清代西南地区森林空间格局网格化重建简

基于遥感土地利用数据和全球潜在植被数据,确定了中国西南地区土地垦殖前森林植被可能的分布范围,并通过量化地形（海拔、坡度）和气候生产潜力（光照、温度、水分）与农林地分布间的关系,构建了土地宜垦性评估模型和历史森林面积网格化分配模型,重建了清代西南地区5个时点、分辨率为10 km×10 km的森林空间格局。结果表明：①本文设计的森林空间格局网格化重建方法具有一定的可行性,其结果能较好地反映森林变迁历史过程的基本特征;②西南地区森林覆被率从雍正二年（1724年）的54.7%下降至宣统三年（1911年）的27.8%,其减少地区主要分布在四川盆地、云南中南部以及贵州大部;③从网格占比的变化趋势看,1724-1911年,西南地区森林覆被率小于10%的网格占比上升了约31个百分点,而覆被率大于80%的网格占比则下降了约13个百分点。     

清代西南地区森林空间格局网格化重建

基于遥感土地利用数据和全球潜在植被数据,确定了中国西南地区土地垦殖前森林植被可能的分布范围,并通过量化地形（海拔、坡度）和气候生产潜力（光照、温度、水分）与农林地分布间的关系,构建了土地宜垦性评估模型和历史森林面积网格化分配模型,重建了清代西南地区5个时点、分辨率为10 km×10 km的森林空间格局。结果表明：①本文设计的森林空间格局网格化重建方法具有一定的可行性,其结果能较好地反映森林变迁历史过程的基本特征;②西南地区森林覆被率从雍正二年（1724年）的54.7%下降至宣统三年（1911年）的27.8%,其减少地区主要分布在四川盆地、云南中南部以及贵州大部;③从网格占比的变化趋势看,1724-1911年,西南地区森林覆被率小于10%的网格占比上升了约31个百分点,而覆被率大于80%的网格占比则下降了约13个百分点。     

过去百年青海和西藏耕地空间格局重建及其时空变化

网格化的历史土地利用/覆被数据集,可为历史气候变化和碳循环研究提供基础数据。本文估算了1910年,并订正了1950-2000年青海和西藏的省域耕地面积数据;基于现代耕地空间格局,量化了海拔高程和地面坡度与耕地空间分布之间的关系,构建了历史耕地网格化重建模型。将1910、1960、1980和2000年的省域耕地面积数据带入网格化重建模型,得到了4个时间断面的耕地空间格局。结果表明:青藏两省耕地面积1910-1950年稳定,1950-1980年快速增加,1980-2000年基本稳定,略有降低。就空间格局而言,1960-1980年,河湟谷地和"一江两河"地区土地开垦范围的扩张和垦殖强度的增长在过去百年最为明显。模型检验表明,模型重建的2000年耕地空间格局与2000年遥感数据相关系数达0.92。     

土地覆被类型空间格局与地形因子的定量关联及其应用

以全国1∶25万土地覆被数据、全国公里网格DEM数据和县级行政区划数据为基础,首先,在国家尺度上宏观分析地形因子对土地覆被类型空间分布格局的影响,土地覆被类型空间分布宏观格局受海拔高度、坡度、地表起伏度的影响明显,而与坡向的关系并不显著;其次,以县级行政单元为统计分析样本,利用多元线性回归分析方法,在国家和区域两个尺度建立土地覆被类型面积占比与主要地形因子之间的定量模型,在6类土地覆被类型中,除草地以外,其他5类土地覆被类型的面积占比均与地形因子之间呈显著相关关系,显著性由高到低的排列顺序依次为森林、农田、荒漠、聚落和湿地水体;最后,以相关性最好的森林的空间分布为例,说明了将所建立的模型应用于栅格单元上某种土地覆被类型面积占比估算的可能性,虽然估算结果与实际情况存在差异,但总体趋势基本保持一致,特别是土地覆被类型面积占比大的区域。     

基于MODIS数据网格化重建历史耕地空间分布的方法——以清代云南省为例

建立具有准确空间属性的历史时期土地覆被数据集有助于更好地模拟土地覆被变化的过程及其效应。本文基于我国过去300年耕地面积总体呈持续增加的特点,提出了历史时期耕地分布范围未超出现代耕地范围的合理假设,并以地表高程和坡度为影响土地宜垦程度的主导因子,评估了MODIS土地覆被产品中现代耕地分布区域的宜垦程度,再按宜垦程度从高...     

土地利用/土地覆被时空分布100年数字重建——以大庆市杜尔伯特蒙古族自治县为例

长时间序列的土地利用/ 土地覆被数据是开展全球变化、可持续发展及生态安全等各项研究的重要基础。然而,早期的土地利用/ 土地覆被数据,特别是卫星遥感数据出现之前 的土地利用/ 土地覆被信息通常很难获取。利用TM、MSS 遥感影像数据和地形图、气候、地质、地貌、土壤、植被、水文等自然环境背景图件以及数据,社会经济统计数据等多源数 据,选择大庆市杜尔伯特蒙古族自治县作为典型案例区,在GIS 技术支持下建立了土地利用/ 土地覆被数字重建模型,再现了典型研究区20 世纪30 年代和50 年代土地利用/ 土地覆被空间分布状况。通过野外调查和历史文献资料对土地利用数字重建结果进行精度评价并初步得到以下结论：① 采用逐个图斑跟踪记录的方法对研究区各个时期土地利用/ 覆被变化的敏感 性进行分析,有利于揭示区域土地利用/ 土地覆被变化的规律;② 在定量、定位分析环境背景对土地利用/ 土地覆被分布及其变化的影响基础上,综合判断各种土地利用/ 土地覆被分布概率,其结果可为土地利用数字重建提供依据;③ 对1:10 万地形图提取土地利用信息的可行性与可信度分析表明,地形图中土地利用信息完全能够达到一级土地利用分类精度,同时疏林地、灌木林、沼泽地、盐碱地、沙地等二级分类信息也能获取。     

中国传统农区历史耕地数据网格化方法

建立具有空间属性的历史时期土地覆被数据集有助于更好地模拟土地覆被变化的气候 与生态效应。根据我国历史时期土地开发利用的特点, 深入分析了影响我国历史时期土地开 发利用的主导因子, 量化了海拔高度、坡度、人口分布等自然及人文要素与耕地分布的关系, 并以此为依据设计了一套将我国传统农区历史耕地数据网格化的方法与算法模型, 计算各网 格(分辨率为60 km×60 km) 耕地面积占整个农区耕地总面积的比重、以及各网格的耕地面 积与垦殖率; 同时利用基于《嘉庆重修一统志》重建的中国传统农区历史耕地资料, 采用上 述方法与算法建立了研究区内1820 年(清嘉庆二十五年) 60 km×60 km 空间尺度的耕地数据 集, 并绘制了分布图。重建结果与册载府级田亩数据的比较分析表明: 该方法与算法可以有 效地将以行政区域为统计单元的中国历史耕地数据量化为具有统一且更高空间分辨率的网格 化数据集。     

中国历史时期土地覆被数据集地理空间重建进展评述

重建长时间序列具有空间属性的土地覆被数据集,对研究历史时期土地利用/土地覆被变化及其气候和生态效应具有重要意义。近年来,国内外学者就定量重建中国区域历史土地覆被数据集进行了积极探索。但由于历史时期土地利用数据来源多元、重建方法多样、验证方式各异等原因,不同学者的重建结果迥异,其中重建方法是导致差异形成的重要原因之一。本文从重建思路、假设和方法、结果验证等方面对覆盖中国区域的主要空间数据集进行了综合评述,结果表明：①基于历史记录的还原法和基于地理空间模型的重建法是历史土地覆被空间重建的主要方法,而根据建模过程,后者又可进一步分为“自上而下”的配置模型和“自下而上”的演化模型法。②基于数量重建进行空间重建是当前历史土地覆被数据集重建的主流,在缺少充分、客观历史数据的条件下,对基础数据、分布控制因素和限制因子进行合理假设是取得合理结果的重要条件。③为提高研究成果的解释力,需要对重建结果进行检验,直接验证法虽较为准确,但受时空尺度限制,具有显著的局限性,间接验证法可作为有效的补充。     

山区县域土地利用/覆被变化多尺度多模型模拟对比——以云南省勐腊县为例

土地利用/覆被变化(LUCC)模拟及其尺度效应一直是土地变化科学的研究内容与难点。本文选择西南沿边山区县域——云南省勐腊县为试验区,利用LCM、FLUS、CA-Markov和CLUE-S探究该县域LUCC模拟的最适模型和栅格尺度。结合1994年、2004年两期Landsat TM影像分类生成的土地利用/覆被数据,以及自然与社会经济数据,在60、90、120、150、180、210和240 m七个栅格尺度下模拟该县域2014年土地利用/覆被空间格局,并以同期土地利用/覆被遥感分类数据为参考来评价模型模拟精度,筛选出最适模型和栅格尺度,进而模拟该县域2024年土地利用/覆被格局。研究表明:四种模型均能较好地模拟该县域土地利用/覆被变化(K_(standard)=0.67～0.84),其中以LCM模型模拟精度最高(K_(standard)=0.77～0.84);各模型对不同土地利用/覆被类型的适用性不同,LCM模型模拟林地、园地和耕地效果最好,而FLUS模型模拟建设用地更佳;四种模型模拟LUCC的最适栅格尺度均为120 m,其K_(standard)0.70。整合不同地类的最适模型和栅格尺度模拟结果有利于提高山区县域LUCC模拟精度。     

中国西部地区历史草地面积重建的方法——以甘宁青新区为例

历史草地面积重建作为历史土地利用与土地覆被变化研究的重要组成部分,可为区域乃至全球环境变化研究提供重要的基础数据。但受研究客体特性与重建资料多寡的制约,目前无论是数量估算上还是空间格局重建上均非常薄弱。本文试图在客观把握中国西部地区历史草地变化趋势与特征的基础上,利用现代遥感土地利用数据和潜在植被数据,确定土地垦殖前草地植被潜在分布范围;并结合历史耕地网格数据,构建以间接扣减为核心的草地面积重建方法;重建甘肃、宁夏、青海和新疆等省区过去300年的草地网格数据。结果表明：土地垦殖前,案例区草地覆被率高达40.87%。受土地垦殖的影响,在过去300年草地面积呈持续减少的态势。草地面积由1661年的1.11亿 hm²下降到1980年的1.03亿 hm²,并经历了1661—1724年的急剧减少、1724—1873年的缓慢减少和1873—1980年的快速减少三个时段,草地年均减少量分别为4.76万 hm²、0.75万 hm²和3.38万 hm²。在空间上,研究时段内草地垦殖区呈现出由甘肃、宁夏向青海、新疆转移的特点。以历史文献资料和1980年遥感草地网格数据为基础,对重建的草地数据开展了可靠性评估。评估显示,重建结果能够较好的再现草地变迁过程。本文构建的重建方法可被用于中国西部地区长时段的草地面积重建。     

乡村人口迁出对生态脆弱地区植被覆被的影响——以内蒙古自治区为例

生态脆弱地区的生态环境状况改善和治理一直是各级政府部门和学者关注的焦点问题。过去10余年,中国城镇化进程发展迅速,生态脆弱地区乡村劳动力大量迁出。那么劳动力人口迁出会在多大程度上影响脆弱地区植被覆被状况的变化呢?本研究利用2000-2010年的NDVI数据、气象观测数据和社会经济数据,采用趋势线分析、显著性检验和多元回归分析等方法,对内蒙古地区植被覆被状况的变化进行了分析,并在县级尺度上定量评估了乡村劳动力人口迁移对区域植被覆被状况的影响。结果表明：① 2000-2010年,内蒙古自治区植被覆被总体呈上升趋势,其中超过28%的地区植被覆被状况显著改善,只有约2%的地区存在较强的退化趋势;② 植被覆被显著退化的地区呈条带状分布于内蒙古自治区中部农牧交错带北部边缘;植被覆被显著改善的地区主要位于内蒙古自治区的东南部与西部地区;③ 2000-2010年,农业劳动力对植被覆被状况的影响已经超过了气候等自然因素的作用,农业劳动力迁出对植被覆被状况提高有显著的促进作用。     

1700—1978年云南山地掌鸠河流域耕地时空演变的网格化重建

基于多源数据资料重建小尺度区域历史时期土地利用/覆盖变化,对深入理解土地利用变化的驱动力机制及其环境和气候效应具有重要意义。本文利用从流域尺度聚落格局演变重建到聚落尺度耕地数量和空间分布重建,再到流域尺度耕地格局重建的思路,以云南山地典型的中小流域为研究区,以历史文献资料、田野考察资料、历史地理学研究成果、档案资料、现代统计资料、地理基础数据为支撑,综合考虑区域自然因素（坡度、海拔高度）、人文因素（人口、政策、农业技术、耕地与居民点距离）,设计了历史时期山地小尺度区域耕地网格化重建模型,重建了1700—1978年具有明确时间和空间属性的网格化耕地格局。结果表明：① 掌鸠河流域的耕地面积近300 a增长6.3倍,垦殖率从1700年的2.1%上升到1978年的15.6%。② 不同地形区的耕地面积差异较为显著,其中山区和半山区的耕地面积最大,且增长速度最快;平坝区和中下游河谷区的耕地面积增长相对平缓,是自然环境、人口、政策和农业技术等因素综合作用的结果。③ 通过总耕地面积和人均耕地面积等对结果进行验证,证明了重建结果的合理性。本文设计的网格化重建模型可以为模拟具有明确时间和空间属性的小尺度区域历史耕地网格化数据集提供参考。     

应用线性光谱分离技术研究喀斯特地区土地覆被变化——以贵州省关岭县为例

喀斯特地区土地覆被主要类型除了和非喀斯特地区一样的植被和裸露土壤外,还存在一个广泛分布的裸露基岩,一般遥感处理方法不具备直接定量提取这三类土地覆被参数的能力。基于地物光谱线性混合模型的线性光谱分离技术,可以在亚象元的尺度上直接获取植被覆盖、裸露土壤和裸露基岩等在各象元区域内的比例,非常适合用于喀斯特地区的土地覆被变化的研究。本文利用1987年2月17日和1999年12月27日LandsatTM各6波段遥感影像,使用ENVI软件,分离出植被、裸露土壤、裸露岩石和阴影等土地覆被丰度和RMS的空间分布。对比结果表明,研究区1987～1999年,植被覆盖率上升593%,裸露土壤面积下降1215%,裸露基岩面积上升408%。表明研究区尽管植被在恢复、水土流失总量在减少,但石漠化面积在明显上升,生态形势依旧严峻。     

延河流域土地利用/覆被变化模型的尺度转换方法

采用延河流域和安塞县2000和2006年的土地利用/覆被遥感影像,结合实地调研获取的2000-2006年该区域生态建设尤其是退耕还林还草数据,分别在流域尺度和县域尺度上,采用主成分分析法对延河流域及位于延河流域上中游的安塞县土地利用/覆被变化及其驱动力进行了分析,建立了耕地面积变化的驱动力模型.研究表明,在这两个尺度上,影响耕地面积变化的关键因素都是总人口和农作物播种面积.以此为基础,基于不同尺度上共同驱动力因子之间的相互关系,建立了不同尺度上耕地变化模型的尺度转换方法.对于不同尺度的土地利用/覆被变化模型,无论其模型形式的复杂程度如何,只要不同尺度上的关键驱动因子相同或存在明确的定量关系,就可以基于关键驱动力因子的定量关系进行不同尺度上土地利用/覆被模型的尺度转换.研究成果为土地利用/土地覆被变化的尺度转换方法研究提供了新思路.     

青藏高原河谷地区历史时期耕地格局重建方法探讨——以河湟谷地为例

青藏高原受其特殊自然地理环境条件的限制,耕地主要分布在自然环境条件相对优越的河谷地区,人为因素对耕地分布范围的作用和影响极其微弱,尤其是在历史时期生产力水平较低的前提下,耕地的空间分布主要取决于土地的宜垦程度。本文将影响青藏高原河谷地区耕地分布的因子按其性质分为限制性因子和非限制性因子,并以此为基础排除了高原河谷地区不适宜耕作的地区,在适宜耕作的地区根据土地的宜垦程度,按"先优后劣"的原则将历史时期的耕地数据分配到空间上。选取青藏高原农业发展历史悠久的河谷地区之一河湟谷地作为实例,重建该区1726年耕地空间格局。将重建结果与已有的M模型重建结果进行对比分析,两者重建的耕地在空间分布上呈现出一致性,但重建结果在垦殖范围与垦殖强度上存在一定的差异;M模型的重建主要是以现代耕地分布格局为基础重建,忽略了现代耕地空间分布受现代农业技术的影响;而本文模型则是从低生产力水平前提下影响历史时期耕地分布的因子出发,重建结果更具合理性。     

基于净初级生产力的省公顷生态足迹模型参数的计算——以江苏省为例

基于传统生态足迹模型,在省域空间尺度下构建了"省公顷"生态足迹模型,基于植被净初级生产力(NPP),对生态足迹的均衡因子和产量因子加以本地化改进,并改进了化石能源土地的计算方法。以江苏省为例,根据省公顷模型参数的计算形式,采用该区域2000-2010年间MOD17A3遥感数据的年NPP以及土地利用数据,计算了不同年份江苏省各类生物生产性土地的均衡因子和13个地市各类土地的产量因子。结果表明,江苏省各类土地的均衡因子与全球或国家公顷的均衡因子差异显著,各地市的产量因子也存在一定差异,但总体更为符合区域实际情况。基于NPP的省公顷模型使得动态均衡因子和产量因子的计算快速简便,适用于省、市域等中小尺度区域可持续发展生态评估。     

近30a台特玛湖地区土地利用/土地覆被变化及其影响因素

土地利用/土地覆被变化对干旱区生态环境变化有明确的指示意义。基于台特玛湖地区1988—2017年Landsat遥感数据、土地利用数据和气象站观测数据,运用均值法、线性趋势分析法、Pearson相关性分析法、主成分分析法等,分析了近30 a来台特玛湖地区土地利用/土地覆被类型、植被NDVI(Normalized difference vegetation index)变化及其影响因素。结果表明:土地利用/土地覆被以草地为主,草地和耕地面积均呈下降趋势,林地呈上升趋势;植被NDVI总体呈上升趋势,但上升趋势较缓;植被NDVI整体偏低,仅在台特玛湖湖区周围水分条件比较好的地区稍高;植被NDVI与气温和降水具有一定相关性;生态输水对该地区的植被状况改善起到了促进作用。     

基于熵权法的土地覆被动态遥感监测与评价——以新疆伊犁地区和博州为例

基于MODIS数据,选取植被净第一性生产力(NPP)、温度植被旱情指数(TVDI)、改进型土壤调整植被指数(MSAVI)、陆地表面温度(LST)4个对干旱地区地表覆被具有显著指示作用的指标,结合IGBP土地利用类型分类图,以新疆伊犁地区和博尔塔拉蒙古自治州(简称博州)为例,对研究区2003—2007年土地覆被动态进行监测,并利用熵权法确定各个指标的权重,在此基础上进行土地覆被动态的综合评价。结果表明,不同指标对不同的土地利用类型具有不同的适宜性和指示度;在新疆伊犁地区和博州,土地覆被动态地域差异性明显,土地覆被退化程度较大的土地类型为水体、草地、永久湿地、城镇,而森林、灌木林、荒漠草原和农田等土地类型有所改善,呈现出“局部改善、总体退化”的局面;引用熵权法将多个遥感指标综合起来进行土地覆被动态的监测与评价的途径是可行且有效的,可为干旱区土地覆被、荒漠化、土地退化、植被变化等工作的监测与评价提供可靠的技术方法与有价值的案例。     

干旱生态系统净初级生产力估算及变化探测

针对中国西部干旱区特有的气候-植被特征,利用卫星遥感混合像元分解技术对干旱区植被进行了光合作用植被和非光合作用植被区分和组分解析,尝试通过对干旱覆被植被灌层结构进行解析而解决因植被区系差异和环境背景干扰的问题,并参考国际上遥感-生态模型GLO-PEM和CASA,借助遥感生态反演的物理分析,初步构建起基于遥感与生态过程的干旱区适用的光能利用率模型NPP-PEM,并以中国西部干旱区喀什地区叶尔羌-喀什噶尔河流域山地-绿洲-荒漠生态系统为案例,利用AVHRR/NOAA气象卫星遥感数据和气候资料估算了1992年和1998年中国西部喀什地区叶尔羌-喀什噶尔河流域山地-绿洲-荒漠生态系统1 km分辨率年净第一性生产力,并进行了变化探测分析。模拟检验结果精度较好,生态系统碳吸收的空间异质性特征明显。结果表明,考虑了干旱植被生理特征和灌层结构的光能利用模型,模拟结果较为合理,也为引入其他生态模型应用到干旱区生态系统研究提供了借鉴,从而为干旱区陆地生态系统碳循环研究开辟了途径。     

清代中期苏皖地区耕地数据网格化处理及精度对比

格点化区域历史土地利用数据是进行历史土地利用/土地覆被变化环境效应模拟的基础。本文基于苏皖地区耕地垦殖倾向,分别采用清代中期苏皖地区省域及县域耕地数据进行网格化降尺度处理,分配至10 km×10 km的网格中,并将两种分配结果进行对比评估来定量探讨数据的空间范围大小对格点化数据的精度影响。得到以下结果:①用苏皖省域耕地数据和县域耕地数据模拟的网格化结果之间存在差异,平均差异率为16.61%。相对差异率较小(-10%~10%)的网格有24.55%,较大(>70%或<-70%)的网格有13.3%,主要存在于洪泽湖流域及苏北北部沿江平原(黄河改道前入海口处)。②苏皖地区清代中期耕地的空间分布具有一定的地域差异。耕地垦殖率较高的地区主要集中于苏南平原地区的太仓市和昆山市北部,苏皖西北部的砀山县、丰县和沛县,垦殖率均在80%以上;而苏北北部旧黄河入海口、洪泽湖流域、太湖流域及安徽南部山区丘陵地区垦殖率较低,多在10%左右。③1735 年耕地主要分布于海拔高度≤100 m,坡度≤2°的地区。到1980s 时,不同坡度下的垦殖率有较大增加。