摘要
植被具有平衡能量分配、改变土壤结构以及调节陆地水循环等功能。黄河流域作为我国重要的生态屏障，在维持我国的粮食、能源和生态安全方面发挥着无以代之的作用。本研究选取黄河上游兰州段以上（以下统称为“黄河上游”）作为研究区域，以研究区内主要水文站的集水区为分区域，系统研究了该黄河上游及其分区域1982-2015年植被格局、成因及其对水文过程的影响。首先，基于归一化植被指数（Normalized differential vegetation index, NDVI）采用一元线性回归分析方法探究了黄河上游植被的时空变化特征。然后，简要分析了黄河上游气候时空变化特征，并通过相关分析、多元线性回归-残差分析等揭示了黄河上游NDVI变化原因。此外，考虑到植被对区域年径流量和年输沙量（下文以“水沙”表示）的影响过程并非孤立，及水沙在时间序列上的非线性、不稳定和多尺度等特征，本研究采用多元经验模态分解（Multivariate Empirical Mode Decomposition, MEMD）揭示黄河上游水沙及其影响因子的时间多尺度关系。主要结果如下： （1）黄河上游植被时空分布规律及变化趋势差异显著。黄河上游NDVI整体呈现上升趋势，局部地区有退化现象，但变幅较小（多在(-1)-0×10-3yr-1）。年NDVI呈下降趋势的区域占20%，集中于中植被覆盖区（0.3≤NDVI<0.5）。生长季NDVI呈下降趋势的区域主要集中在中高植被覆盖区（0.5≤NDVI<0.7）。NDVI增加速率相对较大（slope≥4×10-3yr-1）的像元主要分布于洮河流域东北部。 （2）黄河上游整体气候呈暖湿化，局部地区气候则与整体变化差异较大。“唐上区域”（即：黄河源头至唐乃亥段）西部的气候湿冷化明显，其东部局部地区气候均朝着相反的方向（暖干化）发展。气候变化和人类活动共同作用是黄河上游NDVI变化的主导因子。仅由气候变化引起年NDVI增加的像元主要分布在黄河上游“边缘处”。其中，降水量低于500 mm的区域（黄河上游中部），其植被退化可能是气温升高植被获取的水分无法满足自身水分消耗所导致的。人类活动对NDVI的影响（主要是增加）在生长季时更为明显。 （3）近年来，黄河上游各区域年径流量和年输沙量均有所降低。唐上区域的水沙在年际间波动较大，唐兰区域（即：唐乃亥至兰州段）的水沙状态相对稳定，湟水流域与唐兰区域相似，但洮河流域的水沙稳定性最差（CV年径流为26.51%， CV年输沙量为75.29%）。短期内（3年），植被改善能有效抑制唐兰区域（主要是其内支流洮河流域）输沙量的增加，并造成唐上区域年径流量的降低。降水增加在短时间序列上可能对黄河上游造成一定的土壤流失，使得年输沙量暂时增大，但能有效引起径流量增加，且为径流量增加的主要因素。长期（30年以上）来看，生态环境改善、降水增大、气温升高均能有效降低输沙量。同时，植被覆盖度增大在长期有抑制径流量增加的效果仅表现在唐上区域和湟水流域，降水仅对洮河流域的径流量有长期的影响效果。升温以及实际蒸散发增大使得径流量“损耗”增加，在长时间序列上造成径流量减少。 综上所述，近34年来，黄河上游植被存在很大的空间异质性。植被的时空变化与气候和人类活动密切相关，植被在气候变化和人类活动的共同主导下整体有所改善，局部地区植被有退化现象。年径流量和年输沙量在近年来均有所下降，水沙与植被、气候间的关系较为复杂。降水增大在短期内对黄河上游造成一定的土壤流失，并导致径流量增大。长期来看，在暖湿化的气候背景下，植被改善的同时，能发挥较好水土保持作用。根据黄河上游植被时空分布格局、变化及对区域水沙的影响等特点，为区域生态环境监控和管理、水资源分配、缓解水土流失等生态环境问题提供一定的基础数据支撑，并可为黄河上游制定应对气候变化的策略、完善相关生态政策、实现生态环境的保护与可持续发展等提供一定的理论支撑。
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