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自然资源遥感  2022, Vol. 34 Issue (2): 184-193    DOI: 10.6046/zrzyyg.2021182
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三峡库区(重庆段)水源涵养功能遥感监测及时空分布特征分析
叶勤玉1,2(), 杨世琦1,2(), 张强3, 王舒4, 何泽能1,2, 郑颖慧3
1.重庆市气象科学研究所,重庆 401147
2.重庆市农业气象与卫星遥感工程技术研究中心, 重庆 401147
3.重庆市气象局,重庆 401147
4.国家气象信息中心,北京 100081
Analysis on water conservation function using remote sensing method in the Three Gorges Reservoir area (Chongqing section)
YE Qinyu1,2(), YANG Shiqi1,2(), ZHANG Qiang3, WANG Shu4, HE Zeneng1,2, ZHENG Yinghui3
1. Chongqing Institute of Meteorological Sciences, Chongqing 401147, China
2. Chongqing Engineering Research Center of Agrometeorology and Satellite Remote Sensing, Chongqing 401147, China
3. Chongqing Meteorological Bureau, Chongqing 401147, China
4. National Meteorological Information Center, Beijing 100081, China
全文: PDF(5545 KB)   HTML  
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摘要 

水源涵养功能是生态系统最重要的功能之一,可以为生态系统和人类保持、提供水资源。本研究根据水源涵养的物理含义,使用叶面积指数、植被覆盖度、蒸散代表植被层的水源涵养能力,使用地表温度、土壤含水量、坡度代表土壤层的水源涵养能力,通过主成分分析法构建水源涵养遥感监测综合指标模型,探索三峡库区水源涵养功能时空分布特征。结果表明,水源涵养生态功能指数(water conservation index,WCI)客观耦合了各个指标信息,能够快速简便地对三峡库区水源涵养生态功能进行评估,合理地代表了评估区域的水源涵养生态能力。2019年,三峡库区水源涵养能力分布不均,呈现下游强、上游弱的空间分布格局,渝东北以森林生态系统为主,水源涵养功能最强。2013—2019年7 a来,三峡库区大部分区域WCI处于略微增加趋势,其中,以丰都、开州、云阳的部分区域增加得较为明显。

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叶勤玉
杨世琦
张强
王舒
何泽能
郑颖慧
关键词 水源涵养三峡库区生态系统服务功能遥感    
Abstract

Water conservation is one of the most important functions of an ecosystem and can maintain and provide water resources for the ecosystem and humans. According to the physical meaning of water conservation, this study used leaf area index, vegetation coverage, and evapotranspiration to represent the water conservation of the vegetation layer and used surface temperature, soil moisture content, and slope to represent the water conservation capacity of the soil layer. Then, this study developed a remote sensing monitoring and evaluation model for water conservation through principal component analysis to explore the spatial-temporal distribution characteristics of the water conservation capacity in the Three Gorges reservoir area. The results show that the water conservation index (WCI) contained the objective information of various indices, could be used to quickly and conveniently assess the water conservation function in the Three Gorges Reservoir area, and properly represented the water conservation capacity there. In 2019, the water conservation capacity was unevenly distributed in the Three Gorges reservoir area and was high downstream and low upstream. The northeastern part of Chongqing was dominated by forest ecosystems and had the strongest water conservation function. From 2013 to 2019, the WCI slightly increased in most areas, especially in some parts of Fengdu, Kaizhou, and Yunyang areas.

Key wordswater conservation    Three Gorges Reservoir area    ecosystem services    remote sensing
收稿日期: 2021-06-16      出版日期: 2022-06-20
基金资助:重庆市自然科学基金项目“多源遥感协同的西南地区土壤水分时空变化监测研究”(cstc2020jcyj-msxmX1009);重庆市自然科学基金项目“基于北斗系统的重庆市土壤湿度监测关键技术研究”(cstc2020jcyj-msxmX1026);及重庆市气象局智慧气象技术创新团队项目“重庆市三峡库区水源涵养功能遥感监测评估方法研究”(ZHCXTD-201926)
通讯作者: 杨世琦
作者简介: 叶勤玉(1989-),女,硕士,工程师,主要从事卫星遥感应用技术研究。Email: yeqinyu0427@163.com
引用本文:   
叶勤玉, 杨世琦, 张强, 王舒, 何泽能, 郑颖慧. 三峡库区(重庆段)水源涵养功能遥感监测及时空分布特征分析[J]. 自然资源遥感, 2022, 34(2): 184-193.
YE Qinyu, YANG Shiqi, ZHANG Qiang, WANG Shu, HE Zeneng, ZHENG Yinghui. Analysis on water conservation function using remote sensing method in the Three Gorges Reservoir area (Chongqing section). Remote Sensing for Natural Resources, 2022, 34(2): 184-193.
链接本文:  
https://www.gtzyyg.com/CN/10.6046/zrzyyg.2021182      或      https://www.gtzyyg.com/CN/Y2022/V34/I2/184
Fig.1  三峡库区行政区划图及区域划分
Fig.2  三峡库区(重庆段)FY3D遥感影像图和海拔高度图
数据类型 数据精度 数据来源 数据描述
NDVI 空间分辨率250 m,时间分辨率16 d NASA地球科学数据 MODIS植被指数产品,MOD13Q1
叶面积指数 空间分辨率500 m,时间分辨率8 d NASA地球科学数据 MODIS叶面积指数产品,MOD15A2H
地表温度 空间分辨率1 000 m,时间分辨率8 d NASA地球科学数据 MODIS地表温度产品,MOD11A2
蒸散 空间分辨率500 m,时间分辨率8 d NASA地球科学数据 MODIS蒸散产品,MOD16A2
地表分类 空间分辨率500 m,时间分辨率年 NASA地球科学数据 MODIS土地覆盖类型产品,MCD12Q1,IGBP全球植被分类方案将地表覆盖分为17类
坡度 空间分辨率1 000 m 寒区旱区科学数据中心 由中国1 000 m分辨率数字高程模型计算而来
土壤水分 空间分辨率10 km,时间分辨率月 JAXA日本宇宙航空研究开发机构 AMSR2土壤水分产品
Tab.1  数据来源及基本情况
Fig.3  2019年三峡库区(重庆段)各生态因子分布图
要素 第一主
成分
第二主
成分
第三主
成分
第四主
成分
第五主
成分
第六主
成分
叶面积指数 0.64 0.59 -0.31 -0.22 -0.31 0.07
植被覆盖度 0.37 0.17 0.19 0.35 0.74 0.36
蒸散 0.16 -0.06 -0.15 0.88 -0.33 -0.25
土壤含水量 -0.52 0.78 0.26 0.16 0.00 -0.13
地表温度 -0.27 -0.01 -0.16 0.15 -0.32 0.88
坡度 0.29 -0.08 0.87 -0.02 -0.38 0.10
Tab.2  2019年各主成分系数矩阵表
第一主成分 2013年 2014年 2015年 2016年 2017年 2018年 2019年 平均值
叶面积指数 0.60 0.69 0.66 0.71 0.67 0.73 0.64 0.67
植被覆盖度 0.41 0.36 0.40 0.39 0.40 0.40 0.37 0.39
蒸散 0.17 0.14 0.10 0.12 0.03 0.10 0.16 0.12
土壤含水量 -0.49 -0.44 -0.38 -0.39 -0.44 -0.25 -0.52 -0.42
地表温度 -0.33 -0.29 -0.38 -0.29 -0.31 -0.38 -0.27 -0.32
坡度 0.29 0.32 0.34 0.31 0.32 0.31 0.29 0.31
Tab.3  2013—2019年第一主成分系数表
Fig.4  2019年三峡库区(重庆段)WCI分布图
生态系统类型(1级) 生态系统类型(2级) 平均WCI



森林
常绿阔叶林 0.65
常绿针叶林
针阔混交林
落叶阔叶林
0.72
0.81
0.92
草地 多树草原
稀树草原
草地
0.68
0.30
0.22
作物 作物
作物和自然植被镶嵌体
0.15
0.23
城市和建成区
裸地
城市和建成区
裸地
-0.13
-0.17
Tab.4  不同生态系统WCI平均值
Fig.5  2019年三峡库区(重庆段)水源涵养生态功能重要性分布图
Fig.6  2013—2019年三峡库区(重庆段)年均以及不同等级WCI变化图
Fig.7  2013—2019年三峡库区(重庆段)年平均WCI变化趋势分布图
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