气候变化与土地利用/覆被变化对中国北方农牧交错带水资源影响研究进展

中国北方农牧交错带对全球变化响应敏感,研究气候变化及土地利用/覆被变化（LUCC）背景下北方农牧交错带水资源问题,对变化环境下生态脆弱区的水资源利用与管理具有重要意义。通过对北方农牧交错带气候与LUCC演变特征及其对水资源影响等方面的综合研究,总结得出：（1） 近几十年,该地区气候呈暖干化趋势,气温升高速率与降水减少速率均高于全球平均水平。（2） LUCC以农牧相互转化为主,土地利用结构未发生明显变化。（3） 该地区流域径流、地下水位与气温负相关,与降水量正相关,且降水作用更明显;近几十年来,LUCC成为影响该地区生态水文过程的主导因素,对水资源影响的贡献率越来越大。同时,针对目前研究中存在的问题及薄弱环节,提出未来研究的发展趋势和亟需重点加强的研究方向。     

亚洲季风与中国干湿、农牧气候界线之关系

基于中国553个气象站点1958~2000年日降水量资料、北方295个气象站点同期(20(cm)蒸发皿资料,界定出半干旱区和农牧交错区各自的范围。利用东亚夏季风强度指数(1951~1995年)与印度夏季降水量(1951~1998年)资料, 分析了半干旱区和农牧交错区东南-西北界10年际空间变化与亚洲夏季风的关系。近50年中国干湿、农牧气候界线的动态变化是影响中国的季风环流强弱作用在空间上的实物表现, 季风环流的强弱变化控制着气候界线空间摆动的范围与方向, 其年代际变化是中国干湿、农牧气候界线呈现出年代际变化特征的根源。分析显示, 在现代情况下, 农牧气候界线位置的空间摆动主要反映人类生产活动强度的强弱差异, 人为因素起主导作用。     

北方农牧交错带生态系统服务价值测算及变化

基于1986年和2000年北方农牧交错带生态系统类型、NPP和植被覆盖度的分布,利用遥感和GIS技术,结合生态经济学方法,测算了北方农牧交错带生态系统服务功能的经济价值及动态变化.结果表明:(1)在生态系统服务价值的构成中,草地、农田和森林的贡献率最大;(2)从单位面积价值看,森林和灌丛服务功能的单位面积价值最高;(3)在水平分布上,生态系统服务价值的区域差异明显,其分布受气候和人类活动影响较大;在垂直分布上,地形因子对生态系统服务价值的影响较大,人类活动影响微弱;(4)1986-2000年间,各个生态系统服务功能的价值及其总价值都在下降,单位面积价值的最大值由东北向西南方向移动到交错带的中部.     

中国生态交错带（英文）

生态交错带（Ecotone）是指两个群落或两类生态系统之间的过度带,具有脆弱、敏感和易变等特性。20世纪70年代以来,在典型生态系统研究的基础上,生态交错带逐步成为生态学研究的重点。中国地域广阔,地质、气候、植被等生态类型复杂多变,蕴育了不同类型、不同尺度和不同规模的多种生态交错带,不仅为科学研究奠定了广阔空间,而且对我国经济、社会发展,以及文化多样性保护具有重要支撑作用。本文根据我国大尺度下生态交错带的地理分布及其生态环境特点,构建了以土地利用类型、自然气候特征和农业经济发展＂三位一体＂指标体系,并以此为依据对中国典型生态交错带进行了划分和空间分布范围的界定;在此基础上,分别对北方森林草原交错带、北方农牧交错带、西北荒漠绿洲交错带、西南川滇农林牧交错带和东部海陆交错带的动态变化、基本特征和存在问题进行了研究,对全面认识我国生态交错带自然演变规律,促进区域生态环境保护和优化经济发展具有重要意义。     

基于RWEQ和WEPS模型的中国北方农牧交错带潜在风蚀模拟

中国北方农牧交错带是一个典型的受气候和人类活动共同影响的敏感区域,存在严重的土壤风蚀和土地退化问题。风蚀模型是目前获得区域风蚀模数的最有效方法之一。利用修正风蚀方程（RWEQ模型）和风蚀预报系统（WEPS模型）对北方农牧交错带2000—2012年潜在风蚀进行评估。结果表明：两个模型模拟得到的多年平均潜在风蚀量不同,但空间分布、年际减少趋势和季节分布等特征基本相似;风速、土壤湿度和土地利用变化对土壤风蚀均有影响。RWEQ模型（R²=0.45,P<0.01）和WEPS模型（R²=0.57,P<0.01）中实测值与预测值具有较好的相关性。WEPS模型（NSC=0.54）纳什系数较RWEQ模型（NSC=0.27）高。RWEQ模型和WEPS模型均能客观预测北方农牧交错带土壤风蚀情况,WEPS模型预测精度较好。     

土地利用空间格局的图形信息表达初步研究

土地利用表现为在自然要素和人类活动的综合作用下的一系列异质性的图形。不同的土地利用空间格局的地学形成机制、生态功能、演化方向和对环境的影响各不相同,其空间图形也千差万别。运用景观生态学原理、地理图形信息理论,以位于中国北方农牧交错带的吉林省前郭县作为研究区,在GIS的支持下,归纳、抽象了各主要土地利用类型斑块形状及其描述参数,探讨了土地利用空间格局和空间分布的表达方法(VCM曲线),实现了土地利用空间格局图形的数量化描述和分析。其结果为从图形信息机理的角度研究土地利用格局的地学形成机制及生态功能、时空演化等方面奠定了基础     

中国北方农牧交错区沙漠化发展过程及其成因分析

通过历史文献记载、遥感监测和野外调查等手段,研究了中国北方农牧交错区历史时期以来的沙漠化发展过程,认为在晚全新世气候干湿波动的背景上,研究区的沙漠化状况在20世纪80年代以前以发展为主,而在之后的近20a里则出现逆转。对研究区近50a来的气候及土地利用方式变化的分析表明,气候因素中降水的多变性是研究区土地沙漠化发生的自然背景,而滞后于气候变化的土地利用方式改变则是研究区沙漠化最主要的成因。     

海南岛西部热带沙漠化土地特征与成因

海南岛西部沙漠化土地具有热带海岸沙地的地域特征、形态特征、旱生植被景观特征和土地利用快速演变特征。在大气环流、雨影区和海流的共同影响下, 岛西形成热带半干旱气候和热带稀树草原环境, 孕育并存在自然沙漠化发展的动力、空间和物质基础。岛西历史时期沙漠化受气候变化和毁林开荒等活动的影响, 但仍是自然沙漠化为主的沙漠化过程。20世纪以来现代沙漠化经历了发展、恢复、再发展、逆转、波动等5个阶段, 沙漠化既受数年或数十年尺度的气候变化的作用, 又受人为不合理经济活动的影响。用因子分析等诊断、分析后认为人为活动的贡献率远大于气候变化的贡献率, 现代沙漠化已演变为以人为沙漠化为主的沙漠化过程。     

中国历史时期土地利用数据集的重建方法述评

重建长时间序列的历史时期土地利用数据对研究土地利用的时空变化及其产生的气候和生态效应至关重要。相关学者就定量重建中国历史土地利用信息进行了探索, 但重建结果通常是以行政区划为单位的统计性数据, 缺乏地理空间属性信息, 从而限制了其在气候和生态模型中的应用, 因此有必要探讨如何利用有限的历史资料来重建较高分辨率的具有空间属性信息的历史数据。本文针对诸如HYDE、SAGE等具有明确地理空间属性信息的历史土地利用数据集, 从方法的角度对中国历史土地利用空间化数据进行了综合评述, 以期寻求更加合理有效的方法重建具有空间属性的中国历史土地利用数据, 为未来更好地模拟土地利用变化的气候和生态效应提供数据支持。本文论述了不同资料在历史重建中的关系和作用;强调了人口数据在数量重建和空间分配中的双重作用及其局限性;重点分析了空间分配过程的假设条件和不同方法的历史重建对当代土地利用空间格局的依赖程度。本文认为, 需要加强林地空间化数据的重建以服务历史时期的陆地碳循环研究;在未来的研究中, 建议以典型年份控制的方法处理难以量化的社会经济因素对历史土地利用格局的影响;建议进行分区重建, 加强区域集成研究。     

奈曼旗20世纪80年代以来土地覆盖/利用变化研究

奈曼旗是我国北方农牧交错带沙漠化最严重的地区之一, 也是中国沙漠化监测和治理的重要地区之一。自20世纪80年代以来开始实行一系列土地整治措施, 土地覆盖/利用发生很大变化。利用1980年和1996年的1: 10万的TM遥感影像及GIS获得的数据, 从土地覆盖/利用结构变化、数量变化、空间景观特征变化以及主要变化过程等方面对其进行了研究。结果表明, 80年代以来奈曼旗耕地与难利用土地大幅减少, 林地和草地大幅增加; 土地覆盖/利用变化的主要过程为: 耕地退耕还草、还林, 难利用土地恢复为草地, 在适宜的草地上植树造林; 景观变得破碎, 土地利用的多样性增强。     

Development of quantitative methods for detecting climate contributions to boundary shifts in farming-pastoral ecotone of northern China

The quantitative effect of climate change on fragile regions has been a hot topic in the field of responses to climate change. Previous studies have qualitatively documented the impacts of climate change on boundary shifts in the farming-pastoral ecotone (FPE); however, the quantitative methods for detecting climate contributions remain relatively limited. Based on long-term data of meteorological stations and interpretations of land use since 1970, climate and land use boundaries of the 1970s, 1980s, 1990s and 2000s were delineated. To detect climate contributions to the FPE boundary shifts, we developed two quantitative methods to explore the spatial-temporal pattern of climate and land use boundary at the east-west (or south-north) (FishNet method) and transect directions (Digital Shoreline Analysis System, DSAS method). The results indicated that significant differences were exhibited in climate boundaries, land use boundaries, as well as climate contributions in different regions during different periods. The northwest FPE had smaller variations, while the northeast FPE had greater shifts. In the northwest part of the southeast fringe of the Greater Hinggan Mountains and the Inner Mongolian Plateau, the shifts of climate boundaries were significantly related to the land use boundaries. The climate contributions at an east-west direction ranged from 10.7% to 44.4%, and those at a south-north direction varied from 4.7% to 55.9%. The majority of the results from the DSAS were consistent with those from the FishNet. The DSAS method is more accurate and suitable for precise detection at a small scale, whereas the FishNet method is simple to conduct statistical analysis rapidly and directly at a large scale. Our research will be helpful to adapt to climate change, to develop the productive potential, as well as to protect the environment of the FPE in northern China.     

气候变化对北方农牧交错带界线变迁影响的定量探测方法研究（英文）

The quantitative effect of climate change on fragile regions has been a hot topic in the field of responses to climate change. Previous studies have qualitatively documented the impacts of climate change on boundary shifts in the farming-pastoral ecotone(FPE); however, the quantitative methods for detecting climate contributions remain relatively limited. Based on long-term data of meteorological stations and interpretations of land use since 1970, climate and land use boundaries of the 1970 s, 1980 s, 1990 s and 2000 s were delineated. To detect climate contributions to the FPE boundary shifts, we developed two quantitative methods to explore the spatial-temporal pattern of climate and land use boundary at the east-west(or south-north)(Fish Net method) and transect directions(Digital Shoreline Analysis System, DSAS method). The results indicated that significant differences were exhibited in climate boundaries, land use boundaries, as well as climate contributions in different regions during different periods. The northwest FPE had smaller variations, while the northeast FPE had greater shifts. In the northwest part of the southeast fringe of the Greater Hinggan Mountains and the Inner Mongolian Plateau, the shifts of climate boundaries were significantly related to the land use boundaries. The climate contributions at an east-west direction ranged from 10.7% to 44.4%, and those at a south-north direction varied from 4.7% to 55.9%. The majority of the results from the DSAS were consistent with those from the Fish Net. The DSAS method is more accurate and suitable for precise detection at a small scale, whereas the Fish Net method is simple to conduct statistical analysis rapidly and directly at a large scale. Our research will be helpful to adapt to climate change, to develop the productive potential, as well as to protect the environment of the FPE in northern China.     

退耕还林（草）背景下中国北方农牧交错带土地利用及碳储量变化

为明析退耕还林（草）背景下生态环境较为脆弱的北方农牧交错带土地利用及碳储量变化,基于该区2000、2010、2018年土地利用数据,通过动态度、土地转移矩阵,景观指数等指标从土地利用变化的数量、速率以及空间格局特征加以分析,同时基于InVEST模型定量估算了该区近20年来的碳储量变化。结果表明：（1）北方农牧交错带土地利用类型以草地、耕地、林地为主,面积合计逾4.30×10⁵ km²,占比超过91.83%;林地、建设用地显著扩张,草地与耕地有明显减少趋势,同时两者之间流转面积最多,高达1.67×10⁴ km²,研究区景观格局总体上收敛于“集中—分散”;（2）近20年来北方农牧交错带总碳储量51.44—52.81亿t,总体呈增加趋势,碳密度稳定在110 t·hm^-2左右,退耕还林（草）政策下碳储量净增加逾300万t。北方农牧交错带土地利用变化程度较为剧烈,退耕还林（草）政策不仅是土地更迭的主要驱动因素,也是该区固碳功能显著提升的重要原因。     

Shifting farming-pastoral ecotone in China under climate and land use changes

Meteorological records show a rise in temperature and decrease in precipitation in most parts of the farming-pastoral ecotone of Northern China over the last 50 years. During the last quarter of the 20th Century, the agrarian sector went through a series of reforms and changes in government policies on land use that have led to extensive changes in land cover. The objective of this study was to redefine the location and analyze the boundary variations under the effects of climate and land use changes in the farming-pastoral ecotone of Northern China. The results showed that the location of study area has been redefined as both a climatic ecotone from the perspective of suitability of precipitation and temperature for agricultural crops and vegetation growth, and also a land use ecotone based on the impacts of farmland restructuring by government policies on land use. In recent decades, the climatic boundary has moved southeast while the land use boundary has moved northwest, showing opposing directions of change. The extent of boundary changes in the northeast and northern sections are far greater than in the northwestern section of the farming-pastoral ecotone of Northern China.     

基于RS、GIS两大沙漠边缘带土地利用/覆盖对近十余年来气候变化的响应研究

以1986年与2000年两期TM遥感解译影像为基础,运用GIS空间分析手段,借助多个土地利用分析模型,对我国北方腾格里与毛乌素两大沙漠边缘带土地利用空间变化特点进行了分析,揭示出上世纪80年代后期至本世纪初的十余年来两大沙漠南缘带土地利用／覆盖对气候变化所做出的各具特色的响应方式。研究期内,研究区土地利用程度总体得到提高,其中东部毛乌素地区提高速度高于西部,中部宁夏部分高于两头陕西、甘肃部分。土地利用重心分布揭示出半干旱、干旱沙漠边缘带耕地与水资源分布的密切关系,同时,土地利用重心变化分析揭示山西部腾格里地区研究期内生态环境区域恶化,而东部毛乌素地区生态环境质量趋于好转。     

东亚土地覆盖动态与季风气候年际变化的关系

以东亚地区1982－1989年时间序列降水资料及AVHRR 8km NDVI数据为基本数据源，应用地理信息系统技术，分别研究了东亚地区夏季（5－9月）降水及土地覆盖的年际变化，并揭示了研究时间段内各自的变化规律。进一步用奇异值分解（SVD）模型方法分析了以降水变化为表征的东亚地区气候年际变化与土地覆盖年际变化之间的关系。     

新疆植被覆盖度趋势演变实验性分析

基于MODIS-NDVI数据,提取新疆2005-2015年植被覆盖度（FVC）。通过依据海拔和植被覆盖度的指标划分出山地、绿洲、平原、荒漠等11个子系统。通过斜率、变异系数、线性回归模型等方法来对全疆和不同生态分区的现状和未来发展趋势进行分析,并用BP人工神经网络来预测新疆2016-2020年的植被覆盖度的时空变化和分析2005-2020年时空动态变化趋势。主要结论为：① 新疆植被覆盖度总体为上升趋势,从西北向东南逐渐下降;山地呈逐年上升趋势,荒漠呈不显著退化趋势。植被覆盖度的变化主要是由降水量的变化引起;② 在整个新疆的荒漠和绿洲边缘构成了一个“绿洲—荒漠改善过渡带”,绿洲呈明显的改善趋势;③ 2009年是研究期内多数分区植被覆盖度的历史最低点;④ 在山脉的冰川积雪、湖泊周围的变异性很大,范围在150%~316%之间,这主要是由于气候变化、冰川消融和湖泊水位的波动变化所致;⑤ 北疆生态明显好于东疆与南疆,其绿洲区域呈现明显的改善趋势。伊犁地区的植被覆盖度相比于其他3个分区的变幅很大,山地区域呈明显的逐年退化趋势。伊犁地区植被覆盖度的局部最低点是在2008年,比其他分区的2009年提前了一年,相应的存在“实时”（伊犁）和“滞后”（东疆、南疆和北疆）的效应,主要是由于降水量和气温的变化所致。     

中国人口疏密区分界线的历史变迁及数学拟合与地理意义

采用历史时间断面方法和现代空间分析方法,对中国西汉、西晋、唐代、北宋、明代、清代、现代7个时间断面的人口分布进行分析。结果发现：① 中国人口疏密区的分界线就是中国农牧区的分界线,中国人口分布的大格局由中国农耕区和畜牧区的空间分异奠定,理论上中国人口疏密区分界线就是中国农牧交错带的拟合线。② 两千多年的历史证明,中国农牧交错带是一个弧状地带,不能用直线拟合,只能用弧线拟合;“沈天大弧线”（沈阳—天水—大理弧线）是该交错带的函数拟合线,“山兰防弧线”（山海关—兰州—防城港弧线）是该交错带的内缘拟合线,也是中原王朝衰弱时期的农牧分界线;“沈兰西弧线”（沈阳—兰州—西双版纳弧线）是该交错带的外缘拟合线,也是中原王朝强盛时期的农牧分界线;直线的“爱辉—腾冲线”理论上不能拟合弧状的中国农牧交错带,但因为它碰巧是中国农牧交错带的函数拟合线的切线,因而也能较好地刻画中国人口的宏观分异格局。③ 中国人口疏密区分界线有着丰富的地理学意义：一是分界线本身就是农牧业分界线;二是分界线与海岸线围成的区域是中国的“国家核心区”;三是分界线最大限度地刻画了中国东南和西北的自然地理和人文地理的分异。