贵州省地表反照率变化及其对气候变化的响应

在全球气候变化背景下,地表反照率作为地表辐射平衡和气候研究的重要参数之一,在低纬度喀斯特地区开展地表反照率变化对气候要素的响应研究对理解低纬度喀斯特地区地表反照率的气候效应和区域生态环境保护具有重要意义。以贵州省为例,基于MCD43A3反照率数据、MOD15A2H LAI数据、气温和降水数据,使用Theil-Sen斜率估计和Mann-Kendall趋势检验分析、偏相关分析、滞后相关系数分析法,分析了贵州省地表反照率时空变化特征及与气候要素的时滞效应。结果表明:①贵州省2001-2022年地表反照率整体偏低,年际变化呈缓慢波动上升,年内变化呈先上升后下降;不同季节平均地表反照率比较为夏>秋>春>冬,年际变化趋势在空间上呈西升东降,在时间上为春夏上升,秋冬下降;②夏季地表反照率变化与温度、降水、叶面积指数(LAI)正负相关共存,温度对地表反照率负相关面积较大,降水和LAI则与温度相反,贵州西部毕节地区地表反照率对气候变化更为敏感;③在夏季地表反照率与温度、降水、LAI的响应中,贵州省80%以上区域表现出时滞效应。

地方重点实验室遥感大数据信息挖掘技术研究

受遥感数据获取能力增强、成像方式多样化等因素影响,遥感数据的海量化、多元化特点日渐突出,遥感大数据信息挖掘技术也因此成为业界关注的焦点,基于此,本文简单介绍了遥感大数据信息挖掘技术,并详细论述了该技术的应用,希望由此能够为相关业内人士带来一定启发。

2000—2015年间贵州省土地生态环境质量时空演变特征

土地生态环境质量的时空演变分析旨在检验多年生态环境治理成果、优化国土空间结构、揭示喀斯特内部差异性,并为不同类型区域生态环境治理等提供决策依据,对生态文明建设具有重要意义。从水热、地质地貌、土壤、土地利用/土地覆盖4个方面考虑,对2000—2015年贵州省土地生态环境质量时空演变特征分析,结果表明:1)贵州省土地生态环境质量综合指数整体平稳转好,4期综合指数分别为51.08(2000)、52.65(2005)、51.93(2010)、53.36(2015)。2)黔南州、遵义市以及铜仁市土地生态环境质量较稳定;六盘水市、安顺市土地生态环境质量改善明显;毕节市、黔西南州综合指数稳定性较差。3)丘陵土地生态环境质量综合指数增幅较大,盆地波动较为明显。4)不同喀斯特类型区综合指数:非喀斯特地区>亚喀斯特地区>典型喀斯特地区,喀斯特地区改善幅度高于非喀斯特地区。未来应继续加强土地相对匮乏、生态环境脆弱的喀斯特地区土地生态环境治理力度;对于人类活动影响较大的盆地地区应进一步优化开发利用方式,实现区域生态环境、社会经济的可持续发展。

喀斯特山地城市景观格局对城市内涝的影响研究——以贵阳市为例

全球气候变化背景下,随着城镇化高速发展,城市内涝灾害愈加明显,已成为造成喀斯特地区损失较为严重的灾害之一。选择西南喀斯特山地城市——贵阳市为研究区,基于2016—2020年实测和调查的内涝灾害数据,运用空间自相关和相关分析方法,探究景观格局对城市内涝的影响。结果表明:1)2016—2020年贵阳市主城区内涝频发,且空间分布差异性显著,呈现显著的空间自相关和集聚分布特征。2)不透水面、绿地与内涝频次的相关性显著,分别呈正、负相关。3)内涝周边500 m缓冲区内景观由少数聚集程度大的斑块构成,优势度较高,景观中的优势斑块类型仅有一种或少量几种;不同土地利用类型的景观格局空间聚集情况差异显著,其中铁路与道路、房屋建筑的景观指数空间聚类较为显著。4)内涝与土地利用类型面积的关系不显著,但与土地利用类型的景观指数有显著相关性,且不同土地利用景观格局对内涝的影响差异较大。研究结果为喀斯特城市内涝防治和景观格局规划管理提供重要参考和借鉴意义。

基于不同时间尺度的贵州省近50年气象干旱时空演化特征

[目的]基于气候因子分区条件下,分析贵州省不同区域在不同时间尺度下气象干旱的时空演变特征,可为干旱监测和预测、抗洪救灾提供理论依据。[方法]基于贵州省31个气象站点1970-2019年的逐月降水和气温数据,利用主成分分析讨论贵州省降水及气温变化特征,结合SPEI指数研究贵州近50年气象干旱时空演化规律。[结果](1)贵州近50年气温变化由东向西逐渐递增,即西部为气温极端变化和重度变化区、中部和东部为中度变化区、南部和北部边缘为轻度变化区;贵州省降水变化由西向东逐渐递减,其中西部为极端变化和重度变化区、中部为重度变化区、东部为轻度变化及正常区;(2)贵州省近50年气象干旱强度中度变化区最大、其次是轻度变化区,重度变化区最小;随着年代的递增及时间尺度增大,气象干旱逐渐增强,并呈现“峰-谷”交替现象,其中1970-1985年及1990-2000年为干旱“低谷”期、1985-1990年及2000-2019年为干旱“峰值”期;(3)贵州近50年逐月干旱频率以中低频为主,主要发生在贵州东部、南部及北部;轻度变化与中度变化区70s干旱频率最小、变幅最大,10s干旱频率最大、变幅次之,其余年代干旱频率变化相对较小。[结论]气象干旱具有显著的时间尺度特征,干旱的时空演化是气候变化、流域地表及人类活动时空耦合的结果。

基于不同时间尺度的喀斯特农业干旱时空演变特征及驱动探测——以贵州省为例

为提高喀斯特农业干旱监测的准确性和进一步揭示其驱动机制,基于MODIS-NDVI/LST数据,利用地理加权回归模型对GLDAS土壤水分进行降尺度研究;并基于SSI对农业干旱进行识别,分析不同时间尺度农业干旱时空演变及联合概率特征;最后运用地理探测器揭示喀斯特农业干旱驱动机制。结果表明:(1)20年间,贵州省不同时间尺度的干旱强度整体上呈减弱趋势,干旱面积也呈减少趋势;干旱强度和干旱频率在空间上呈西高东低分布格局。(2)干旱联合特征值呈秋季>冬季>生长季>夏季>全年>春季规律,说明贵州省秋冬容易发生较高强度和较多面积的农业干旱。(3)岩溶发育强度、降雨和海拔是喀斯特农业干旱主导驱动因子,与其空间分布有较强的耦合关系;不同因子交互作用对SSI均呈双因子增强和非线性增强,且各因子之间无显著性差异的组合较少,说明农业干旱是因子之间协同的结果。研究结果可为喀斯特农业干旱监测和防旱抗旱措施的制定提供参考依据。

贵州省极端降雨特征及其影响因子

不同地区在下垫面结构、气候等方面存在区域异质性,极端降雨表现出不同演变趋势和独特的空间分布格局。贵州喀斯特地貌类型复杂,影响降雨空间再分配,极端降雨频发,地质灾害严重。针对贵州省极端气候的研究,大多关注其时空特征与模式数据预估,缺乏对其重现期特征及不同尺度影响因子的分析。本文基于贵州省31个站点1990—2020年逐日降雨数据计算极端降雨,采用8种分布函数对其拟合并选出各站点的最优分布函数,分析贵州省极端降雨重现期特征,探讨其不同尺度影响因子。结果表明:(1)近31年来贵州省极端降雨在时间上呈不显著增加趋势,空间上呈“南高北低、东高西低”的分布格局。(2)Weibull分布函数对贵州省大部分站点的极端降雨拟合效果最佳;极端降雨的估计值随重现期增加而增大,在不同重现期均呈南高北低的分布格局,且南北差异随重现期增加而逐渐减弱。(3)大尺度影响因子中厄尔尼诺对极端降雨的影响最大;局地尺度因子中温度、高程、二氧化碳为极端降雨的主要影响因子。研究结果可为贵州省防洪减灾提供科学指导。

基于山地村域耕地质量评价的退耕还林效益研究——以贵州省凯里市大田村为例

耕地质量评价是科学开展退耕还林、评价实施效益的依据,而退耕还林作为山区主要的土地利用变化方式,对不同区域研究具有重要意义.以大田村为例,基于地块尺度以坡度、面积、高差、耕作距离为指标评价耕地质量,从土壤保持价值、固碳价值、释氧价值、水源涵养价值、环境净化价值5个方面,评价质量较差耕地退耕还林后的生态服务功能价值,对比退耕前后耕地价值变化,评价退耕还林效益.结果显示,(1)研究区耕地质量较差,一、二等地占耕地面积的22.26%;耕地质量受地块坡度影响较大,坡度越小质量越高.(2)假设对五等耕地退耕还林后生态服务功能价值为99.211 3万元,退耕还林对土壤保持价值、固碳释氧价值的贡献较大.(3)五等耕地退耕还林后其综合价值增加了34.971 7万元,服务功能价值远高于作为农作物生产时的价值,产生的生态效益对改善区域环境具有巨大贡献.(4)退耕还林规划不应仅以坡度大于25°为硬性条件,还应综合考虑耕地质量.基于耕地质量评价的退耕还林效益研究不仅为退耕还林优化提供依据,同时对水源涵养、水土保持等具有巨大的贡献.

典型喀斯特地貌类型区小流域划分——以贵州省金沙县为例

我国水土保持和石漠化防治是以小流域为单元来开展工作的,而在喀斯特地区进行小流域划分的研究还比较少。以1∶5万地形图作为工作底图,进行数字化采集并结合空间插值的方法生成贵州省金沙县DEM数据,并以GIS的水文分析模块为基础,经过自动提取微流域,微流域归并,流域边界验证等过程,最终提取金沙县小流域338个。从提取的结果来看,小流域的面积集中分布在3~10km^2范围内,占小流域总数的79.29%;在完整型、区间型和坡面型三种小流域类型中,研究区小流域类型以完整型小流域为主;绝大部分流域的分界线能够达到要求,在峰林、峰丛、洼地分布的地方会出现分界线偏离山顶点或者鞍部,这些地方水系网络复杂,自动提取的小流域与实际不相符合,需要进行手动修改。

高原山区星载合成孔径雷达数据与多光谱数据的图像融合探究——以贵州省毕节市为例

为了推动雷达数据在贵州高原山区的应用,针对高原山区的气候与地形特点,基于雷达数据的优势,本文对此类高原山区应用星载雷达数据进行初步探讨。利用TM影像4,3,2波段和雷达SAR数据,通过不同融合方法进行融合,应用标准差、信息熵、相关系数等参数对融合效果进行分析。结果表明:几种方法得到的图像都在不同程度上增强了多光谱图像的光谱信息,同时也增加了雷达数据的纹理信息。其中PC变换能够最好地保持TM数据的多光谱特性,对于植被信息最为突出;HSV变换很好地保留了SAR数据的纹理信息,有利于居民点、建筑物等目标的识别;GS变换增加了图像的可识别度,但降低了整体的清晰程度;Brovey变换效果最差,图像失真较大。

贵州省生态系统水源涵养价值估算

探明贵州省生态系统的健康状况,为贵州省资源开发利用、水土保持及生态环境保护工作提供借鉴,以贵州省2014年不同季节HJ星和ETM+影像数据为基础,综合考虑贵州省生态系统类型、植被指数、植被覆盖度、发育度指数、径流系数、降水量等水源涵养影响因素,运用ARC GIS 10.1空间分析工具建立水源涵养量核算模型,进而对贵州省水源涵养价值进行核算。结果表明:贵州省水源涵养价值量分布状况与其生态系统类型的分布密切相关。全省水源涵养价值总量为442.20亿元,其中,森林生态系统占主导的黔东南地区的水源涵养价值最高,达97.32亿元,占整个贵州省的22.01%;其次为遵义市和黔南州,其水源涵养价值分别为70.86亿元和70.83亿元,均占贵州省水源涵养总价值的16.02%;以居住地、工业用地为主的贵阳市和以旱地生态系统为主的六盘水市的水源涵养总价值相对较低,分别为17.57亿元和19.20亿元,分别占整个贵州省的3.97%和4.34%。

基于MODIS NDVI的贵州省植被退化及归因

为了解森林退化的原因,利用2000-2015年的MODIS NDVI数据,在分析贵州省植被变化趋势的基础上识别了归一化植被指数(NDVI)显著下降的区域,并在NDVI显著下降区选取面积大于10km^2的森林图斑为兴趣区,分析其内气候变化趋势及对森林NDVI值的影响。研究表明:197个兴趣区主要分布在贵州省西北部的赤水—习水、东北部的梵净山和东南部的非喀斯特区域;区内春、夏季NDVI变化趋势与年NDVI值变化趋势一致,下降速率达到-0.01·yr^-1,冬季与其他季节变化趋势相反,呈不显著升高趋势;区内春季和夏季气温升高显著,降水和日照时间无明显变化,整体气候变化呈暖干趋势;夏季温度升高是NDVI降低的主要驱动因素。

喀斯特山区都市土地利用变化与ESV关系研究——以贵州省贵阳市为例

为合理利用喀斯特山区的土地,选取贵州省贵阳市作为研究区域,基于Logistic-CA-Markov模型预测不同情境下2020年贵阳市土地利用情况并对土地利用变化驱动下的生态系统服务价值(ESV)进行评估。结果表明,贵阳市在2000—2010年年间,草地、耕地、林地均有向居民工矿用地转移的趋势,居民工矿用地面积增加202.53 km2,耕地面积减少了452.90 km2,ESV呈上升趋势,林地生态系统服务价值贡献最大;借助Logistic-CA-Markov模型模拟出贵阳市2010年土地利用格局,得到其Kappa系数约为0.78,说明模拟的效果较好,经济快速发展情境下的贵阳市2020年居民工矿用地较自然情境下的面积增加更多,林地、草地、耕地均有所减少,在空间上主要以城区为中心扩展;基于预测结果评估土地利用变化驱动下的ESV,2010—2020年年间各土地利用类型服务价值均有所下降,情境Ⅱ中ESV下降了87.93千万元,经济建设对生态环境已经产生了负面影响,喀斯特山区都市的生态环境形势仍然严峻。

喀斯特地区石漠化与土壤类型的空间相关分析——以贵州省为例

以贵州省2010年石漠化程度分布与土壤类型分布图为基础,运用地图代数原理,通过计算二者的转移矩阵,从而得出不同石漠化程度下土壤类型的空间分布情况,并探讨研究区石漠化背景下,土壤类型与石漠化的空间分布规律,分析石漠化的发生、分布与土壤类型的相关关系。其结果表明:喀斯特地区石质土的石漠化发生率最高达到46.41%,其次为黄棕壤的43.32%,综合排序为石质土>黄棕壤>山地草甸土>棕壤>红壤>粗骨土>石灰土>黄壤>紫色土>水稻土>潮土;分等级讨论时以中度石漠化为主导,且石质土的中度石漠化发生率最高,达到了21.68%。石漠化程度的空间分布在不同土壤类型中存在着明显差异,并且二者之间有一定联系,土壤本身的性质差异是重要的因素之一。

基于多源遥感的贵州草海国家级自然保护区黑颈鹤生境适宜性评价

生境适宜性评价是保护和管理濒危物种的重要途径。已有研究中用于物种生境适宜性评价的环境变量数据多存在分辨率低精度不高的问题,在研究小尺度物种生境适宜性时误差较大。为解决这一问题,本文根据黑颈鹤的出现点数据与光学、雷达遥感数据及地形辅助数据得出栖息地与觅食地特征,利用最大熵(MaxEnt)模型对草海越冬黑颈鹤细尺度的生境适宜性进行评价。结果显示:(1)运用多源遥感和地形辅助数据生成的环境变量结合MaxEnt预测黑颈鹤的栖息地与觅食地效果都较为优秀,两者受使用者工作特征曲线下的面积值(AUC)值均大于0.94;(2)距耕地距离、距水域距离、水深及距建筑距离是影响黑颈鹤栖息地主要环境因子,而影响觅食地分布的主要环境因子则是距耕地距离、优势植被、距建筑物距离和水深。(3)草海自然保护区黑颈鹤栖息地与觅食地的最适宜区和次适宜区面积较小,栖息地与觅食地最、次适宜区总和分别为6.404km^(2)与12.644 km^(2),占比仅为研究区的6.43%和12.69%。通过调查发现,当前自然保护区的人为干扰源主要是游客和当地的居民,潜在地威胁着黑颈鹤的栖息地和觅食地。因此,为了避免保护区黑颈鹤栖息地与觅食地的退化,提出在保护区划定指定的观鸟和拍摄地,增强游客和当地居民保护意识,禁止游客私自进入栖息地等建议,以期促进自然保护区黑颈鹤栖息地、觅食地和湿地的保护。

1966-2017年贵州省降雨侵蚀力的时空分布特征

[目的]分析贵州省1966—2017年降雨侵蚀力R值的时空演变规律,为评估该地区降雨对土壤侵蚀的防治、制定水土保持措施及农业生产规划提供参考。[方法]基于贵州省33个气象站点1966—2017年的日降雨资料,利用克里金插值法、经验正交函数(EOF)方法、Mann-Kendall检验、Morlet小波分析法等,对贵州省52 a的降雨侵蚀力R值的时空特征进行了分析。[结果]①EOF分析方法可以较好地解释降水侵蚀力的时空分布特征,其前两个特征向量累计贡献率达52%,揭示了贵州省降雨侵蚀力全局型和东西反向型两种典型的分布模态。分析特征向量所对应的时间系数可得,贵州省的降水侵蚀力主要表现为全省全年偏大、全省全年偏小、东大西小、东小西大4种类型;②贵州省降雨侵蚀力R值年内主要受汛期降雨影响,全省各县市汛期降雨侵蚀力R值均占全年总量的60%以上;③在年际变化上,降雨侵蚀力R值存在多突变的现象,1971—1981年突变频率最为频繁。通过周期检验发现其变化主周期为28 a,次周期分别为12 a和6 a。[结论]贵州省降雨侵蚀力的时空分布与降雨量的时空分布趋势近似,整体呈现南部大北部小,夏季大冬季小的趋势,在未来几年内降雨侵蚀力R值有上升的趋势。

不同喀斯特区域土地覆被及其景观格局变化特征——以贵州省安顺市为例

为对比分析安顺市这一高密度人口活动地区的亚喀斯特与纯喀斯特地区的土地覆被方面的景观格局变化的不同,以2000年、2005年、2010年3期TM影像为基础数据,采用土地覆被与景观格局变化相结合的研究方法,对贵州省安顺市地区的亚喀斯特区域和纯喀斯特区域做对比分析,探讨亚喀斯特与纯喀斯特土地覆被类型转移和景观格局特征的区别。研究主要发现:1)安顺市主要土地覆被类型转移表现为耕地向草地、林地转变,表明区内整体生态状况趋于良好,亚喀斯特区域的草地、林地增长恢复显著,草地的增长率有17.75%,林地的增长率达到6.58%,与纯喀斯特地区的增长率对比说明亚喀斯特区域具有更好的良好的生态适宜性;2)景观格局指数显示区内景观异质性增强,优势度降低,相关指数亚喀斯特区域较纯喀斯特区域表现更为显著;3)亚喀斯特区域具有较纯喀斯特区域良好的生态适宜性,正是因为这一优势,受到更多的人为干扰,然而它本质上属于喀斯特的这一事实不容忽视,所以在合理利用区域资源的同时要重视保护。

基于国家公园体制的贵州自然保护地资源整合及体系转换研究

以贵州省为研究对象,基于国家公园体制建立自然保护地资源整合优化模型,对贵州自然保护地格局进行优化分析。结果表明:(1)贵州省自然保护地资源以中等级自然保护地分布为主;(2)贵州省自然生态空间适宜区主要分布在黔东南、黔南大部以及铜仁、遵义、安顺、黔西南部分地区;(3)贵州省自然保护地整合重点区域为黔南与黔东南地区;(4)结合当前自然保护地保护空缺分布、保护类型分布、整合保护等级分布,本研究选出贵州省5处国家公园潜在区域,并提出3种拟转自然保护区和3种拟转自然公园的区域类型。

贵州省国家公园选址及其植物多样性保育研究

贵州省生态资源丰富,建立国家公园有利于集中规范化管理生态资源。为了分析贵州省国家级自然保护地的空间分布特征,筛选出优势景观资源聚集区作为国家公园候选区,该文借助ArcGis空间分析工具对现有的5类113处保护地进行空间分布特征分析,筛选出国家公园试点候选区并对其进行资源评价。结果表明:(1)贵州省国家级自然保护地总体呈凝聚型分布,重叠度高,将保护地聚集区作为景观优势聚集区划定了8个国家公园试点候选区。(2)通过对聚集区主要代表性资源分析和专家评分得出,分值排在前列的聚集区可以考虑作为国家公园试点区进行推荐,分值最高的赤水-习水区可优先选为国家公园试点区。(3)赤水-习水区资源的国家代表性、适宜性、国有性和社会可行性等,满足设立国家公园优先整合交叉重叠保护地的基本原则,其植物多样性保育价值重大。该研究结果为国家公园的选址提供了新的思路,并为以国家公园为主体的自然保护地体系建立以及国家公园植物多样性保育提供了参考依据。

Sentinel-1A数据在高原山区短期土地利用监测中的应用——以贵州省安顺市为例

为推动雷达数据在高原山区的应用,以贵州省安顺市为例,利用SAR数据并辅助TM影像、DEM等数据,以灰度图像差值法、混淆矩阵法等为基础,对星载Sentinel-1A雷达数据进行短期土地利用监测的可行性做初步探究.结果表明:(1)差值获取的土地利用变化信息简单直观,有部分伪变化;(2)土地利用变化阈值范围是-0.4~3.6.城市建设用地及植被变化差异有统计学意义,水体变化差异无统计学意义;(3)变化信息监测总准确率均达到80%,Kappa系数均在0.7以上,基本达到数据统计分析的一般准确率要求.因此,Sentinel-1A数据监测高原山区土地利用变化可达到实际应用标准,并结合DEM可有效降低高原山区气候和地形等因素的影响.