基于FSDAF模型的干旱区典型绿洲城市夏季地表热岛效应时空演变研究

全球城市化进程加快引起的干旱区绿洲城市热岛效应变化及其生态环境问题已成为当前国内外城市气候、环境和生态等领域的研究热点之一。基于遥感热红外通道反演的地表温度(Land surface temperature,LST)是开展城市地表热岛(Surface urban heat island,SUHI)效应监测研究的关键参数。然而,受热红外遥感数据“时空矛盾”的制约,目前在单一星载卫星传感器下尚不存在同时具有高时间分辨率和高空间分辨率的热红外遥感数据源,因而制约了在干旱区绿洲城市范围内开展高精度地表热岛效应监测研究。针对上述问题,以干旱区典型绿洲城市--乌鲁木齐市为研究区域,以Landsat系列影像和MODIS地表温度产品为基础数据源,基于FSDAF(Flexible spatiotemporal data fusion method)时空融合模型分析了2001-2018年乌鲁木齐市在城市扩张背景下夏季地表热岛效应的时空变化特征以及夏季LST与城市地表参数之间的关系。研究结果表明:(1)乌鲁木齐市夏季热岛强度(SUHI intensity,SUHII)在不同的郊区范围内均呈现增加的趋势。在较小的郊区范围内,SUHII1从2001年的1.24℃增加到了2018年的2.83℃;在较大的郊区范围内,SUHII2从2001年的1.44℃增加到了2018年的2.88℃;(2)在研究区各土地利用类型中,裸地的夏季LST最高,水体最低;(3)研究区地表反照率和不透水面的增加与城市夏季LST升高呈正相关,而植被指数与植被覆盖度则与LST呈负相关关系;(4)在干旱区绿洲城市,城区内部植被面积的增加有助于缓解城市热岛效应,而仅郊区植被的增加则会导致SUHII的进一步增强。     

干旱区绿洲农村居民点景观格局演变及机制分析

基于1987年、2002年、2013年三期Landsat TM、ETM+、OLI遥感影像提取研究区农村居民点时空分布信息,利用GIS空间分析、景观指数分析及多元线性回归分析干旱区绿洲农村居民点景观演化特征及驱动机制。研究表明：① 农村居民点集中分布在绿洲内部平原区,其中城市周边及沿河道、道路是居民点空间聚集较明显的区域。② 1987-2013年农村居民点面积增长较形状变化更为显著。新建居民点和旧居民点边界扩张是导致研究区农村居民点面积显著增长主要原因,且在不同时空区域表现出不同的增长方式;居民点形状以矩形和近圆形居多,条带型较少。③ 通过对居民点景观演变机制进行分析,发现城市辐射距离、水源地远近及距离道路远近是影响农村居民点景观变化的首要因素,其次是人口规模,最后才是区域经济的发展。     

太行山区生态环境质量时空变化与演变趋势

人类活动不可避免地会对区域生态系统造成一定程度影响。客观评价生态环境质量，是有效控制改善生态环境质量，实现可持续发展的前提。生态环境质量变化是多因素共同作用结果，相比于其他研究方法，利用遥感数据评估生态环境的遥感生态指数(RSEI)可以快速、全面、高效地监测生态环境状态。太行山脉是华北平原与黄土高原的分界线，受到自然环境变化以及人类活动影响，植被一度大幅减少，水土流失严重。本研究以2001—2021年Landsat遥感影像为数据源，采用RSEI为计算指标，结合Mann-Kendall趋势分析与Moran’s I指数，基于GEE云平台开展太行山生态环境质量的时空格局以及变化趋势研究。研究结果表明：(1)2001—2021年RSEI均值为0.519,时间上呈现先下降后增加趋势，空间上呈中间高四周低的分布特征；(2)太行山地区生态环境质量有明显的空间自相关性，生态环境质量高-高聚类多集中于山区的林地、草地，而低-低聚类多集中于平原的人造地表以及耕地；(3)研究区域生态环境质量改善地区多位于西部，而东部地区存在持续性退化区域。整体上，未来生态变化趋势主要以改善提升为主，但仍有21.49%的区域...     

塔里木河流域水储量变化及绿洲生态安全评估

绿洲是干旱、半干旱地区最具生态敏感性和独特性的景观类型,是维系人类生存和社会经济发展的重要区域。然而,在气候变化与人类活动双重影响下,干旱区水资源及其绿洲生境正发生剧烈变化。基于2000—2020年MODIS、GRACE卫星数据、土地利用数据和气象观测资料,通过计算植被覆盖度,估算植被初级生产力(NPP)和遥感生态指数(RSEI),系统分析了过去20 a塔里木河(简称塔河)流域陆地水储量和绿洲的动态变化并完成了绿洲区生态安全评估。结果表明：(1)2002—2020年塔河流域陆地水储量以0.27 mm·月^-1的速率减少,空间上塔河流域陆地水储量在北部和西部区域显著减少,而在南部区域显著增加。(2)2000—2020年塔河流域绿洲面积显著增加,面积增加6.49%(0.42×10⁴km²)。塔河流域整体生态环境呈转好趋势,生态等级由较差级别转为中等级别,生态改善区占总流域面积的69%,而生态退化区面积不足5%。塔河流域归一化植被指数(NDVI)由2000年的0.13增至2020年的0.16,近20 a植被覆盖度增加36.79%...     

北京郊区生态安全动态评价与分析

以京郊三个具有不同功能的区(县)为例,基于景观生态学的基本理论,探讨在GIS和RS技术支持下从景观格局角度进行快速城市化地区的生态安全动态评价方法.首先,根据遥感数据解译出1996和2005两期土地利用图;然后计算景观干扰指数和景观脆弱度指数,它们合成景观稳定性指数,在此基础上,构建生态安全指数(ESI);最后,利用空间分析方法对生态安全指数进行空间化,并对生态安全指数的采样结果进行半变异函数分析和空间插值分析.结果表明:(1)1996-2005年研究区的各景观类型呈不同的变化趋势,其主要的景观变化特征为建设用地景观持续增加、耕地景观大量减少,尤其以建设用地景观变化最快;(2)研究区的斑块数量、破碎度、多样性指数和分形维数都表现出增加的趋势;(3)生态安全指数受人为干扰影响较大,局部区域的景观类型从1996年的零散分布发展至2005年的连片分布,整体生态安全强度的空间分布不均匀性增强;(4)生态安全指数值从城市功能拓展区(朝阳区)到远郊城市发展新区(顺义区)和生态涵养发展区(密云县),呈现出由低而高的变化趋势,其低值区域随着城市化进程的加快而逐渐扩大.表明生态安全指数能够定量评价区域生态环境的状况及其演变方向.     

共和盆地生态环境遥感评价及驱动力分析北大核心CSCD

科学评估区域生态环境质量是实现可持续发展的前提。基于2000—2020年Landsat遥感影像,构建遥感生态指数(RSEI)分析青藏高原典型高寒沙区共和盆地近20年的生态环境质量时空变化特征,并使用地理探测器量化该区生态环境的主要驱动因子。结果表明:(1)共和盆地RSEI均值在2000—2020年呈增加趋势,平均增幅为7.5%/10a,空间上呈东高西低、南北高中间低的分布特征;(2)2000—2020年,共和盆地生态环境改善区域占比为66.55%,主要分布在中部和东南部,保持不变的区域占比33.15%,退化区域占比0.29%;(3)降水是影响生态环境质量的关键因子,因子交互作用对生态环境质量的解释力更强,合理的土地资源配置能显著促进生态改善。     

中国土地利用变化生态环境效应的空间分异性与形成机理

中国复杂的自然要素、社会经济要素、区域发展战略和政策调控形成了当前中国不均衡的经济发展空间格局、土地利用空间格局和生态环境质量空间格局。厘清中国生态环境质量的空间格局及形成机理对中国土地资源的可持续利用和生态环境的有效保护具有重要的实践意义和价值。以往研究缺乏对中国县域尺度土地利用/土地覆被变化生态环境效应的空间分异性及形成机理的相关研究,本研究基于1995—2015年间中国土地利用现状遥感监测数据,尝试采用生态环境质量指数方法测度中国土地利用变化的生态环境效应,并且综合运用重心分析、热点分析工具（Getis-Ord G_i*）和地理探测器等研究方法,分析1995—2015年中国生态环境质量时空演变特征及形成机理。研究结果如下：① 东部季风区生态环境质量指数高于青藏高寒区和西北干旱区,东部季风区生态环境质量低值区主要分布在人口和经济集聚的城市群以及省会城市周边地区。研究期间中国生态环境质量重心持续向西北方向迁移;② 1995—2015年间中国生态环境质量变化的热点区域主要分布在西藏地区、新疆、重庆、贵州以及位于黄土高原的省份（青海、甘肃、宁夏、内蒙古、山西、陕西以及河南）境内,冷点区域主要分布在长江经济带沿线地区省份以及东南部沿海地区省份;③ 土地利用程度对于生态环境质量影响力显著强于其他因子,东部季风区的社会经济和交通区位因子对生态环境质量影响力强于青藏高寒区、西北干旱区和生态大区过渡带;④ 影响因子之间相互作用主要包括非线性增强作用和双因子增强作用两种类型,以非线性增强作用为主。     

黑河下游干旱地区环境变化研究

额济纳旗绿洲是典型的干旱荒漠天然绿洲，是河西走廊及内陆地区的一道绿色屏障。通过对额济纳旗绿洲土地利用情况的遥感调查，证实了额济纳旗绿洲生态环境恶化的严重性。对处于干旱区的额济纳旗绿洲环境变化的研究，分析了干旱地区环境变化的因素，表明干旱区生态环境保护的必要性和迫切性。     

基于适宜性和安全性评价的干旱区绿洲后备耕地资源开发——以渭干河—库车河三角洲绿洲为例

选择典型干旱区渭干河—库车河三角洲绿洲为研究区,基于遥感、地理信息系统技术和相关应用软件,在详实的野外实测数据、土地利用数据和遥感数据支持下,应用空间插值、叠置分析、逐步回归、神经网络、层次分析等方法,建立评价模型,进行自然、生态、土地利用和综合适宜性评价,相应确定后备耕地资源开发的适宜性等级、适宜度及其分布;提取三期遥感影像信息并进行分类,根据后备耕地资源利用/覆被类型的特征,构建后备耕地资源开发的安全性指数计算模型,加入水源保证条件限制,构建综合安全性评价模型,进行后备耕地资源开发综合安全性的时空分析;基于适宜性与安全性评价,进行叠置分析、综合性分级。研究表明：后备耕地资源开发综合性等级的区域分布呈现环状特征,适合后备耕地资源开发的区域面积与禁止开发的区域面积数量相差十倍。最后提出后备耕地资源开发的举措建议。     

艾比湖流域绿洲化与荒漠化过程时空演变研究

艾比湖流域生态格局是绿洲化过程和荒漠化过程相互作用的结果,以1990、2000年和2005年的遥感数据作为数据源,进行景观分类与制图,利用ArcGIS提取了艾比湖流域的绿洲和荒漠景观,基于占补平衡原理和变化检测,对比分析了绿洲退缩区和扩张区的数量特征和空间格局,并利用重心迁移模型得出绿洲和荒漠重心的变化趋势。结果表明：①1990-2005年间,研究区绿洲面积有所增加,荒漠面积呈减少趋势,绿洲退缩区的面积为1 853.75 km2,而绿洲扩张区的面积达到了1 912.13 km2。②研究时段内,绿洲的空间变化较大,其扩张区多位于艾比湖湖区周围以及艾比湖湖区西部以耕地为主的区域,绿洲退缩区主要位于研究区的东北部。③绿洲的重心向西南方向迁移了3.4196 km,同时,荒漠的重心向东北迁移,迁移距离为6.9999 km。     

基于PSO-PNN模型的喀什噶尔绿洲耕地盐渍化分析

盐渍化是构成绿洲农业低产的主要原因之一,也是农业开发和可持续发展的重要限制因素。为提高盐渍化耕地生产力,促进绿洲农业的可持续发展,以喀什噶尔绿洲耕地为研究对象,利用Landsat 8 OLI遥感影像数据提取遥感指数20个,利用土地利用数据计算研究区耕地开垦年限,用线性拟合的方法将用植被光合作用模型（VPM）模拟的植被净初级生产力（NPP）数据进行降尺度,将遥感指数同土壤采样及实测数据进行相关分析,得到优选的遥感特征变量,再用粒子群优化算法（PSO）优化的概率神经网络（PNN）模型进行盐渍化程度分类,得到研究区耕地盐渍化等级分布情况,后与研究区耕地开垦年限和NPP进行叠加分析。结果表明：（1） 选取增强型植被指数（EVI）、盐分指数2（SI₂）、湿度指数（WI）、MSAVI-WI-SI特征空间（MWSI）、波段6（B6,2.11~2.29 μm）5个遥感参量通过PSO-PNN模型进行盐渍化程度反演准确率约为80%。（2） 耕地开垦年限越大的区域盐渍化程度越低。新开垦的耕地主要分布在研究区东部,而研究区西部大都为开垦年限在45 a以上的老绿洲农业区。（3） 耕地盐渍化严重降低了耕地农作物生产力。研究区耕地NPP较高的区域大都分布在西部,较低的区域大都分布在东部,与盐渍化程度等级分布大致相反。上述研究方法与结果可为后续使用遥感参量进行盐渍化反演的研究提供参考,对干旱半干旱区的盐渍化耕地改良具有一定的参考意义。     

天津市1980–2019年土地利用及土地生态安全时空演变分析（英文）

土地生态安全问题直接威胁着区域的可持续发展,探索其时空特征有助于分析区域间土地生态格局。采用1980、2000、2010以及2019年四期天津市Landsat TM遥感影像为数据源,在Arc GIS和Geo Da等软件的支撑下,利用土地利用动态度的方法,测算研究区土地利用变化,再运用土地生态安全指数和空间自相关分析法,研究天津市各区土地生态安全的空间相关性及内部异质特征。结果表明:(1)近40年天津市土地利用变化剧烈,建设用地不断扩张,耕地、未利用地面积持续缩减;(2)土地生态安全综合水平处于高安全区,蓟州区生态安全等级最高,中心城区、滨海新区生态安全水平较低;(3)各区土地生态安全空间异质性不明显,空间集聚性较强。     

基于通径分析的酒金盆地绿洲化时空变化及影响因子研究

基于Landsat遥感影像和社会经济数据等,重建1963~2009年间西北干旱区酒泉金塔盆地(酒金盆地)绿洲空间分布图,采用转移矩阵、绿洲动态度和通径分析法等开展酒金盆地绿洲时空变化过程的区域差异和影响因子差异研究。结果表明：近50 a来,酒金盆地绿洲面积呈现增加趋势,表现为酒泉绿洲连续增长和金塔绿洲的波动式增长。酒泉绿洲扩张主要表现为绿洲边缘区的外延扩张,金塔绿洲主要表现为绿洲边缘区和季节性河道两侧绿洲波动变化。酒泉绿洲稳定性较金塔绿洲的高,水资源的持续供给与否决定着绿洲边缘稳定的关键,尤其在金塔绿洲。人类活动的区域差异和政策响应程度及经济水平的差异是造成2个绿洲时空变化差异的内在影响因子。     

干旱区绿洲土地利用与覆被变化过程

应用遥感和GIS技术及数理统计学方法,以新疆三工河流域冲洪积扇－冲积平原型绿洲为研究区,利用1978年、1987年和1998年的遥感数据,深入研究了70年代中后期以来干旱区绿洲LUCC的过程和趋势。结果表明：(1) 遥感和GIS在绿洲土地利用与覆被变化数据获取和空间分析方面是一种非常强大而有效的技术手段;(2) 通过建立绿洲LUCC的幅度、速度、区域差异和变化趋势数学模型,可以较好的研究绿洲土地LUCC的过程和趋势,如变化的双向性、单向性、正向性和反向性,变化的涨势或落势等,在三工河流域绿洲应用取得良好效果;(3) 自70年代中后期以来三工河流域绿洲LUCC趋缓,并存在显著的时空差异：前期绿洲LUCC处于单向转换过程的非平衡状态,并呈现一定的地段分异,其中绿洲上部处于准平衡状态,而绿洲中部和下部处于非平衡状态。后期绿洲LUCC呈现双向转换为主的发展态势,使绿洲LUCC处于准平衡状态;绿洲上部和中部处于非平衡状态,绿洲下部处于平衡状态,均表现出不同的变化过程和趋势。     

基于Landsat 8影像的水体指数与地表水化学特征关系——以艾比湖流域为例

湖泊对于干旱区生态与环境变化有着重要的影响,其水化学特征变化对干旱区绿洲生态环境的变化和水环境变化有着直接的作用和重大影响。以艾比湖流域典型区域为研究对象,对2014年5月野外实地采集的地表水样进行理化特征测试,测出水化学特征各种离子的含量,然后在同一时期遥感影像上提取该区域6种水体指数。利用SPSS软件对水体指数和水化学特征值进行相关性分析。结果表明:水体指数AWEI、EWI、NWI和RNDWI与水化学特征离子的相关性较小(0.2R0.34),NDWI和MNDWI除了与水体pH值的相关性较小(R=0.276)外,与其他水化学特征的相关性均较大(0.569R0.827)。对水体指数NDWI和MNDWI与水化学特征值的关系进行分析研究,并构建它们之间的关系模型。     

2000—2018年克孜河流域生态系统脆弱性、服务功能价值及风险评价

在人类活动强度不断增加的情境下,掌握区域生态环境质量现状,可为区域生态风险防范提供科学支持。基于2000、2010、2018年遥感影像数据,采用主成分分析方法、生态系统服务功能价值及生态风险模型,探究克孜河流域生态脆弱性、服务功能价值及风险的时空分异特征。结果表明：（1）克孜河流域重度脆弱区面积明显增长,18年增长204.78%,空间分布由高到低分别为中游区域、下游区域及上游区域。（2）18年生态系统服务功能价值减少65.20%。其中作为生态服务主要贡献者的天然林草价值下降43.05%;生态系统服务功能价值空间分布呈现由西向东,由绿洲向荒漠递减的分布趋势。（3）生态风险空间分布由高到低分别为流域中游、下游及上游区域;流域高风险区面积18年增长112.48%,整体分布已由以低风险为主转变为低风险与中、高风险各占约50%,说明流域生态环境受损严重。     

绿洲荒漠过渡带生态环境变化预警线提取与分析研究以新疆和田绿洲为例

运用MODIS时间序列数据,以干旱区和田绿洲为例,在对2002年、2004年SMVC-NDVI（Seasonal Maximum Value Composite NDVI）图进行分类后,通过对土地覆盖变化类型多度、重要度和评价等级的计算,将干旱区绿洲的生态环境强烈变化区定位于低草和中草的界限,并以此提取了过渡带生态环境变化的预警线。结果表明：从2002—2004年,预警线呈现整体缩小趋势,说明绿洲整体的生态环境在这3 a内有所退化,向恶性发展。通过对以气候因子为主的自然和人类活动因素定量分析后,认为预警线对干旱区荒漠绿洲脆弱生态环境的连续实时监测和可持续性发展研究具有很好的指示作用。     

上海城市土地利用变化及生态风险研究

基于上海市1987年和2007年的Landsat-TM遥感数据,采用监督分类方法,获得2个时相遥感土地利用分类数据:在此基础上,构建了区域土地利用综合生态风险指数,通过普通克里格插值方法,编制上海区域生态风险等级图.研究结果表明:20年来,上海市土地利用的总体趋势是城市建设用地面积大幅增加,农田面积大幅减少:对半变异函数曲线中块金值、基台值和块金基台比3个主要参数的分析,表明上海市生态风险指数的空间相关距离在逐年增加:1987年和2007年的生态风险指数分别在0.15～0.31和0.12～0.32之间,该指数从市中心向郊区呈圈层状递减,且高生态风险区面积在大幅扩大:通过缓冲区分析得出土地利用类型的时空格局变化对生态风险的空间结构有着很大程度的影响.这对于城市生态风险研究提供了案例,研究结果对城市可持续发展具有重要意义.     

基于"3S"技术的于田绿洲湿地动态变化研究

以极端干旱区典型绿洲———于田绿洲为研究区,采用遥感(RS)、地理信息系统(GIS)和全球定位系统(GPS)相结合的方法,进行了湿地资源调查,查明了于田绿洲湿地类型、区域分布及面积,应用模型和分形理论,探讨了于田绿洲湿地的动态变化特征,并分析了其发生动态变化的原因。研究结果对于干旱区绿洲湿地的合理开发和可持续发展有着重要现实意义。     

黄河流域旅游经济发展与生态环境压力的时空特征及动态解耦过程

区域旅游经济与生态环境之间存在压力与响应关系。以黄河流域9个省区为研究对象,以2004—2018年为考察时段,运用旅游经济发展指数、生态环境压力指数和动态变动指数对旅游经济发展和生态环境压力的时空特征进行分析,并借助解耦分析模型对两大系统的解耦过程给予动态研究。结果表明：（1）在空间上,旅游经济发展在黄河流域呈东高西低、南高北低的空间分布特征。生态环境压力则具有显著的河段差异性特征,上游省区生态环境压力较小,而中下游省区环境压力较大且生态治理形势严峻。（2）在时间上,青海、甘肃和宁夏旅游经济呈起点较低但发展较快的特征,而河南与山东起点较高但变化不大。生态环境压力变化并未呈现显著的空间分布规律,山西为生态环境压力变动低等级省区。（3）多数省区旅游经济发展与生态环境压力两大系统2004—2018年呈由扩张性耦合到弱解耦、由弱负解耦到强解耦状态转变,解耦关系趋向良性方向发展。最后,从发展生态旅游经济、注重生态环境治理、建立系统解耦机制等方面提出黄河流域旅游经济与生态环境的系统解耦与响应策略。