湿地景观结构遥感动态变化分析

景观镶嵌结构是景观异质性的重要表现,同时又是各种生态过程在不同尺度上作用的结果。本文以北京市野鸭湖湿地自然保护区为区域背景,以RS、GIS和GPS为技术手段,监测获取了1996-2002年研究区域湿地土地利用／土地覆盖景观空间格局变化,探讨了土地利用/土地覆盖景观空间格局变化对湿地环境的影响。故此,对1998-2000年和2000-2002年湿地资源景观镶嵌结构的动态变化进行详细分析。结果表明:(1)利用遥感信息多尺度、多时相、多波段的特点,在GIS、GPS技术的支持下,能够快速及时准确地反映湿地景观类型的动态变化,为湿地资源监测、保护与利用提供科学依据。(2)借助景观生态学中的相关原理,通过景观空间格局计算模型解释不同类型湿地景观的分布、变化,剖析湿地景观演化机制,为湿地景观规划与评价服务。(3)分析认为,野鸭湖湿地景观格局发生了较大的变化,水域面积减少严重,耕地面积增长幅度不高,旅游用地和堤坝面积明显增加。(4)湖泊和沼泽草甸是控制和影响湿地景观格局的主体。野鸭湖整个湿地景观的破碎化程度降低,人类活动干扰湿地在不断减弱,湿地景观异质性在逐渐降低,斑块之间的连通性提高,生境斑块相互之间的隔离度大大减少,湿地景观趋向稳定。     

基于ANN-CA的银川平原湿地景观演化驱动力情景模拟分析

本文通过对湿地景观的时空动态发展过程其形成空间格局的分析,构建了基于ANN-CA的银川平原湿地景观时空模拟模型,并对湿地景观格局过程与主要驱动力因子间的响应关系进行了情景模拟。研究结果表明:年降水量对天然湿地中的河流湿地和湖泊湿地的驱动作用呈正相关关系,对水稻田和坑塘湿地的影响不显著;人口密度对人工湿地的驱动作用呈正相关,随着人口密度的增加,水稻田和坑塘向各个方向大面积蔓延,河流和湖泊等天然湿地的面积则逐渐减少;随着农业生产活动的加强、农业总产值的增加,河流和湖泊缓慢减少,水稻田和坑塘等人工湿地分布迅速扩张。     

黄河三角洲湿地景观格局动态变化分析

在RS和GIS技术的支持下,以黄河三角洲1986,1996,2006年的三期TM影像为数据源,利用遥感图像处理软件对近代黄河三角洲湿地信息进行了提取.借助于地理信息系统软件和景观生态学软件,我们对20年来黄河三角洲湿地景观格局的动态变化,以及影响其格局动态变化的驱动力进行了分析.结果表明:(1)近20年来,人工湿地面积有了大幅度的增加,而天然湿地的比重在降低.其中,滩涂和柽柳灌草丛景观明显萎缩.(2)一些重要的景观格局指数的计算结果表明,20世纪90年代以来,黄河三角洲湿地景观斑块个数、香农多样性指数、香农均匀度指数一直在增加.黄河三角洲湿地景观的破碎化程度在加剧,斑块类型更加多样化,湿地景观中没有明显的优势类型且各斑块类型在景观中均匀分布.(3)湿地与湿地、湿地与非湿地之间发生着类型转化.其中,18.1%的芦苇草甸转化为农田;26.6%的翅碱蓬草甸转化为盐田;11.9%的芦苇沼泽转化为芦苇草甸.(4)在黄河三角洲湿地演化的过程中,受到自然和人为方面演化驱动力的共同作用.其中,自然因素主要有:黄河断流、泥沙淤积和自身演替动力等.人为驱动力主要为农田开垦、滩涂的开发与围垦、油田开发和人工建筑等.     

基于CLUE-S模型的辽河流域景观格局空间分布模拟

基于CLUE-S模型,以辽河流域为研究区,利用2000年和2010年两期土地利用数据,采用Logistic逐步回归方程ROC曲线,选择高程、距离、土壤等8种驱动因子,对2010年景观格局进行模拟,并依据2010景观格局、相应的辽河流域土地利用规划,设置3种不同情景,进行2010-2020年景观格局模拟。研究表明：(1)模拟的2010年景观格局,kappa精度达到90%以上,表明CLUE-S模型在辽河流域具有良好的景观格局模拟能力。(2)辽河流域在不同情境下,建设用地均出现不同程度的增加,耕地出现不同程度减少。其中,情景2中,森林有所减少,耕地转化幅度较大,建设用地围绕辽河流域城镇带建设逐步扩展,集中在沈阳、抚顺、鞍山等工业发达城市;情景3中,森林、湿地逐步扩大,表现在东部退耕还林,南部紧靠辽海入口湿地增加。研究结论可为未来辽河流域的生态保护建设及景观格局合理规划提供参考依据。     

环长株潭城市群湿地生态安全研究

本文选取环长株潭城市群为研究区域,以Landsat TM影像解译后的土地利用数据、MODIS影像计算的植被指数,以及人口、经济和气候数据等为数据源,基于“压力-状态-响应”框架模型构建湿地生态安全评价指标体系对该区域2000-2010年湿地生态安全进行综合评价。结果表明：（1）环长株潭城市群2000、2005、2010年湿地生态安全指数均值分别为0.7268、0.7151和0.7196,湿地生态安全状态“良好”,生态安全等级程度为“较安全”。（2）环长株潭城市群区域差异性明显,一级湿地生态安全区主要分布在洞庭湖周边,二级湿地生态安全区沿主要河流分布,三级湿地生态安全区主要分布在2个或3个城市之间的交界区域。（3)研究期间环长株潭城市群湿地面积变化明显,该区域湿地总面积逐年减少;森林沼泽、草本沼泽、湖泊、河流、水田的斑块分维数均呈增加趋势;水库/坑塘、河流破碎度指数明显高于其他景观类型,湿地生态系统服务价值总体减少。在此基础上,从土地利用变化与转型、湿地景观结构与功能、自然因素等方面对影响该区域湿地生态安全的主要驱动因子进行了分析。结果表明,人类社会经济活动直接作用于湿地生态环境,通过改变区域景观和土地利用结构使湿地面积发生变化,直接影响湿地生态安全。气温、降水等气候因素通过改变水热状况和植被覆盖,间接影响湿地生态安全。针对该区域湿地生态安全存在的问题,建议在发展过程中正确处理好经济与生态环境之间的关系,尽可能减少人类活动对湿地生态环境的干扰。     

基于3S技术的野鸭湖湿地系统景观格局演变研究

野鸭湖湿地自然保护区是北京最大的湿地自然保护区,也是唯一的湿地鸟类自然保护区,因此,选择野鸭湖研究城市湿地景观格局演变特征具有典型意义。以野鸭湖自然保护区为研究对象,分析了1999年、2004年、2009年和2014年4个时期野鸭湖湿地系统景观格局演变过程,并根据景观指数分析其动态变化趋势。研究结果表明:①野鸭湖湿地面积在1999~2004年间逐渐减少,之后逐年恢复,至2014年湿地面积总数已恢复到1999年的水平,但水体的面积仍缩减一半,主要恢复的是草甸湿地和疏林湿地。②野鸭湖湿地景观格局的变化特征主要表现为:景观破碎度增加,景观形状更加复杂,景观多样性和异质性增加而优势度降低。③野鸭湖湿地斑块类型呈现如下特征:耕地连片分布,耕地开垦力度减缓;草甸湿地成片增长且优势度逐渐明显,形状复杂;水体分布聚集,2014年出现恢复现象;疏林湿地面积不断增长,呈现破碎化现象;建筑用地面积也略微增长,但分布分散;滩涂湿地面积最小,形状简单。     

近30年东平湖湿地景观格局演变研究

随着区域经济的迅速发展,工业化程度加剧以及旅游开发等人为活动的影响,东平湖湖区景观格局发生了显著变化,威胁着湿地资源的可持续利用。该文在遥感和GIS技术的支持下,以东平湖1985年、1991年、1996年、2000年、2004年、2011年、2015年7期Landsat TM/OLI影像为数据源,对东平湖湿地景观类型进行了提取。同时利用Fragstats景观分析软件,选取景观多样性、景观优势度、景观均匀度、景观破碎度等指标,在景观水平上研究了1985—2015年近30年来东平湖湿地景观格局的动态变化特征。结果表明,近30年来,湿地与湿地、湿地与非湿地之间发生着景观类型的转化。其中,裸地面积显著减少,建筑用地面积显著增加,自然水面逐渐增大,各植被景观面积没有明显变化趋势。景观格局指数的计算结果表明,研究时段内东平湖湿地景观均匀度指数波动增加,景观多样性指数趋于减小,东平湖湿地景观破碎化程度较均衡,但有加剧趋势,景观类型波动中趋于简单。     

黄河下游沿岸湿地景观格局变化研究

在遥感和GIS技术的支持下,结合研究区湿地的区域特点确定沿黄湿地景观分类系统。构建了湿地景观格局变化表征模型,综合利用景观多样性指数、景观破碎化指数、景观要素斑块分布质心空间变化等景观格局指标和斑块数量,斑块面积、斑块平均面积、斑块数量等景观类型指标,比较系统地分析了近七年研究区湿地景观格局的动态变化。结果表明:①研究区湿地的分布面积呈显著下降趋势;②随着人类干扰强度的增加,景观多样性上升;③湿地景观要素中,稻田湿地、滩涂面积在减少,而水库坑塘、黄河面积都在不断增加。     

鄱阳湖南矶湿地景观信息高分辨率遥感提取

鄱阳湖南矶湿地是亚热带典型过水性湿地,由于该区域水文情况复杂,且泥滩、沼泽和疫水（血吸虫）分布较广,导致野外考察验证工作困难,使用传统的遥感信息提取方法很难保证该地区湿地景观的提取精度。本文以高分一号影像为数据源,综合运用数字高程模型（DEM）、归一化植被指数（NDVI）、归一化水体指数（NDWI）等辅助数据,采用面向对象分类方法,对鄱阳湖南矶湿地景观信息进行提取研究,并取得了较好的分类效果。研究结果表明：（1）基于国产高分辨率影像的面向对象分类,既兼顾了国产高分辨率影像光谱、空间、结构、纹理信息,又综合利用多源辅助数据参与到分类计算中,分类精度得到明显的提升;（2）基于面向对象与多源数据分类方法对湿地混合像元有较好地识别能力,可获得较高的总体分类精度（94.3275%）和Kappa系数（0.9324）,说明利用多源数据的面向对象方法提取湿地信息是可行的,其分类结果具有较高的准确性和可信度,较好地解决了过水性湿地景观分类问题;（3）该分类方法弥补了单一遥感影像分类方法的不足,对研究国产高分卫星在提取过水性湿地景观信息方面具有重要的参考和实际意义。最后,分析了多源数据面向对象分类尚待解决的问题和下一步的研究方向。     

北京湿地分析与监测

在“3S”技术支持下,结合野外调查与室内综合分析,全面调查监测了北京地区湿地的类型、面积。其类型较多、分布较广、湿地环境差异显著,生物多样性丰富。湿地的主要类型包括湖泊湿地、河流湿地、水库、池塘、稻田等自然湿地和人工湿地,其中人工湿地面积为323541.822km²,自然湿地面积为138214.740km²,约占全市面积的0.3%。另外,选择重点水库湿地和典型湿地做了动态变化研究,结果表明:水库湿地中的密云水库、官厅水库和怀柔水库与1998年相比,面积分别减少了42.0%,23.9%和4.9%,典型湿地的景观格局也发生了相应的改变。由此可以看出,北京湿地面积逐年减少、生态环境质量逐年下降。最后,根据北京湿地现状和暴露出来的问题,提出了一些建设性的结论和建议。本项目的实施为进一步研究湿地变化与周边气候、地形地貌、土地利用、植被变化以及社会经济发展情况的关系,分析湿地受威胁因素,评价湿地生态环境现状,提出湿地保护的措施,奠定了基础。     

Spatial variation and soil nitrogen potential hotspots in a mixed land cover catchment on the Chinese Loess Plateau

Soil nitrogen(N) is critical to ecosystem services and environmental quality. Hotspots of soil N in areas with high soil moisture have been widely studied, however, their spatial distribution and their linkage with soil N variation have seldom been examined at a catchment scale in areas with low soil water content. We investigated the spatial variation of soil N and its hotspots in a mixed land cover catchment on the Chinese Loess Plateau and used multiple statistical methods to evaluate the effects of the critical environmental factors on soil N variation and potential hotspots. The results demonstrated that land cover, soil moisture, elevation, plan curvature and flow accumulation were the dominant factors affecting the spatial variation of soil nitrate(NN), while land cover and slope aspect were the most important factors impacting the spatial distribution of soil ammonium(AN) and total nitrogen(TN). In the studied catchment, the forestland, gully land and grassland were found to be the potential hotspots of soil NN, AN and TN accumulation, respectively. We concluded that land cover and slope aspect could be proxies to determine the potential hotspots of soil N at the catchment scale. Overall, land cover was the most important factor that resulted in the spatial variations of soil N. The findings may help us to better understand the environmental factors affecting soil N hotspots and their spatial variation at the catchment scale in terrestrial ecosystems.     

Identifying key environmental factors influencing spatial variation of water quality in upper Shitoukoumen Reservoir Basin in Jilin Province, China

Based on the observed data in monitored drainage areas and GIS spatial analysis tools, watershed basic database of Shitoukoumen Reservoir Basin was built. The multivariate analysis and redundancy analysis (RDA) were used to analyze the spatial and temporal variations of water quality, identify the key environmental factors and their patterns influencing the spatial variation of water quality, and determine the main types and forms of the non-point source (NPS) pollutant export controlled by the key environmental factors. The results show that different patterns of environmental factors lead to great changes in water quality at spatial and seasonal scales. All selected environmental factors explain 64.5% and 68.2% of the spatial variation of water quality over dry season and rainy season, respectively, which shows clear seasonal difference. Over dry season, residential land is the most important environmental factor, which possesses 35.4% of the spatial variation, and drainage area is the second key environmental factor, which possesses 17.0% of spatial variation in the total variance. Over rainy season, slope length and drainage area are the key environmental factors, which possess 29.3% of the spatial variation together. Residential land influences nitrogen export by changing NH₄ ⁺-N and particulate organic nitrogen (PON) discharge over dry season, and drainage area controls phosphorus export by regulating dissolved phosphorus (DP) drainage over dry season and phosphorus associated particulate (PAP) loss over rainy season, respectively. Although slope length is an important environmental factor, it does not influence NPS pollutant export. It is interesting that soil organic matter, as a minor environmental factor, highly determines phosphorus and nitrogen export by enhancing the DP, PAP and PON loss.     

基于街景图像的厦门本岛环境特征对住宅价格的影响研究

住宅价格的空间分异是城市空间资源配置不均衡的外在表现,理解住宅价格的主导影响因素及其空间分异特征对于住区规划及房价调控政策的制定具有重要意义。既有研究较少考虑环境品质对住宅价格的影响和影响因素的作用尺度差异,针对以上问题,本文引入街景图像,在特征价格模型的基础上拓展环境特征,构建多尺度地理加权回归（MGWR）模型,研究环境特征对住宅价格的影响效用,并通过分析其他控制变量的系数空间格局,总结各变量的空间分异特征规律。主要结论为：① 街景图像测度的环境特征更符合人们对居住环境的真实感知,研究结论可为居住环境品质提升提供更加精细化的设计策略; MGWR模型对变量的空间分异现象具有更接近于真实值的拟合效果,可描述不同变量的作用尺度差异,这有助于为特定地区制定针对性规划策略。② 厦门本岛住宅价格呈现显著的聚类特征,并沿城市核心发展轴呈“带状”结构分布。③ 3个环境特征变量对于住宅价格均为显著的正向影响,且作用接近全局尺度,街景绿视率的影响最强,其次是天空开敞度和相对步行指数。④ 总结各变量的系数空间分异规律,发现不同特征地区住宅价格的主导影响因素不同,核心地区主要受交通、教育因素的影响;老城地区主要为环境品质、建筑质量因素;新城地区则为区位、生活设施因素。     

黑河流域植被类型分布模拟分析

针对黑河流域植被类型空间分布的垂直地带性特征,本文基于支持向量机算法构建黑河流域植被类型空间分布的模拟分析模型,并运用Kappa系数和混淆矩阵检验方法对模拟精度进行检验。验证结果显示,模型总体精度（OA）值为75.54%,Kappa系数值为0.66,表明了该方法在植被分布模拟上具有较好的结果,适用于区域尺度下植被类型分布的空间模拟。模拟结果表明,该方法对半灌木-矮半灌木荒漠和温带禾草-杂类草草甸草原类型的模拟精度最高,分别为（90.20%和90.02%）;分布面积最大的植被类型（如半灌木-矮半灌木荒漠,灌木荒漠、嵩草-杂类草高寒草甸等）相比于其他面积较小的植被类型具有显著优异的模拟结果;人工经济作物、荒漠植被类型以及草原草甸等植被类型对于所选环境因子的敏感性更强,而灌丛类型和乔木类型的模拟结果在不同类型间的波动较大;空间分布上,环境要素差异性明显、植被类型丰富的上游地区具有更好的模拟结果,优于地势平坦、气候差异性小的黑河中下游地段,但模拟结果在景观形态上具有更高的破碎度。     

Quantification of driving factors on NDVI in oasis-desert ecotone using geographical detector method

Within oasis-desert ecotone regions, the normalized difference vegetation index(NDVI) is an important parameter for evaluating the growth of vegetation. An accurate quantitative study between NDVI and environmental and anthropogenic factors is critical for understand the driving factors of vegetation growth in oasis-desert ecotone. In 2016,four periods Landsat 8 OLI_TIRS images, relevant climatological parameters data(air temperature, air relative humidity, wind velocity and accumulated temperature), land cover type data and soil data were selected as proxies. In order to quantify the explanatory power for NDVI spatial and temporal distribution in the southern edge of Dunhuang City and northern side of the Mingsha Mountain, the geographical detector model was used to explain the potential influences of factors versus the spatial distribution of NDVI, and each explanatory variable's relative importance can be calculated. The factordetector results disclose that the spatial distribution of NDVI is primarily dominated by land cover type.The risk detector results show that, high NDVI region is located within woodland. The mean value of NDVI displays an increase and then decrease trend with air temperature increase. With the increase of wind velocity and decrease of air relative humidity, the NDVI value shows a decrease trend. The interactive q values between the two factors are higher than any q value of separated factors. Results also indicate that the strongest interactive effects of NDVI are different in distinct seasons. Consequently, anthropogenic activity is more important than environmental factors on NDVI in oasis-desert ecotone. We also demonstrate that air relative humidity rather than air temperature have played a greater role in NDVI spatial distribution.     

全国γ辐射剂量率空间分布差异影响机理研究

γ辐射剂量率的监测是天然放射性水平调查的重要部分,其关系到公众健康和辐射环境安全。目前中国环境γ辐射剂量率的空间分布水平的评价多基于专家经验知识,该方法不能够定量化表达γ辐射剂量率与环境因子的相互作用关系。为了进一步了解中国环境γ辐射剂量率的空间分布水平及影响其分布的机理,基于地理探测器提出了定量表达γ辐射剂量率与环境因子的相互作用关系的方法。本文首先收集了2015年全国辐射环境自动监测站的空气吸收剂量率的数据,并计算了44个地级市的年均值作为被解释变量;然后探索性分析了44个地级市的γ辐射剂量率的空间分布的规律;最后结合环境要素指标,借助地理探测器方法揭示了全国辐射剂量率的空间分布影响机理。研究发现：① 低值沿着中国黑河至南宁的沿线缓冲带分布,高值在该缓冲带两侧扩散。② 环境要素中解释力由高到底排序为：海拔高程（0.846）>气候带（0.741）>植被覆盖（0.691）>土地利用分类（0.427）>生态系统（0.419）>地形（0.101）。海拔高程一方面通过表观地球营力与地质构造,从而影响着地壳中天然辐射水平;另一方面对通过对自然环境的分布情况的影响,决定着人类生产活动的分布,进而作用到人工电离辐射源。因此影响γ辐射剂量率的空间分布的主要环境因子是综合了自然要素与人文经济活动的海拔高程。     

Combining Environmental Factors and Lab VNIR Spectral Data to Predict SOM by Geospatial Techniques

Soil organic matter(SOM) is an important parameter related to soil nutrient and miscellaneous ecosystem services. This paper attempts to improve the performance of traditional partial least square regression(PLSR) model by considering the spatial autocorrelation and soil forming factors. Surface soil samples(n = 180) were collected from Honghu City located in the middle of Jianghan Plain, China. The visible and near infrared(VNIR) spectra and six environmental factors(elevation, land use types, roughness, relief amplitude, enhanced vegetation index, and land surface water index) were used as the auxiliary variables to construct the multiple linear regression(MLR), PLSR and geographically weighted regression(GWR) models. Results showed that: 1) the VNIR spectra can increase about 39.62% prediction accuracy than the environmental factors in predicting SOM; 2) the comprehensive variables of VNIR spectra and the environmental factors can improve about 5.78% and 44.90% relative to soil spectral models and soil environmental models, respectively; 3) the spatial model(GWR) can improve about 3.28% accuracy than MLR and PLSR. Our results suggest that the combination of spectral reflectance and the environmental variables can be used as the suitable auxiliary variables in predicting SOM, and GWR is a promising model for predicting soil properties.     

高时间分辨率遥感在土壤质地空间变化识别中的应用

在土壤信息推测研究中,遥感技术通常被作为辅助手段,用来提供地形和植被数据,并利用它们与土壤之间的关系推导土壤空间信息。然而,在平原等地形平缓的农业区,易于观测的地形和植被等环境因素,通常与土壤的协同程度较低,不能有效用于推测土壤质地等属性的空间变化。对于这类地区,如何寻找新的易于获取的变量,以准确地揭示土壤属性的空间变化,是需要解决的问题。本文提出了利用高时间分辨率遥感捕捉这类地区土壤质地空间变化的方法。采用光谱-时间响应线对多时相的光谱数据进行组织表达,使用光谱信息散度定量刻画不同光谱-时间响应线之间的差异。结果显示,在相同的地形和植被条件下,土壤质地相同的区域,其地表动态反馈模式明显相似;土壤质地不同的区域,其反馈模式也明显不同;土壤质地越相似,反馈模式也呈相似趋势。这表明,高时间分辨率遥感获取的地表动态反馈能够有效地指示土壤质地的空间差异。本文的工作表明了高时间分辨率遥感在土壤空间变化识别方面的应用潜力。     

西北太平洋柔鱼资源与海洋环境的GIS空间分析

本文根据1995～2001年的西北太平洋地区(35°N～45°N,140°E～170°W)巴特柔鱼资源调查与生产的实际情况对柔鱼渔获量进行了研究,并利用同期遥感反演的海洋表层温度数据(SST)和近表层叶绿素a数据(Chlorophylla),拓展了GIS的空间分析功能,定量地研究了我国远洋柔鱼产量与水温、叶绿素等海洋要素场之间的关系,揭示西北太平洋柔鱼中心渔场的环境特征,以期为我国西北太平洋海区的鱿鱼生产服务。     

中国居民预期寿命及其影响因素的空间差异分析

良好的健康和人类福祉是联合国提出的可持续发展目标之一,提高人口预期寿命是迈向此目标的重要一步。由于中国城市在自然环境和社会发展方面有所差异,因此理解不同城市居民的预期寿命主要受何种因素的影响是制定城市公共卫生策略的关键。本研究基于2015年中国286个城市的有效数据,利用探索性回归、普通最小二乘回归、地理加权回归筛选与预期寿命最相关的影响因素并探索其空间差异,再通过二阶聚类将城市分类,以针对性地提出每类城市政策建议。结果显示：① 经济发展,教育条件和医疗设施条件对预期寿命有显著的积极影响,平均海拔和环境污染则具有负面影响;② 东南地区的经济发展对当地居民的预期寿命影响程度更大;东北和西南地区的医疗设施条件对其居民预期寿命促进程度更高;北部地区的教育条件对当地居民预期寿命影响比其他地区更高;平均海拔对西部地区居民预期寿命的影响最大;西北地区居民的预期寿命则更易受到环境污染带来的负面影响;③ 根据空间差异将城市分为3类,其居民预期寿命关键影响因素依次是经济发展和环境污染、教育条件、医疗设施,每类城市的城市管理者应重点关注不同因素来提升居民的预期寿命。