甘肃祁连山自然保护区草地时空变化及其对气候的响应

及时掌握祁连山草地植被生长状况、演变趋势及其与气候的关系,对区域复合生态系统功能的科学评估具有参考价值.本研究采用MOD13Q1 与Landsat 数据,运用趋势分析法、相关性分析法等,分析了甘肃祁连山自然保护区2000-2018 年的土地利用变化与不同草原类型的NDVI 时空变化及其对气候的响应.结果表明:1) 2000-2015 年草地面积减少,主要转出为林地、耕地和水域;2) 2000-2018 年祁连山自然保护区夏季草地植被NDVI 的改善状况最佳,其他季节均以轻微改善为主;3)不同草原植被NDVI 均呈现增加的趋势,以荒漠草原的增加速率最大,其次是典型草原与高寒草原和高寒草原;4)祁连山自然保护区降水量变化对不同草原植被NDVI 的影响高于气温.

近35年石羊河流域景观格局演变及其驱动因素

景观格局时空演变是土地利用变化最直接的体现,是景观生态学研究的重点和热点。本研究利用1986-2020年4期土地利用/覆被数据,借助ArcGIS和FRAGSTATS软件,采用标准法和移动窗口法计算景观格局指数,分析石羊河流域景观格局时空演变特征,并通过灰色关联度法探讨景观格局变化的主要驱动力。结果表明,近35年石羊河流域的景观结构总体呈现“耕地与建设用地面积明显增加,未利用地面积大量减少,其余景观类型相对平稳”的变化趋势。1986-2010年各景观面积转移相对简单,主要表现为未利用地转为耕地,2010-2020年各景观面积转移变得复杂,主要表现为未利用地转为建设用地及耕地,林地和草地、未利用地和草地之间存在大面积的相互转换。1986-2020年主体景观未利用地及草地的优势度降低,破碎度增强,而耕地及建设用地景观优势度增加,破碎度降低,整体景观趋于多样化、破碎化。灰色关联法分析发现,降水、气温、人口数量和第一产业是石羊河流域景观格局变化的关键驱动因素。研究结果可为研究区土地利用规划和管理、景观生态恢复、保护及可持续发展提供科学依据。

基于多尺度特征深度学习的短临降水预报

雷达回波外推是短临降水预报的一种重要方法。针对雷达回波外推中随着外推时间的增加而出现回波演变信息丢失这一问题,本文提出一种多尺度特征融合的深度学习短临降水预报模型(以下简称为MSF2)。首先,采用多尺度的卷积核对网络的浅层信息进行特征提取,弥补单一特征检测带来的不足。其次,将不同维度的特征信息进行拼接及通道混洗,进一步增强特征图通道之间的信息流通和信息表达能力。最后,将特征图中的多尺度信息进行融合,从而有效保留不同尺度的特征信息。利用华南雷达回波拼图资料数据,在3种不同降水强度(5 mm/h、10 mm/h和25 mm/h)下进行降水预报研究,并与光流法和ConvLSTM两种主流算法进行了对比。结果显示,在3种不同降水强度条件下,MSF2在所有评价指标(命中率POD、临界成功指数CSI、误报率FAR)中表现最优,这表明引入多尺度机制能改善模型的特征提取能力。相比于目前主流的光流法和ConvLSTM,本文提出的模型对于短临降水预报具有较好的适用性和较高的预报精度,而且实现了业务化运行。

祁连山国家公园植被净初级生产力时空演变及驱动因素分析

祁连山国家公园具有涵养水源、维持生态平衡等重要作用,是河西乃至西北地区重要的生态安全屏障。本研究利用2000–2018年的MODIS NDVI遥感数据、气象数据及人类活动数据,采用NPP估算模型–CASA模型计算了植被净初级生产力(net primary productivity,NPP),并借助一元线性回归法与相关分析法,分析了研究区植被NPP的时空变化特征以及与地形、气候和人类活动等驱动因素的耦合关系。结果表明:1)祁连山国家公园植被NPP整体呈现波动上升的趋势,多年均值为167.35 g·(m2·a)–1;各月植被NPP的变化也呈增加趋势,增长速率存在明显的差异。2)空间上2000–2018年祁连山国家公园的植被NPP呈现出自东向西递减的趋势;月尺度上,植被NPP具有明显的季相变化特征,植被NPP累积量夏季最高,秋季次之,冬季最少。3)整体上祁连山国家公园植被NPP随海拔、坡度增加呈现出“先增加后减少”的变化趋势;植被NPP与降水的相关性较高,其相关性系数为0.632(P<0.01);当人类活动强度达到一定程度时(>20%),二者之间呈现明显的负相关关系。总体上,地形与气候因素对研究区植被NPP变化起主要作用。本研究可为科学评价祁连山国家公园生态治理成效以及生态政策的制定与生态环境的管护提供相应的参考,并可以为进一步实现区域自然–经济–社会的协调与可持续发展提供相关理论依据。