基于生态学、气候学、水文学、遥感、地理信息系统等多学科理论,本文综合运用计算机软件编程、遥感信息提取技术、地理信息系统(GIS)空间分析等方法开展气候变化下南方湿润区典型区域植被生态需水量估算及其时空分异特征研究。以湖南省为研究案例,选取作物植被(水稻)需水以及非作物植被(林地)适宜生态需水为研究指标,提出了适合该区域的基于RS和GIS技术的植被生态需水量计算方法。从地理空间信息视角,实现了大区域、长时间尺度的气候变量、参考作物蒸散量、植被需水量、植被缺水量等时空分异特征研究,并建立了湖南省植被生态需水分析系统。研究结果可以进一步推进南方湿润区植被生态需水及相关要素时空制图研究与应用,有利于区域水资源合理利用和优化配置、农业发展、森林保护等,可为相关管理决策部门提供参考依据,以期从单纯自然生态耗水逐步向人工合理调配高效耗水发展。主要成果如下:(1)基于MODIS EVI时序数据及地表关键物候参数,采取面向对象随机森林算法对湖南省土地利用/覆盖信息进行提取,该算法稳定性强且分类结果精度较高。同时,基于Landsat影像、Google earth高分影像等验证的样本数据,有助于提高分类精度。近16 a来,湖南省土地利用/覆盖空间格局相对稳定,但在不同年份显示出各地类明显的面积差异,且土地利用/覆盖类型相互转化颇为剧烈。(2)基于湖南省87个气象站点1960—2015年逐月气候资料,利用Penman-Monteith模型估算参考作物蒸散量(ET0)。日照时数和风速下降是年均ET0减少的主要原因,而相对湿度下降提高了 ET0值。春季ET0增加是由相对湿度下降和最高气温上升引起的,夏、秋、冬三季ET0减少主要与日照时数和风速下降有关。风速、相对湿度、日照时数呈下降趋势,气温、降水、湿润指数呈上升趋势。气候变化背景下ET0显示出不同时间尺度(年、季)空间分布的多样性。(3)利用湖南省87个气象站点1960—2015年逐日降水资料计算作物生育期内有效降雨量以及林地生长季内有效降雨量。时间上,早稻有效降水呈上升趋势,而晚稻有效降水、林地植被(包括有林地、疏林地、灌木林地和其它林地)有效降水均呈下降趋势。空间上,早稻有效降水表现出一定的南高北低、西高东低特征,晚稻有效降水变化大致呈自东南、西北两侧向中部递减趋势。受地形因素影响,林地植被有效降水空间格局较为复杂,没有明显的规律性。(4)利用植被系数法计算得到作物生育期蒸散量以及林地生长季植被蒸散量。时间上(1960—2015年),作物蒸散量、林地植被蒸散量均呈下降趋势,其中,晚稻蒸散量显著下降。空间上,早稻蒸散量空间格局主要表现为东高西低。晚稻蒸散量有明显的自西北向东南递增趋势。林地植被蒸散量变化以西北向东南增加趋势为主,均有明显的条带状分布。(5)全面系统分析了作物需水量、林地生态需水量以及区域植被生态需水总量的时空特征。时间上(1960—2015年),作物需水量、林地植被生态需水量以及区域植被生态需水总量均表现为下降趋势,其中,作物需水量显著下降。空间上,作物需水量分布有明显的东高西低、北高南低特征,且地势较低的平原、河谷以及山区丘陵的盆地、谷地等需水量相对较大。林地植被生态需水量空间格局主要受地形影响,地势相对较高的山地、丘陵等需水量较大,同时依赖于不同类型植被的分布面积,植被分布范围大,则生态需水量大,反之,分布范围小,则需水量小。(6)全面系统分析了作物灌溉需水量、作物缺水量、林地生态缺水量以及区域植被生态缺水总量的时空特征。时间上(1960—2015年),作物灌溉需水量、作物缺水量及区域植被生态缺水总量均表现为下降趋势,而林地植被生态缺水量均有上升趋势。空间上,早稻灌溉需水量空间格局主要表现为东高西低,北高南低;晚稻灌溉需水量有明显的自西北、东南两侧向中部递增趋势;作物缺水量与作物需水量空间格局基本一致。林地植被生态缺水量空间格局取决于林地植被生态需水量及其生长季内有效降雨量,林地植被分布广泛地区,需水量较大,缺水量也大,但由于受地形雨影响,提高了有效降水,可能降低林地植被生态缺水量。(7)以Visual Studio 2010开发软件、C#编程语言和Winform窗体工具为基础,建立湖南省植被生态需水分析系统(iGeoVEWRs vl.0),通过创建程序脚本以快速计算参考作物蒸散量、有效降水量、需水量、缺水量以及理论增雨量。