地表覆被变化在全球环境变化与可持续发展研究中占有重要地位。三峡库区地处长江经济带的腹心区域,生态环境脆弱,加之受大型水电工程建设过程中主体工程的胁迫(如水库淹没、移民安置、城市迁建及后期配套设施建设等),地表覆被转换剧烈且类型多样,由此可能带来的气候环境变化必将对长江经济带的建设发展产生较大影响。三峡库区地理环境的独特性和土地利用活动的区域典型性,已成为学术界研究地表覆被变化及其气候效应的热点区域;但目前相关的研究多在单纯的陆面或水体界面下开展,而关于三峡库区陆水界面间转换与陆陆界面间转换下地表覆被变化的气候效应研究较少,特别是在耦合陆水界面下开展有关地表覆被转换、未来的演化方向以及地表覆被转换可能带来气候效应的研究,国内外鲜有报道。随着国家《长江经济带发展规划纲要》的实施,三峡库区要坚持“生态优先、绿色发展”思路,迫切需要深入研究库区地表覆被转换的空间格局、动力机制和气候效应,进一步把握土地政策的驱动效应,揭示库区气候效应对地表覆被转换间的响应关系,从而科学地预判、调控、利用未来土地空间格局,以实现长江经济带“三效益”的统一。本研究利用三峡库区多时相地表覆被遥感解译数据、水系和DEM数据,考虑地表覆被的自然特性和淹没时间的连续性,构建非淹没区(季节性绿色覆被、常绿性绿色覆被、蓝色覆被、灰色覆被)和淹没区(永久性淹没区和季节性淹没区)地表覆被分类体系,对比识别水库不同运行阶段(1997-2003年、2003-2006年、2006-2009年)地表覆被转换的宏观时空格局,分析不同覆被转换轨迹的山-谷-水界面分布与地形梯度特征;同时立足于县域尺度,运用库区1990、2000、2010和2015年4期相关数据,构建地表覆被转换驱动力评价指标体系,并利用投影寻踪模型和探索性空间分析模型(ESDA)分析了库区近25年地表覆被转换的驱动机制及其转换驱动力的空间分异格局;以2000年库区地表覆被现状为基期数据,利用Binary Logistic模型回归分析了驱动因子与地表覆被间的关系,并利用CLUE-S模型对2010年地表覆被进行模拟,同时校验并确定影响库区地表覆被转换的主要驱动因素,此外基于自然增长、粮食安全、移民建设和生态保护四种发展理念分别对2020年、2030年库区地表覆被情景予以模拟;采用1951-2009年三峡水库周边34个国家气象站点逐日气象数据,对比三峡水库建库前后库区与周边地区的气候变化差异,并进一步分析了研究区灾害性天气、气候变化趋势及突变;同时运用修订的P-M模型计算潜在蒸散量,并运用降水量与蒸散量之比计算湿润指数,分析了三峡水库地表覆被转换的蒸散发与干湿气候变化响应;以期为科学解释库区地表覆被转换及其气候效应,切实为库区未来土地利用提供决策参考。研究结果表明:(1)水库不同运行阶段库区地表覆被间发生了不同程度的多样化转换,但总体格局不变,均以透水性的季节性绿色覆被和常绿性绿色覆被为主,占整个库区的96%以上。库区地表覆被间的转换方向和规模呈阶段性差异,主要地表覆被转换总面积在1997-2003年、2003-2006年、2006-2009年运行阶段分别为1313.60、683.30、771.14 Km~2,但主要地表覆被转换方式在三个运行阶段基本一致,表现为季节性与常绿性绿色覆被间互转、灰色覆被吞噬季节性绿色覆被不断扩张、水位上升淹没绿色覆被和蓝色覆被,只是其空间分布与延展呈现较大阶段性差异。库区局部山-谷-水界面地表覆被间的转换呈显著差异,前两阶段(1997-2003和2003-2006年)以山-山界面地表覆被转换为主,转换面积分别为861.78和467.21km~2,均超过覆被转换总面积65%以上,后一阶段(2006-2009年)主要是山-谷界面地表覆被间的转换(面积为443.94km~2),且同类地表覆被在山-谷-水界面上的转换流向也发生阶段性变化。库区主要地表覆被转换方式的分布符合自然和人类活动的规律,在海拔和坡度两个地形梯度上具有显著差异性,其中1997-2003年运行阶段,海拔500m以内是地表覆被转换的高发区,2003-2006年运行阶段,存在175~500m、500~1000m和1500~2000m三个不同的海拔高发区,2006-2009年运行阶段,地表覆被转换有两个高海拔区,分别为175~500m和1500~2000m。(2)近25年库区地表覆被转换的驱动力综合评价值表现为重庆主城高于其他区县,且随着时间的增加,库区各区县1990-2015年地表覆被转换驱动力综合评价值呈增加趋势;同时地表覆被转化的驱动机制逐渐由生活、人口和交通主导驱动转变为多要素协同驱动。库尾重庆主城区附近及库首宜昌市区周围地表覆被转换的驱动力较强,表现为城镇用地驱动型;位于渝东北和湖北巴东、秭归、兴山的各县因自然条件较差,社会经济条件相对落后,地表覆被转换的驱动力较弱,主要表现为林草地和水体驱动型;而其他地区情况相对复杂,主要以多种类型驱动并存。1990、2000、2010和2015年Moran’si值分别为0.487、0.530、0.345、0.373,且z(i)>1.96,表明库区地表覆被转换驱动力的全局空间关联度较强,但有逐步降低趋势;库区内由自然、社会经济共同作用的地表覆被的地域分异日益明显,其局部关联度分布具有地域稳定性和时间动态变化性;在地表覆被空间优化过程中,库区应结合不同区域地表覆被转换驱动力的作用强度开展国土资源的空间重构与优化,对重庆主城区及宜昌市区附近区(县),应考虑土地资源的综合利用,而广大库中地区则应在生态保护前提下寻求土地资源的增值效应,优化库区地表覆被的时空配置,提高产出效应。(3)水田、旱地、林地、草地、建设用地和水域的ROC值即拟合优度均大于0.8,表明基于邻域丰度的Auto-logistic回归模型所选驱动因子对地表覆被转换的解释能力较强,可用来估算地表覆被转换的概率分布。2010年各地类模拟结果经验证得kappa系数分别为水田0.90、旱地0.92、林地0.97、草地0.84、建设用地0.85和水域0.77,总体上林地的模拟效果最好,水域最次,且kappa检验表明总体上模拟结果能满足未来模拟与预测的需求。多情景模拟显示库区不同地表覆被类型在空间上的竞争关系,及其对库区粮食安全、移民建设、生态保护的影响,包括水田大量转换为旱地(“水改旱”)、耕地与林草地被建设占用、林草地开垦为耕地、陡坡耕地退为林草地等行为,需要在地表覆被优化中平衡各方面的需求。自然增长情景下水田逐渐减少而旱地大幅增加,其中2010~2030年“水改旱”累计转出面积达1411.25km~2,重庆段的所有区(县)均有这一转变方式,多集中在低山丘陵缓坡地带;粮食安全情景下耕地总体缩小,其中“水改旱”只发生在前期(2010-2020年)变化中,转出面积为666km~2,不足自然增长情景的一半;移民建设情景下建设用地快速扩张,显著强于自然增长和粮食安全情景,其来源地类主要有水田、草地和旱地,共扩张面积为2146.25km~2;生态保护情景下重点对具有显著生态效益的林地和草地进行保护与恢复,其中2010~2020年间的退耕还林面积高达2251km~2。(4)水库建设可能增大库区气候的波动,影响范围仅限于库区内。库区主要覆被转换空间的气象要素差值变化上,1997-2003年成库阶段,年均气温差和年均相对湿度差的时间变化较小,差值分别为-0.65~8.64℃和-3.86%~4.55%,而年均降雨量差和年日照时数差的时间变化明显较大,差值分别为-59.06~624.4mm和-186.35~305.49h;2003-2006年成库阶段,年均降雨量差和年均相对湿度差在库区范围内均为负值分布,而年均气温差和年日照时数差表现为库区重庆段与湖北段的反向变化趋势;2006-2009年成库阶段,地表覆被转换的年均气温和年日照时数减小,年均降雨量增大,而年均相对湿度则以增大趋势为主、局部地区存在减小趋势。库区主要覆被转换类型的气象要素均值变化上,1997-2003年成库阶段,各主要覆被类型的年均气温两期差值的变化表现出增温趋势,较其他气象要素稳定,其中2124类型(季节性绿色覆被→灰色覆被)的1997年和2003年两期年均气温为18.05和18.43℃,高于其他覆被转换类型,年均降雨量明显增加,年均相对湿度存在明显两极分化,变化为最大,而年日照时数的变化与年均相对湿度的变化存在反向态势;2003-2006年成库阶段,各主要覆被转换类型的年均气温均值保持增温趋势,其中2124类型在2006年仍然保持较高态势(19.04℃),该阶段的年均降雨量均值增幅波动大于其他气象要素,相对湿度均值曲线表现为“倒w”型趋势,谷值位于2221类型(常绿性绿色覆被→季节性绿色覆被),而年均日照时数均值变化呈“W”型,峰值同样位于2221类型;2006-2009年成库阶段,各主要覆被类型的年均降雨量均值和年均相对湿度均值的变化呈增大趋势,年均气温均值和年日照时数均值为减小趋势。(5)1997-2009年间库区年潜在蒸散量的均值呈先增加后减少趋势,其中2006年的年潜在蒸散量最大,为976.71mm,而不同时期的年湿润指数与年潜在蒸散量在空间分布上存在显著的反对应关系;1997年库区年潜在蒸散量的空间分布整体呈下游大于上游态势,而在2003年高值区明显西移,在2006年其值继续呈现上升趋势,到2009年高值区范围缩小;年湿润指数只是在局部上表现出不同程度的空间差异。三峡库区库尾、库中和库首在1997~2009年的不同地域地表覆被类型下的潜在蒸散量和湿润指数格局不同,库尾区2006年的年潜在蒸散量明显大于其他三期,均值值域介于[918.89,944.74],而库中区各覆被类型下的年潜在蒸散量在各个时期都比库尾的大,与库尾和库中相比,库首区2006年的变化明显波动较大,主要表现为在淹没区的季节性淹没区和永久性淹没区的年潜在蒸散量均值高于1000mm;对于地表覆被湿润指数而言,库尾区2003年非淹没区的覆被类型的年湿润指数均值变化呈现整体上升趋势,而其他年份的非淹没区间变化很小,库中区2003年的值域为(1.2,1.3),较库尾明显下降,库首区2003年和2009年的年湿润指数均值较库中明显增大,尤其是2003年从淹没区的季节性淹没区变化到淹没区的灰色覆被,整体上呈现上升的趋势,变化区间为(1.3,1.7)。整体上,1997-2003年间库区地表覆被主要转换方式的年潜在蒸散量均值的变化同时存在正、负增长态势,对应年湿润指数仅有正增长,2003-2006年间年潜在蒸散量没有出现负增长,对应年湿润指数不存在正增长,2006-2009年间年潜在蒸散量均为负增长,对应年湿润指数均为正增长。综上,通过开展三峡库区地表覆被转换过程、驱动力格局、未来情景模拟及其气候效应研究,有助于进一步查明三峡库区地表覆被转换的过程和轨迹,识别地表覆被转换的驱动力格局,量化模拟未来地表覆被的转换情景,分析三峡库区地表覆被转换下的气象要素变化与蒸散干湿响应,为优化调控三峡库区地表覆被的时空格局,制定适宜的土地利用政策与战略提供科学依据,丰富人们对三峡库区地表覆被转换及其气候效应的认识,为大型水利工程建设所影响的国家发展战略区提供了可参考案例。