蒙古高原地形与植被指数的特征尺度及多尺度耦合关系

基于GTOP30 DEM数据及MODIS NDVI数据,应用小波变换和小波多尺度相关分析方法对蒙古高原地形因子、NDVI因子的尺度特征及两因子间的多尺度相关关系进行研究。结果表明:1 DEM在北部地区的变异程度较南部强烈,在西部地区的变异程度较东部强烈。DEM的空间分布呈现出一个约为20 km的特征尺度。2NDVI空间分布格局的态势与DEM态势基本相同,且呈现出2个特征尺度,较小的特征尺度出现在2~4km左右,较大的特征尺度出现在20 km左右。3 DEM与NDVI在20 km尺度上存在耦合关系,即随着地形地貌在20 km尺度上发生较大变化,植被生长状况的空间分布也随之发生变化。地形因子趋向于在宏观尺度上制约NDVI的空间分布。论文最后总结了小波分析方法在地学空间数据中具有特征尺度识别和多尺度耦合相关分析的能力,同时也指出了该方法在连续尺度分析、特点位置多尺度相关分析以及二维小波分析方面的不足。     

基于小波的浙江省NDVI与自然—人文因子多尺度空间关联分析

对地表植被的空间分布格局及其与自然、人文因子间的关系开展综合的、多尺度的定量分析,这是全球气候变化背景下土地利用与覆被研究中的一项重要内容。以地处亚热带湿润季风区的浙江省为研究区,设置了东西向(样线A)和北南向(样线B)两条样线,并应用小波分析方法对研究区NDVI、高程、坡度和土地利用强度等因子的尺度特征以及这些因子间的多尺度相关关系进行了分析。结果表明:1研究区内,NDVI、高程、坡度及土地利用强度的空间分布格局存在四个尺度域;2上述因子在样线A及样线B上的空间分布分别存在两个主要特征尺度,其中东西向(样线A)上的特征尺度为40 km和80 km,北南向(样线B)上主要的特征尺度为30 km和50 km;3在较大尺度域(8 km以上),土地利用强度是影响NDVI空间分布的最主要因素,而在小尺度域(0~8 km),坡度和高程因子成为影响NDVI分布的主要因子。研究还认为,小波分析方法为识别地理要素空间分布的特征尺度、量测要素间任意尺度、任意位置上的相干关系,提供了方便的工具。     

黄土高原地区NDVI与气候因子空间尺度依存性及非平稳性研究

基于MODIS传感器的植被指数产品(MOD13Q1)及50年气候数据,通过地理加权回归与普通最小二乘回归模型对比,对中国黄土高原地区NDVI与气候因子间的空间尺度依存性及非平稳性进行研究,以期准确建立二者间关系.结果表明:① 研究区域内,NDVI与气候因子间存在很强的空间尺度依存关系,相同空间尺度下,年均降水较年均温对NDVI影响的波动性更大;② 与普通最小二乘回归模型相比,地理加权回归模型能够更准确地展现二者间关系;③气候因子对该地区NDVI的影响差异明显,降水存在直接正向影响,而温度的影响则较复杂;④ NDVI与气候因子间沿东北--西南的分布格局体现出区域内不同植被--气候区差异特征.二者间的异质情况还反映出除气候外,人类活动,地形等其他因素对NDVI的影响.     

青藏高原植被NDVI对气候因子响应的格兰杰效应分析

多变的气候和复杂的地理环境使得青藏高原植被对气候变化响应敏感,因此分析高原植被与气候因子之间的动态关系对气候变化研究和生态系统管理具有重要意义。论文基于1982—2012年青藏高原气象数据(气温、降水)以及GIMMS NDVI3g遥感数据,在像素级别上运用格兰杰因果关系检验方法,在月尺度和季节尺度上分析了高原植被NDVI(主要是草原)与平均气温、降水量之间的响应情况及因果关系。研究表明：① 月尺度上NDVI与平均气温之间、NDVI与降水量之间的时序平稳性比例高于季节尺度,月尺度下达到平稳性的植被区域分别占99.13%和98.68%,季节尺度下分别占64.01%和71.97%;② 月尺度下高原平均气温和降水量对NDVI影响的滞后期都集中在第12~13个月,荒漠草原、典型草原和草甸3种植被类型的滞后期一致,季节尺度下平均气温和降水量对NDVI影响的滞后期主要分布在第3~4和第6个季度,3种植被类型的滞后期差异性较大;③ 月尺度下,青藏高原约98.95%的植被覆被区的平均气温是引起NDVI变化的格兰杰原因,反之,大部分地区(约89.05%,除高原东南区域)内NDVI也是引起平均气温变化的格兰杰原因;季节尺度下,青藏高原中部以外植被区域(约92.03%)内的平均气温是引起NDVI变化的格兰杰原因,而在东部和西部部分地区(约50.55%)中NDVI也是引起平均气温变化的格兰杰原因;④ 月尺度下,高原东北和西北地区(约72.05%)内的降水量是引起NDVI变化的格兰杰原因,大部分地区(约94.86%,除东南部少量区域)中NDVI是引起降水量变化的格兰杰原因;季节尺度下,高原东南部(约61.43%)地区内的降水量是引起NDVI变化的格兰杰原因,高原中东部地区(约48.98%)中NDVI是引起降水量变化的格兰杰原因。总之,高原植被NDVI与气温、降水的相互作用显著,彼此均可构成格兰杰因果效应,但总体上气候因子的影响程度大于植被的反馈作用,月尺度的效应区域大于季节尺度的效应区域。     

1982-2013年中国植被NDVI空间异质性的气候影响分析

为研究气候变化与植被活动之间的复杂关系,采用1982-2013年GIMMS NDVI与气象站点温度与水分的监测资料,应用基于像元的地理加权回归方法,探究了中国植被NDVI及其动态特征对气候变化响应的空间格局。中国植被NDVI与地表温度呈空间非平稳关系,在空间上的负相关关系主要集中在东北、西北及东南部分地区,空间正相关则更为集中和连片;针对不同气候指标的标准化系数对比可知,植被NDVI受水分控制作用较为显著的区域主要集中在北方地区以及青藏高原,温度的主导作用区域则分布在华东、华中及西南地区,其中年均最高气温对NDVI的主导区域范围最广;植被NDVI动态与气候变率的回归结果表明,增温速率的升高会通过加剧干旱等机制对植被活动产生抑制作用,水分变率对植被活动的强弱起到了重要的调节作用。     

温度植被干旱指数(TVDI)与多因子关系研究

利用EOS/MODIS数据,采用归一化植被指数(NDVI)和地表温度(LST)构建NDVI-Ts特征空间,依据该特征空间计算温度植被干旱指数(TVDI)。通过对2009年6期冬小麦数据比较和多因子相关分析,认为TVDI与LST为极显著正相关关系,与NDVI相关性次之。气象因子中降水量(JSL)因子与TVDI相关性较为显著,在作物生长中后期,降水距平(JSJP)因子影响日趋明显;其它气象因子及海拔、灌溉与否等因子作用不显著,在进行大尺度干旱监测时基本可以忽略。如将TVDI与影响较为明显的因子组合建立新的指标或许是一个更好的监测方法。     

1982~2013年青藏高原高寒草地覆盖变化及与气候之间的关系

利用GIMMS NDVI数据和地面气象站台观测数据,对青藏高原1982~2013年高寒草地覆盖时空变化及其对气象因素的响应进行研究,结果表明：青藏高原高寒草地生长季NDVI表现为从东南到西北逐渐减少的趋势,近32 a来,整个高原草地生长季NDVI呈上升趋势,增加速率为0.000 3/a (p<0.05);高寒草地生长季NDVI年际变化具有空间异质性,整体为增加趋势,呈增加趋势的面积约占研究区域面积的75.3%,其中显著增加的占26.0% （p<0.05）,类型主要为分布在青藏高原东北部地区的高寒草甸;比例为4.7%,草地类型主要为高寒草原,主要分布在高原西部地区;基于生态地理分区的分析显示,青藏高原草地与降水、温度的相关关系具有明显的空间差异,高寒草地生长季NDVI均值与降水呈显著正相关,对降水的滞后效应显著;高原东北部温度较高,热量条件较好,降水为高寒草地生长季NDVI变化的主导因子;东中部地区降水充沛,温度则为高寒草地生长的制约因子;南部地区降水和温度都较适宜,均与高寒草地生长季NDVI相关性显著(p< 0.05),共同作用于草地的生长;中部和西部地区,气候因子与高寒草地生长季NDVI关系均不显著。     

区域植被覆盖的多尺度空间变异性——以贵州喀斯特高原为例

地理格局尺度依赖性的客观存在,要求在连续尺度序列上对区域植被覆盖空间变异性进行考察,以真实反映植被覆盖空间特征。以贵州喀斯特高原为例,借助地统计学和GIS 软件,揭示了研究区NDVI的空间变异特征,并进行了空间变异与空间尺度的耦合研究。结论如下：① NDVI空间变异程度表现出明显的尺度依存性,空间尺度的粗粒化对NDVI的平滑作用非常显著,但两种重采样方法对原始数据的粗粒化作用机制不同;② 基于不同遥感数据源获得的NDVI数据之间空间格局差异明显,而且传统统计结果与地统计学结果明显不同,说明空间信息对数据间的差异性统计影响显著;③ NDVI空间变异性呈现显著的各向异性,并表现出对遥感数据源的敏感性。     

基于小波变换的生态系统服务权衡尺度效应与影响因素研究——以珠江三角洲为例

识别生态系统服务间的多尺度权衡关系及其影响因素对于指导管理决策和推进可持续发展至关重要,然而尺度响应特征及差异变化成因尚不明确,其中一个重要原因是缺乏科学合理的尺度划分方法。本文评估了珠三角地区的土壤保持、水源涵养、生境质量、自然游憩共4种关键生态系统服务量,基于小波变换的特征尺度估算方法,确定了研究权衡关系的最佳聚合规模序列。应用相关性分析和地理探测器方法,定量化识别权衡强度在各个尺度的影响因素,并比较了不同尺度间主导影响因素的差异特征。结果表明：① 权衡强度在6条样线上的特征尺度突出,2000~11500 m是研究权衡关系的最佳尺度序列范围。② 自然游憩与水源涵养、生境质量之间存在协同关系,自然游憩与土壤保持互为权衡关系。三对服务组合之间的相互作用大多随着尺度的增大而增强,特别是在县级行政管理规模上,所有配对服务表现出最强的协同或最弱的权衡关系。③ 植被覆盖度对权衡强度的驱动作用突出且相对稳定。地形因素是小尺度范围内权衡关系变化的主导影响因素,而气候因素和景观格局指数在较大尺度的影响作用显著。本研究通过优化传统的多尺度研究序列构建方法,为调控各类驱动因素以制定多级管理决策提供参考。     

亚洲内陆干旱区NDVI与树木生长的气候响应及其影响因素

基于亚洲内陆干旱区的树木年轮宽度指数（RWI）、归一化差异植被指数（NDVI）和气候数据,采用空间统计方法和相关分析法分析了NDVI和RWI变化的一致性,探讨了NDVI和RWI对气候的响应,揭示了影响NDVI和RWI气候响应的相关因素。结果表明：1982—2000年亚洲内陆干旱区的树木生长和NDVI均呈增加趋势,生长季NDVI与RWI大多具有同步性变化特征,大多数地区5、6月NDVI受同期气温的影响,而4、5月NDVI主要受同期降水的影响;RWI主要受6—7月气温和4、6月和7月降水或帕默尔干旱指数（PDSI）的影响;大部分地区的NDVI和RWI对气温的响应具有一致性,但它们对降水或PDSI的响应存在很大差异;海拔和水热条件对不同地区的NDVI和RWI的气候响应有较大的影响。本研究对于认识亚洲内陆干旱区植被与树木生长的气候响应及其影响因素具有一定的科学意义。     

农业生态系统中人类行为对植被多样性的影响:以中国封丘县为例(英文)

本文研究了社会经济因素对当地植被多样性的作用,并利用数学模型分析了中国封丘县农田景观中植被多样性的主要干扰因素。发现在小尺度上,植被多样性与景观组成和机构紧密相关这一观点没有证据支持。相比较而言,植被多样性受人为干扰的影响较大,而且与作物种类和经济来源紧密相关。这主要是因为中国农区经济行为拥有特殊格局,包括联产承包责任制以及农民外出务工流。提出了在政策环境的变化下如何维持当地植被多样性的现状。     

固原市森林多功能研究:潜力、挑战及利益权衡(英文)

水土流失、人口激增和水资源短缺是制约中国西部固原市农村地区可持续发展的关键因素。为此,中国政府从1999年底开始实行退耕还林工程并于2003年完成第一阶段的计划任务。该工程以生态恢复为首要任务,同时兼顾减轻农村贫困及加快经济发展的目标。本研究旨在评估3种森林管理政策情景对当地可持续发展的潜在贡献和弊端,研究首先应用参与式影响评估框架(FoPIA)设定了3种森林管理政策情景,然后针对各个情景下土地利用的变化,进行了土地利用变化的影响评估。3种情景分别为"生态林"、"经济林(以种植水果为主的复合农林业)"和"生物能源林"。通过与当地利益相关者座谈,界定了与固原市可持续发展相关的9项重要森林功能,包括3项社会功能,即提供就业机会、生活质量、森林可达性;3项经济功能,即木材收入、非木材林产品收入、林业相关产业和服务收入;3项生态功能,即提供生物性资源、提供非生物性资源、生态过程维持。研究进一步通过多学科专家讨论和专家知识,评估了不同情景对森林功能的影响,探索了当地不同可持续发展目标间的权衡关系。结果显示:生态林可以达到生态恢复的首要目标,但是社会功能和经济功能较低;水果经济林对社会经济贡献大但对环境改善作用较小;生物能源林可以同时兼顾社会、经济和环境功能,但是在当地缺乏实践经验。基于专家观点,讨论了各情景的优势、劣势、机会和风险。研究发现,生态林树种选择需要重新考虑,并优先采用本土树种;水果经济林在经营得当情况下能促进社会经济发展;生物能源林在农户或村落尺度上提供清洁能源方面潜力巨大。     

武夷山沿海拔梯度土壤活性有机碳库的变化(英文)

土壤活性有机碳(LOC)是一组活跃的化学物质,由于其较短的周转时间和对环境变化的敏感性在全球碳循环中发挥着重要的作用。但是,对活性有机碳在亚热带森林沿海拔梯度的空间变异还缺乏了解。在本研究中,我们测定了福建武夷山自然保护区不同海拔高度具有代表性的中亚热带常绿阔叶林(500 m)、针叶林(1150 m)、亚高山矮林(1750 m)以及高山草甸(2150 m)土壤不同土层(0-10,10-25和25-40 cm)中微生物可利用碳(MAC)、微生物量碳(MBC)、易氧化碳(ROC)、水溶性碳(WSOC)和轻组碳(LFC),并观测了相应的植物凋落物质量(LM),土壤温度和湿度。结果表明:沿海拔梯度的植被变化和土层深度变化对土壤活性有机碳有显著的影响。微生物可利用碳、微生物量碳、易氧化碳和水溶性碳在不同土层均沿海拔高度的增加而显著增加;而低海拔的常绿阔叶林和针叶林中轻组碳的含量高于亚高山矮林和高山草甸的轻组碳的含量。各土壤活性有机碳库均随土层的加深而减小。除轻组碳外,各碳库间存在着极显著的正相关(p0.001)。轻组碳分别在低海拔(常绿阔叶林和针叶林)和高海拔(亚高山矮林和高山草甸)与各碳库显著相关。     

基于GIS的中国可持续人居功能分区评价(英文)

在中国1km×1km栅格尺度人居环境自然适宜性分类评价和分县尺度人口空间集聚程度分级评价的基础上,结合中国分县资源环境承载力和区域经济发展水平和发展潜力,确立了中国可持续的人居功能分区评价模型,提出了中国可持续发展的人居功能分区方案。研究表明:中国可持续的人居功能分区空间分布呈现东南半壁优于西北半壁的格局;人居功能强可持续地区面积约139.75×104km2,占国土面积的14.66%,相应人口4.3亿,接近总人口的1/3,主要分布在东南沿海、长江中下游地区、四川盆地、黄淮海平原以及东北平原的部分地区;人居功能较强可持续地区面积约193.61×104km2,占国土面积的1/5,相应人口3.2亿,接近总人口的1/4,主要分布在三江平原、辽河平原、山东半岛等地;可持续地区面积210.19×104km2,约占国土面积的22%,相应人口3.7亿,占总人口的28.24%,主要分布在呼伦贝尔高原、黄土高原和云贵高原等地,零星见于藏东南谷地和柴达木盆地等地区;较弱可持续地区,面积约145.85×104km2,占国土面积的15.30%,人口1.4亿,约占总人口的11%,零散分布于黄土高原、川滇高原和云贵高原的部分地区;弱可持续地区面积约263.86×104km2,约占国土面积的27.68%,相应人口0.4亿,接近总人口的3%,主要分布在青藏高原、西北荒漠以及川滇高原北部地区。     

中国岷山地区影响大熊猫生境的人类活动方式及其相互关系的图论分析(英文)

岷山地区位于四川盆地西北部,是我国生物多样性保护的优先地区,还是保护大熊猫的关键区域。本文以社会-经济-自然复合生态系统为基础,运用图论分析法研究了岷山地区影响大熊猫生境的人类活动方式,以及这些影响因子相互的关系。研究表明:影响大熊猫生境的人类活动的66对组合中,47.0%的因子间存在直接的联系,其中89.2%的影响具有增大效应。这说明人类活动对大熊猫生境的影响具有协同增大效应,并占主导地位。旅游景点开发、公路建设、采矿、高压电线、农业开发、放牧、薪柴采集这些影响因子存在强连通性,它们会将其他人类活动对大熊猫生境的影响放大,加剧对大熊猫生境的不利影响,表明它们是影响岷山地区大熊猫生境的主导人类活动。要想有效地保护岷山地区的大熊猫生境,就必须对这些主导人类活动进行有效的控制。本研究还表明图论分析法有助于明确影响熊猫生境的主导和关键因子,它能为制定有效的大熊猫保护策略提供科学依据。     

草原生态系统生态补偿机制研究:中德案例研究比较(英文)

目前,草地生态系统退化成为全球关注的问题。生态补偿机制(PES)是为了草地生态系统的恢复/保护,采取补贴或支付费用的方式,改变使用者资源利用方式的制度安排。科学、合理的生态补偿制度需要全面地考虑可能出现的风险和挑战:如环境效益的滞后性,不可预见的监督、管理成本和社会经济目标(足额补偿标准、公平)的实现。本文的目标是通过中德两国生态补偿措施的对比(选取中国内蒙古锡林郭勒盟,德国勃兰登堡州为案例区域进行研究),为今后中德两国的生态补偿理论和实践提供依据。研究着重以下四个方面进行分析:中德两国生态补偿的实施框架,目标人群,实施效果评估等。研究结果表明,由于缺乏有效的激励机制,农户作为最基层的执行单位和实施者,其参与的主动性不够,中德两国生态补偿措施实施的成效有待提高。基于研究结果,提出了今后生态补偿项目设计中,中国应侧重于项目实施的监控和管理制度;而德国应在空间目标规划和具体管理措施和方式等方面进行完善。     

中国水生态区划方法体系及淮河范例研究(英文)

本文提出的水生态区划方法体系包括指导思想、基本原则、分区方法、命名与编码规则几个部分。其核心指导思想是科学发展观及人与自然和谐的理念;基本原则有区域相关性原则、协调原则、主导功能原则和分及区划原则;分区方法、命名与编码规则则随分区等级和研究尺度而异。本文采用2级分区的思路,提出了全国水生态区划分方案,包括6个水生态一级区和34个水生态二级区。基于以下3类7种水生态服务功能:水生态保育类(包括水源涵养、水土保持和物种保护),水生态调控类(包括洪水调蓄和生境维持),水生态服务类(包括产品提供和景观保障),以淮河流域为例,将3级水生态区划方法应用于流域尺度。在实例区共划分出2个水生态一级区、3个水生态二级区和21个水生态三级区。     

中国土地利用多功能性度量(英文)

人类活动驱动着土地利用的时空变化,进而导致土地利用功能的变化。中国的土地利用具有高度的动态性,对全球可持续发展具有特别重要的意义。对于决策者来说,要准确预见一项发展政策对土地利用及其功能的复杂影响是非常困难的。本文构建了中国土地利用多功能性的度量框架模型,模拟了2010-2025年期间土地利用变化对国家退耕还林还草政策的响应,并确定了相应的土地利用功能的变化。结果表明,国家退耕还林还草政策显著影响着中国土地利用格局,其特征是随着林地面积的扩大,耕地和草地面积在不断减少。在所度量的所有土地利用功能中,经济功能、社会功能显著增强,调节功能略有增强,而环境净化功能、支持功能明显减弱。通过应用表明,本文构建的中国土地利用多功能性度量框架模型有助于各级政府评价土地利用政策的影响。     

我国主体功能区规划的时代背景、科学内涵、目标导向和政策框架(英文)

主体功能区规划是新世纪以来我国在地域空间规划方面的一次重大创新和实践,"十二五"规划上升为国土空间开发和区域协调发展领域的国家战略之一。本文从改革开放以来我国区域发展失衡的三大主要问题:区域发展差距扩大、城镇化盲目、国土开发无序的分析入手,论述了通过地域空间规划确定合理的地域功能格局和国土空间开发结构的客观需求。进而探讨了地域功能的科学内涵和形成机制,揭示了自然生态本底功能和人类活动需求功能复合形成地域功能的过程;并结合主体功能区规划编制中的关键科学问题,如主体功能识别的指标体系选择、功能区的空间组织以及功能开发导向的确定等关键科学问题,探究了解决的具体路径和相关方案,并就支撑主体功能区规划实施的相关政策导向和改革框架进行了阐述。最后,从规划职责体系、空间规划体系和科技支撑体系三个方面对今后的实施、发展和完善主体功能区战略进行了讨论。