活动共同影响,黄土高原地表水文过程和水循环演变规律发生显著改变。为探究21世纪以来陕西省黄土高原地表水体的变化特征及主要驱动因子,在GEE(Google Earth Engine)遥感云计算平台上,通过水体提取模型实现了从Landsat系列遥感影像中提取2000—2018年陕西省黄土高原地表水体分布信息,分析了地表水体的时空分布特征,利用累积量斜率变化分析法识别了自然和人类活动因素对研究区地表水体面积变化的影响。结果表明:(1)构建的水体提取模型能够有效实现对研究区地表水体信息的提取,提取精度达95.30%。(2)2000—2018年,研究区多年平均地表水体总面积为684.07 km^(2),且呈逐年增加的趋势;空间上,地表水体主要分布在榆林市(271.06 km^(2))和渭南市(203.42 km^(2)),该两市的水体面积占研究区总水体面积的69.3%。(3)人类活动是陕西省黄土高原地表水体面积的主要影响因素。自然因素对地表水体面积增加的贡献率为26.8%,人类活动因素的贡献率为73.2%。该研究结果可为黄河流域生态保护和区域水资源可持续利用提供科学依据。

1986—2021年黄河流域地表水体面积的时空变化特征

黄河流域水资源短缺,开展地表水体面积的动态监测,有助于明晰流域水资源的分布状况与变化趋势,对深入理解气候变化和人类活动对水资源的影响、保障流域生态安全具有重要的科学意义。本研究基于Google Earth Engine(GEE)云平台,利用混合指数算法,分析1986—2021年黄河流域地表水体面积的空间格局与变化特征,并揭示了流域地表水体面积变化的驱动因素。结果表明:基于混合指数的水体提取算法总体识别精度为97.5%;相比现有部分水体数据产品,本算法在一定程度上能保证水域整体的完整性。黄河流域上、中、下游地区的地表水体面积分别占流域地表水体总面积的71.7%、18.4%、9.9%。1986—2021年间,流域地表水体面积总体呈上升趋势,共增加3163.6 km^(2),上、中、下游地区流域地表水体面积分别增加72.0%、22.4%、5.6%。降水量的增多是流域水体面积增加的主要原因,其贡献率为55%;植被恢复、兴建水利工程等对流域水体面积起增加作用;人类取水活动的加剧对流域水体面积起减少作用。

水体面积与微气候变化关系特征研究现状及进展

微气候是区别于大气候的小范围微型气候,能够对人类的生活、生产以及生态环境等带来重大影响,研究地表水体面积变化特征及其与气象因子变化特征的响应关系不仅能够掌握区域气候变化特征,对实现水资源的合理开发、灾害监测与评估等具有十分重要的作用,而且对于保障不同尺度经济社会和生态环境的可持续发展具有重要的指导意义。通过系统归纳典型的气候影响因素类别、水体面积提取方法,并对水体面积与气候变化关系特征、研究现状等进行了综述,同时提出了微气候下一步研究方向,为今后从不同领域、多维度等方面深入开展微气候特征研究提供依据及参考。

济南市的生态环境与热岛效应

分析了济南城市热岛效应的基本特征，得出热岛效应夜晚强于白天，秋、冬季节强于春、夏季节，并有逐渐增强的趋势。这是由于济南市地势低凹、人为放热量的大量释放、大气污染的加剧、地表水面积的减少及人均绿地面积的偏少所造成的。

1986—2019年黄河流域地表水体动态变化及其影响因素

黄河流域水资源严重短缺,对地表水面积(SWA)开展动态监测有助于明晰地表水资源时空变化规律及其驱动机制。本文基于Google Earth Engine云平台技术,综合利用混合指数规则集、线性斜率、多元线性回归和偏微分分解等方法,揭示了黄河流域SWA的年际变化及其空间分异规律,厘定了降雨、温度、植被叶面积指数、前一年SWA和水利水保措施与人类用水活动等其他因素对SWA的影响量和相对影响率。结果表明:①地表水体总体识别精度为97%。1986—2019年全流域永久性SWA年际增长速率49.82 km^(2)/a,其中主河道区贡献83.2%,且2001年为SWA变化由减小到增加的转折点;季节性SWA年际减小速率-79.2 km^(2)/a,其中子流域区贡献61.8%。②除红碱淖SWA呈显著持续减小外,其他主要天然湖泊SWA均较为稳定;6个主河道大型水库中,小浪底和龙羊峡水库SWA增加趋势最为显著;在86个子流域中,50个子流域SWA呈增加趋势,主要分布于流域中下游。③非气象要素对SWA的影响均大于气象要素影响作用。降雨对SWA的增加作用最小,温度上升造成中游地区SWA减小,但却导致源区SWA增加。植被叶面积指数增加导致主河道区和子流域区SWA变化斜率分别增加10.12 km^(2)/a和7.26 km^(2)/a。其他因素对子流域区SWA增加呈负作用,这表明子流域内剧烈用水活动对SWA的减小作用大于水利水保措施对SWA的增加作用,但是分布于主河道中的大型梯级水库调蓄功能可显著提升其对主河道区SWA的增加作用。

2001~2018年三江源地表水动态变化及驱动力分析

当前很多研究利用遥感影像关注地表水动态变化情况,但不同算法得到的变化情况尚待进一步分析。基于GEE平台,以三江源为例,利用JRC全球地表水产品对三江源2001~2018年的地表水体面积进行动态变化分析,并结合大气再分析产品ERA5和PERSIANN-CDR进行驱动力分析。结果表明:2001~2018年期间,三江源常年性水体面积从6403.61 km^(2)增加至7473.09 km^(2),主要增加部分分布于长江源区;三江源常年性水体面积变化和年降水量有显著正相关关系,常年性水体面积变化和气温没有显著相关关系;卓乃湖自2011年起溃坝,引起自身萎缩,导致其下游的盐湖扩张严重,有溃坝的风险。