1981~2000年中国陆地净生态系统生产力空间格局及其变化

中国地域辽阔, 跨越多个气候带, 生态环境条件复杂多样, 因此研究其生态系统碳循环的空间格局及其对气候变化的响应有十分重要的意义. 应用高分辨率的气候数据库和生态系统过程模型估计了1981~2000年期间中国陆地净生态系统生产力 (Net Ecosystem Productivity, NEP)的时空变化, 分析了中国陆地碳汇的地域分布及其对气候变化的响应. 结果表明, NEP的20年平均值呈现北方高南方低、中部和西南地区高、东南地区低的格局; NEP正值(碳吸收)主要在西南地区西部、藏东南、三江平原、大兴安岭以及华北中西部, NEP负值(碳释放)主要在华中、西南南部、新疆北部、内蒙西北部、华北平原一些地区. 从20世纪80年代到90年代, 东北平原中部和黄土高原的NEP有明显的下降趋势, 而在华中大部分地区有增加趋势. 研究时段内中国森林生态系统的碳吸收不明显, 其在20世纪80年代是一个碳源, 但在90年代转为一个碳汇; 草地和灌丛由于面积广阔, 其碳吸收量占整个中国陆地生态系统碳吸收总量的近四分之三.     

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.     

土地利用／覆盖变化空间直观模拟精度检验与不确定性分析——以北京都市区为例

空间直观模拟（SEM）在土地利用／覆盖（LULC）与城市化、都市环境保护和土地资源管理等具有重要作用,但模拟与预测中的不确定性日益突出,模型的可靠性和不确定性分析却显得不足和滞后．不确定性也是导致政府决策部门和公众不能有效获取可靠预测信息的重要原因．对此,本研究通过建立SEM和预测不确定性分析方案、基于空间位置和数量的系列Kappa系数检验和尺度敏感性测度,以北京都市区为例分析了与空间直观模型紧密相关的不确定性的来源,考虑了空间尺度不确定性．研究结果证明,空间信息传递的方向性和渐变性导致了SEM的空间位置的不确定性,并决定了空间直观模型的模拟与预测精度对不同时空尺度的敏感性响应．     

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。     

黄河三角洲土地利用时空复合变化图谱分析

以地学信息图谱理论方法、地理信息系统时空复合体模型为依据, 提出土地利用变化图谱研究方法, 并把记录这种时空复合信息的基本单元称之为“图谱单元”, 它是由“相对均质”的地理单元和“相对均质”的时序单元复合而成的空间-属性-过程一体化数据.以黄河三角洲40a (1956~1996年)土地利用4期空间数据(1956年, 1984年, 1991年, 1996年)为基础, 合成了一系列土地利用图谱, 包括3个时序单元的土地利用变化图谱, 40a变化过程图谱, 并通过建立信息重映射表对图谱单元时空复合信息进行重新分类、提取与综合, 即图谱重构, 提取了黄河三角洲40a土地利用变化的“涨势”系列图谱、40a“涨势”变化过程图谱和40a土地利用时空演变模式图谱.图谱分析采用空间查询与统计分析、图谱单元分类排序、土地利用变化转移矩阵三种方法相结合, 逐一分析不同时序单元、不同时间尺度土地利用格局的变化规律, 并分析了40a土地利用时空演变模式图谱的区域分异特征. 运用图谱方法对区域性土地利用“动态变化过程中的空间格局”与“空间格局的动态变化过程”进行了一体化的综合研究.     

太湖流域上游土地利用变化机制的实证分析--以浙江省安吉县为例

近10年来,太湖流域上游地区经济发展逐步趋于活跃,受此影响,区域人口-资源、环境-发展(PRED)出现了新的特点与趋势。基于上游地区土地利用/覆被变化对流域整体水环境与生态安全格局所具有的重要意义,本文选择安吉县作为典型案例,分析其区域土地利用的基本特征,土地利用变化与景观格局动态的过程,以及驱动因素与机制,由此揭示山区土地利用/覆被变化的一般性规律,为太湖流域上游地区经济发展与土地利用、环境保护相互协调,提供决策借鉴与依据。     

1974-2017年洪湖湿地自然保护区景观格局演变及驱动力分析

利用Landsat系列遥感影像数据（1974、1979、1984、1990、1996、2001、2006、2009、2014和2017年）解译得到的土地利用/土地覆盖变化（LUCC）结合研究区44年的气温、降水量、水位等气象水文数据,构建LUCC经验统计模型和计算景观格局指数,探讨1974-2017年洪湖国家级自然保护区景观格局变化的主要驱动因素.研究结果表明：土地利用强度指数由1974年的207增加到2017年的249.36,人类开发利用湖滨带的程度增强,到2017年约有30%的自然湿地转化为坑塘、农田和滩地及建设用地.不同地表覆盖类型的景观格局指数均发生了较大变化,2000年以后湖滨带逐渐形成了以养殖为主的低矮围景观.总体上景观趋于破碎化、连通性降低、稳定性变弱.洪湖湿地自然保护区土地利用强度指数与景观格局综合指数呈较显著的正相关,两者的相关系数为0.84,土地利用强度增加则景观更加破碎、斑块之间的连接程度减弱、区域的景观聚集度下降和景观异质性增加.总体而言,洪湖湿地自然保护区受人为干扰影响明显,开展封湖育草自然恢复与建立植被恢复示范区相结合,构建自湖滨至湖心的梯度变化完整的湿生植被-挺水植被-漂浮植被-浮叶植被-沉水植被的水生植物群落,退耕还草、退垸还湖、修复湖滨带植被,大幅度提高洪湖的自净能力,增加其水生植物多样性,实现湿地的有效修复,改善其结构和功能,维系洪湖湿地生态系统的平衡.     

城镇化下河流水质变化及其与景观格局关系分析——以太湖流域苏州市为例

以河流近域景观格局与水环境质量间的关系为研究对象,基于2001年及2010年两期土地利用类型以及7条典型河流的溶解氧、氨氮、高锰酸盐指数、总磷、总氮5项水质指标,分析城镇化下苏州市河流水质与景观格局之间的关系及其变化规律.结果表明:(1)苏州市河流水质状况总体较差,但呈现一定的好转趋势.(2)河流水质受到城镇用地、旱地及水田的综合影响,并表现出尺度效应.其中城镇用地与旱地对河流水质恶化具有明显的作用,水田则反之.2001-2010年城镇用地及水田对水质的影响程度有所减弱,旱地则增强.(3)蔓延度指数、最大面积斑块比例对河流水质呈现负相关,斑块数量、斑块密度、香农均匀度指数、香农多样性指数则与水质呈现正相关.景观格局对于水质的影响在大范围缓冲区更为显著.研究结果可为苏州水环境管理及太湖流域城市空间开发提供一定的参考依据.     

海洋地磁场的垂直空间变化分析

将海洋磁力测量数据归算到统一的基准面上可以提高测量和成图的精度.由于归算方法本身存在误差,并不是所有的测量数据都必须归算到统一的基准面上.本文首先理论分析地磁异常的垂直空间变化,然后采用曲面向上延拓技术,利用两个典型海洋磁场数据分析海洋地磁异常的垂直空间变化,研究了海洋地磁异常随高度变化的规律.最后得出海洋磁力测量数据进行归算的阈值条件.     

中国当代土地利用对区域气候影响的数值模拟

使用RegCM3区域气候模式，嵌套欧洲数值预报中心(ECMWF)ERA40再分析资料，分别进行了中国区域在实际植被和理想植被分布情况下各15年时间长度（1987-2001）的积分试验，以研究我国土地利用状况对气候的影响。通过两个试验结果的对比，研究了我国土地利用状况对气候的影响。分析主要集中于气温、降水等的变化上，并对结果进行了统计显著性检验。结果表明，当代土地利用/植被覆盖变化加强了中国地区冬、夏季的季风环流，同时改变了地表能量平衡状况，从而对各气候要素产生重要影响。冬季，植被改变引起长江以南降水减少、气温降低，长江以北降水增加。夏季，植被改变显著影响了南方地区的气候，使得这里降水增多，黄淮、江淮气温降低，华南气温上升；同时引起中国北方降水减少，气温在西北部分植被退化地区升高。植被变化对日最低、最高气温的影响更大。总体来说，土地利用引起了年平均降水在南方增加、北方减少，年平均气温在南方显著降低。     

全球陆表水体空间格局与波动初步分析

陆表水体是人类生存和发展的最重要资源之一,也是全球水循环主要组成部分之一.全面地掌握陆表水体的空间分布、持续地测定其动态变化,是全球生态环境健康诊断的一项重要工作.根据30 m分辨率全球地表覆盖数据产品(Global Land 30)中的两期陆表水体数据产品(Global Land 30-water 2000和Global Land 30-water 2010),利用MODIS时间序列数据对其进行时相订正,通过水域面积、水域率及其空间变异系数的指标,按全球、经纬度、大洲及气候区等不同层次分析了陆表水体及空间分布格局和时间波动.遥感监测结果显示,全球陆表水体总面积达367.67×104 km2,占全球陆表面积的2.73%.陆表水体空间分布极为不均,主要集中于北半球的中高纬度地区和热带地区.对比2000与2010年两期的水域面积差异,总体波动不大,但是区域差异较明显.Global Land 30-water产品及统计数据为分析全球陆表水体空间分布格局、揭示其地域差异、研究时空波动规律以及诊断生态环境健康提供了重要基础数据.     

干旱荒漠区不同土地利用/覆盖类型土壤呼吸速率的季节变化

结合生长季对准噶尔盆地新垦绿洲外围人工防护林(杨树林)和天然荒漠(柽柳+芦苇群落、梭梭群落)土壤呼吸速率及主要环境因子的测定,分析了不同土地利用/覆盖类型间土壤呼吸速率的差异性和土壤呼吸对温度、土壤含水量变化的响应.结果表明土壤CO2释放速率随温度逐渐升高,杨树林、柽柳+芦苇群落和梭梭群落的最高值分别出现在1800,1200和1400,最低值皆出现在早晨800.5～10月,土壤呼吸速率呈现增加而又降低的趋势,主要与近地面气温的变化一致,在6～7月达到最大值,8月下降.生长季,平均土壤CO2释放速率、季节变化幅度按大小顺序排序为杨树林＞柽柳+芦苇群落＞梭梭群落,不同土地利用/覆盖类型间土壤呼吸速率的差异均很显著.杨树林土壤呼吸速率与近地表气温、土壤10 cm温度间存在显著的指数函数关系(P＜0.01),柽柳+芦苇群落和梭梭群落与近地面气温、地表温度间的线性相关显著(P＜0.01).基于近地面气温,计算得出Q10值分别为1.48,1.59,1.63.3种土地利用/覆盖类型的土壤呼吸速率(综合)与0～5,5～15和0～15 cm的土壤含水量呈极显著和显著的正相关关系(P＜0.01).0～5 cm土壤含水量与土壤呼吸速率间呈显著的二项式函数关系(P＜0.01).     

干旱荒漠区不同土地利用/覆盖类型土壤呼吸速率的季节变化

结合生长季对准噶尔盆地新垦绿洲外围人工防护林(杨树林)和天然荒漠(柽柳+芦苇群落、梭梭群落)土壤呼吸速率及主要环境因子的测定,分析了不同土地利用/覆盖类型间土壤呼吸速率的差异性和土壤呼吸对温度、土壤含水量变化的响应.结果表明:土壤CO2释放速率随温度逐渐升高,杨树林、柽柳+芦苇群落和梭梭群落的最高值分别出现在18:00,12:00和14:00,最低值皆出现在早晨8:00.5～10月,土壤呼吸速率呈现增加而又降低的趋势,主要与近地面气温的变化一致,在6～7月达到最大值,8月下降.生长季,平均土壤CO2释放速率、季节变化幅度按大小顺序排序为:杨树林＞柽柳+芦苇群落＞梭梭群落,不同土地利用/覆盖类型间土壤呼吸速率的差异均很显著.杨树林土壤呼吸速率与近地表气温、土壤10 cm温度间存在显著的指数函数关系(P＜0.01),柽柳+芦苇群落和梭梭群落与近地面气温、地表温度间的线性相关显著(P＜0.01).基于近地面气温,计算得出Q10值分别为1.48,1.59,1.63.3种土地利用/覆盖类型的土壤呼吸速率(综合)与0～5,5～15和0～15 cm的土壤含水量呈极显著和显著的正相关关系(P＜0.01).0～5 cm土壤含水量与土壤呼吸速率间呈显著的二项式函数关系(P＜0.01).     

20世纪前、中期中国农林土地利用变化及驱动因素分析

综合采集20世纪前、中期全国多种宝贵的土地利用数据, 特别是早期的一些土地利用资料, 利用聚类分析方法将中国大陆部分省区按土地利用变化差异分为7个区: 东北区、华北区、西北及黄土高原区、东南沿海区、西南区、青藏高原区和蒙新区, 分别对各区的农林土地利用, 即耕地、林地的时空变化进行了分析. 结果表明, 大部分地区耕地面积有较为明显的增加趋势, 20世纪50~60年代, 各区的耕地面积增加较多, 最大年增长率为2.63%, 区域差异较大; 20世纪前、中期林地面积以1949年为界, 此前总体下降、此后有一定的增加趋势. 有林地面积也呈现比较明显的区域差别, 70年代后期多数地区林地面积减小严重. 20世纪前、中期土地利用变化是自然和社会经济条件综合作用的结果, 但是人口增加、粮食生产、政府政策变更等社会经济因素的影响更大, 自然灾害也是土地利用变化的重要因素.     

基于分形的巴谢河流域滑坡空间分布格局及其影响因素分析

定量研究区域滑坡空间分布规律,揭示不同类型滑坡的分布格局,对预测和评价滑坡危险性有重要指导意义。基于ArcGIS空间分析功能及分形理论的关联维数和盒计维数,分析了巴谢河流域黄土滑坡及黄土-泥岩滑坡的空间分布格局及其影响因素。结果表明：区域滑坡个体关联具有多尺度分形,黄土滑坡与黄土-泥岩滑坡分别在8 km、12 km尺度上存在阈值,滑坡个体在该阈值尺度前后呈现不同的相关程度,且黄土滑坡个体空间的关联程度和聚集程度均高于黄土-泥岩滑坡;黄土-泥岩滑坡分布范围广、形态复杂,其面积展布盒计维数大于黄土滑坡;地层岩性及坡度对两类滑坡分布格局的影响较大,沟壑密度次之,起伏度影响较小。     

时变功率谱空间变化性分析

基于我国台湾地区SMART-1密集台阵强震记录资料和Kameda的时变功率谱模型,利用多重滤波技术和非线性最小二乘法拟合得到每条记录的Kameda模型参数值;通过分析模型参数随频率变化的散点图分布规律,建立了时变功率谱模型参数随频率变化的随机模型。采用随机振动理论和多元统计分析方法,分析了沿波传播方向距离、垂直于波传播方向距离及测点所在位置土层厚度等局部空间位置变化对时变功率谱模型参数的影响规律,探讨了时变功率谱模型参数的空间分布形式,建立了各模型参数随空间坐标变化的随机预测模型,从而为重大工程多点输入地震动参数的确定和多点输入加速度时程的合成提供实用模型。     

流域土地利用/覆被变化的水文效应及洪水响应

干旱与洪涝灾害已成为全球关心的重大问题.土地利用/覆被变化影响雨水的截留、下渗、蒸发等水文要素及其产汇流过程,并进而影响流域出口断面的流量过程,加大流域洪涝灾害发生的频率和强度.深入研究土地利用/覆被变化对洪涝灾害的影响,对于社会经济可持续发展具重要意义.通过分析和总结已进行的有关流域土地利用/覆被变化的水文效应及洪水响应研究工作进展,讨论了其研究内容、方法及现有工作的不足之处.     

地震前后景观格局的变化研究——以四川都江堰地区为例

景观是保护生态环境的关键所在,考虑地震灾害对景观格局的破坏影响,模拟景观格局在地震作用后的变化情况,对于找到景观设计脆弱点意义重大。提出地震前后景观格局的变化研究,以四川都江堰地区为研究对象,基于遥感图像、ArcGIS软件和Fragstats景观计算软件,以景观单元特征指数、景观格局指数作为指标,分析该地区在2007—2008年地震发生前后景观格局的变化,为该地区的震后重建以及未来的景观规划提供参考。     

多种对地观测技术及Google Earth技术应用于土地利用/覆被变化建库

为克服传统生态环境监测周期长,可靠性差,精度低的局限性,提出利用多种对地观测技术及Google Earth 技术进行土地利用/覆被变化监测方法.即利用新近获取的遥感影像为信息源,以原有的遥感影像解译数据为基础,对新遥感影像进行土地利用/覆被变化解译,修改旧遥感解译数据库;利用Google Earth上具有的高分辨率遥感影像,在室内对解译过程中的不确定地物进行补判;利用手持GPS接收机在野外对解译结果进行核查,并更新数据库;利用GIS空间分析功能,提取出高精度土地利用/覆被变化信息.实验选取近年旱涝灾害严重的四川作为研究对象,研究结果表明利用多种对地观测技术及Google Earth技术可以有效的对土地利用/覆被变化进行动态监测,并对下一步研究方向进行了探讨.     

鄱阳湖小天鹅越冬种群数量动态与空间分布格局

2003-2015年,本研究采用地面同步调查法开展了鄱阳湖越冬小天鹅种群监测,分析了鄱阳湖小天鹅越冬种群数量动态和空间分布格局.结果表明13年来鄱阳湖越冬小天鹅平均数量为69417±31309只,虽然种群数量的年际波动较大,但是并无明显的变化趋势.2004年冬季记录到最小种群数量27016只,2013年冬季记录到最大种群数量115710只.每年冬季小天鹅在鄱阳湖呈聚集型空间分布格局,大湖池、珠湖和大汊湖是越冬小天鹅主要活动区.自然保护区系统涵盖了小天鹅重要的越冬湖泊,50.1%±38.2%的越冬小天鹅分布在保护区内.小天鹅在保护区内和保护区外湖泊中的数量并无显著差异,但是小天鹅对保护区外湖泊的利用频次显著高于对保护区内湖泊的利用频次.