区域生态承载力预警评估方法及案例研究

本文针对国家资源环境承载能力监测预警评估中生态承载力评估的需求,探讨了生态承载力及预警的定义与内涵,从预警角度提出区域生态承载力评价的内容与方法,并以京津冀地区为例开展了案例研究。主要结论为：生态承载力是指生态系统提供服务功能、预防生态问题、保障区域生态安全的能力。生态承载力预警评估的实质是评估人类活动是否及在多大程度上影响生态系统在水源涵养、水土保持、防风固沙等主要服务功能的提供,是否产生了生态环境问题,是否影响到区域的生态安全。其评价流程主要包括：区域生态承载力评价指标选取及评价方法和阈值的确定、生态承载力预警状况及变化趋势分析、成因解析等内容。本文提出的生态承载力预警评价的方法及案例,可为全国及区域生态承载力的评估提供基础。     

能源消费碳排放的影响因素特征及研究展望

碳排放影响因素是学术圈密切关注的重要研究方向,国内外学者开展了诸多案例研究并取得了丰富成果。因研究区社会经济发展水平、资源禀赋差异,不同学者在不同区域的研究结论不尽一致,缺少系统梳理和总结。有鉴于此,梳理国内外碳排放影响因素相关文献,基于文献综述,归纳碳排放影响因素特征。结果发现：① 碳排放影响因素具有时间效应、空间效应和空间尺度效应,即碳排放影响因素的影响程度、作用方向,随时间演变、区域差异和研究单元的空间尺度升降而发生规律性变化。② 碳排放影响因素的时间效应、空间效应和空间尺度效应,与中国短时间尺度内经济快速发展、经济发展水平存在区域差异、以及时间和空间尺度上经济发展水平的耦合相关。③ 碳排放影响因素特征对碳排放研究需立足区域发展方向、区域分类管控和空间降尺度提出客观要求。地域功能是自然承载力、社会经济水平和发展潜力的集成表达,城市、农业、生态功能区因在国土空间开发和保护格局中功能定位不同,其产业集聚和人口分布各有其特点,带来能源消费碳排放差异。以主体功能区为抓手、开展碳排放分类管控是重要的理论和实践尝试。     

面向地理对象多尺度表达的剖分编码方法研究

现有模型对影像数据中的地理对象进行多尺度表达很困难,鉴于全球剖分模型在对地理对象表达时所具备的全球唯一性、层次性、多尺度性、编码具有地学含义等特点,提出了面向地理对象多尺度表达的剖分编码方法,目的是对地理对象赋予统一的剖分编码,使编码具有地学含义和多尺度特性.实验证明,面向地理对象多尺度表达的剖分编码方法可以满足地理对象多尺度剖分化表达的需要,为新一代GIS解决地理信息"尺度鸿沟"问题,向用户提供"连续"、"自适应"的表达尺度奠定了基础.     

基于格网GIS的关中地区生态安全研究

选择城市化进程不断加快的陕西关中地区为研究区,依据"压力-状态-响应"模型建立了格网化区域生态安全评价体系,在格网GIS技术的支持下,对评价体系中各指标进行1 km×1 km尺度下的网格化表达,运用基于栅格数据的空间叠加方法实现生态安全模型评价,得到格网化关中地区1990年、2000年和2007年生态安全指数空间数据,在此基础上结合关中地区实际,定性与定量相结合地确定了生态安全评价等级划分阈值。对计算结果进行分析,总结出1990~2007年间关中地区生态安全特点有三,一是总体呈现出生态安全状况逐渐转好态势,但仍处于不安全状态;二是区域内生态安全变化存在明显差异;三是不同年份生态安全影响因素有所差别。研究结果表明,格网GIS用于研究生态安全能更好地反映其内部差异,优于传统研究方法。     

基于格网GIS的喀斯特生态安全研究——以贵州花江石漠化综合治理示范区为例

喀斯特生态安全评价及其空间格局研究是科学分析喀斯特生态系统安全状况和对石漠化综合治理效果作出客观评价的基础.通过分析喀斯特生态安全的概念,基于驱动力-压力-状态-影响-响应(DPSIR)模型,初步形成喀斯特生态安全评价概念框架,建立了喀斯特生态安全评价指标体系和生态安全度标准.在格网GIS技术的支持下,对评价体系中各指标进行5m×5m尺度下的网格化表达,运用基于栅格数据的空间叠加方法实现喀斯特生态安全模型评价,得到格网化花江示范区的生态安全度空间数据.研究发现示范区整体生态状况呈现出逐步好转的趋势,石漠化综合治理取得了一定成效,但整体仍处于警戒状态,此外人类活动对喀斯特生态安全的影响正在进一步加深.     

基于低通保边滤波和尺度约束大津法的网格空间多尺度聚类方法

现有网格空间多尺度聚类方法未能将尺度因子作为模型参数实现尺度驱动的阈值提取,导致算法调参困难,难以全面挖掘空间数据的分布模式。海量空间点数据蕴含的信息更丰富,层次结构也更复杂,对聚类算法的参数自动化和计算效率提出了更高的要求。针对上述问题,该文从数据尺度和观察尺度提出了一种适用于海量数据的多尺度聚类挖掘方法:分别通过网格多分辨率和低通保边滤波器的尺度拓展机制实现了数据尺度和观察尺度上的尺度变换;将观察尺度层级作为参数引入大津法中,实现了观察尺度的密度阈值自动提取。实验结果表明:相比于传统低通滤波,该滤波方法具有良好的去噪保边效果;多尺度密度阈值提取算法能够有效地捕捉数据集中丰富的多层次信息,且计算复杂度低,可用于快速挖掘各类海量空间点数据中的多层次空间结构。     

东北地区生态消费水平的区域可持续性研究

生态可持续性评价揭示了区域可持续发展能力的基线尺度。这一领域的评价问题,不仅涉及到对自然环境本底的探究,也涉及到对社会系统行为方式的考察。加拿大生态经济学家创造性地提出了一种生态足迹的分析方法,将人类的消费行为与生态承载力联系起来,评价消费行为的可持续性。通过借鉴这一方法,估算了东北地区的生态承载力与生态消费水平。在此基础上进行区域生态可持续性评价,并进一步探讨促进与改善区域生态可持续性的可能途径与政策目标。     

“一带一路”地区的生态承载力与绿色发展（英文）

20世纪70年代以来,全球性资源危机、环境污染和生态退化问题凸显,增长的极限始终是一个重要的理论与政策问题。承载力评价、预警与调控在自然资源利用、环境管理和生态保护中都有巨大的应用潜力。本文梳理了承载力演变历程及生态承载力的概念,将已有生态承载力评价方法归纳为生态足迹法、综合指标体系法、生态系统服务法、净初级生产力人类占用分析法等4类。分析了当前生态承载力研究中问题,并展望了未来发展趋势。结合"一带一路"地区的生态承载力与绿色发展专辑,从生态承载力评价方法与应用、生态系统服务供给与消费、资源利用与环境变化等方面对"一带一路"地区的生态承载力研究进展做了介绍。建议"一带一路"地区生态承载力研究应深入刻画生态承载力的时空异质性及动态变化,模拟生态过程与人类活动的相互作用,将气候变化、人类活动及生态产品与服务流等因素纳入生态承载力评价体系与模型中,提高评价结果的精度和可靠性,提升生态承载力研究对相关决策的支撑能力。     

利用物候相机绿度指数分析温带草原生态系统的植被物候及其与气象因子关系（英文）

近地面数码相机在区域和景观尺度上的植被物候参数分析中发挥着重要作用。评估数码照片提取的绿度指数(Gcc,相对绿度指数)与卫星绿度指数的相关性有助于推进陆面过程的研究工作。另外,在北美大草原地区,Gcc时间序列数据对环境因子的响应仍然不清晰。首先,本文在生态观测站点尺度,评估了日尺度的相对绿度指数与日值气象因子的响应关系,如土壤湿度、土壤温度、气温和太阳辐射等。其次,基于站点Gcc数据、MODIS和VIIRS卫星植被指数数据,利用曲线求导方法获得植被的关键物候参数,包括生长季开始点、结束点、最大生长点等,并比较了不同数据源物候参数的差异。结果表明:日尺度Gcc数据能够很好的地反映地面环境因子的变化情况;多元线性回归分析表明研究区草原生长主要受土壤温度和太阳辐射的影响,受气温影响较小;高频的Gcc时间序列数据可以及时响应降水的变化;在相同年份,数码相机和卫星数据提取的物候参数具有一致性,但是在春季物候上差异较显著,生长速率和衰落速率的提取结果并不一致;Gcc提取的生长季长度与根据气温计算的生长度(GDD)长度相关性较好。本文评估了基于数码相机的植被物候监测及其与气象因子的关系,研究有助于多尺度植被物候建模与温带大草原区域的草原资源管理。     

基于DEM的并行可照时间模型研究

可照时间是影响太阳辐射计算的重要参数。随着研究区域的增大、DEM分辨率与精度的不断提高,亟须借助并行技术满足用户对可照时间模拟的时间响应需求。该文针对栅格数据提出了一种通用有效的数据划分及结果融合策略,首次提出并行可照时间计算模型。实验表明该模型具有较好的可移植性,当处理节点数为64时,最优加速比高达16,在计算时间及加速比方面体现出优势。基于黄土高原地区90m×90m分辨率SRTM数据,计算了四季及全年可照时间,分析了可照时间的空间分布特征,表现为季节不对称性及非地带性分布规律。     

生态承载力研究进展:内涵、评估方法与热点领域（英文）

近年来,全球城镇化的迅猛发展和经济的快速增长,导致土地退化等生态环境日益严重,促使人们意识到生态环境保护和生态文明建设对可持续发展的基础性作用。生态承载力成为了评估可持续发展的重要方法与研究生态环境问题的重要工具。本文在梳理相关文献的基础上,总结和概括了生态承载力的内涵、主要评估方法以及热点研究领域,分析了生态承载力研究的不足,展望了生态承载力研究的发展趋势。在内涵上,主要从环境变化、人类对于生态系统影响和生态系统整体承载三个视角对生态承载力内涵进行了梳理;在主要评估方法上,按内涵界定的三个视角对生态足迹法、基于生态系统服务的方法、净初级生产力法、状态空间法、能值生态足迹法、系统动力学方法、耦合模型进行了分类,对比分析了不同评估方法的优劣及适用条件;生态承载力的研究领域随着研究地深入逐渐渗透到土地、流域、生态脆弱区、旅游和城市综合系统等领域之中。目前,生态承载力的研究还存在着缺乏适用于较大尺度的指标阈值的厘定标准、动态监测及预警研究不够深入、科技条件等驱动因素考虑不全面等不足。未来,大尺度跨境区域及生态脆弱区的生态承载力评估、生态预警平台的构建以及生态承载力与区域主导性产业的一致性评估等方面可能成生态承载力研究的新发展方向。     

新疆阜康市景观多样性模拟对空间尺度的响应

许多多样性模型仅注重模拟多样性单一方面的信息,忽略了空间尺度因素的作用。比较分析不同模型对空间尺度变化的响应是开展多尺度生态多样性模拟和评估的基础。本文以新疆维吾尔自治区阜康市为案例区,运用7个生态多样性模型对景观元多样性进行了模拟。分析模拟结果发现:①随着空间分辨率的粗化,景观元均匀性方面的多样性变化幅度大于丰富性;②Shannon多样性和Turner多样性在较小的空间尺度上具有一定的规律性;③Whit-taker模型和Margalef模型单纯考虑景观元类型数相对于个体数的变化,景观元类型数对后者贡献更大,前者模拟结果的规律性明显优于后者;④Mladenoff模型和Scaling生态多样性模型综合考虑了景观元多样性的两个方面,但景观元类型数对前者的影响更大,其模拟结果缺乏规律性;Scaling生态多样性模型同时考虑了空间尺度因素的作用,模拟结果具有很好的规律性,更适于多尺度生态多样性的模拟与评估。     

生态承载力的评估方法与研究趋势展望（英文）

随着全球人地耦合关系的深入研究,生态承载力作为联系自然生态系统与人类系统的关键纽带逐渐成为生态学、资源、环境等领域的交叉研究热点和区域可持续发展研究的重要工具;但由于生态承载力受众多因素和不同时空条件制约,相关研究工作尚处于起步阶段,没有形成完整的理论体系;现阶段,国内外研究大多集中于生态承载力评估方法上并没有揭示生态承载力的内在驱动机制。本文在综述生态承载力演变发展与概念内涵的基础上,重点介绍生态足迹法、生态系统生产力消耗占用法与生态系统服务与消耗法三种针对于生态承载力的评估方法,并从生态承载力驱动机制、阈值界定、综合评价体系构建、多生态要素耦合动态模型建立等方面阐述生态承载力未来研究热点与发展方向,以期为未来生态承载力的研究提供借鉴。     

河南省生态变化动态分析与预测

运用优化的生态足迹模型,在融入污染足迹和水足迹的同时,将生态环境的自净能力和水资源的承载力考虑在内,测算河南省1991—2013年的人均生态足迹和生态承载力。河南省在2006年以后开始出现"生态赤字",这与以往大多研究得出的在1990年以前就出现"生态赤字"的结论大不一样。对影响人均生态足迹和生态承载力的驱动因素的动态分析和预测表明,河南的生态足迹和生态承载力都将继续扩大,但生态承载力的增速逐渐超过生态足迹的增速,生态赤字呈现先扩大后缩小最后出现盈余的变化态势。最后,提出了提升生态承载力和降低生态足迹的对策与建议。     

矢量数据在多尺度栅格化中的精度损失模型探讨

在进行空间分析时,由于栅格数据便于空间分析,因而通常将矢量数据转化成栅格数据进行空间分析。在转化过程中,采用不同尺度的栅格大小会造成怎样的精度损失?精度损失、栅格大小和平均斑块大小之间的关系是否可以用模型来表达?本文正是针对这样的问题,以重庆市1∶10万的土地利用矢量数据为例,探讨了在不同尺度栅格大小(从30m×30m到1000m×1000m)的情况下,各种土地利用类型在转化过程中的精度损失情况,对精度损失与栅格大小和平均斑块大小之间的关系进行了定量分析。研究表明,精度损失与地类的平均斑块大小和栅格尺度之间的关系可以用模型来表达。该模型为:Y=5.366-0.179X-0.978ln(S)+0.0348Xln(S)。模型中Y为精度损失,S为地类的平均斑块大小,X表示栅格的大小。该模型的复相关系数为0.93。     

一种顾及属性的游程编码“交”运算方法与实验

考虑到基于直接编码的栅格数据在计算效率和存储能力上的不足,提出一种便于代数操作的游程编码数据结构,以优化基于直接编码栅格数据的代数运算.介绍了基于该数据结构的游程"交"运算的实现方法,并在算法实现过程中完成游程属性的各种代数运算.算法实现思路为:将栅格场中任一行游程集合以链表的形式存储,将欲执行代数运算的新游程单元与对应栅格行游程集合执行游程"交"运算,并在插入删除游程结点的过程中完成属性值的代数运算.该算法通用性较强,在数据精度及计算效率方面比直接栅格编码方法具有优势.     

武汉城市圈国土空间综合功能分区北大核心CSCDCSSCI

以武汉城市圈为典型案例区开展国土空间综合功能分区实证研究。首先基于县域土地利用数据、社会经济数据和补充调查数据,从生产、生活和生态(三生)功能角度遴选出表征国土空间不同主题要素的24个指标因子,构建基于"要素—功能"的评价指标体系;然后从评价单元开始对10类空间二级功能进行比例关系表达,并通过BP神经网络方法评价三生功能承载力;最后引入双约束聚类法划定国土空间综合功能区,并匹配相应的调控政策。研究表明:基于统一的功能分类和指标体系实现功能比例表达在不同尺度间传递;武汉城市圈国土空间可划分为3个一级综合功能区和7个二级综合功能区。研究成果可为武汉城市圈国土空间格局优化提供参考。     

武汉城市圈国土空间综合功能分区

以武汉城市圈为典型案例区开展国土空间综合功能分区实证研究。首先基于县域土地利用数据、社会经济数据和补充调查数据,从生产、生活和生态(三生)功能角度遴选出表征国土空间不同主题要素的24个指标因子,构建基于"要素—功能"的评价指标体系;然后从评价单元开始对10类空间二级功能进行比例关系表达,并通过BP神经网络方法评价三生功能承载力;最后引入双约束聚类法划定国土空间综合功能区,并匹配相应的调控政策。研究表明:基于统一的功能分类和指标体系实现功能比例表达在不同尺度间传递;武汉城市圈国土空间可划分为3个一级综合功能区和7个二级综合功能区。研究成果可为武汉城市圈国土空间格局优化提供参考。     

应用遥感技术模拟净初级生产力的尺度效应研究进展

采用遥感技术估算地表植被净初级生产力(NPP),已经成为模拟NPP的主要发展方向。遥感技术以及数据处理能力的迅速发展和基于遥感观测生理生态理论研究的进展使大尺度生态系统格局和过程的定量、动态观测成为可能。多种卫星传感器提供了丰富的多尺度对地观测数据,从而形成了不同空间分辨率的影像数据层次体系,使得从定量遥感出发的NPP估算必然存在多尺度的问题。NPP遥感估算模型以不同分辨率的遥感数据(代表不同的研究尺度)作为输入参数时,得到的NPP模拟值差异明显。为了提高NPP的估算精度,需要充分认识不同分辨率的遥感数据对NPP估算结果的影响差异,即NPP的尺度效应问题。本文介绍了遥感尺度效应研究进展,多分辨率遥感数据监测NPP变化的多尺度研究进展,以及NPP估算尺度效应问题的研究进展。并分析了应用遥感技术研究NPP尺度效应的发展趋势。     

农田景观空间异质性分析及遥感监测最优尺度选择——以三江平原为例

农情遥感监测需要高时间分辨率的遥感数据,目前这些数据大都为中低空间分辨率影像。在这些尺度下,像元内部往往是异质的,从而影响农情参数反演精度。因此分析和表达农田景观空间异质性和最优尺度选择对遥感农情监测质量的提高具有重要的应用价值。选取建三江农垦区四种典型农田景观为研究点,Landsat/TM NDVI为实验数据,利用实验变异函数对四种景观类型的各向空间异质性进行了分析, 而后通过变异函数模型拟合,定量分析了各个研究点的整体空间异质性,并在此基础上进行了研究区遥感监测最优尺度选择。研究表明:(1) 基于实验变异函数的结构分析方法,可定性地认识空间异质性的大小和方向,进而挖掘出其背后的自然和人为驱动因素。(2) 对实验变异函数进行拟合分析,可定量地刻画不同景观格局各自的空间异质性特性。此外,基于变异函数对空间异质性的定量表达,讨论了利用积分变程A结合Nyquist-Shannon采样定理进行最优尺度选择的方法。