东北黑土区生态系统服务权衡与协同

东北黑土区作为我国最大的商品粮基地,土地退化问题日趋严峻,严重影响了生产—生态功能的协同发展。采用CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach)、降水贮存量法、修正的通用土壤流失方程(Revised Universal Soil Loss Equation,RUSLE)和修正的风蚀方程(Revised Wind Erosion Equation,RWEQ)量化了东北黑土区供给、水源涵养、土壤保持和防风固沙4种关键生态系统服务并分析了其时空演化特征,采用残差分析法厘定了气候变化与人类活动因素对供给服务的贡献率,从栅格尺度和县域尺度刻画了不同地区、不同主导驱动因素下生态系统服务间的权衡与协同特征。结果显示:(1)近20年东北黑土区供给、水源涵养和防风固沙服务量总体上小幅提升,县域数量分别占96.6%、76.9%和75.4%,其中内蒙古东部和黑龙江的供给服务量、黑龙江和吉林的水源涵养量以及辽宁的防风固沙量增势明显。土壤保持量总体上小幅下降,县域数量占60.7%,特别是吉林下降趋势最明显。(2)东北黑土区供给服务变化主要受气候变化与人类活动的共同促进作用。人类活动是主导驱动因素,总体贡献率为62.65%,县域数量占76.6%。(3)东北黑土区供给与水源涵养、防风固沙之间主要表现为协同关系,约有88.67%和77.14%的县域表现为协同,而供给与土壤保持之间主要表现为权衡关系,县域数量占比为68.25%,人类活动因素加重了各服务之间的权衡作用。研究有助于明晰东北黑土区生态系统服务的主要矛盾,科学合理、有针对性的制定生态保护修复相关政策,对提升东北生态功能以及保障国家粮食安全具有重要意义。

SSP-RCP情景下京津冀城市群夏季热环境空间网络识别与评估

全球气候变化加剧和城市高温热浪频发,严重影响人居环境健康和社会可持续发展。该文综合GIS、形态学空间格局分析、电路理论和图论法等理论与技术,基于共享社会经济路径(SharedSocio-economicPathways,SSPs)与典型浓度路径(Representative Concentration Pathways,RCPs)联合情景框架的未来气候数据,定量识别2021-2100年低辐射强迫情景(SSP1-RCP2.6)、中等辐射强迫情景(SSP2-RCP4.5)和高辐射强迫情景(SSP5-RCP8.5)下京津冀城市群夏季热岛斑块时空格局并评估热环境空间网络时空演变过程和结构特征。结果表明:①2021-2100年京津冀城市群夏季热岛斑块类型以核心型和边缘型为主导,热环境源地数量、面积以及廊道数量、总长度和电流密度随时间和情景强迫性提升呈增加趋势,其中源地和廊道集中增长区域由南向北迁移,而廊道高密度区域始终位于城市群东南部;②京津冀城市群热环境空间网络的电流密度之和、夹点稳定性、网络闭合度、节点连接率和网络连接度与情景强迫性呈正相关,城市群发展的时空不均衡性是影响城市群热环境空间网络结构特征变化的重要原因。研究结果可为未来情景城市群热环境空间网络分析提供技术范式,也可为城市群空间协同发展主动应对气候变化风险提供理论参考。

面向多元主体需求的耕地质量体系新认知

在耕地需求更趋多样化的背景下,深刻认识耕地质量内涵及体系构成,是推进耕地质量理论研究、制定耕地质量评价标准、实施区域耕地质量监测的基础。该文基于质量管理理论,在分析耕地的性状与功能、耕地利用的多元主体及多样化需求基础上,探讨了耕地质量体系、特点及表达方式,旨在完善耕地质量理论研究。结果表明:1)耕地作为种植农作物的土地,展现为类型、空间、工程、管理等多个方面性状,具有生产、资产、生态和社会功能。2)耕地利用的主体可以划分为耕地经营主体、物权主体和管理主体,对耕地的需求可分为生产、资产、生态和社会需求,各类主体围绕耕地及其利用相互分工,同时又互相博弈,使得耕地利用多元主体的需求更趋多样化。3)耕地质量是耕地自身各种性状与功能满足多元耕地利用多元主体需求的程度,可以划分为地力质量、设施质量、空间质量、生态质量、美学与文化质量。4)耕地质量是人们根据一定标准对耕地及其利用进行调查和监测后做出的定量评价,具有以下特点:客观现实与主观行为的融合、质量体系与指标体系的契合、空间格局与耕地过程的耦合、观测尺度与本征尺度的调合、变量场与类型域的结合。5)耕地质量是对耕地某方面的质的有量纲量(绝对量)或无量纲量(相对量)表达。该研究可为耕地质量理论研究和质量管理相关工作参考依据。

GIS环境下基于DEM的中国流域自动提取方法

应用地理信息系统平台 ,建立基于水文站网和水资源信息的空间化水循环数据库是研制开发全国水循环信息管理系统的关键和基础 ,为了与全国水文站网的观测资料相匹配 ,水循环数据库的结构将按流域组织 ,因此快速、有效地自动提取全国流域是所有工作进展的前提。为了从数字高程数据中自动提取全国流域 ,以提高基于GIS的全国水资源信息获取的效率 ,从DEM的特性出发 ,提出了一种从DEM中自动提取全国流域的实用方法。该方法利用 1:2 5万DEM数据 ,首先将全国流域划分为 14大流域片 ,并在每一流域片内分别提取流域。提取过程如下 :首先对DEM数据进行填洼和削峰 ,然后确定每个栅格单元的水流方向 ,再根据各栅格单元的水流方向 ,计算出每个栅格单元的汇流能力 ,根据汇流能力采用阈值法确定河流网络 ,最后通过河流网络和流域出水口 ,快速识别出所有子流域。另外 ,还给出了利用GIS软件ARC/INFOGRID提取全国流域的AML程序代码 ,并以海河流域作为实验区将抽样测量结果和自动提取结果进行了实验对比分析 ,其结果表明利用该方法提取的流域数据与利用手工方法绘制的流域基本一致 ,证明该方法是有效的。

中国林地资源时空动态特征及驱动力分析

该文在 3S技术支持下 ,利用中国资源环境数据库中 1985、1995和 2 0 0 0年 3期全国林地空间分布数据 ,通过建立林地资源时空演变模型 ,从时间序列和空间尺度上探讨了 1985— 2 0 0 0年中国林地资源动态变化的时空过程和内在动因 .结果表明 :1985— 2 0 0 0年全国林地面积总量出现较大幅度的波动 ,其中 2 0世纪 90年代前期林地净增加2 2 2 63万hm2 ,主要是由于灌木林和疏林地的增加所导致 ;90年代后期林地总量呈减少的趋势 ,但有林地却净增加84 56万hm2 .全国林地资源的动态变化空间分异明显 ,其中东北大小兴安岭、长白山 ,西南地区以及东南沿海地区以林、草、耕地相互转换为主 ;四川盆地和东南丘陵以林地、耕地相互转换为主 ;华北、黄土高原农牧交错带以林地、草地相互转换为主 .从全国来看 ,90年代林地面积呈现总量减少的趋势 ,减少的林地集中分布于传统林区 ,其中东北地区林地面积净减少最多 ,其次为西南地区 .而在造林区林地面积净增加最多的为东南地区 ,以福建。

近期气候波动与LUCC过程对东北农田生产潜力的影响

利用1991～2000年逐日气象资料以及20世纪80年代末和90年代末土地利用数据，估算了东北地区气候波动和LUCC过程对农田生产潜力的影响。结果显示：90年代东北地区由于作物生长季内气候变暖和降水减少，生产潜力普遍降低6．45％，其中降水量变化的区域差异是导致生产潜力变化区域分异的主要原因。在LUCC过程的影响下，东北地区生产潜力总量净增加2402．79×10^4t。从气候波动和LUCC过程对生产潜力的影响程度看，气候波动要低于LUCC过程的作用，LUCC过程所导致的生产潜力的增长趋势抵消了气候波动所带来的降低趋势，10年间东北地区农田生产潜力总量净增加992．23×10^4t。

30年来青海三江源生态系统格局和空间结构动态变化

在多期遥感图像支持下,通过对生态系统类型进行辨识,获得了三江源地区生态系统类型空间分布数据集,并在此基础上分析了20世纪70年代中后期以来青海三江源地区生态系统格局和空间结构的动态变化。结果表明:30年来三江源地区生态系统格局稳定少动,生态系统类型变化相对缓慢,农田、森林、草地、水体与湿地和荒漠生态系统的年变化速率均小于0.5%,是长江、黄河流域乃至全国各区域生态系统转类变幅最小的稳定少动区。20世纪70年代中后期以来三江源地区生态系统类型的转变主要发生在草地和水体与湿地生态系统上,草地生态系统的变化主要发生在中部和东部地区,水体与湿地生态系统的变化主要发生在广大西部和北部地区。

汶川地震灾害核心区生态环境影响评估

5.12汶川大地震不仅造成了惨重的人员伤亡和巨大的经济损失,而且对当地生态环境产生了严重的影响。以多种卫星遥感数据为信息源,运用地理信息系统、遥感和综合分析技术,从地表植被、农田生态系统、河道水体、自然保护区以及消、杀、灭药剂等几个方面,对受灾的汶川等36个县市的生态环境进行了全面评估。评估结果显示:汶川地震灾害核心区预计发生滑坡、泥石流等次生地质灾害的面积为190.86km2,占灾区总土地面积的0.19%;灾区林、草地预计受损164.96km2,占灾区林、草地总面积的0.22%;灾区农田预计毁坏57.77km2,占灾区农田总面积的0.29%,受损农田主要分布在西部山区;灾区发生河道阻塞34处,主要分布在龙门山北段的平武、北川、江油、青川、茂县等山体大量滑坡的县市;卧龙自然保护区大熊猫的主要生活区域,发生滑坡、泥石流等灾害1.44km2,受损林地面积比例为0.28%,给大熊猫的取食造成了严重威胁。

基于3S技术的中国东北地区林地时空动态特征及驱动力分析

利用 3S技术和中国资源环境数据库中用LandSatTM(ETM)解译获取的东北地区 1985 ,1995 ,2 0 0 0年林地空间分布数据 ,建立林地时空演变模型 ,定量分析东北地区林地变化时空特征。结果表明 :1985～ 2 0 0 0年东北地区林地发生较大幅度变化 ,时空差异明显 ;1995～ 2 0 0 0林地急剧减少趋势得到有效遏止 ,有林地面积出现一定程度增长 ,但林地变化的广度和强度仍然超过 1985～ 1995年 ,突出表现在大兴安岭地区林地动态度增加。从空间格局上看 ,大小兴安岭、长白山山麓地带林地动态变化最强烈 ,主要表现为林地与耕地和草地相互转换。

运用RS和GIS技术进行城市绿地覆盖调查

较详细地介绍了运用遥感和地理信息系统技术进行城市绿地覆盖调查的方法、技术流程以及其优点。由该方法获取的城市绿地覆盖数字信息 ,可以方便地进行各种分析、评价 。

中国森林生态系统植被碳储量时空动态变化研究

森林是陆地生态系统的主体,在全球碳循环中起着十分重要的作用。本文利用20世纪70年代以来的六次森林清查资料,结合森林生物量实测数据,采用分树种、分龄组的生物量—蓄积拟合关系,估算了中国20世纪70年代以来森林植被碳储量的动态变化。结果表明:我国六次森林资源清查中森林的植被总碳储量分别为3.8488PgC、3.6960PgC、3.759PgC、4.1138PgC、4.6563PgC和5.5064PgC,虽然存在一定的波动现象,但总体增长趋势明显,尤其是80年代以来,植被碳储量净增加1.8104PgC,平均每年以0.0823PgC的速率增加,这表明80年代以来我国森林植被一直起着明显的CO2汇的作用。从碳密度的变化看,70年代以来我国森林植被平均碳密度增长了3.001Mgha-1,其中幼龄林与中龄林碳密度分别增长5.2871Mgha-1和0.6022 Mgha-1,而成熟林碳密度却降低了0.7581Mgha-1,可见中国森林植被的碳汇功能主要来自于人工林的贡献,而且随着幼龄林、中龄林碳储量和碳密度的增长,中国森林植被的碳汇功能将进一步增强。我国森林植被碳储量和碳密度空间差异显著,森林植被碳库主要集中于东北和西南地区,平均碳密度以西南、东北以及西北地区为大,中国森林植被碳储量和碳密度的这种空间分布规律与人类活动对森林的干扰强度密切相关。

GIS环境下1999～2000年中国东北参考作物蒸散量时空变化特征分析

为了实现农业持续发展和保护生态环境,该文应用Penman-Monteith公式和GIS的空间分析功能,通过建立区域参考作物蒸散量的空间分布模型计算了中国东北地区自20世纪90年代以来参考作物蒸散量的时空变化特征。研究发现,20世纪90年代东北地区5～9月份日平均蒸散量呈逐年增大趋势,并以每年0.04mm的速度递增;其中5、6、7、8、9各月份绝大部分地区日均蒸散量年变化呈增加的趋势,东北平原年增长超过0.05mm,≥0.4mm蒸散地区年平均增长面积为248.73万hm2。5月份和8月份大部分地区日均蒸散量呈减少的趋势,6、7、9月份大部分地区日均蒸散量呈增加的趋势。5月和8月蒸散量的减少以及6月到9月蒸散量的增加都由东北(三江平原)向西南(辽河平原)迁移,并在空间范围上表现出一定的收缩趋势。日均蒸散量≥0.4mm蒸散地区的重心呈有规律的波动,5～9月份平均重心年际波动主要位于呼伦贝尔高原和西辽河平原两个地区,5、6、7、8、9月份重心的波动轨迹基本为由西北—东北—西南地区,空间上也逐渐由较集中变为较分散。

京津冀都市圈城镇扩展时空过程及其未来情景预测

近年来,京津冀都市圈城市化发展迅速,快速城市化过程导致了人地矛盾日益尖锐、环境污染、交通拥挤、居住环境恶化等一系列城市问题。本文利用GIS空间分析方法,分析了1990-2008年京津冀都市圈城镇扩展的时空过程,并在此基础上,运用SLEUTH模型,模拟了不同发展场景下京津冀都市圈城镇扩展的未来情景。研究发现:1990-2008年京津冀都市圈城镇扩展明显,城镇面积净增加4022.37km2,年平均扩展速率为1.91%,1990年以后城镇扩展速率呈逐步减缓的趋势。城镇扩展在空间格局上呈现显著的"双核、一带和两轴、多中心"的特征。城镇扩展对耕地资源的占用特别明显,18年间,耕地面积净减少3507.62km2,年减少速率为0.23%。2008-2020年京津冀都市圈城镇扩展速率较历史时期将有一定减缓,2020年以后城镇扩展速率将进一步下降。京津冀都市圈未来城镇扩展仍然将侵占一定的耕地资源,2020年以后耕地萎缩的态势将减缓。

基于GIS与LTM模型的上海市城市扩展模拟与预测

本文以1990、2000、2005年上海市城市土地利用遥感数据为基本数据源,结合城市人口数据,利用LTM模型对1990-2000年和1990-2005年上海市城市空间扩展过程进行了模拟和精度检验,并在此基础上对2020年上海市城市空间扩展进行了预测。结果表明:1990-2000年、1990-2005年LTM模型模拟结果的Kappa系数分别为0.59和0.61,可以较好的模拟历史时期上海市城市空间扩展的总体趋势;LTM模型预测结果显示,2005-2020年上海市城镇用地面积将由914.03km2增加到1123.79km2,年均扩展面积将由1990～2005年的23.44 km2/a下降到13.98 km2/a,未来上海市城市空间扩展速度将呈减缓趋势。

近15年海南岛林地资源时空动态特征及政策驱动

遥感(RS)和地理信息系统(GIS)技术的发展为林地资源的调查和时空变化分析提供了有效手段。该文在遥感与地理信息系统技术支持下,利用中国资源环境数据库中1985年、1995年和2000年3期林地类型空间分布数据,通过建立林地资源时空演变模型,对海南岛林地资源变化的时空特征进行了定量分析,结果表明:1985年～2000年15年内,海南岛林地发生了大幅度的变化,而且空间差异非常明显,其中最近5年林地变化的广度和深度都远远超过了前10年。1985年～1995年海南岛林地资源总量出现大幅度增加,尤其是有林地的增长特别明显;而1995年～2000年大量的林地转为耕地和城镇建设用地,该时期有林地、灌木林和疏林地都出现大幅度减少。从空间格局来看,海口市在整个15年内,林地的变化始终最为突出,东部沿海县市,如文昌、琼海、万宁、陵水、保亭等林地变化的动态度和减少的数量都远远大于其他地区。文章还进一步分析了政策因子对林地资源变化的影响。

城市扩展研究的主要进展与展望

城市扩展是现阶段多个学科的研究热点,国内外学者对它的时空特征、驱动机制、模拟和预测方法以及环境效益等问题做了大量研究和探索。文章对城市扩展的研究体系、研究方法和尺度问题进行了总结和分析,并对未来城市扩展的研究方向进行了展望。研究发现:(1)目前城市扩展的研究已经形成多学科的交叉研究局面,各学科为城市扩展的研究提供了丰富的方法支撑,但理论探索相对缺乏;(2)目前元胞自动机和分形理论在城市扩展的研究中应用较多,引入其他有效的数理方法深化城市扩展研究非常必要;(3)尺度在城市扩展研究中非常重要,慎重选择时空粒度能更好的反映和揭示城市扩展的特征和规律;(4)我国对城市扩展的研究在理论上和方法上借鉴国外的居多,结合中国城市化实际进行理论探索,并深入对全国范围城市扩展特征和规律的全面认识,是中国未来城市扩展研究的重要方向。

基于3S技术的土地利用/土地覆盖变化野外采样框架设计——以东北地区黑龙江省为例

土地利用 /土地覆盖变化是全球环境变化的重要组成部分 ,随着 3S技术的不断成熟和发展 ,运用 RS、GPS和 GIS技术进行土地利用 /土地覆盖变化研究已成为一种越来越成熟的方式和手段。从空间抽样模型理论出发 ,以我国黑龙江省为例 ,运用 RS、GPS和 GIS技术 ,通过对黑龙江省道路网、土地利用区划、土地利用 /土地覆盖类型、土地利用 /土地覆盖 1 km× 1 km格网数据等空间信息分布的综合考虑、分析 ,设计了土地利用 /土地覆盖变化的综合野外采样框架。框架主要包括采样区的布设、采样路线和采样点的选择等。由于以多层空间信息为采样依据 ,经实践检验 ,该采样框架具有经济实用等优点。

国家尺度土地利用/覆被变化遥感监测方法

以中国科学院国家资源环境数据平台土地利用/覆被专题数据库的建设为背景,总结了国家尺度土地利用/覆被变化涉及的主要遥感监测技术和方法,包括基于遥感监测的土地利用/覆被分类系统、遥感信息源、土地利用/土地覆盖信息提取方法、土地利用分类1 km栅格成分数据构建技术以及土地利用分类面积汇总技术,并在此基础上分析了国家尺度土地利用/土地覆盖专题空间数据库应用现状和未来发展前景。

2008年南方冰雪过程对生态环境影响的遥感监测--以湖南省资兴市为例

2008年1月中下旬至2月上旬,我国南方地区出现了大范围、长时间的强降雪及冰冻灾害。这次冰冻雨雪灾害,不仅对广大人民群众的生活和社会经济运行造成了极大破坏,而且对当地生态环境也产生了深刻影响。本文以湖南省资兴市为例,运用遥感技术和地面野外调查相结合的方法,监测了本次冰雪过程对当地生态环境的影响。监测发现:本次冰雪过程对植被覆盖破坏显著,植被指数呈较大范围降低趋势,降低区域的总面积占资兴市土地总面积的54.12%;森林生态系统受损严重,除灌木林外302.2万亩森林全部受灾,其中,针叶林比阔叶林严重,幼龄林比成熟林严重,外来种比乡土树种严重,人工林比天然林严重;冰雪过程后土壤含水量增加、边坡失稳,地质灾害危险程度明显增高,工程建设区和林缘陡坡地带以滑坡(崩塌)为主的地质灾害频频发生。

森林生物量遥感估算与应用分析

遥感图像光谱信息具有良好的综合性和现势性,利用遥感信息和GIS技术进行森林生物量估算及碳过程的研究已经成为一种全新的手段。本文对森林生物量遥感估算方法及其应用进行了深入分析,总结了利用遥感信息进行森林生物量估算的四种主要方法:遥感信息参数与生物量拟合关系的方法、遥感数据与过程模型融合的方法、基准样地法(KNN方法)以及人工神经网络模型方法,并在此基础上分析了当前该领域研究的不足,以及今后利用遥感方法进行森林生物量估算的主要发展方向。