新疆天山北坡经济带土地利用时空变化特征研究

基于GIS平台,以新疆各县市统计资料及Landsat TM 影像解译得到的三期土地利用数据为基础,对天山北坡经济带1996-2004年土地利用数量、类型及其变化进行了分析.结果得出,前后2个4年间,天山北坡经济带林地和未利用土地是先增加后减少.在8年尺度上土地利用总的动态特征是,耕地、园地、林地、水域、建设用地及未利用土地面积增加,草地面积减少.8年尺度天山北坡经济带综合土地利用动态度为12.95%.前4年综合土地利用动态度为12.83%,园地、水域及未利用土地的年变化率较大,林地的年变化率较小.后4年天山北坡经济带综合土地利用动态度为1.58%,建设用地与园地的年变化率较大,草地及耕地的变化率较小,前4年变化程度比后4年明显.最后,引入单一土地利用类型相对变化率反映出天山北坡经济带土地利用变化存在明显的区域差异.政策变动、经济发展、城市化水平、市场需求和人口增长是天山北坡经济带土地利用变化的主要原因.     

天山北坡区域发展与生态环境协调度评价

选取与区域发展水平和生态环境状况密切相关的34个指标,分别建立区域发展、生态环境综合评价指标体系,利用综合型协调度评价方法,构建了天山北坡经济带区域发展-生态环境协调度评价模型,对区域发展与生态环境之间的协调度及其整体发展水平作了定量研究.研究表明,天北各县市区域发展水平不均衡,生态环境条件不一致,各县市区域发展水平与生态环境的协调性也不尽相同.以协调度为分类标准,结合协调发展度与区域发展、生态环境综合评价指数,将天山北坡各县市分为3种类型:[1]同步协调型,包括石河子、米泉、阜康、奎屯、昌吉和玛纳斯;[2]趋近协调型,包括乌鲁木齐、克拉玛依、呼图壁、博乐、奇台、木垒;[3]生态主导型,包括温泉、精河、乌苏、沙湾、吉木萨尔.针对不同类型区域发展水平与生态环境状况,分析其社会经济与生态环境协调发展的制约因素与关键所在,并在此基础上提出相应的可持续发展对策.     

天山北坡城市群城市综合承载力评价

天山北坡城市群是新疆打造丝绸之路经济带核心区的重要载体和节点。以新疆“十二五”规划中天山北坡经济带所覆盖的12个城市为研究对象,从人口、生态环境、资源、经济、公共服务、交通等6个维度构建评价体系,运用改进的熵值法、变异系数等对2011-2013年天山北坡城市群城市综合承载力进行分析。结果表明:天山北坡城市群城市综合承载力空间分异明显且呈固化趋势;资源和经济是造成各城市综合承载力差距的主要原因;生态环境与资源为承载力首要制约因素且二者均超载严重;城市群生态-生产-生活承载力耦合协调度整体有所改善,但情况依旧较差。     

天山北坡经济带碳排放空间差异及生态补偿研究

对新疆天山北坡经济带各市县土地利用碳排放量及碳排放强度进行分析,将天山北坡经济带各市县分为碳源区和碳汇区,并采用国际通用的造林成本法和碳税率法,对各区生态补偿标准进行了测算。结果显示:(1)天山北坡经济带总体上为碳源区,2000—2012年碳排放总量增加2 979万t,年均增长率1.1%。(2)按照碳排放强度进行分区,经济带内的主要碳源区为乌鲁木齐、克拉玛依等6个市县;主要碳汇区为乌苏、精河等5个市县;碳中和区为鄯善县、哈密等11个市县。(3)现阶段作为碳源区的乌鲁木齐市、克拉玛依市、吐鲁番市、石河子市、昌吉市、阜康市应分别提供生态补偿标准适度额为29.99亿,4.42亿,12.80亿,6.29亿,9.02亿和4.13亿元。     

新疆天山北坡经济带城乡建设用地动态变化的时空特征

土地利用变化具有明显的时空特性,是当前国际上开展土地利用／土地覆盖研究的重要内容。通过利用20世纪80年代末和90年代末两个时段的Landsat TM卫星影像,运用GIS空间分析和EXCEL统计分析方法,分析了新疆天山北坡经济带城乡建设用地变化的时空特征及其主要驱动力。结果表明：（1）在这10年的时间里,区域城乡建设用地增长较快,其中特大城市（乌鲁木齐市）和中等城市用地增长迅速。（2）区域城乡建设用地扩张以占用草地和耕地为主。同时,城乡建设用地类型及其结构变化在17市县存在明显的差异。（3）天山北坡经济带城乡建设用地变化是自然和社会经济两大因素共同作用的结果,人口增长、国民经济的增长、工业的发展和政府政策是区域城乡建设用地变化的主要驱动因素。     

基于AHP方法的天山北坡经济带生态环境综合评价

从资源条件、生态条件、生态压力与环境威胁4个方面,选取与生态环境状况密切相关的15个指标,建立生态环境综合评价指标体系,对天山北坡经济带各县市生态环境状况进行了定量研究。研究表明,由于资源禀赋差异与自然生态条件的不同,天山北坡经济带各县市生态环境综合状况存在极大的差异,但总体来看,天山北坡经济带生态环境属一般和良好水平。     

湛江市土地利用综合效益及其演化评价

土地利用效益评价是土地利用总体规划修编的前提和基础.从社会、经济、生态和环境等方面构建土地利用综合效益评价指标体系,采用AHP法、熵权法、综合评价法和协调度分析模型对湛江市1996～2004年的土地利用综合效益进行了评价.结果表明:湛江市土地利用的社会效益和经济效益明显增加而生态效益和环境效益则明显降低;土地利用效益的协调度不高,属于基本协调状态;最后,还提出了加强土地利用生态环境建设的对策.     

干旱区绿洲城镇化进程与水资源效益的时空分异研究

选择Global Morans I和Getis-Ord Gi*两个空间关联指数和协调发展度函数探讨新疆1990、1995、2000年和2005年水资源效益的空间格局和冷热点区域演化,在此基础上对水资源效益和城镇化的协调性进行分析。结果显示:①新疆各县市水资源效益在空间上明显呈以天山北坡为核心的集聚分布状态。②新疆水资源效益冷热点区域的演化呈现出不同的演变轨迹。③新疆水资源效益与城镇化协调发展程度的空间格局演变相对稳定,协调发展程度高的区域呈现扩张趋势,协调发展程度低的区域数量收敛态势明显。二者的协调类型可分为同步协调型、水资源效益滞后型、城镇化滞后型、逐步磨合型和低级协调型5种。     

天山北坡经济带可持续发展能力的综合评价

通过选取经济、社会、生态环境三方面24个与天山北坡经济带11个市县可持续发展密切相关的原始指标．通过因子分析对原始指标进行两级降维处理,最后得到3个综合指标。根据综合得分的数值对天山北坡经济带可持续发展能力进行排序,从高到低依次为：克拉玛依市、乌鲁木齐市、石河子市、乌苏市、奎屯市、米泉市、沙湾县、昌青市、阜康市、玛纳斯县、呼图壁县。结合地域特征划分出3类可持续发展类型区：（1）综合经济实力型和工业经济主导型“强”可持续发展地区;（2）工业经济与农业经济均衡型“中”可持续发展地区;（3）农业经济主导型“弱”可持续发展地区。并对各类型区可持续发展能力的构成因素进行了分析。同时对天山北坡经济带的可持续发展提出了一些建议。     

天山北坡城镇化进程中的水土资源效益及其时空分异

通过空间分析的Global Moran''s I指数和Getis-Ord G_i^*指数以及协调发展度函数选取1995年、2000年、2005年和2008年4个年份数据对天山北坡城镇化进程中的土地资源效益、水资源效益的集聚扩散状态及其冷热点空间格局演化与空间联动发展效应进行分析,研究发现:(1)天山北坡在绿洲自然地理格局下发育起来的城镇,受自然地理条件和水土资源分布特点及城镇发展水平不一、城镇性质各异而对水土资源利用程度不一等因素影响,其城镇化水平和水土资源效益的空间格局表现出不同的发展状态。(2)土地资源效益相似的县市具有明显的空间差异,呈现出分散的格局并保持相对稳定的态势。(3)水资源效益的空间集聚和扩散状态不稳定,变化显著。(4)水土资源效益在城镇化进程中各自的空间演化格局与路径迥异,区域联动效应差异显著。绿洲城镇发展的实际决定了水土资源效益的冷热点区域演化相比自身发展水平更具敏感性。     

天山可降水量和降水转化率的研究

水是干旱半干旱地区的命脉,实施人工增水是增加水资源的一个重要途径。笔者根据1971-2000年30 a天山山区及其周边44个地面站每日4个时次的水汽压和日降水量,运用整层大气可降水量的经验计算公式,计算了天山山区及其周边地区的大气可降水量和降水转化率。分析得出天山地区可降水量夏季多、冬季少,空间分布表现为自西向东、自山区外围向山区中心地带递减的规律。降水转化率的时空分布说明夏季山区的降水转化率较高,一般为100‰~200‰,最大为355‰;冬季降水转化率低于夏季,相对而言山前的平原地区,如伊犁地区、北疆石河子到阜康一带的降水转化率较高,为80‰~125‰。上述结果表明天山地区具有很大的增水潜力。     

干旱区可持续土地利用模式分析——以天山北坡为例

可持续土地利用模式是土地生态经济可持续发展的必然要求,但目前对可持续土地利用模式的科学基础研究较为薄弱。可持续土地利用模式的科学基础是土地类型及其空间组合结构,利用遥感和地理信息系统等新技术、基于社会发展需求的小尺度、大比例尺土地类型制图及其空间结构研究将是今后土地分类学的重要研究方向之一。目前土地利用中存在的与环境相关的问题,多数源自于违背土地类型自然属性的客观要求。退耕还草还林政策的实施,体现了土地利用需要遵循土地类型自然属性的客观要求。以天山北坡为例,在可持续土地利用模式的科学基础分析的基础上,根据土地类型及其空间组合结构,进一步完善和提升了近年提出的干旱区绿洲－中山带立体双带模式和干旱区山地利用模式;并基于典型的干旱区绿洲格局提出了冲洪积扇绿洲集约利用模式、冲积平原绿洲农业规模经营模式以及河流尾闾三角洲绿洲生态利用模式。     

地形对天山夏季降水影响的模拟

地形对局地云和降水的形成、发展过程起着重要作用。由于天山山脉对偏西、偏北气流的阻挡抬升作用,天山西部（喇叭口地形）和北坡中天山（东西走向）一带成为新疆云和降水最集中的地区。以新疆天山山区2013年8月24-26日一次典型强降水过程为例,利用WRFv3.5.1中尺度模式,通过改变初始场中的天山地形高度进行敏感试验,进而揭示天山地形对夏季山区及邻近区域降水的基本影响机制。控制试验较好地模拟出此次降水的空间分布、中心位置及起止时间、降水极大值高度等特征,与观测结果非常吻合。控制试验与敏感试验对比结果表明,天山地形对降水带分布影响不大,但对强降水中心的范围和量级影响显著。降水量与地形高度和抬升凝结高度的相对大小表现出较好的相关性,地形的阻挡抬升作用导致盛行气流产生较强的垂直上升运动,当达到甚至超过抬升凝结高度时,不稳定能量才得以充分释放,进而引起水凝物含量大大增加。地形对主要冰相水凝物雪晶和冰晶的高度分布影响不大,但对二者的中心值和维持时间影响显著。     

利用TM影像分析天山北坡三工河流域地表反照率的时空变化

下垫面状况是影响地表反照率分布的主要因素之一。利用遥感方法获取地表反照率时空特征是研究地表下垫面状况的有效手段。天山北坡具有典型的山地－绿洲－荒漠景观和山盆地貌格局,这一独特且复杂多样的地表下垫面特征形成了特有的垂直分布的地表反照率。通过对三工河流域TM影像进行地形校正,基于6S(Second Simulation of Satellite Signal in the Solar Spectrum)模型分析地表反照率的时空分布。结果表明:基于中空间分辨率遥感数据的地表反照率反演适合于地表起伏明显的天山北坡地表反照率的分析。由于受到地表覆被类型及地表干湿程度的影响,三工河流域地表反照率呈明显的垂直地带性分布。中山森林带和低山干草原带受地形起伏和阴阳坡作用,其地表反照率表现出有规律的上下波动。绿洲区随着地表覆被类型、作物结构和作物物候的变化,地表反照率波动较大。     

基于多源地理数据融合的黑河中游土地多功能性时空格局与权衡研究

土地多功能利用是提高土地利用效率、缓解人地矛盾、促进区域可持续发展的重要途径。研究构建了“生产-生活-生态”功能的土地多功能性评价指标体系,基于3 km×3 km格网,融合了遥感、统计、POI等多源地理数据,利用投影寻踪模型对黑河中游土地多功能性进行评价,通过变量相关分析和双变量局部空间自相关分析,揭示了土地多功能权衡与协同关系,并采用RGB三通道合成与二阶聚类分析相结合进行土地功能分区。结果表明:(1)黑河中游在不同利用方式下呈现不同功能,在走廊平原区土地功能以生产功能为主导,生活功能和生态功能为辅。生产功能在走廊绿洲农业区优势明显,生活功能高值区集中于城镇等基础设施条件较好的地区,祁连山、龙首山发挥着生态屏障作用。(2)研究时段内,土地多功能性稳中增强。土地多功能性与一级功能的空间格局保持稳定,土地功能间协调性普遍增强,不同功能在空间上日益重叠。(3)按照主导利用方向,土地可划分为以农业生产与城镇空间为主体的重点开发区、优化开发区和适度开发区,以及以生态空间为主的生态屏障区、生态缓冲区和生态修复区。(4)土地多功能利用仍有提升空间,尤其要加强对非主导功能的关注,协调功能间的固有矛盾;统筹推进生态修复,关注自然资本增值,从构建区域绿水青山的格局挖掘土地价值新的增长点。     

天山北坡经济带“组团”点轴城镇空间结构研究

以1990-2007年天山北坡城镇GDP、土地、人口、交通数据为资料,根据城镇空间分布“最近邻点指数”理论,空间相互作用和分形理论,分析了天山北坡城镇空间分布特征,构建了绿洲城镇相互作用强度判断模型,提出并论证了“组团”点-轴空间结构模式优越性。研究发现:①天山北坡经济带城镇人口规模和经济规模在空间结构呈现3个城镇高密集区,两个城镇稀疏区特征;②传统绿洲城镇空间结构下,城镇接受中心城市辐射差异很大,不利于城镇整体发展;③以“乌鲁木齐都市圈”为点的“组团”点-轴空间结构模式,有利于中心组团城镇对其他城镇的辐射;④以“５组团”为点的点-轴模式有利于组团之间的相互作用,有利于城镇发展;⑤天山北坡经济带向伊犁河谷延伸有利于中心组团城镇对其他组团城镇的辐射。     

干旱区可持续土地利用模式——以天山北坡为例

Sustainable land use patterns are ecological and economic prerequisites of regional sustainable development. This is especially true for arid lands, where the environment is wholly fragile thanks to extremely limited precipitation, and where human activities have greatly transformed natural desert system by clearing natural vegetation, expanding oases and even building dams on inland rivers. However, the current studies on land use patterns are still characterized by field investigations and case studies, with almost no solid scientific basis. This paper holds that land types and their combination patterns are the principal basis for designing sustainable land use patterns, and that GIS and RS-based large-scale land type mapping and the study of their spatial combination structures should be coordinated with the demand of social development. The existing environmental problems induced by irrational land use mostly result from their deviation from the natural properties of land types. Taking the northern slope of the Tianshan Mountains (NSTM) as an example and considering land type patterns as the basis of land use patterns, this paper improves the vertical oasis- and-mid-mountain two-belts development model and the sustainable mountain land use model for arid lands put forward in recent years; and in terms of oases patterns, it outlines oasis development models, including intensive land use pattern in alluvial-diluvial fans, moderate agricultural development pattern in alluvial plains, and ecological land use pattern in river-end oases.     

东北三省城市土地利用效益评价及耦合协调关系研究

在阐述城市土地利用效益系统耦合协调性内涵及其交互作用机理的基础上,构建综合评价指标体系,运用均方差决策法、耦合协调度模型,对东北三省2003~2015年城市土地利用综合效益及其主成分间耦合协调关系进行测度,并分析其时空演化过程。研究认为：① 城市土地利用综合效益表现出随时间“先升后降”的特征,区内三省间差异明显,中心和门户城市长期处于较高水平。② 城市土地利用经济效益亦存在“先升后降”的时序变化特征,空间上表现为“南高北低”,低值区范围缩减明显;社会效益差异不显著,在南北方向上表现出“凸”字型分布特征;区域生态环境效益整体较高,高值区由集中趋向分散。③ 城市土地利用经济、社会、生态环境效益间耦合协调关系在各时间节点均表现为失调,且以中度失调为主,但中心城市和门户城市的三效益耦合协调关系相对较好,向协调方向发展,哈长与辽中南城市群地区协调性优于其他区域,吉林省与辽宁省东部的部分城市协调关系趋向恶化。④ 城市土地利用效益间关系失调主要受复合因素的作用,经济效益滞后是制约土地利用效益耦合协调关系提升的主因,生态环境效益滞后不是限制土地利用效益耦合协调性提升的主要因素。     

阴山北麓不同用地方式下春季土壤可蚀性研究

阴山北麓位于中国北方农牧交错带内,此区属于生态环境脆弱地带,加之人类对土地资源的不合理利用,导致了严重的土壤风蚀问题,土壤可蚀性是影响土壤侵蚀大小的重要因素之一。本文通过对该区域土壤取样及室内理化分析,结合采样点的地表物质组成、植被覆盖度及土壤有机质含量等因素,分析了其潜在可蚀性。研究结果表明:阴山北麓草地的平均土壤潜在可蚀性最小,为63.82%,耕地的平均土壤潜在可蚀性最大,为66.05%,灌丛和林地居于其中,分别64.58%和64.88%。耕地的平均可蚀性>林地的平均可蚀性>灌丛的平均可蚀性>草地的平均可蚀性。随着春季温度的升高和不断的风蚀,土壤可蚀性也发生相应的变化,但这种变化并不是持续的,当温度达到一定程度时,土壤温度和湿度环境发生了变化,土壤潜在可蚀性反而降低,表现为第二次采样的土壤可蚀性>第三次采样的土壤可蚀性>第一次采样的土壤可蚀性。土地利用方式不同,土壤表层的理化性质、地表状况也会产生一定的差异,从而导致了表层土壤的潜在风蚀性不同。人类活动在土地利用过程中起主导作用,它是叠加在自然因素之上的影响土壤潜在风蚀性的人为因素。所以,应加强对耕地的保护,退耕还林草,减小其潜在风蚀性。     

Sustainable land-use patterns for arid lands:A case study in the northern slope areas of the Tianshan Mountains

Sustainable land use patterns are ecological and economic prerequisites of regional sustainable development. This is especially true for arid lands, where the environment is wholly fragile thanks to extremely limited precipitation, and where human activities have greatly transformed natural desert system by clearing natural vegetation, expanding oases and even building dams on inland rivers. However, the current studies on land use patterns are still characterized by field investigations and case studies, with almost no solid scientific basis. This paper holds that land types and their combination patterns are the principal basis for designing sustainable land use patterns, and that GIS and RS-based large-scale land type mapping and the study of their spatial combination structures should be coordinated with the demand of social development. The existing environmental problems induced by irrational land use mostly result from their deviation from the natural properties of land types. Taking the northern slope of the Tianshan Mountains (NSTM) as an example and considering land type patterns as the basis of land use patterns, this paper improves the vertical oasis- and-mid-mountain two-belts development model and the sustainable mountain land use model for arid lands put forward in recent years; and in terms of oases patterns, it outlines oasis development models, including intensive land use pattern in alluvial-diluvial fans, moderate agricultural development pattern in alluvial plains, and ecological land use pattern in river-end oases.