中国耕地变化驱动力分区研究

耕地变化机制是土地利用/土地覆盖(LUCC)研究的重要问题之一. 文中依据1980年代末和2000年两期土地利用遥感调查数据, 应用地理信息系统(GIS)和遥感技术对全国近期耕地变化与自然、社会经济状况进行综合分区研究. 研究发现, 各地区耕地减少和增加是在地理背景制约下,气候系统和社会经济系统变化共同驱动下发生的. 但引起耕地变化的驱动机制具有显著的区域差异, 在中西部地区自然条件的制约和推动起主导作用, 而在东部较发达地区, 社会经济、政策的驱动起主要作用. 耕地面积减少状况在全国范围内普遍存在, 其主导因素包括：招商引资和对外开放政策背景下的开发区建设、城市化导致的产业结构变化和城镇扩张、人民生活水平提高导致的就业观念的改变、气候变化导致的耕种收益的下降、交通条件的改善等等, 这些因素相互作用、相互依赖, 共同导致了中国近年来耕地大量减少的局面. 耕地增加则主要由于农民集体或个人为增加收入, 并在气候条件允许下, 开垦林地、草地或未利用地. 对LUCC驱动机制的研究建立在耕地变化综合分区的基础上, 不仅考虑区域内部的自然与人文因素, 而且还充分考虑了区域外部自然与人文因素的影响作用, 并以定量化的指标反应了各种不同因素对耕地变化的影响作用水平, 本研究可以为综合地理分区与土地利用变化驱动机制研究领域提供一种新的研究方法和思路.     

干旱区绿洲两种典型的LUCC过程与驱动力对比分析——以天山北坡三工河流域为例

根据三工河流域绿洲1978,1987年航片、1998年TM影像以及土壤、水文与社会经济资料,综合运用遥感、GIS、土地利用/覆被变化(LUCC)指数模型、Logistic逐步回归模型及所提出的因子加权和指标,分析表征影响因子对区域土地利用空间格局的影响程度,比较小规模家庭承包和大规模农场耕作的两种典型土地经营模式下的LUCC过程和驱动力.耕地、草地控制全区土地利用的基本格局,耕地、城镇村工矿用地面积逐年增加,家庭经营区林草地面积均大幅度减少,而农场经营区仅草地有所减少(减幅12.0%),林地却增加了(增幅13.7%);研究区前期(1978～1987年)土地利用变化比后期(1987～1998年)剧烈,家庭经营区土地利用变化比农场经营区剧烈.政策是土地利用变化的决定性因素,水资源是土地利用的先决条件,在政策的宏观控制和水资源的约束下,全区土地利用变化的主要驱动因素为人口和经济,主要的限制因素为土壤肥力和地下水埋深;家庭经营区人为驱动占主导地位,农场经营区自然因素的限制作用更加突出.影响因子波动越大的区域或时段,其土地利用的变化也越显著.     

干旱区绿洲两种典型的LUCC过程与驱动力对比分析——以天山北坡三工河流域为例

根据三工河流域绿洲1978,1987年航片、1998年TM影像以及土壤、水文与社会经济资料,综合运用遥感、GIS、土地利用/覆被变化(LUCC)指数模型、Logistic逐步回归模型及所提出的因子加权和指标,分析表征影响因子对区域土地利用空间格局的影响程度,比较小规模家庭承包和大规模农场耕作的两种典型土地经营模式下的LUCC过程和驱动力.耕地、草地控制全区土地利用的基本格局,耕地、城镇村工矿用地面积逐年增加,家庭经营区林草地面积均大幅度减少,而农场经营区仅草地有所减少(减幅12.0%),林地却增加了(增幅13.7%);研究区前期(1978～1987年)土地利用变化比后期(1987～1998年)剧烈,家庭经营区土地利用变化比农场经营区剧烈.政策是土地利用变化的决定性因素,水资源是土地利用的先决条件,在政策的宏观控制和水资源的约束下,全区土地利用变化的主要驱动因素为人口和经济,主要的限制因素为土壤肥力和地下水埋深;家庭经营区人为驱动占主导地位,农场经营区自然因素的限制作用更加突出.影响因子波动越大的区域或时段,其土地利用的变化也越显著.     

干旱区绿洲两种典型的LUCC过程与驱动力对比分析——以天山北坡三工河流域为例

根据三工河流域绿洲1978,1987年航片、1998年TM影像以及土壤、水文与社会经济资料,综合运用遥感、GIS、土地利用/覆被变化(LUCC)指数模型、Logistic逐步回归模型及所提出的因子加权和指标,分析表征影响因子对区域土地利用空间格局的影响程度,比较小规模家庭承包和大规模农场耕作的两种典型土地经营模式下的LUCC过程和驱动力.耕地、草地控制全区土地利用的基本格局,耕地、城镇村工矿用地面积逐年增加,家庭经营区林草地面积均大幅度减少,而农场经营区仅草地有所减少(减幅12.0%),林地却增加了(增幅13.7%);研究区前期(1978～1987年)土地利用变化比后期(1987～1998年)剧烈,家庭经营区土地利用变化比农场经营区剧烈.政策是土地利用变化的决定性因素,水资源是土地利用的先决条件,在政策的宏观控制和水资源的约束下,全区土地利用变化的主要驱动因素为人口和经济,主要的限制因素为土壤肥力和地下水埋深;家庭经营区人为驱动占主导地位,农场经营区自然因素的限制作用更加突出.影响因子波动越大的区域或时段,其土地利用的变化也越显著.     

近50a中国东部和西部湖区水量空间变化趋势

基于近代湖泊水量(水位、水深和面积)记录,对近50 a中国东部和西部湖区水量的空间变化趋势进行半定量研究.结果表明:整体上看,20世纪80年代以前,东部湖区水量呈现波动变化而西部湖区水量基本趋于减少;80年代以后东部和西部湖区水量均表现为不同程度的增加.其中,20世纪50年代,东部和西部湖区水量状况基本相似,均保持高湖面特征.20世纪60年代,东部湖区水量有所减少但幅度不明显,而西部湖区以中高水量为主.20世纪70年代,不同区域湖泊基本都保持中湖面特征.20世纪80年代,东部湖区水量呈增加趋势而西部湖区水量相对70年代略有减少.20世纪90年代,东部和西部湖区水量均表现为增加趋势.进一步研究发现,最近50 a来中国不同区域湖泊水量发生变化除了气候因素的驱动外,人类活动的影响也是不可忽视的.     

20世纪90年代LUCC过程对中国农田光温生产潜力的影响

在20世纪90年代中国气候观测数据和遥感土地利用动态观测数据的支持下, 计算了中国20世纪90年代农田光温生产潜力的变化. 结果表明: 20世纪90年代的LUCC过程直接导致了中国农田光温生产潜力总量和区域分布的变化, 总体趋势是南减北增, 总量净增加2622万吨; 在各种土地利用类型之间的相互转变和转化过程中, 耕地扩张和农田损失是导致全国农田光温生产潜力总量净变化的主要原因, 耕地扩张使全国农田光温生产潜力总量净增加8335万吨, 占全国农田光温生产潜力总量的3.50%, 主要分布在东北、西北和华北等农林、农牧交错区和沙漠绿洲区, 主要是由于该地区大面积的农田开垦所导致; 农田损失使全国农田光温生产潜力总量净减少5713万吨, 占全国农田光温生产潜力总量的2.40%, 主要分布在黄淮海平原、长江三角洲、珠江三角洲、陇中、东南沿海、四川盆地东南部以及乌鲁木齐—石河子一带, 主要是由于该区域经济发展较快, 城市扩张明显, 城乡建设用地大量侵占耕地的缘故.     

20世纪90年代LUCC过程对中国农田光温生产潜力的影响--基于气候观测与遥感土地利用动态观测数据

在20世纪90年代中国气候观测数据和遥感土地利用动态观测数据的支持下, 计算了中国20世纪90年代农田光温生产潜力的变化. 结果表明: 20世纪90年代的LUCC过程直接导致了中国农田光温生产潜力总量和区域分布的变化, 总体趋势是南减北增, 总量净增加2622万吨; 在各种土地利用类型之间的相互转变和转化过程中, 耕地扩张和农田损失是导致全国农田光温生产潜力总量净变化的主要原因, 耕地扩张使全国农田光温生产潜力总量净增加8335万吨, 占全国农田光温生产潜力总量的3.50%, 主要分布在东北、西北和华北等农林、农牧交错区和沙漠绿洲区, 主要是由于该地区大面积的农田开垦所导致; 农田损失使全国农田光温生产潜力总量净减少5713万吨, 占全国农田光温生产潜力总量的2.40%, 主要分布在黄淮海平原、长江三角洲、珠江三角洲、陇中、东南沿海、四川盆地东南部以及乌鲁木齐-石河子一带, 主要是由于该区域经济发展较快, 城市扩张明显, 城乡建设用地大量侵占耕地的缘故.     

基于CMIP5多模式评估人为和自然因素外强迫在中国区域气候变化中的相对贡献

基于观测资料和CMIP5多模式的历史试验(考虑所有驱动因子)以及单因子强迫气候归因试验结果,估算了温室气体、气溶胶、土地利用及自然因素等外强迫在中国区域气候变化中的相对贡献.结果表明,人为和自然外强迫的共同作用可解释近30年观测气温变化的95%~99%,其中温室气体引起的温度变化是观测增温的2~3倍,而气溶胶起到了显著的冷却降温作用;人为和自然因素外强迫对近几十年观测降水的变化的可能贡献约为65%~78%,其中,气溶胶和温室气体是中国区域降水的主要外强迫因子,尤其气溶胶主导着中国东部降水变化的分布型,而自然因素外强迫的贡献主要体现在干旱半干旱区.人类活动主导了近60年来中国区域气温的长期非线性趋势,特别是从20世纪60年代开始温室气体的影响强度逐渐增大,是中国区域气候变暖最主要的贡献者;不同外强迫因子对中国区域降水长期非线性趋势的影响具有明显的区域差异,温室气体是20世纪70年代以后干旱半干旱区降水逐渐增加的主要贡献者,而气溶胶的主要影响使湿润半湿润区降水有较为明显下降趋势,土地利用和自然因素外强迫也会造成降水呈减少的趋势.通过最优指纹法(Optimal Fingerprinting)的检测可知,人类活动能够很好地解释近60年来中国区域特别是湿润半湿润区观测气温的变化,其中温室气体的单独作用能够清晰地从观测结果中检测出来;由于多模式结果的不确定性,观测降水变化的归因目前还无法通过残余一致性检测.需要指出的是,尽管本文的研究结果还存在着一定的不确定性,但仍可为中国区域气候变化成因研究及其预测提供科学依据.     

湖北省湖泊演变及治理对策

湖北省是长江中游重要的湖泊分布区,在历史时期湖泊分布广阔,是著名的云梦泽的主体.由于江湖关系演变和人类活动的影响,湖泊面积变化迅速,尤以20世纪为甚.本文在野外调查和历史文献分析的基础上,利用不同时期的水利图、地形图、遥感影像图作为基本信息源,在GIS技术支持下,提取湖泊水域信息,对湖北省湖泊的主要分布区--江汉平原近百年湖泊水域变化进行了研究.结果表明,从20世纪20年代开始湖泊面积和个数呈先增加后减少的趋势,50年代处于鼎盛时期,50年代到70年代迅速减少,70年代至2000年减幅明显减缓.这种动态变化是自然因素和人类活动综合作用的结果,人类活动的作用更为突出.湖泊面积的减少,带来一系列生态环境问题.针对湖泊资源日益减少的现状,文章提出了治理对策和建议.     

中国区域蒸发潜力不均性发展趋势及其气候成因分析

气象台站20 cm蒸发皿观测资料自然正交分解显示,1980～2000年中国区域气温显著增加期间,长江中游至河套、东北等区域地表年蒸发潜力呈增加趋势;相反在长江以南、东部和西南等地区年蒸发潜力呈下降趋势.辐射观测资料分析结果表明,自20世纪70年代中国区域太阳入射能整体呈下降趋势,因此对于蒸发潜力增加的地区,太阳辐射产生...     

太湖流域土地利用变化的水文响应模拟

以城市化快速发展的太湖流域为研究对象,采用1985、1995和2000年TM/ETM土地利用解译资料,应用区域尺度单元格网分布式水文模型,进行长序列水文模拟,定量评估太湖流域土地利用变化及其水文响应特征,为流域用地规划、水资源管理以及灾害防治提供决策参数.研究显示,自1985年到2000年,太湖流域城镇面积扩展了40.38%,增加量占太湖流域总面积的3.88%.在1980-2000年的雨情下,全流域土地利用变化导致产流量平均增加4.11%,约为7.56×108 m3,最高值为11.76%,约为10.0×108 m3.受土地利用变化空间差异影响,产流量增加具有较大区域差异,城镇快速扩展的苏锡常地区和浦东浦西地区,土地利用变化导致产流量平均增加为10.07%和7.03%,最高增量达20%-30%.     

过去300年中国土地利用、土地覆被变化与碳循环研究

历史时期的土地利用与土地覆被变化是影响陆地生态系统碳循环的重要因素。过去300年间,我国土地利用与覆被发生了较大变化,林地面积迅速减小,垦殖扩张明显,均对陆地生态系统的碳循环产生了重要的影响。采用通过第一手历史文献资料重建的历史土地数据,分析了过去300年我国土地利用变化的主要特征,研究表明：在研究时段,耕地面积持续增加,从清前期1661年的60.78×10^6hm^2增加到20世纪末的96.09×10^6hm^2;森林面积从1700年的248.13×10^6hm^2降至1949年的109.01×10^6hm^2。受土地利用与覆被变化影响,全国陆地生态系统的碳储量也随之变化。其中,地上植被破坏弓I起的碳排放大约为3.70Pg C;土壤有机碳排放介于0.80-5.84Pg C之间,最适估计为2.48Pg C;植被和土壤变化引发的碳排放总计达4.50-9.54Pg C,最适估算为6.18Pg C。这远小于国外学者估算所得的17.1-33.4Pg C的排放量。碳排放的空间分异明显,由于东北地区和西南地区的植被破坏相对较大,过去300年间这两个地区受土地利用与覆被变化影响的碳排放也较大,其余排放量从大到小依次为内蒙古地区、华南西部地区、新疆和青藏高原区;而作为历史上传统农区的华北地区和华东地区,土地利用与覆被变化对陆地生态系统碳储量影响相对较小。但是近年有关研究显示,目前全国自然植被活动增强,土地利用活动,特别是农林活动正对陆地生态系统碳储量产生比较明显的积极作用。     

东北地区过去300年耕地覆盖变化

人类通过耕作活动对自然植被景观的改变是全球环境变化的重要表现形式之一. 东北地区是过去300年中国人类活动对土地覆盖变化发生重大影响的典型地区, 对于从人类-环境耦合系统的角度看土地覆盖变化及其驱动机制具有重要意义. 采用历史数据订正与多源耕地数据关系模型校核相结合的方法, 重建了东北地区过去300年耕地面积时间序列以及耕地覆盖的空间格局变化, 结果表明: (1) 从变化总趋势来看, 过去300年东北耕地几乎呈指数增长, 增长最为迅速的时期为近100年, 垦殖率由约10%增至20%以上; (2) 从空间格局变化来看, 18世纪中后期之前, 东北三省的开垦区域还主要局限于辽宁省, 19世纪末至20世纪初开垦区域大规模向北扩张, 至20世纪初期, 东北的垦殖北界已达到黑龙江中部; 20世纪东北整体垦殖强度仍不断增大, 但区域差异性逐渐减小, 其中, 20世纪初至30年代和20世纪50年代至80年代高垦殖率区域扩张较明显, 并逐渐形成了3个主要农耕区; 在20世纪30~40年代的吉林省与黑龙江省, 表现出新垦殖区域向森林地区的扩张. 总之, 过去300年东北耕地覆盖的时空变化, 反映出人类通过土地开垦、森林砍伐等生产活动已较大幅度地改变了该区域的自然景观面貌.     

太湖流域东沈、西沈近百年汞的富集特征

通过对太湖流域的东沈、西沈沉积岩芯中汞（Hg）等金属元素的分析,研究了Hg的富集特征;在精确定年的基础上,计算了近百年来Hg的累积通量、人类活动导致的增量及累积通量变化,揭示了人类活动与降水等自然因素对东沈、西沈沉积物中Hg含量变化的贡献量．结果表明,近百年来,东、讥、西沈沉积物中Hg浓度呈持续上升趋势,人为贡献量占到沉积物中Hg浓度的2／3左右．20世纪早期,沉积物中Hg浓度的增加主要与邻近地区城市发展、化石燃料使用和西方工业革命导致的全球Hg的释放通量增加有关;20世纪30年代以来,沉积物中Hg的人为贡献量随着流域工业规模阶段性的变化而变化,总体呈增加趋势．20世纪70年代中后期至90年代中期,沉积物中Hg的人为污染程度最高;90年代中期以来,随着流域内重污染工业规模的压缩,沉积物中Hg的含量逐渐降低．     

全球变暖背景下中亚干旱区降水变化特征及其空间差异

依据Climatic Research Unit（CRU）1930～2009年间的最新0.5°×0.5°网格点的月均降水量序列,本文分析了中亚干旱区近80年来的降水变化特征及其区域差异.结果发现,近80年来主要受西风环流控制的中亚干旱区年降水整体上表现出增加趋势,年降水中以冬季降水的增加趋势最明显（0.7mm/10a）.中亚干旱区近80年来的降水变化存在空间差异,可划分为五个降水变化区域（Ⅰ-哈萨克斯坦西区,Ⅱ-哈萨克斯坦东区,Ⅲ-中亚平原区,Ⅳ-吉尔吉斯斯坦区,Ⅴ-伊朗高原区）,根据年降水分布模式以45°N为界划分为两类：研究区北部的两个区（Ⅰ和Ⅱ区）四季降水较均匀,南部的三个区均以春、冬季降水为主（占全年降水的60%～82%）.在降水变化趋势上,除了中亚干旱区西南（Ⅴ区）在近80年来有微弱的减少趋势外,其他四区均表现为增加趋势,尤以干旱区西部的Ⅰ区和Ⅲ区降水增加显著.近80年来降水增加或者减少的趋势主要取决于冬季的变化趋势.研究还发现,中亚干旱区降水存在较明显的年际变化, 中亚干旱区及其各分区都具有2～3 a的显著周期,南部三区（Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ区）还存在5～6 a的显著周期,在此基础上都具有3～4个阶段性的变化趋势.最近一次趋势性变化开始于20世纪70年代中后期,研究区降水更多的表现出区域的差异性.近80年来,中亚干旱区降水对全球变暖的响应复杂,西风环流变化可能是影响中亚干旱区降水变化的主要因素.     

1986-2008年吉林省湖泊变化及驱动力分析

利用1986年、1995年、2008年覆盖吉林省的LandsatTM遥感影像,通过目视解译,获取3期土地利用数据;基于GIS技术,分析了过去23年吉林省湖泊的时空变化特征,并对导致湖泊面积变化的自然和人文驱动因素进行分析.结果表明:1986-2008年间,吉林省湖泊面积从1986年的3442km2减少到2008年的2622km2;湖泊个数由3134个减少到2718个.其中1986-1995年间湖泊面积萎缩主要以大中型湖泊(面积大于等于50km2)为主,减少面积为479.7km2;1995年以后,虽然大中型湖泊面积有微弱增加,但中小型湖泊的面积剧烈减少,因此导致湖泊总面积减少311.7km2.湖泊面积变化存在区域差异:过去23年间,东部地区湖泊面积增加42.1km2,中部地区减少98.9km2,西部地区湖泊面积减少最多,为337.7km2.气候干旱化、人口增加带来的压力和水利工程修建等因素对湖泊面积变化产生重要影响.     

卫星遥感藏北积雪分布及影响因子分析

利用1993~2004年SSM/I被动微波辐射仪反演的雪深资料,1996~2004年NOAA/AVHRR可见光和红外反演的积雪覆盖面积资料,1966~2003年藏北地区6个地面台站的积雪观测资料来检验卫星资料的可用性,并研究近年来藏北积雪的时空分布和影响因素.结果表明,SSM/I, NOAA/AVHRR和实际观测的积雪资料具一致性.从积雪时间变化看：季节尺度上,藏北地区秋冬季积雪迅速增加,但春季(3~5月)融雪速度不快,呈现正反馈特征;年际尺度上,藏北地区20世纪60年代末期起积雪开始减少,80年代积雪增加,90年代起到2003年积雪总体上减少,呈现出减少—增加—减少趋势.采用小波分析发现积雪振荡周期存在着一个准2~3年,准9年和13年的周期,从20世纪70年代初到90年代中期还有一个5年的周期.积雪空间上看,藏北地区积雪主要集中在东部地区,该区每个冬春年积雪覆盖旬数超过15旬,显著高于西部少雪区,大部分积雪集中在4900~5600 m的高度左右;藏北高原积雪变动的显著区位于藏北中东部的安多和聂荣地区.利用藏北地区1966~2003年的地面温度和降水资料建立回归方程模拟年累积雪日,结果表明模拟值与实测值之间的相关系数达0.74.积雪时空分布受温度、降水等因子影响明显.1998~2003年藏北积雪的减少与全球变暖有关,但降水的减少可能是导致近年来藏北积雪减少的更主要因素.     

土地利用和气候变化对农牧过渡区生态系统生产力和碳循环的影响

气候和土地利用变化对陆地生态系统碳循环的影响是当前全球变化研究中的中心问题之一. 近20 a来中国的气候和土地利用发生了很大的变化, 对陆地生态系统生产力和碳循环产生重要影响, 尤其是在生态敏感的农牧过渡区. 应用以遥感观测为基础的土地利用数据和高时空分辨率的气候数据驱动生态系统过程模型, 估计土地利用和气候变化对农牧过渡区 NPP(净初级生产力)、植被碳贮量、土壤呼吸和碳贮量以及NEP(净生态系统生产力)的影响. 结果显示, 20世纪80~90年代, 农牧交错带由于气候变暖和降水减少导致NPP减少3.4%, 土壤呼吸增加4.3%, 每年NEP总量减少33.7×10⁹ kg. 尽管植被和土壤碳贮量由于NPP仍然高于HR(土壤异氧呼吸)而有所增加, 但NEP的下降表明气候变化削弱了生态系统的碳吸收能力, 降低了碳贮量的增长速率. 土地利用变化使所发生区域NPP增加3.8%, 植被碳增加2.4%, 每年NEP总量增加0.59×10⁹ kg. 土地利用变化使生态系统碳吸收能力有所加强, 但尚不足扭转由气候变化导致的下降趋势. 土地利用变化对整个区域生产力和碳循环的影响比较小, 但在它所发生地区的影响大于气候变化的影响.     

山地城市河流土地利用结构对水质的影响--以重庆市为例

以重庆主城区6条次级河流为研究区域,运用遥感和地理信息系统计算研究区土地利用构成,借助相关性分析和冗余分析等数理统计手段,分析监测断面汇水区内不同尺度土地利用结构与水质指标间的相关关系.结果表明:研究区土地利用结构以建设用地和林地为主,未利用地和农业用地所占面积比例较少;研究区土地利用结构对各水质指标有重要影响,其中建设用地和农业用地对河流水质恶化具有明显的作用,河流沿岸林地布局能显著改善水质,但随着雨季的到来林地将成为硝态氮的来源.冗余分析进一步证实土地利用类型对水环境有一定影响.研究成果对重庆市河流水环境管理具有重要的实际指导意义,并可为山地城市河流水环境研究提供借鉴.     

近20年来巢湖流域景观生态风险评估与时空演化机制

基于1995、2005、2013年3期Landsat TM/ETM+遥感影像及DEM,应用GIS方法开展巢湖流域景观格局特征分析及生态风险网格化定量评估.研究表明:(1)近20年来,巢湖流域景观格局特征变化明显,表现为建设用地景观破碎度、分离度均呈先下降后上升趋势;农地、林地与水体景观破碎度、分离度均呈上升趋势.(2)生态风险时序分析表明,19952013年,巢湖流域低、较低和中等级生态风险区域面积在逐渐缩小,而较高和高等级生态风险区域范围在不断蔓延.近20年来,巢湖流域生态风险主要由低级向高级转化,面积达6025 km2,是由高级向低级转化面积的2.30倍.(3)生态风险时空演化机制分析表明,巢湖流域生态风险变化区域主要集中在北、西南和东南部,具有明显的阶段性和区域性.近20年来,巢湖流域经历了快速的城市化、工业化以及受到行政区划调整的政策影响,高强度土地利用模式及县域经济活力的释放叠加于本身脆弱的流域生态条件,对景观生态系统造成的强烈干扰促进流域生态风险整体有恶化趋势,需重点加强中级以上生态风险区域的生态保护与建设工作.因此,生态风险演化趋势体现了该流域自然特点和区域社会经济发展对景观生态系统干扰的压力响应.