近18年来黄河流域地表水体时空变化与降水影响分析

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黄河是中华民族的母亲河,黄河流域的生态保护和高质量发展关乎我国经济社会发展和生态安全。而水资源是黄河流域生态保护和高质量发展的核心要素,因此,研究黄河流域水资源的情况,对黄河流域水资源的保护和合理利用具有重要意义。研究多年来黄河流域地表水体的时空变化情况,可以为水资源调查与合理利用提供科学依据。遥感在地表水监测方面具有许多优势,但是由于传统的遥感方法需要大量的人力、存储和计算资源,在大规模应用中,其效率非常低。因此,本文利用谷歌地球引擎云计算平台的数据调用和计算优势,处理了21788幅Landsat图像场景,提取了2000年-2017年黄河流域的最大水体、季节性水体和永久性水体。基于黄河流域水体面积提取数据,在时间和空间上分析了黄河流域不同水体状态、不同流域内的水体面积变化,采用相关分析方法来分析黄河流域水体面积变化与降水和黄河流域主要湖泊水库面积变化因子的影响程度。本论文研究结果如下:(1)利用谷歌地理云计算平台可以提取长时间系列较高精度的水体数据使用的水体提取规则是基于现有的水体指数和植被指数,方便对大尺度长时间序列的遥感水体监测,同时谷歌地理云计算平台能够对遥感数据获取和处理更有效率的实现,大大节省了人力和时间。通过对所有图像的水体像素占比进行计算,根据得到的水体频率可以把水体分为季节性水体(水体频率介于0.25-0.75)和永久性水体(水体频率大于等于0.75)。水体提取精度为92.41%。(2)分析了黄河流域地表水体面积时空变化特征从时间来看,黄河流域地表最大水体面积在2000年-2017年随着时间呈现增长趋势,黄河流域最大水体面积18年的平均值为7655.79km2,黄河流域地表最大水体面积最大值出现在2014年面积为8567.24km2,最小值出现在2000年面积为6413.90 km2;黄河流域地表永久水体在2000年-2017年呈现明显的增加趋势,增加趋率大于黄河流域最大水体的增加趋率;在2000年-2017年间,黄河流域地表季节性水体呈现出波动型减少的趋势;从空间分布上来看,黄河流域的地表水体占比空间分布状态呈现上游>下游>中游。在2000年-2017年间,黄河流域季节性水体有一定程度的在向永久性水体转变。黄河流域中永久水体占最大水体的比例整体呈现增加趋势,季节性水体整体呈下降趋势。(3)分析了黄河流域降水的时空变化特征黄河流域2000-2017年年均降水的年际变化特征,整体上处于上升的趋势,18年平均降水量为481mm,最高值是2003年的597mm,最低值是2000年的413mm。黄河流域的年均降雨量的空间分布为下游>中游>上游;同时变化趋势来看,在黄河流域中有北部以及上游的西南部和下游的东部,降水趋势呈现明显的增加趋势,在黄河流域下游西部及黄河流域中游的中部,降水量有明显的下降趋势。从相对变化率来看,在黄河流域上游东北部和中游的北部以及整个下游流域,降水的变化率很高,其他地区的相对变化率相对较低。(4)分析了黄河流域重要湖泊水库的水体面积变化时空主要分析了黄河流域内的上游扎陵湖和鄂陵湖、龙羊峡水库和刘家峡水库、中游的小浪底水库,下游东平湖等6大湖泊和水库的水体面积变化的时间序列和空间分布变化。上游的扎陵湖和鄂陵湖在2000年-2017年间变化趋势为上升趋势,在空间变化上,水体面积主要变化在扎陵湖鄂陵湖附近的小面积湖泊上以及扎陵湖北部的边缘位置,面积变化最大的区域位于鄂陵湖的西南部。龙羊峡水库水体面积在2000年-2017年呈现上升趋势,空间变化来讲主要是蓄水量的增加抬高水位使得水库水体面积呈现向外扩张的变化,还有一部分主要增加在黄河流域库区的峡口处附近。刘家峡水库水体面积在2000年-2017年趋势呈现较小的波动性上升趋势,空间变化与龙羊峡水库相似,主要是由于蓄水量增加抬高水位,水体面积向外扩张。中游的小浪底水库2002年-2017年间,面积整体呈现上升趋势,空间上面积变化也为水位抬高向外扩张,在2007年-2008年间,水体面积变化主要在小浪底大坝区域。下游的东平湖水体面积有微弱的下降趋势,面积的空间变化主要为东南部的大清河入湖口附近。(5)黄河流域水体与降水、主要湖泊水库的相关性分析降水方面:黄河流域地表最大水体面积变化趋势与年降水量的变化趋势为在2000年-2003年两者的相关系数为0.738,在2004年-2010年间,黄河流域地表最大水体与年均降水量变化的相关系数为-0.188,说明在这些年份,黄河流域最大水体面积与降水的相关性较低,在2010年-2017年间,黄河流域最大水体面积变化与年均降水量的变化有一定的相关性,相关性系数为0.21,说明在该时间段内,降水对水体面积变化有一定因素的影响。通过研究黄河流域各水体状态的占比变化与黄河流域内大部分区域降水趋势为增加有一定关系。主要湖泊水库方面:扎陵湖和鄂陵湖、龙羊峡水库的水体面积变化对黄河流域上游的永久性水体和最大水体变化具有很强的相关性,其中跟永久水体的相关性大于最大水体的相关性。小浪底水库的水体面积变化对黄河流域中游的永久性水体和最大水体具有很强的相关性。刘家峡水库的水体面积变化与黄河流域上游永久水体和最大水体面积变化相关性较小。东平湖水体由于占黄河流域下游整体水体面积较小,对黄河下游的水体面积变化不具有很大的影响。
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