20世纪80年代以来全球耕地变化的基本特征及空间格局

本文基于全球1982-2011年土地利用/覆被的矢量数据,分析了20世纪80年代以来全球耕地变化的基本特征及空间格局。结果表明：① 20世纪80年代以来,全球耕地面积增加了528.768×10⁴ km²,增加速率为7.920×10⁴ km²/a,呈不显著增加趋势,全球耕地面积以20世纪80年代增速最快。20世纪80年代以来,北美洲、南美洲、大洋洲耕地面积呈显著增加趋势,分别增加了170.854×10⁴ km²、107.890×10⁴ km²、186.492×10⁴ km²,增加速率分别为7.236×10⁴ km²/a、2.780×10⁴ km²/a、3.758×10⁴ km²/a;亚洲、欧洲、非洲耕地面积为减少趋势,分别减少了23.769×10⁴ km²、4.035×10⁴ km²、86.76×10⁴ km²,减少速率分别为-5.641×10⁴ km²/a、-0.813×10⁴ km²/a、 -0.595×10⁴ km²/a。② 20世纪80年代以来,全球增加的耕地主要由草地、林地转化,分别占53.536%、26.148%。新增耕地面积主要分布在非洲南部及中部、澳大利亚东部和北部、南美洲东南部、美国的中部及阿拉斯加、加拿大中部、俄罗斯西部及芬兰北部、蒙古北部等区域。非洲南部的博茨瓦纳为全球耕地增加比例最高区域,增加了80%~90%。③ 20世纪80年代以来,全球耕地换化为其他用地共计1071.946×10⁴ km²,全球减少的耕地主要转化为了草地、林地,分别占比为57.482%、36.000%;全球减少耕地主要分布在非洲中部的苏丹南部、美国中南部、俄罗斯南部及欧洲南部的保加利亚、罗马尼亚、塞尔维亚和匈牙利等国,减少最大的区域为非洲南部,减少了60%。④ 各大洲耕地均表现出向高纬扩张的趋势,全球多数国家表现出新增耕地扩张而原有耕地减少的特点。     

1961—2015年中国降水面积变化特征研究

基于中国0.5°×0.5°逐月与逐日降水量网格数据集，采用线性趋势、克里金插值（Kriging）、森斜率等方法，分析1961—2015年中国3个自然区的降水量和降水面积的变化特征。结果表明：（1） 中国1961—2015年年均和季节平均降水量呈现由东南沿海向西北内陆递减的空间分布特征，中国一半以上的地区年均和四季降水量呈增加趋势。（2） 日变化特征上，东部季风区、西北干旱区和青藏高寒区均以小雨和中雨为主，其日降水面积多年平均值分别为：1 112.75×10³ km²、52.65×10³ km²，1 380.57×10³ km²、92.83×10³ km²，1 253.9×10³ km²、34.3×10³ km²，暴雨和大暴雨占的面积较小；三个区域不同等级日降水面积年内变化均符合二次函数曲线，三个区小雨日平均降水面积年际变化均呈略微减少趋势，青藏高寒区和西北干旱区大雨、暴雨和大暴雨均呈略微增加趋势，大暴雨整体波动较大。（3） 季节变化特征上，三个区四季均以小雨为主，暴雨和大暴雨所占面积较少。春季和秋季三个区小雨降水面积均呈减少趋势，春季和夏季三个区暴雨降水面积均呈增加趋势，冬季三个区中雨和大雨降水面积呈增加趋势。（4） 东部季风区春季和秋季，西北干旱区年均和四季，青藏高寒区春季、秋季和冬季不同等级降水量对应的降水面积均符合负指数分布规律。km²     

贺兰山银川段不同重现期山洪灾害风险与影响区划研究

为评估贺兰山银川段山洪灾害风险程度及其影响,利用高分辨率数字高程模型（DEM）、行政区划、水系和自动气象站历史降水数据,以及居民点、学校、桥梁等社会经济信息资料,采用FloodArea模型模拟与ArcGIS空间叠加统计分析相结合的方法,分析研究了贺兰山银川段不同重现期山洪灾害风险分布特征,及其对人口、土地利用和国内生产总值（GDP）的影响。结果表明：（1）贺兰山银川段10~100 a一遇山洪灾害低、中、高风险区面积分别为109.5~276.3 km²、45.0~231.0 km²、13.4~204.3 km²,同一风险等级的山洪灾害区划面积随着重现期增大呈显著增大趋势。（2）贺兰山10 a和20 a一遇山洪灾害风险区主要位于海拔1 130~1 450 m的山洪沟及其两侧区域,50 a一遇山洪灾害风险区主要集中在山洪沟下游和山前海拔1 130~1 180 m的冲击扇区,100 a一遇山洪灾害风险区覆盖整个山前海拔1 120~1 350 m的区域和冲击扇区。随着重现期增大,贺兰山山洪灾害风险区具有向上游（下游）区域扩展较慢（更快）的显著特征。（3）银川市受贺兰山10 a、20 a、50 a和100 a一遇山洪灾害影响总人口分别为7.30×10⁴人、9.87×10⁴人、1.65×10⁵人和2.39×10⁵人。随着山洪重现期增大,受灾害影响总人口呈显著增加趋势,低、中、高风险区受影响人口增速分别在-12.4%~20.5%、 48.6%~91.8%、163%~300%之间。（4）农田、草地受贺兰山山洪灾害影响最大,二者合计占受影响土地总面积的比例在82.1%~86.9%之间;其次是建设用地和耕地,两者占受影响土地总面积的比例在4.4%~9.1%和1.1%~4.6%之间,是银川市贺兰山山洪灾害防御的重点区域。（5）银川市受贺兰山10 a、20 a、50 a、100 a一遇山洪灾害中、高风险区影响的GDP合计分别为1.12×10⁹元、2.00×10⁹元、4.70×10⁹元、8.74×10⁹元;发生超50 a一遇山洪灾害时,沿山农业和工业产业、基础公共设施等会遭受较大经济损失。     

2010-2015年中国土地利用变化的时空格局与新特征

土地利用/覆被变化是人类活动对地球表层及全球变化影响研究的重要内容。本文基于Landsat 8 OLI、GF-2等遥感图像和人机交互解译方法,获取的土地利用数据实现了中国2010-2015年土地利用变化遥感动态监测。应用土地利用动态度、年变化率等指标,从全国和分区角度揭示了2010-2015年中国土地利用变化的时空特征。结果表明：2010-2015年中国建设用地面积共增加24.6×10³ km²,耕地面积共减少4.9×10³ km²,林草用地面积共减少16.4×10³ km²。2010-2015年与2000-2010年相比,中国土地利用变化的区域空间格局基本一致,但分区变化呈现新的特征。东部建设用地持续扩张和耕地面积减少,变化速率有所下降;中部建设用地扩张和耕地面积减少速度增加;西部建设用地扩张明显加速,耕地面积增速进一步加快,林草面积减少速率增加;东北地区建设用地扩展持续缓慢,耕地面积稳中有升,水旱田转换突出,林草面积略有下降。从“十二五”期间国家实施的主体功能区布局来看,东部地区的土地利用变化特征与优化和重点开发区的国土空间格局管控要求基本吻合;中部和西部地区则面临对重点生态功能区和农产品主产区相关土地利用类型实现有效保护的严峻挑战,必须进一步加大对国土空间开发格局的有效管控。     

中国北方沙漠化土地时空演变分析

对2000年中国北方256×10⁴ km²区域内沙漠化土地的遥感监测结果表明:沙漠化土地总面积现已达到38.57×10⁴ km²,其中轻度和潜在沙漠化土地13.93×10⁴ km²,占沙漠化土地面积的36.1%;中度沙漠化土地9.977×10⁴ km²,占25.9%;重度沙漠化土地7.909×10⁴ km²,占20.5%;严重沙漠化土地面积6.756×10⁴ km²,占17.5%。与20世纪50年代后期到70年代中期和80年代后期的沙漠化土地发展状况相比,目前我国沙漠化土地演变趋势具以下特征:(1)沙漠化土地仍在蔓延,面积已由1987年的33.895×10⁴ km²增加到了2000年的38.569×10⁴ km²,13a中净增4.674×10⁴ km²;(2)沙漠化土地继续呈加速发展的趋势,年平均发展速率从20世纪50年代后期到70年代中期的1560 km²、70年代中期到80年代后期的2100 km²发展到90年代的3600 km²;(3)部分旱农区以及农牧交错地区沙漠化土地出现明显逆转,但荒漠草原地区沙漠化土地面积继续扩大,并且程度有所加剧。     

巴西土地利用/覆盖变化时空格局及驱动因素

土地利用/覆盖变化(LUCC)是全球变化研究的热点问题之一。本文采用人机交互方法基于2005 年基准年的Landsat TM/ETM遥感影像修正欧空局GlobalCover 2005 年土地利用数据,进而采用逆时相目视解译法从1980年基准年的Landsat MSS/TM遥感影像数据提取1980-2005 年土地利用/覆盖变化信息,分析其变化的时空格局及驱动因素。结果表明:1980-2005年的25年间,巴西土地利用/覆盖变化面积达79.43万km²,占土地总面积的9.33%。其中,单纯耕地像元面积增加了20.18 万km²;耕地/自然植被镶嵌混合像元区面积增加了10.70 万km²;林地面积减少了53.12 万km²;灌丛与草地净增加21.10 万km²;水体面积增加0.46 万km²;城乡建设用地面积增加7573.87 km²。由此导致热带和亚热带湿润阔叶林生态地理区、热带和亚热带干旱阔叶林生态地理区、热带及亚热带草原生态地理区、草原和沼泽湿地生态地理区、沙漠和旱生植物生态地理区以及红树林生态地理区内分别呈现不同的土地利用/覆盖变化特征。近25 年间,地形地貌、气候、植被等自然地理条件深刻影响着土地利用的宏观格局,而土地利用政策调控、经济及对外贸易发展、人口增加及空间迁移、道路修建等是导致巴西土地利用变化的主要原因。     

1950—2020年东北地区林地时空变化特征分析

基于地形图、土地利用现状图提取并分析1950—2020年东北地区林地时空变化格局。结果表明：① 地形图中记载的林地信息能有效反映20世纪中期东北地区林地基本特征;研究期内林地呈先增后减态势,增幅达10.04×10⁴ km²,同期覆盖率从34.67%增至44.97%;市域林地均呈增加态势,净增幅前5的市域均超5 000 km²。② 研究期内林地不变、增加和减少区面积分别为28.36×10⁴ km²、15.49×10⁴ km²和5.45×10⁴ km²;林地不变区沿长白山、大小兴安岭呈倒U字形分布,占2020年林地面积的64.68%;林地增加区集中于辽河平原、长白山西侧、三江平原东侧、大兴安岭东西两侧;林地减少区零星分散、未呈明显集聚。③ 林地减少的流向表明,农业拓垦是东北地区林地减少的主因,侵占林地规模占林地减少量的88.18%,转化为耕地的区域主要分布在平原与山脉结合处及河谷地带;河流水体与城乡建设占用的林地基本相当,约占林地减少量的2.00%,城乡建设未对林地造成较大损坏。④ 研究期立地条件有大幅改善,林地距城镇平均距离缩减2.26 km,半数新增林地位于城镇10 km范围内;林地平均高程下降41.44 m,超半数新增林地位于高程300 m以内,林地向城镇延伸和“下山进平原”现象明显。     

清代青藏高原东北部河湟谷地林草地覆盖变化

河湟谷地是青藏高原东北缘典型的农牧交错区,清代以来耕地的扩张导致林草地覆盖发生明显变化。本文在现代植被图的基础上,选取土壤、地形因素,并依据历史文献数据,重建河湟谷地潜在林地草地格局,在此基础上结合清代耕地变化的重建结果,推算出清代河湟谷地林草地覆盖的变化状况。结果显示：①清代耕地扩张之前,其林、草地分布与现今各类植被类型的空间分布格局基本一致,林地分布范围比现代略大,灌木林地在空间上连续性更强,草地分布区域更广;②估算出河湟谷地潜在林地、灌木林地、草地面积分别约为0.28×10⁴、0.93×10⁴、2.1618×10⁴ km²,由于耕地开垦,至清代末期,河湟谷地草地、灌木林地、林地面积分别累计减少5180.41、1330.35、441.31 km²,其中草地被垦殖占用的面积最大,程度最深,减少的区域主要集中在湟水谷地中游的乐都盆地、西宁盆地以及黄河谷地的尖扎盆地、化隆盆地等;③清代河湟谷地中人类垦殖原始覆盖类型的差异性不仅受自然环境的限制,同样受到社会政策因素的影响。     

天津市滨海地区地面沉降灾害风险评估与区划

文章对1985~2006年累计地面沉降量及近几年地面沉降速率进行分析和叠加评价,完成天津市滨海地区地面沉降灾害危险性分区图;以人口密度和单位面积GDP为指标进行易损性分析;从每km²水准测量km数和地下水压采量占开采量百分比两方面考虑防灾减灾能力;在此基础上,借助GIS空间分析方法,将危险性分区图、易损性分区图和防灾减灾能力分区图进行叠加分析,完成天津市滨海地区地面沉降灾害风险区划图,分为低风险区、较低风险区、中等风险区、较高风险区、高风险区5等。     

中美巴印过去300年耕地时空变化的比较研究

本文利用长时间序列数据,对中、美、巴、印四国过去300 年耕地时空变化特征及驱动因素进行了比较分析。结果表明:①四国耕地总量在过去300 年均呈持续增长态势。中国和印度土地垦殖历史悠久,其中,中国在1700-1980s 耕地面积增加了68.21×10⁴ km²,印度在1700-2000 年增加了131.28×10⁴ km²,为中国的1.92 倍;美国和巴西虽然农业起步较晚,但发展迅猛,其中,美国在1700-1950 年的250 年间耕地面积增长了190.87×10⁴ km²,分别是中国、印度增量的2.80 倍和1.46 倍;巴西在1700-2000 年增加了64.57×10⁴ km²,其中近百年的增量为62.82×10⁴ km²,超过了同期其他三国的增加量。②从空间格局变化特征看,近300 年来,中国和印度均是在已有耕地分布格局的基础上向高原及山地丘陵地区扩展;而美国在“西进运动”的影响下,耕地大规模向中西部拓殖;巴西随着向北西部开发的推进,北部、西部地区的耕地急剧增加。③过去300 年推动四国土地垦殖发展最直接的驱动因素是国家政策,但就根本驱动因素而言,中国和印度是人口,而美国和巴西则是国家财政;在农技发展取向方面,中国和印度选择了精耕细作以提高土地生产率;而美国和巴西则选择了机械化以提高劳动生产率。     

新疆雪灾的时空分布特征及其等级划分

利用新疆1954—2018年雪灾资料分析其灾害时空特征，时间上雪灾灾损强度在90年代后出现明显加大，2010年出现跃增特点，空间上雪灾灾损强度新疆西部多于东部，北部多于南部，山区多于盆地或平原。用雪灾出现次数、房屋倒塌间数、牲畜棚圈倒塌间数、损坏大棚数、死亡牲畜数、受灾面积、经济损失等多指标综合分析法来客观构建灾损指数，符合Γ分布的灾损指数结合F分布函数能客观的描绘出雪灾等级，分为一般、较重、严重、特重4个等级。根据构建的雪灾等级，发现新疆雪灾特重灾区集中在天山山区及其以北地区，南疆仅有喀什地区为特重灾区。     

黑龙江省气象灾害风险评估与区划

利用黑龙江省74个气象站1971-2005年夏季气温和2004-2007年的农作物受灾面积资料,采用信息扩散理论对黑龙江省低温冷害、干旱和洪涝等主要气象灾害进行了风险评估与区划研究,对干旱和洪涝采用受灾指数评估方法。研究结果表明:黑龙江省低温冷害风险概率主要表现为北部大于南部,一般冷害风险概率表现为西南地区大于全省其它地区,严重冷害风险概率则表现为北部地区最高,中部及东南部地区次之;黑龙江省干旱灾害风险概率西部和北部地区明显高于南部和东部地区;黑龙江省洪涝灾害风险概率则表现为中部地区大于全省其它地区,中部伊春地区为全省洪涝灾害高风险区。     

基于GIS的中国地震灾害人口风险性分析

中国地震灾害发生频繁,因此进行有关地震灾害风险性分析十分必要。本文在分析地震灾害形成的各主要因子的基础上,结合1900-2009 年地震灾害数据,建立了地震灾害风险评估模型,定量确定了各风险性影响因子。最后利用ArcMap 软件的栅格计算功能,对于地震灾害中最重要的人口因素进行了分析,形成了中国地震灾害人口风险性分布图,并划分出了人口高风险区。     

2005-2010年中国自然灾害救助应急响应的区域分异特征

应急响应是政府管理部门进行高效、科学应对各类突发事件的重要保障,受到世界各国的重视。针对重大自然灾害启动的自然灾害救助应急响应分四级,一般重大灾害一般启动四、三级响应,而特大灾害则需启动二、一级响应。本文统计分析了2005-2010年中国自然灾害救助应急响应的启动情况,结果表明:①应急响应南北分异特征明显,主要是由针对我国南方地区频繁发生的洪涝和台风灾害启动的四、三级等低级别响应决定,反映了近年一般重大灾害的发生以南方地区为主。②应急响应也呈现东西分异特征,其中,尤以针对中西部地区发生的特大地震、罕见的山洪泥石流以及影响严重的旱灾和低温雨雪冰冻等灾害启动的二、一级等高级别响应最为明显,反映了近年中西部地区灾害损失偏重发生。③中国针对各灾种的应急响应的区域分布特点,大致反映了各灾种的地理分布规律。     

4种干旱判别指数在东北地区适用性分析

利用东北地区207个国家基本气象站1961—2014年气象数据，计算改进后的综合气象干旱指数（MCI）、相对湿润度指数（MI）、标准化降水指数（SPI）以及标准化权重降水指数（SPIW）这4种常见的干旱指数，对比分析其在该区域的适用性，结果表明：在东北地区，4种气象干旱指数判断历年干旱持续天数及干旱过程强度的演变趋势基本一致；在干旱影响范围方面，SPI和SPIW指数对较长时间的干旱过程判别效果不佳，MCI指数能够较好的反应各时间尺度干旱过程的影响范围。在空间分布方面，SPI和SPIW指数无明显经向分布特征，MCI和MI指数的空间分布特征基本一致，呈现经向分布特征，干旱过程强度及干旱过程持续天数自西向东递减。从不同时间尺度的干旱影响范围、干旱累计强度和干旱持续天数的空间分布以及指数计算方法角度考虑，MCI指数较为接近实际灾情。     

敦煌绿洲边缘植物群落与土壤养分互馈关系

植物群落与土壤性状相互作用研究对于认识生态系统结构与功能有着重要的意义。通过对敦煌绿洲边缘典型植物群落21个样地（20m×20m）的植被和土壤系统取样调查,在分析植物群落及其土壤养分特征的基础上,采用CCA典范对应分析法研究了土壤养分对植物群落物种分布的影响。结果表明：调查区域植被群落共出现植物27种,隶属于15科,26属,以藜科（Chenopodiaceae）植物居多,占总物种数的29.6%。柽柳（Tamarix chinensis）群落的物种丰富度最大,胡杨（Populus euphratica）群落的物种丰富度最小。植被0~80 cm土壤有机质、全氮、速效磷、速效钾含量排序为柽柳>黑果枸杞（Lycium ruthenicum） > 梭梭（Haloxylon ammodendron） > 沙拐枣（Calligonum mongolicum）,全磷、全盐、速效氮含量排序为柽柳 > 黑果枸杞 > 沙拐枣 > 梭梭,全钾含量排序为黑果枸杞 > 柽柳 > 梭梭 > 沙拐枣,pH值排序为梭梭 > 沙拐枣 > 黑果枸杞 > 柽柳。不同植被覆盖各养分指标之间差异显著。随土层深度的增加,柽柳和黑果枸杞群落土壤全氮、有机质、全盐、速效氮、速效钾含量逐渐降低,表聚效应明显,土壤全磷、全钾、速效磷含量逐渐增大后减小,梭梭与沙拐枣养分层次特征不明显。4种植被群落土壤pH值随土层深度的增大呈波动的趋势。CCA排序结果表明植被群落物种分布的土壤环境调控因子重要性排序为全氮 > pH > 全钾,土壤全氮是植物群落物种分布的最重要调控因子。     

中国陆路交通干线自然灾害风险刍议

中国经济的快速发展,使陆路交通的密度、长度和搭乘陆路交通工具的物资和人口流动规模日益增加,交通客流和物流的增多也使遭遇自然灾害的风险进一步加大。通过数据统计、GIS方法,对我国陆路交通干线(公路、铁路)的密度和过去死亡人口和自然灾害损失的模数进行叠合分析,认为在自然灾害频次和灾种呈上升趋势的背景下,陆路交通干线的极端灾害事件日益增多,中国自然灾害的风险因子在地域分布上中、东部高,西北部低。我国目前众多的极端灾害事件对交通干线的影响,是因为对交通干线的风险因子识别研究不足,应该从节点城市、干线路段和区域交通网络三个方面对陆路交通干线自然灾害的风险展开研究。     

唐宋暖期我国东部重大气象、水文灾害的时空分布特征

唐宋时期是我国气候中的重要暖期,开展该时期区域灾害时空格局研究,可为气候变暖的影响研究提供实证案例,为潜在极端气候风险防范提供依据。基于《中国古代重大自然灾害和异常年表总集》,以10年为时间分辨率,将气象、水文类灾种整合归类为冷害、热害、旱灾、水灾、其他灾害,并以省为基本单元统计唐宋时期我国东部地区(南北方)重大气象、水文灾害的发生频次,分析其时空分布特征。结果显示:唐宋暖期灾害可分为3个高发期和4个低发期,存在"较少发-高发-少发-较高发"循环的特点;南、北方自然灾害高发期和低发期并不同步;灾害发生具有空间集中性(多发于浙江、河南、陕西、山东、河北和江苏),南方多水灾、旱灾,北方多水灾、冷害。唐宋时期灾种构成与现今相似,重大水灾发生频次是旱灾的3～4倍。受经济发展地域范围和经济水平、灾害记录详略及灾害等级评判标准差异的影响,现代灾害发生频次增大,具有区域分布集中性,主要发生于华北、华中、华南,区域分布范围明显南扩。在气候变暖情况下,应重点防范水灾、旱灾和冷害。     

基于Copula的近60a京津冀地区干旱灾害危险性评估

干旱灾害是京津冀地区主要气象灾害之一，严重影响社会经济和粮食安全。评估京津冀地区干旱灾害危险性，识别高危险区，旨在为灾害防范和应急调控提供参考。利用1958—2017年37个气象站降水日数据，计算标准化降水指数（SPI6），根据游程理论界定干旱历时和干旱强度。运用K-S检验法、AIC法分别确定指标的最优边缘分布函数和Copula函数，计算5 a、10 a、30 a及50 a一遇水平下干旱强度和干旱历时的重现期。结果表明：京津冀地区20世纪60年代中期至今SPI6呈下降趋势；指数分布和广义极值分布分别是干旱历时和干旱强度的最优边缘分布，Frank Copula在变量联合概率分布计算时拟合最好；就干旱历时和干旱强度重现期而言，30 a、50 a一遇水平下联合重现期为，北京市、沧州市、衡水市及承德市北部等地区的重现期长，危险性低，其余地区危险性较高；站点干旱灾害的联合重现期理论值与实际情况较符合，能够反映实际灾害情况。     

西北地区农业旱灾与预测研究

西北地区干旱灾害在中国乃至世界上具有代表性,常常对农业生产、社会经济和人民生活带来巨大威胁。利用西北五省区(陕西、甘肃、宁夏、青海、新疆)1951～2000年的50年农业旱灾面积统计资料,分析了农业旱灾的时空强度变化。表明西北地区农业旱灾有增加趋势,以20世纪90年代增加最明显。利用西北地区均匀分布的40个站点50年的降水和气温资料,采用变换的Z指数法,探讨了干旱强度和地表径流量的时间变化与西北地区农业旱害的关系。表明降水量的减少及河川径流枯期与农业旱灾面积负相关关系密切。应用波谱分析与逐步自回归方法,分别建立了西北地区干旱指数的拟合回归预测模型,农业旱灾面积、成灾面积和绝收面积预测模型,并对西北地区干旱灾害的趋势进行了预测。表明西北地区干旱灾害在21世纪前十年有所减缓。经检验,模型预测效果良好,根据预测结果可以采取有针对性的减灾措施,减少西北地区农业灾害损失。