基于能值分析和生态用地分类的中国生态系统生产总值核算研究

生态系统生产总值是生态系统为人类提供的产品与服务价值的总和,研究与建立一个独立的核算一个国家或地区的生态系统生产总值的方法与体系,对科学评价与合理利用自然资源、助推生态文明建设等具有重要意义。将生态系统生产总值分为供给价值、文化价值、承载价值与调节价值等四大类,基于能值分析方法和生态用地分类体系,计算得出全国及各地区生态系统生产总值,并将其与国内生产总值进行比较,为自然资源资产负债核算和综合生态系统管理等研究提供理论和方法借鉴。研究结果表明:(1)生态用地分类体系包括湿地、森林、草地和其他生态土地4个一级类型、19个二级类型。其中,湿地、森林、草地可统称为基础性生态用地。2008年,中国生态用地总量为763.95万km2,约占陆域国土面积的80%,其中基础性生态用地约为530.8万km2。(2)2008年,中国国土生态系统生产总值约为19万亿美元,是当年国内生产总值4.71万亿美元的4倍,人均生态系统总值约为1.45万美元/人。从生态系统生产总值来看,广东、山东、河南位居前三,西藏最低;从人均生态系统生产总值来看,西藏和内蒙古居前,甘肃最低。

中国生态用地研究：内涵、分类与时空格局

生态用地具有重要的生态系统服务功能,是衡量一个地区国土生态环境质量好坏的"晴雨表"。在综述生态用地概念内涵基础上,划分生态用地类型、构建生态用地分类体系,基于全国土地利用变更调查数据对我国生态用地开展评估。研究表明:(1)生态用地内涵在区域尺度上主要有"生态要素决定论"、"生态功能决定论"和"主体功能决定论"3种观点,生态功能主体性应作为界定生态用地的基本准则。(2)基于生态系统服务主体功能,生态用地分类体系包括湿地、森林、草地和其他生态土地4个一级类型、19个二级类型。其中,湿地、森林、草地可统称为基础性生态用地,其他生态土地为保全性生态用地。(3)2008年我国生态用地总量7.64×106km2,约占陆域国土面积的80%,其中基础性生态用地约为5.31×106km2;基础性生态用地总量和人均基础性生态用地面积在空间上均呈现出"东南低、西北高"的特点;2002年至2008年间,我国生态用地总量与基础性生态用地面积均呈逐年下降态势,年均分别减少0.55×104km2和0.18×104km2,部分地区生态安全状况不容忽视。

风速变化对草原生态系统的影响研究进展

在全球风速呈下降趋势的大背景下,研究风速变化对生态系统的影响具有重要意义,尤其是其重要组成部分——草原生态系统。近年来大量学者开始研究风速变化对草原生态系统的影响,主要集中在以下几个方面并得出相关的结论,(1)风速变化会影响植物的生长速率和叶片形态,适当的风速能够促进植物生长发育、提高植被初级生产力,而强风或持续大风不仅会对植物产生破坏作用,还会影响其生长发育;(2)风会最先带走地表细小颗粒,从而导致土壤质地变粗、水分下降、营养成分重新分配;(3)风引起地表边界层和大气边界层物质和能量的转移和交换,热量和水汽的交换导致地表微气候发生变化,如风速降低会导致地表温度升高;(4)风力作用使得土壤水分亏缺、营养成分变化,导致草原生态系统结构变化、草地覆盖度降低、物种生活型复杂化、耐旱植物增加;(5)大气稳定性、CO2交换速率和碳排放都会随着风速的增加而增加,碳吸收则相反,碳通量也因此发生变化。综上,风速降低对于草原生态系统的影响复杂且利弊相当,未来的发展趋势会更加侧重于以下几个方面的发展:研究对象的多样化、加强控制实验的定量化研究、综合多要素的相互作用机理研究、整体结构和功能性的研究。

生态安全条件下土地利用格局优化--以皇甫川流域为例

在人类活动导致的生态环境问题中,土地利用格局变化对区域生态安全起着决定性作用。选择我国乃至在世界上都罕见的多沙、粗沙、强烈水土流失的黄河皇甫川流域作为研究区域,针对土壤侵蚀和生态用水这两大影响流域生态安全的关键问题,开展土地利用变化模拟、土壤侵蚀3S监测、适宜植被盖度估算、土壤侵蚀情景模拟、土地利用格局优化等方面的综合研究。结果表明:(1)土地利用格局变化是导致土壤侵蚀变化的重要因素。从1987年到2015年,建筑用地、林地和灌丛面积增加,水域、沙地和裸砒砂岩面积减少,导致流域年平均土壤侵蚀模数由16160.72 t km-2a-1降至9710.72 t km-2a-1。(2)土地利用类型与土壤侵蚀模数密切相关并存在一定规律。6种不同土地利用类型多年平均土壤侵蚀模数的大小顺序为:裸砒砂岩>沙地>耕地>草地>林地>灌丛,表明灌、林措施是流域植被恢复和土壤侵蚀减少的首选。(3)土地利用结构和空间格局优化有助于提升区域生态安全水平。在优化格局下,2007年和2015年土壤侵蚀模数比优化前分别减少5469.57 t km-2a-1和5432.77 t km-2a-1,优化后2015年土壤侵蚀模数仅为4277.95 t km-2a-1,低于流域自然侵蚀临界值或允许土壤侵蚀模数5300 t km-2a-1,优化土地利用格局成为加强流域生态环境建设的重要途径。

一种近似用于高发射率城市地表热红外等效发射率的方向性变异核驱动模型及其不确定性分析

地表热红外发射率（8~14μm）的方向性变异为遥感地表温度的反演及应用引入了不确定性,这种问题在城市地表显得尤为突出.发展了一种近似用于高发射率城市地表热红外等效发射率的方向性变异（Urban Surface Emissivity Anisotropy,USEA）核驱动模型,并分析了具体应用时的不确定性,其中USEA用非垂直观测的发射率与垂直观测时的发射率之比定量表示.模型有两个基本假设：（1）白天,USEA具有热点效应,热点位置与太阳位置接近;（2）夜晚,USEA无明显热点效应,且主要与观测天顶角相关.该核驱动模型由各向同性核、多次散射核、以及温差核组成,其中各向同性核为常数1,多次散射核描述了USEA与观测天顶角的关系,温差核描述了USEA的热点效应.基于计算机模拟数据的模型评价结果表明,核驱动模型可以表达USEA的时空变化,但城市地表热惯量会导致模型的适用性降低.该核驱动模型在MODIS等传感器的方向性比辐射率数据上,具有一定的应用潜力.

北方干旱区优良牧草抗旱性和抗寒性研究进展

干旱和低温是制约北方干旱区栽培草地发展的限制因子。文章对北方干旱区常见的紫花苜蓿、羊草、老芒麦、垂穗披碱草、无芒雀麦和冰草6种牧草的抗寒性、抗旱性的研究进展进行了分析,并从外部形态、生产力、生理生化指标等方面,就不同牧草品种对低温和干旱的适应性以及反馈机制进行了综述,最后对牧草抗性未来的研究方向进行了展望。

1960～2013年京津冀地区干旱-暴雨-热浪灾害时空聚类特征

基于京津冀及周边34个气象站点逐日气温、相对湿度和降水数据,辅以Mann-Kendall趋势分析、Sat Scan时空重排扫描等数理统计方法,对1960~2013年京津冀地区干旱-暴雨-热浪灾害时空聚类特征进行分析。结果表明：1 1960~2013年京津冀地区干旱-暴雨-热浪变化具有阶段性,2000年之前干旱-热浪频次多为负距平,暴雨频次相对较多;2000年后干旱和热浪频次呈上升趋势,暴雨频次呈下降趋势;2综合考虑多种致灾因子,京津冀地区高致灾因子区集中于东部沿海区和西部太行山地区,低致灾因子区分布于中部平原区;3 1960~2013年京津冀地区干旱和热浪空间分布具有明显的重叠性,两者空间叠加区主要分布于5个区域：北部沿海区、北部燕山山区、西部太行山区、南部平原区。对于北京、天津、保定等中部平原区的城市而言,其为多灾种叠加的＂平静区＂,干旱-暴雨-热浪灾害时空群集事件相对较少。

基于结构规模的冬小麦种植面积遥感抽样估算

在种植结构复杂地区,由于受到混合像元和同期作物的影响,传统的以规模为分层标志进行冬小麦种植面积遥感估算难以保证抽样效率和精度。该文综合考虑混合像元、同期作物的影响,构建了结构规模指标进行冬小麦种植面积遥感抽样估算。采用TM和QuickBird为研究数据,设计不同的抽样方案估算冬小麦的种植面积,计算标准误差、准确度和变异系数衡量估算精度,与传统简单随机、规模指标分层抽样进行对比分析,验证本文方法的有效性。试验结果表明,以结构规模指标分层抽样的反推结果在各项指标上均明显优于传统简单随机、规模指标分层抽样方式,尤其在小样本量时,标准误差降低2.0×105m2,准确度提升了1%。该研究结果为在大范围种植结构复杂地区进行冬小麦种植面积遥感估算的改进提供了试验依据。

典型年份渭河流域蓝水绿水时空差异分析

以西北地区湿润/干旱过渡地带的渭河流域为例,采用降水距平百分率和标准化降水指数识别湿润年、正常年和干旱年,同时结合SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型的输出结果分析各典型年该流域蓝水绿水的时空分布差异。结果表明:(1)采用降水距平百分率和标准化降水指数两种方法确定1983、1997和2007年分别为湿润年、干旱年和正常年;(2)模型评价的结果表明,SWAT模型的月径流模拟的精度较高,可以准确描述渭河流域的径流变化过程;(3)在流域尺度上,绿水流的变化在湿润年、干旱年和正常年的变化相对稳定,绿水系数在湿润年、干旱年和正常年分别为82.06%、93.47%和87.72%;(4)从空间分布来看,蓝水绿水资源在渭河流域的分布呈现自东南向西北减少的趋势,绿水系数的空间分布表明在湿润年份(1983)或地区(东南部)绿水比重明显低于干旱年份(1997)或地区(北部)。

国土空间开发及格局优化研究:现状述评、战略方向、技术路径与总体框架

研究目的:国土空间开发是国家发展战略的基础和重要组成部分,优化国土空间开发格局、统筹协调生产、生活、生态——"三生"空间配置,是未来20年我国实现可持续发展的重点任务和根本途径。研究方法:文献梳理、理论分析与顶层设计。研究结果与结论:1国土空间优化开发研究方兴未艾,在多元数据融合、空间格局时空变化模拟预测、空间开发格局评价、优化格局评判模式和标准等方面潜力很大;2未来20年,我国应围绕大力推进生态文明建设,通过实施"点、线(轴)、面"有机结合的多中心网络式、功能差别化的国土空间优化开发战略,构建安全、和谐、开放、富有竞争力和可持续发展的美丽国土新格局;3国土空间优化开发研究,应重点开展国土空间开发时空格局的关系耦合与预测、情景模拟与优化,完善政策建议,形成国土空间开发优化模式并开展应用示范,对未来国土空间开发进行引导和管控,指导基于空间格局的区域和省级国土规划的编制和实施。

北非Sahel地区夏季降水异常对华北平原旱涝指示意义

利用NECP/NCAR再分析和气象站点实测降水资料,辅以分段线性回归、趋势分析及相关分析方法,分析了近54a华北平原和Sahel地区的降水变化特征,探讨了Sahel地区夏季降水异常对华北平原旱涝变化的指示意义。结果表明:(1)华北平原与Sahel地区夏季降水异常相关性存在空间差异,显著相关区域位于800mm等降水线以北的地区,淮河平原的相关性较弱;(2)华北平原与Sahel地区降水关系既有稳定性,又存在明显的年代际变化特征。20世纪70年代中期和90年代末为相关性变化的重要转折点,这与NAO,PDO和东亚季风以及青藏高原积雪突变时间一致;(3)地形因素、城市因素对降水相关性影响较弱。在省域尺度上,山东省正相关特征最为突出,表现为全区一致性;京津冀平原区表现为显著正相关,河南省则以负相关为主,江苏、安徽表现为不显著负相关;(4)Sahel中区对黄河下游旱涝具有正向指示意义,Sahel东区对海河平原旱涝具有负向指示意义。

1999—2010年中国西北地区植被覆盖对气候变化和人类活动的响应

中国西北地区气候干旱,频繁出现沙尘天气,属于生态脆弱区域,而植被变化是生态系统对气候变化响应的指示器,研究其变化对改善西北生态环境具有重要意义。本文利用1999—2010年归一化植被指数(NDVI)以及气象数据研究中国西北地区植被覆盖时空变化,以Sen趋势度结合Mann-Kendall检验、相关和偏相关分析以及残差法分析人类活动和气候变化对植被覆盖变化的影响。结果表明:西北地区植被覆盖整体呈增加趋势,但在局部地区气候干旱少雨和人类活动抑制植被生长。植被变化强度空间差异是人类活动和气候要素共同作用的结果:气温高,降水少,大部分地区植被覆盖与气候要素相关显著,并且植被变化对气温和降水的响应存在一定滞后时间;蒸发量大于降水量,人类引水灌溉弥补降水不足,使得农业植被呈增长趋势。新疆北部地区植被覆盖呈下降趋势,原因是气候干旱、沙漠化严重会抑制植被生长,人类活动频繁、城市扩建同样会破坏植被生长。

高光谱数据的相似性测度对比研究

光谱相似性测度是高光谱分类的基础,实践证明多种相似性测度的结合能更加全面地表现光谱特征。本文将反应光谱曲线形状的相关系数和反映光谱曲线幅度的欧氏距离进行有效组合,在统一的测试框架下采用Chris Elvidge植被光谱库数据和Hyperion高光谱影像,对欧氏距离、光谱角余弦、光谱信息离散度、相关系数、光谱角余弦—欧氏距离、欧氏距离—相关系数这6种相似性测度方法进行综合评价,并对每种相似性测度的适用范围进行比较;研究结果显示欧氏距离—相关系数方法的分类精度要高于其他5种方法。

统计遥感空间基础框架的研究与应用

研究通过建立多尺度、多分辨率、多种类的空间基础框架数据库体系,根据地理空间位置实现统计信息资源的整合与共享。针对统计遥感业务对空间基础框架的需求,提出了统计遥感空间基础框架建设的目标与任务,研究了框架建设中框架构成、数据体系、标准体系、技术体系和组织运行体系等关键技术,并展示了统计遥感空间基础框架在国家统计遥感粮食作物种植面积测量与估产业务运行系统中的应用实例。

InSAR中DORIS基线估计方法的改进

雷达干涉测量中基线估计精度直接影响到合成孔径雷达干涉测量(InSAR)的精度.针对DORIS(the delft object-oriented radar interferometric software)软件采用的基线估计方法,在考虑地球参考椭球半径在不同纬度地区的差异时,分析了基线估计方法的差异,提出相应的改进方法,对干涉影像不同扫描行的基线进行了多参数-多项式拟合,最后使用德国波恩地区的数据进行验证.结果表明:当考虑参考椭球半径在不同纬度差异时,能够显著提高基线估计的精度;而对基线的拟合则可以提高基线估计的速度.

基于POLSAR极化散射特征与光学归一化指数的农村居民点用地提取

准确提取农村居民点用地规模及分布,对合理利用土地资源、改善农村生态环境及促进城市化发展具有重要意义。根据农村居民点用地的POLSAR散射特性及光谱特征,提出一种基于POLSAR极化散射特征与光学归一化差异指数的农村居民点用地提取方法,并结合实验分析了POLSAR极化相关系数在区分农村居民点用地与林地的不适用性。所述方法可有效解决单一数据源在农村居民点用地提取中裸地(光学数据)、林地(POLSAR数据)与农村居民点用地混分的问题,精确提取农村居民点用地(用户精度为91.7%,制图精度为95.2%,总体精度为95.9%)。相比基于POLSAR极化目标分解的H/α/Wishart迭代分类,该方法用户精度提高了34.9%,制图精度提高了14.4%,总体精度提高了16.2%;相比基于归一化植被指数和归一化建筑指数的监督分类,本文的用户精度提高了24.3%。

准噶尔荒漠短命植物分布特征对干扰的响应

2008年在新疆北部准噶尔荒漠的莫索湾地区,通过调查78个植被样方,探讨了短命植物对人为干扰的响应特征。结果表明:区内植物种类成分较为简单,相似程度较高。短命植物呈斑块状集聚分布。从沙漠腹地到绿洲边缘,短命植物呈现规律性变化,较高的丰富度指数和多样性指数出现在沙漠腹地和过渡地带。物种多样性指数与干扰因子数之间的灰色综合关联度均在0.7以上,表明干扰在物种多样性变化中的重要作用。垦殖、放牧和工程等大面积、高强度的扰动,使得在荒漠中生长繁盛的短命植物物种骤减。于此同时,荒漠腹地有车辙等碾压痕迹的地方,形成较小范围的积水微环境,为短命植物的生长提供了有利条件。