Study on the Vegetation Change by Remote Sensing During Ecological Water Transfusion in the Lower Reaches of Tarim River

由荒漠河岸林构成的塔里木河下游绿色走廊，自20世纪中期以来逐渐衰败。1972年大西海子水库建成，其下游河道断流，加剧了绿色走廊的缩减，分布于塔里木河两岸的塔克拉玛干和库鲁克两大沙漠有合拢之势。为挽救沿岸植被，恢复受损生态系统，抑制沙漠化，中国政府批准投资107亿元人民币对塔里木河进行综合治理；并于2000 年开始实施由大西海子水库向断流30年的塔里木河下游河道输水的应急输水工程。截至2007年年底，先后共完成了九次生态输水，使沿河地下水位得到了抬升，并沿岸植被发生了相应变化。 本研究以2000年开始实施的生态输水为背景，选取垂直输水主河道中心线，向两岸12km范围作为研究靶区，利用多时相遥感数据，研究了塔里木河下游两岸自然植被对生态输水的响应过程和变化趋势。 1．利用2000~2005年逐年的CBERS/CCD数据，采用时间轨迹分析法，研究了土地覆被在植被与非植被之间的变化过程和趋势。首先根据各年的SAVI直，进行了植被和非植被类型的分类，从而建立了6年的植被/非植被类型序列图；根据6年的序列图，构建了每一个像元6年的变化轨迹；并根据变化过程特征和变化趋势把变化轨迹归纳为恒定非植被、恒定植被、转变为植被、转变为非植被、非稳定变化等5种变化类型；分析了5种变化类型的空间分布特征。 2．采集了9个典型断面的MODIS植被指数时间序列数据，并根据植被指数的年内和年际变化特征，结合地面调查，分析了各断面植被状况的变化趋势。 3．遥感数据分析结果，与生态输水及监测资料和地面调查资料相结合，分析了植被变化的过程、趋势、发生变化区域的植被结构与生态输水量、输水时间和输水方式的关系。并对生态输水方案的优化提出了建议。 论文的主要结论如下： (1) 生态输水过程中，植被面积逐年扩大，植被长势逐年好转。2005年比2000年净增植被面积150.27 km2。植被面积的最高值出现在2004年，最低值出现在2001年。表明生态输水对植被面积的增加和长势的好转起到了重要的作用。 (2) 各年植被面积与其前一年的生态输水累积量呈显著正相关。前者随后者的增加而增加；同时植被面积的增加对生态输水的响应有一年的滞后期。 (3) 在生态输水过程中，转变为植被与转变为非植被两种变化趋势并存。 转变为植被的变化类型占优势。表明生态输水已经起到了维持现有植被面积的作用。转变为植被的优势地位与植被面积逐渐扩大趋势相吻合。 (4) 转变为植被的像元主要是在2004、2005年才表现为植被像元，这在河水漫溢、滞留区域最为明显。这种变化主要与生态输水后以芦苇为主的草本植被恢复和衰败的红柳灌丛复苏有关，表明河水漫溢有助于局部草本植物和灌木植被的面状恢复。乔木林（胡杨林）在面积上没有明显的增加，但是郁闭度和长势得到了明显的改善。 根据以上结论，主要提出了以下建议：持续进行生态输水；并在输水方案的制定过程中，在确保恒定植被的前提下，优先考虑扩大和保护转变为植被的区域，并尽可能的争取将非稳定变化区域转变为稳定地植被，促进植被面积的进一步扩大。The ‘Green Corridor’ ebbed constantly from 1950s；Construction of the Daxihaizi Reservoir in 1972 disrupted much of the stream-?ow in the Tarim River, resulted in large decrease of vegetation area. The Taklamakan and the Kuruk deserts like to get together if the decreasing trends of vegetation area couldn’t be stopped. So, an emergency project conveying water to the lower reaches of Tarim River was implemented from 2000. The ecological water transfusion had carried out for 9 times from 2000 to 2007. The ground water conditions have changed obvious along the dried-up watercourse; accordingly, the riparian vegetation shows improvement to a certain degree. This research is based on the ecological water transfusion, and the region within the distance of 12km from the river was selected as the research region. We used multi-Temporal remote sensing data to reveal the change processes and trends of natural vegetation responding to ecological water transfusion. 1. The change processes and trends of land cover converting between vegetation and non-vegetation were revealed, based on temporal trajectory analysis using multi-temporal CBERS/CCD images from 2000 to 2005. At first, the land cover was classified into two classes: vegetation and non-vegetation according to the threshold of SAVI. Then the change trajectory of every pixel was constructed through image calculation between previous classification maps. Based on the change trends, all trajectories were characterized into five trends groups: stable non-vegetation, stable vegetation, change into vegetation, change into non-vegetation and unstable change class. The change trajectories express the change processes of pixels, and reveal the expansion or reduction of the regional vegetation. 2. We collected the time serial data of MODIS indexes of 9 representative sections along with the watercourse. Through analyzing intra-and inter-annual change processes of vegetation indexes, the change trend of vegetation cover condition in every section was assessed. 3. Integrating the results of remote sensing analysis with datum of ground surveys and water transfusion, we tried to discover the plants components of different change classes, and the relation between vegetation change and water transfusion. The main conclusions we got are listed as following: （1） During ecological water transfusion, the overall vegetation areas increase continually and the vegetation condition improved at the same time. The net increment is 150.27km2 from 2000 to 2005. The minimum of vegetation area is of 2001; and the maximum one is of 2004. It means that water transfusion accelerated the vegetation improvement. （2） There is a significant correlation between vegetation area of every year and the accumulative total of transfused water in the last year. The farmer increased according as the latter’s increase, and there was one year delay of vegetation area expansion. （3） The two trends of ‘change into vegetation’ and ‘change into non-vegetation’, which are mutual boycott, exist at the same time. The preponderant one decide the main change direction. Between 2000 and 2005, ‘change into vegetation’ is preponderant; and the basic aim to maintain the existing vegetation has carried out. （4） The pixels which trends are ‘change into vegetation’ converted to vegetation mainly in 2004 and 2005. These cases are particular obvious in some cluster regions, where water flooded and temporary lakes cloud form between water transfusions. In these regions, the grasses re-grow obviously. It indicates that water flooding cloud accelerate the Partial restoration. According to above conclusions, the main suggestions are listed as follows: Ecological water transfusion should be implemented without stoppage in the future; at the same time, it is prior to protect and extend the trends of ‘change into vegetation’ based on ensuring the stability of ‘stable vegetation’；In addition, it should be covert to stable vegetation for the ‘unstable change’ as possible as we can

乌鲁木齐地区气温变化和城市热岛效应分析

选用乌鲁木齐4个气象站43年(1961-2003年)逐月、逐年平均气温观测资料,应用气候学、气候统计学的方法,对该地区的气温变化状况和城市热岛效应特征进行了分析。结果表明:乌鲁木齐市年平均气温呈缓慢上升趋势,气候倾向率为0.264℃/10 a。应用Mann-Kendall检验法检测1961-2003年乌鲁木齐市年平均气温序列的突变,并通过了滑动t检验的信度水平,检测出1974年是突变点。以1974年为分界点,之前和之后的平均气温分别是11.20℃和12.49℃,升高幅度达到1.29℃。乌鲁木齐市冷暖阶段:从43年来看,乌鲁木齐经过了一个偏冷阶段(1963-1974年)和一个偏暖阶段(1974-1990年);1990-2003年,除1997,1998年和1999年有波动外,其余年份气温变化不大。从1961-2003年的月平均气温来看,乌鲁木齐地区在4~9月存在热岛效应,其中夏季6~8月的热岛强度最大。针对突变点1974年,对城郊热岛强度的变化进行分析,得出其与乌鲁木齐平均气温突变点的趋势一致,1974年后的热岛强度比1974年前大

基于多时相CBERS-CCD数据的塔里木河下游植被变化

自2000年实施生态输水以后,塔里木河下游断流区沿岸自然植被得到了不同程度的恢复。根据逐年中等分辨率遥感数据,利用时间轨迹分析方法,对植被变化的过程和趋势进行分析。选择2000-2005年各年的最佳CBERS/CCD图像,根据土壤调整植被指数值,将各年土地覆被分为植被和非植被;基于分类结果逐像元构建土地覆被变化轨迹;并按照过程和趋势特征将变化轨迹划分为恒定非植被、恒定植被、转变为植被、转变为非植被和非稳定变化5种变化类型。通过分析植被面积变化与生态输水之间的关系、以及不同趋势类型的数量、空间特征,并结合输水资料和地面调查结果,了解各种变化趋势的变化过程、植被结构和变化原因。结果表明:植被面积随生态输水的进行呈逐年增加趋势;输水过程中,7.94%的区域呈现转变为植被的趋势,主要是草本植物恢复和灌木丛的复苏所致;同时仅有2.66%的像元转变为非植被;由于生态脆弱性较高,尚有10.43%的像元表现为非稳定变化。变化轨迹所揭示的过程特征显示,由非植被向植被转变的变化主要出现在2003年最大规模输水以后;在河水漫溢区尤为明显。实践还表明,干旱区植被变化波动频繁,时间轨迹分析方法有利于揭示植被的变化过程和趋势;而CBERS/CCD数据的免费使用,为利用中等空间分辨率遥感数据进行时间轨迹分析节约了成本

塔里木河下游胡杨物候特征观测

以塔里木河下游胡杨(Populus euphratica)为对象,对胡杨的开花期、展叶期、第一次展叶期、第二次展叶期、果熟期、叶黄期及落叶期等主要物候期进行观测。结果表明:胡杨各物候期中,开花期持续时间最短,3月29日至4月19日,果熟期持续时间最长,5月25日开始,10月13日结束。由于春尺蠖(Apocheima cinerarius)的危害,胡杨有"二次展叶"现象,第一次展叶期为4月4日至5月1日,第二次展叶期为5月13日至6月4日。胡杨叶黄期和落叶期相重叠,叶黄期从9月26日开始,10月28日结束,落叶期从10月11日开始,11月12日结束。胡杨长达4个多月的果熟期与河道洪水期吻合,这有利于种子的传播、萌发及幼苗扎根,促进天然胡杨林种群的更新及演替

城市地表温度对土地利用/覆被变化响应的遥感研究——以乌鲁木齐为例/Study on Response of Land Surface Temperature to Land Use and Land Cover Change Using Remote Sensing Data： A case on Urumqi, China[J]

快速的城市化对城市环境产生显著的影响,基于遥感定量研究地表温度对土地利用/覆被变化（LUCC）的响应,来评估快速城市化对环境的影响,是一种快速、有效的途径。以干旱区典型绿洲型城市——乌鲁木齐为例,将遥感与地理信息系统相结合,利用1990年和2009年两期陆地卫星影像为基础数据进行土地利用/覆被分类,并基于单窗算法定量反演同期的地表温度,从而对快速城市化进程中的土地利用/覆被类型动态变化的空间特征及地表温度对快速城市化的响应情况进行了定量研究。结果显示,在近20a间,乌鲁木齐城市迅速扩张,土地利用/覆被类型变化显著,城市建设用地增长率高达44.73%;同时城市的快速发展使地表温度提高了近6℃。研究表明,温度变化格局,尤其是增温区的空间分布与城市扩张的空间格局基本一致,说明地表温度对城市的土地利用/覆被变化产生了显著的响应

近百年来罗布泊最后干涸时间的评述/Review of the Studies about the Latest Dried-up Time of the Lop Nur Lake in Recent 100 Years[J]

罗布泊的干涸是中亚干旱地区环境变化的一个重要事件,现有研究对1921年覆水以来最后一次干涸发生的时间存在广泛争议.通过相关概念的明确和研究对象时空范围的限定,基于文献对比分析和遥感图像的重新判读,逐一分析了现有研究成果的异同；并分析了1930年代以来湖面的盈亏情况以及补给水源的变化过程.结果表明:罗布泊最后一次覆水于1962年,干涸可能发生在该年冬季,最迟不晚于次年夏季；在极度干旱的气候背景下,20世纪30年代以来的湖水存在剧烈的盈亏变化；而农业耗水规模的扩大和筑坝拦水,直接促成了最后一次干涸的发生

胡杨雌、雄树物候特征差异比较研究/Phenological characteristics of female and male trees of Populus euphratica Oliv[J]

以塔里木河下游胡杨为研究对象,对雌、雄株胡杨的开花期、展叶期、第一次展叶期、第二次展叶期、果熟期、叶黄期及落叶期分别进行观测并对其物候特征的时空差异进行分析。结果表明：除雌、雄株胡杨的落叶期以外,其余的物候期均有差异。雌、雄株胡杨同时开花,但个体上下部分和雌、雄个体之间存在时空差异,开花期重叠较长,雌株开花期持续时间比雄株长3天,雄株花粉能被充分利用,有利于雌花授粉。雌株胡杨比雄株早7天展叶,雌株叶子要尽快地进行光合作用生产营养物质,提供果实生长发育所需要的能量,从而保证胡杨顺利完成生殖过程。胡杨果实成熟发生时间有很大程度的不一致性,并果熟期的持续时间也有很大差异。胡杨种子生命力很低,如长达4个多月的果熟期与塔里木河下游生态输水时间相吻合,并执行漫溢式放水措施,有利于更多种子的传播、着床萌发。胡杨雌株叶黄期比雄株早,表明雌株胡杨受到的干旱胁迫强度比雄株大。雌、雄株胡杨的落叶期几乎没有差异。以上胡杨的物候特征是对环境条件适应所形成的一种生殖策略

塔里木河下游生态输水后植被景观格局动态变化研究/Changes in Landscape Pattern in the Lower Reaches of Tarim River after an Ecological Water Delivery[J]

2000—2005年,塔里木河流域管理局先后7次向塔里木河下游断流区进行了生态输水,输水河道两岸的植被得到了一定的恢复.以2000—2005的中巴资源卫星CCD影像为主要数据源,获得了6a的植被/非植被二值图,并计算各年的景观格局指数,分析了6a植被景观格局的变化.结果表明：植被景观动态度在第四时段（2003—2004年）最大,为47.83%;在第三时段（2002—2003年）最小,为-1.39%;2000—2005年植被景观的动态变化呈正向趋势.2000—2005年,植被景观斑块个数与景观形状指数增加,蔓延度指数下降了36.9,斑块结合度指数均高于99,表明研究区的植被景观破碎化程度、分离程度增加,而景观类型联通性较高.植被斑块面积均处于增加趋势且远离河道植被恢复率越小,但植被景观的比重仍小于50%,说明非植被类型是研究区的基质类型,组成了景观的最大斑块.针对缓冲区Zone 1,植被景观的平均分维数处于减小趋势且2005年的斑块个数最小,斑块结合度指数处于增加趋势,表明近河道区域植被较为稳定,受生态输水的干扰度较小,植被景观斑块之间越来越聚集.6a间Zone 1的植被最大斑块指数均大于10%,远高于其它5个缓冲带,表明离河道越近植被景观的优势度最大

基于变化轨迹探测的植被景观格局动态分析——以塔里木河下游生态输水区域为例/Analysis of Vegetation Landscape Pattern Dynamics Based on Trajectory Change Detection： A case study of ecological water transportation in the lower reaches of Tarim River[J]

在遥感与GIS技术支持下，以2006、2007、2009、2010年Landsat-5／TM影像与2008年的CBERS／CCD影像为主要数据源，获得5a的植被／非植被类型图。在此基础上，提取并归纳5a间的植被变化轨迹：恒定植被、恒定非植被、转变为植被、转变为非植被、非稳定变化。利用景观格局分析软件FRAGsTATS3．3计算了变化轨迹景观格局的3种景观指标。结果表明，2006-2010年植被面积减小，主要因为生态输水量减小、输水间隔较大，导致草本植被、乔灌木幼苗死亡；恒定非植被的比重最大，表明非植被类型是研究区的基质，其次是转变为非植被的比重，说明5a问植被的衰退程度要强于恢复程度；转变为植被与非稳定变化两种类型属于过渡性植被变化类型，受生态输水量、分布的制约严重；各种变化轨迹类型的形状规则较为稳定，其中以恒定非植被类型最稳定而非稳定变化类型最不稳定