天山北坡城市群国土空间格局识别与时空变化分析

气候变化和人类活动大环境下,探索国土空间格局演化特征及其规律对进一步缓和绿洲地区人地矛盾有着重要的意义。以天山北坡城市群为例,选取2000、2010年和2020年3期土地利用数据及DEM数据,基于“三生”空间理论对天山北坡城市群国土空间结构数量与空间分布进行分析。结果表明:(1)20 a间天山北坡城市群“三生”空间类型面积呈不同程度的增减,其中水域和林地生态空间的转出量最多,牧草和其他生态空间两者间相互的转换数量最大;(2)研究区除阜康市、木垒哈萨克自治县、奇台县、石河子市及乌鲁木齐市的国土空间利用程度综合指数呈小幅度增加和递减外,其他县域呈逐年提高趋势;(3)生产空间的核密度高值区呈东南-西北条带状,连片分布于研究区的中部,而生态空间的核密度高值区则分布于研究区外围;生活空间的核密度高值区以乌鲁木齐市为中心呈点状分布,周围衍生出许多零碎的中值点,总体分布较为破碎,空间连接性较低。

天山北坡城市群人居环境适宜性评价

基于人居环境自然和人文综合要素,构建了人居环境综合适宜性指数(HSCI),以天山北坡城市群为研究区,分析其2022年的空间分异规律。结果表明:(1)天山北坡城市群自然环境的空间适宜性受地形起伏度和温湿指数影响显著,整体为一般适宜区集中连片分布、高度适宜区零星分布在天山北坡山麓地带的绿洲。其中胡杨河市和乌鲁木齐县的自然环境适宜性最好;(2)人文环境的空间适宜性受夜间灯光指数和基础服务指数的影响较大,整体形成以乌鲁木齐市和石河子市为中心的“双核”空间特征,并有向周围递减的趋势;(3)天山北坡城市群人居环境综合适宜性指数最好的地方人口分布最多,充分体现了乌鲁木齐市作为区域极核的地位;(4)人居环境适宜性指数与天山北坡城市群的人口、经济和土地匹配程度不足。高质量和较高质量区土地面积仅占总量的2.62%,经济则占总量的54.69%,人口高达总量的59.06%。说明天山北坡城市群地区人口与经济在适宜性方面具有高度匹配性,但人居适宜性指数较高的土地存在过度集中和利用的情况。

基于移动窗口法的库尔勒市土地利用景观格局特征分析

绿洲城市是干旱区人类生产和生活的中心,作为绿洲城市,库尔勒市人地关系同样敏感。了解土地利用景观格局的时空演变对于改善该区域的人地关系与生态安全、促进高质量发展具有重要意义。运用景观生态学原理,根据各类景观参数从景观水平与类别上分析库尔勒市土地利用景观格局并用地理探测器模型来分析驱动力。结果表明,1)未利用地依旧为景观的基质。2)景观类型的转移特征在景观面积与类型间的转换上有较显著的时空变化。3)PD、NP、DIV、SHDI和SHEI逐渐增加;CONTAG减少,城郊的破碎化程度均呈持续增大趋势,人类活动影响不断增强,城市化水平提高,库尔勒市处于高速发展时期。4)影响库尔勒市土地覆被/土地利用时空变化分异的主导影响因子是归一化植被指数(NDVI),其贡献率最高;在交互因子探测结果中,NDVI与降水量与气温共同作用时,呈现双因子增强,解释力最大。气温年平均变化与降水量在总体上处于波动上升的阶段,这对提升绿地林地面积以及进行进一步的生态修复都产生了积极的影响。景观破碎化格局的研究利于领会大城市快速成长阶段的景观格局变化规律,为城市生境保护,生态功能修复提供基础。

近40a来基于低分辨率遥感数据和GIS的全球城市时空变化研究

近几十年来,全球生态系统、气候和生物多样性已不同程度受到人口快速增长和城市持续扩张带来的负面影响.使用低分辨率遥感影像数据和GIS技术定量分析了近40a全球城市时空变化.世界数字化图(Digital Chart of the World,DCW)城市图层代表1960年至1970年的全球城市面积,利用MODIS影像数据、稳定夜间光数据和城市格网人口密度数据编制的全球土地覆盖数据城市图(GlobalLand Cover by National Mapping Organization,GLCNMO)代表2003年时的全球城市面积.计算了1960年和2003年全球城市的城市用地比重和年城市增长率指数,从区域尺度、国家尺度和单个城市尺度分析了全球城市扩展的时空变化过程.结果表明:在1960年代发达国家城市面积较大,而发展中国家城市面积小得多;到2003年发展中国家有相当大的变化,新增长的城市区域快速扩大.近40a来发展中国家城市区域发展速度远快于发达国家,与欧洲和北美国家相比,发展中国家城市结构更紧凑和密集.

丝绸之路经济带沿线典型地区荒漠化动态变化遥感监测

在高强度人类活动影响下,"丝绸之路经济带"的资源环境面临严峻问题与挑战,而对研究区的荒漠化动态变化进行遥感监测可为荒漠化的防治和治理提供理论基础和数据支持。以2000—2014年的250 m分辨率MOD13Q1为数据源,利用归一化植被指数和决策树分类进行荒漠化程度划分,得到丝绸之路经济带荒漠化土地动态变化和转移面积矩阵。结果表明:2000—2014年研究区荒漠化土地面积增加,其荒漠化土地增长量为98 912.26km^2和增长率为0.11%。其中,非荒漠化向荒漠化共转移308 289.73 km^2,大于荒漠化向非荒漠化的转移面积266 497.67 km^2。在空间分布上,中亚荒漠化土地由西南的严重荒漠化向东北的轻度荒漠化逐渐减轻,且向哈萨克斯坦北部地区不断推移;中国的荒漠化土地多集中分布在塔里木、吐鲁番和柴达木三大盆地中,且以宁夏陕西甘肃北部地区的减少为主。总体上,丝绸之路经济带沿线地区总荒漠化面积增加,程度趋于严重,荒漠化问题日益突出。

新疆克州旅游资源开发利用对策研究

90年代初第二亚欧大桥的开通 ,为西部特别是新疆的对外开放和社会经济的发展带来新的机遇。国家对开发建设西部地区的高度重视和各种政策的向西倾斜又提供了前所未有的机遇。现西部资源大规模开放和全方面发展的态势已经出现。 1 999年底南疆铁路向西延伸通车对沿线地区各类资源的开发利用提供了新的机遇。本文在新疆克孜勒苏柯尔克孜自治州 (以下简称克州 )旅游资源实地调查的基础上着重论述并分析其庄稼活资源的类型及特征 ,旅游业现状及其存在的问题 ,最后提出了克州旅游资源的开发利用对策措施。

克拉玛依市地表灰尘重金属空间分布特征与来源解析

从新疆典型石油城市—克拉玛依市采集52个地表灰尘样品,分析其中As、Cd、Cr、Cu、Pb和Hg等6种重金属元素的含量,采用污染负荷指数法(PLI)评价地表灰尘中重金属元素污染水平,基于GIS技术与地统学理论,分析重金属元素含量空间分布格局,利用多元统计分析法,讨论地表灰尘中重金属元素的主要来源。结果表明:克拉玛依市地表灰尘中As、Cd、Cu、Pb和Hg等元素平均含量分别为新疆土壤背景值的1.61、1.75、1.50、1.23和2.94倍。地表灰尘中Hg呈现中度污染,As、Cu、Cr和Pb呈现轻度污染,Cd呈现轻微污染。从空间分布结果来看,克拉玛依市地表灰尘重金属元素含量及污染高值区主要分布于研究区西北部。从污染来源来看,研究区地表灰尘中Hg、As、Pb和Cd等元素主要受到人为污染源的影响,Cu与Cr主要受到土壤地球化学特征的控制。

乌鲁木齐市生态环境遥感评价及驱动因子分析

生态环境质量评估对于区域社会经济的可持续发展至关重要。以新疆乌鲁木齐市为研究区,通过对2000年、2010年和2019年3期Landsat系列数据进行预处理,利用主成分分析法构建遥感生态指数(Remote Sensing Eco⁃logical Index,RSEI),使用地理探测器中单因子分析和多因子交互作用分析法对RSEI的8个影响因子(人口密度、土地利用类型、海拔高度、经济密度、绿度、湿度、热度和干度)进行影响程度的定量探测,进而揭示出影响研究区生态环境质量的主导因素。结果表明:(1)2000年、2010年和2019年乌鲁木齐市RSEI均值分别为0.21、0.21、0.23呈增加趋势,研究期内乌鲁木齐市生态变好的面积大于变差的面积,说明乌鲁木齐市的生态环境质量处于转好的状态;(2)近20 a研究区8个影响因子中单因子热度指标对RSEI的空间分异特征解释力最强;(3)研究区生态环境的空间分布特征是多种影响因子共同交互作用的结果,在考虑多因子交互作用情景下人口密度,绿度指标和干度指标是区域生态环境质量状况的主要影响因素和关键驱动力。评价区域生态环境质量,了解生态环境状况及掌握其变化规律,不仅有利于促进区域经济可持续发展,而且对于城市生态文明建设具有重要的现实意义和参考价值。

新疆库尔勒市道路积尘重金属污染及健康风险评价

为探究绿洲城市道路积尘重金属污染风险,在新疆库尔勒市采集54个代表性道路积尘样品,分析其中Hg、Cd、As、Pb、Cr和Cu等6种元素含量,基于GIS技术与地学统计法,采用污染负荷指数法和US EPA健康风险评价模型,对道路积尘中重金属污染及潜在健康风险进行评价。结果表明:库尔勒市道路积尘中Hg、Cd、As、Pb和Cu等元素含量的平均值均小于土壤环境质量—建设用地土壤污染风险管控标准(GB 36600—2018)中的筛选值,但Cr元素含量平均值为相应筛选值的9.90倍。污染评价结果表明,研究区道路积尘中Cr呈现重度污染,Hg、Cd、As、Pb和Cu呈无污染。道路积尘中重金属元素的污染负荷指数介于0.0142~0.0522,平均值为0.0266,处于无污染水平。从道路积尘重金属污染空间分布格局来看,库尔勒市东北部和北部区域出现污染高值区。健康风险评估结果表明,经手-口摄入途径是库尔勒市道路积尘重金属日均暴露量及健康风险的主要途径,儿童受到的健康风险高于成人。库尔勒市道路积尘中Hg、Cd、As、Pb、Cr与Cu等元素的非致癌风险及致癌风险处于安全范围内,As对非致癌风险的贡献最大,Cr对致癌风险的贡献最大。

干旱区绿洲城市生态系统服务价值空间自相关格局分析与模拟

基于1995—2015年乌鲁木齐土地利用遥感解译数据,运用CA-Markov模型模拟预测2025年土地利用变化并进行生态系统服务价值(ESV)评估,应用格网分析、空间自相关、Getis-Ord热点区分析等空间统计方法,进一步分析生态系统服务价值与土地利用空间格局的分布特征,讨论两者空间自相关关系及年际变化的冷热点空间分布变化原因。结果表明,近30 a研究区各土地利用类型的生态系统服务价值呈波动变化态势,但总体上表现为减少趋势,主要原因在于耕地、林草地提供的生态系统服务价值减少。生态系统服务价值空间分布格局差异明显,高值区域多年来主要分布在乌鲁木齐县林地面积较多的地区,低值区域集中分布于乌鲁木齐中心四区(天山区、沙依巴克区、水磨沟区、头屯河区)的周边区域。研究区生态系统服务价值具有显著的空间正自相关性与空间聚集特征,高-高、低-低聚集分布分别与生态系统服务价值高值、低值区域高度重合。生态系统服务价值热冷点区呈逐年增加趋势,热点区增加与近年来乌鲁木齐大力推行生态保护及修复等措施有极大关联,冷点区增加与城市建成区无序扩张及土地开发等一系列人类活动有密切关系。

博斯腾湖湖岸线时空变化特征

利用2006-2016年内的5期landsat遥感数据影像来初步研究博斯腾湖湖岸线在时间和空间两个维度的变化特征以及博斯腾湖湖岸线的变化趋势。通过运用水体指数找出博斯腾湖的水体,提取这5期遥感数据中博斯腾湖的面积和周长,进而计算岸线发育系数、形状复杂程度和圆形度来表征岸线的变化特征。研究结果表明:博斯腾湖湖岸线呈阶段性的变化趋势,2006-2013年间博斯腾湖湖岸线的面积从990.78 km^2减少到902.25 km^2,2013-2016年期间博斯腾湖湖岸线面积从902.25 km^2增加到963.48 km^2。博斯腾湖湖岸线的面积呈现先减少后增加的过程;博斯腾湖湖岸线的周长也呈现阶段性变化,从2006年的325.32 km减小到2013年269.33 km,而2013-2016年为增加趋势,从2013年269.33 km增加到2016年的331.93 km。在空间上博斯腾湖的西北角的湿地在2006-2011年向东南变化剧烈,2011-2016年表现稳定,在博斯腾湖的南岸和东南角也出现了周期性的变化,岸线2006-2013年呈现向北部缩小的特征,2013-2016年则向南变化,且变化幅度较大。

克拉玛依市地表灰尘重金属污染及潜在生态风险评估

城市地表灰尘作为城市环境污染物载体,影响城市生态环境和人体健康。为探究绿洲城市地表灰尘重金属污染风险,从新疆克拉玛依市克拉玛依区采集52个地表灰尘样品,分析其中Hg、Cd、Cu、Pb、Cr和As等6种重金属元素含量,采用内梅罗综合污染指数(NPI)、潜在生态风险指数(RI)和生态风险预警指数(I ER),对地表灰尘重金属污染及生态风险进行评价。结果表明,研究区地表灰尘中As、Cd、Cu、Pb和Hg等元素平均含量分别为新疆土壤背景值的1.61倍、1.75倍、1.50倍、1.23倍和2.94倍,富集较明显;Cr元素平均值没有超出新疆土壤背景值。地表灰尘中Hg处于中度污染水平,Cd、Pb、As和Cu等元素处于轻度污染水平,Cr处于轻微污染水平,NPI平均值为3.07,处于重度污染水平。潜在生态风险评价结果表明,地表灰尘中Hg处于较强生态风险水平,As、Pb、Cr和Cu处于轻微风险水平,Cd处于中等生态风险水平,RI平均值为201.17,处于中等生态风险。生态风险预警结果表明,Hg处于轻警态势,Cr处于无警态势,Cd、Pb、Cu和As等4种元素处于预警态势,I ER平均值为4.02,属于中警态势。研究区地表灰尘重金属污染水平与生态风险较高的区域主要分布于研究区西北部。

基于InVEST模型的天山北坡城市群生境质量时空演化研究

生境质量与土地利用/土地覆被类型为生物多样性所提供栖息地的适宜性有密切关系。探究天山北坡城市群土地利用引发的生境质量变化特征,揭示区域生态系统脆弱性,可为生态服务功能改善及区域生态环境保护提供一定参考。基于2000—2020年天山北坡城市群土地利用数据,采用InVEST模型从时空维度进行生境质量测算,再采用莫兰指数对生境质量空间特征进行分析。结果表明:(1)2000—2020年天山北坡城市群生境质量指数值整体在0.8以上,虽然生境质量为差和较差等级区域面积占研究区总面积的比例较高,但整体向良好和优等级方向发展;(2)天山北坡城市群生境质量由优和良好等级转为差和较差等级区域面积占比为3.75%,而由较差向差等级持续恶化的区域面积占比高达10%;(3)天山北坡城市群生境质量高值区与低值区在空间上均存在较高的正相关特征,即生境质量在空间上呈现高-高集聚和低-低集聚的两极特征,且随着时间推移,这种趋势愈发明显。总体上,研究期间天山北坡城市群生境质量空间变化幅度不大,上升区域上升的主要原因是生态工程的实施改变了区域土地利用/覆被类型,使得生境适宜性增强,而下降区域下降的主要原因是建设用地扩张。因此,建议进一步加大研究区生态保护和生态恢复措施。

基于MSPA和MCR模型的图木舒克市生态安全格局构建

文章以新疆图木舒克市为研究区,对1998-2018年土地利用结构进行分析,通过形态学空间分析(MSPA)和景观指数法,识别生态源地,结合土地利用类型、海拔、坡度、增强型植被指数构建综合阻力面,采用最小累积阻力模型(MCR)识别生态廊道构建生态网络,进而构建其生态安全格局。结果表明:在1998-2018年这时间段中,图木舒克市土地利用类型变化特点表现为"两增两减两稳定"。MSPA景观类型在西南部最为集中,核心区面积有减少趋势,从景观连通性计算结果得出,研究区内14块核心区可以作为生态源点,同时在各个源点之间存在16条重要廊道以及64条一般廊道;廊道分布多且景观结构较好,区内廊道少、重要性低且景观结构有待改善;由生态源地、生态阻力面、生态廊道和生态源点共同组成研究区生态安全格局。研究结果将为图木舒克市环境保护与建设工作提供科学依据。

天山北坡城市群生态承载力演变与生态敏感性分析

经济的快速发展及人类活动的不断加剧,造成了各种生态环境问题,对可持续发展构成了严重威胁。探讨城市群土地利用变化、生态承载力演变特征及生态敏感性分析,是推动城市群生态环境优化,提升城市群土地利用管理方式的重要理论依据。以天山北坡城市群为研究区,基于土地利用数据对天山北坡城市群2000—2020年土地利用变化进行分析,采用生态足迹模型对研究区的生态足迹及生态承载力进行推算,并结合植被覆盖度、坡度、人口密度、土地利用类型、高程5个生态敏感性因子,对天山北坡城市群进行多因子综合生态敏感性评价。结果表明:2000—2020年天山北坡城市群内建设用地和耕地转入量较大,分别增长107.79%和46.45%,林地和水域面积逐步减少,反映了天山北坡城市群在研究期内处于快速城镇化阶段,城市建成区的不断扩大对部分生态生产用地构成一定的威胁。在快速城镇化的背景下,天山北坡城市群人均生态足迹总体呈现上升的趋势,生物资源生态赤字问题仍然存在,能源为主的其他资源的生态盈余呈现缩小趋势。生态敏感性高值区域主要分布在天山北坡城市群各城市的周边地区,中度敏感地区环绕在敏感高值区周围,分别占研究区面积的11.21%和35.18%。在未来发展中天山北坡城市群需要进行区域生态敏感性的评价,针对不同的生态敏感性分区提出不同的保护和利用策略,同时需要发挥区域内各个城市的生产优势,扬长避短,实现天山北坡城市群土地资源合理利用及生态与社会及经济的高质量发展。

天山北坡城市群碳储量时空变化及预测研究

为了有效评估城市群碳储量变化,以天山北坡城市群为研究对象,运用PLUS模型和InVEST模型,动态评估2000~2020年及2030年不同情景下土地利用变化及碳储量变化特征.结果表明,2000~2020年天山北坡城市群碳储量呈现持续增加趋势,且碳储量变化与土地利用变化密切相关,主要表现为2000~2010年林地面积的减少导致其碳储量减少约266×10^(6)t,2010~2020年草地面积的增加使其碳储量增加约69.14×10^(6)t.2030年自然发展情景、生态保护情景和经济快速发展情景下碳储量预测值分别为8875.88×10^(6)t、8895.58×10^(6)t和8841.58×10^(6)t;经济快速发展情景下碳储量最低,生态保护情景下碳储量最高.土地利用是影响碳储量空间变化分布的第一主导因素,贡献率接近于90%,土地利用强度与碳储量协调性分析与两者双变量空间自相关分析进一步验证了这一结论.土地利用变化在一定程度上能够对碳储量产生积极影响,对于本研究区而言,生态保护发展情景可能更符合未来城市发展模式,研究结果能够为土地利用规划提供参考.

干旱区绿洲城市群地表温度时空变化及其影响因素——以天山北坡城市群为例

基于2005—2019年的MYD11A2时间序列LST遥感数据,首先采用均值标准差法对LST进行分级,分析了天山北坡城市群的LST空间分布格局;其次利用Sen′s斜率分析法、Mann-Kendal趋势检验法和Hurst指数揭示了天山北坡城市群LST在2005—2019年和未来的变化趋势;最后借助地理探测器模型并综合考虑地表覆盖、气候、社会经济和地形因素分析了多空间尺度下LST的主要影响因素。结果表明:(1)天山北坡城市群的吐鲁番市是高温(HT)和极高温(EHT)的主要集聚地;白天和夜间的LST格局差异大,在绿洲区域表现为典型的“昼冷岛,夜热岛”特征。(2)LST在白天和夜间的变化率分别为0.04℃/a和0.03℃/a,白天的升温幅度强于夜间;在乌鲁木齐市、昌吉回族自治州、石河子市和五家渠市LST表现出显著的升高趋势,且在未来也具有相同的趋势。(3)在不同的空间尺度上,LST的主要影响因素不同;从整个天山北坡城市群来看气候因素和地形因素是LST的主要影响因素,而在在石河子市、五家渠市和奎屯市LST的主要影响因素是社会经济因素。

基于地理探测器的乌鲁木齐市城区扩展及影响因素分析

以西北干旱区城市新疆乌鲁木齐市为例,利用2000、2010年和2020年3期Landsat TM及OLI遥感影像数据,采用随机森林分类方法,基于250 m×250 m网格单元,计算每个网格单元中各类用地面积比率,对2000—2020年乌鲁木齐市土地覆被/土地利用(LUCC)空间特征进行分析,运用地理探测器模型进一步揭示其驱动因素,定量分析评价了2000—2020年乌鲁木齐市土地覆被/土地利用时空变化特征及响应因素。结果表明:(1)近20 a乌鲁木齐市城市化发展迅速,建设用地面积大幅增加,在2000年建成区基础上向北、东北、西北以及东南方向不断蔓延发展,主要以向外扩张式发展,也存在向城市内部填充式集约增长的趋势。(2)近20 a绿地虽出现一定程度的波动,但总体表现为增长趋势;裸地始终在朝向持续减少的趋势发展。(3)影响乌鲁木齐市土地覆被/土地利用时空变化分异的主导影响因子是归一化植被指数(NDVI),其贡献率最高;在交互因子探测结果中,NDVI与高程共同作用时,呈现双因子增强,解释力最大。监测近20 a乌鲁木齐市土地利用的动态变化,可更好地为当前乌鲁木齐城市发展提供借鉴,同时还可对城市未来规划方向进行借鉴。

城市脆弱性的动态演变与模拟预测——以乌鲁木齐市为例

针对目前对我国西部城市的城市脆弱性综合研究比较缺乏的现状,以乌鲁木齐市为主要研究对象,筛选出50个具体评价指标,从资源、生态、社会和经济等四个方面构建了城市脆弱性评价指标体系,并采用综合指数分析法,对乌鲁木齐市2006—2016年的城市脆弱性进行了综合评价。结果表明:2006—2016年乌鲁木齐市城市综合脆弱性指数处于下降状态;生态脆弱性和经济脆弱性呈现出不同程度的下降趋势,资源脆弱性整体上较为平稳,但社会脆弱性逐渐增长,尤其是在2014—2016年的增长趋势更加明显。此外,构建了三套预测模型,并从中优选出精度最高的模型对乌鲁木齐市城市脆弱性进行了预测。得出2016—2019年乌鲁木齐市的城市脆弱性会呈现上升,2019年后趋于下降。最后,有针对性地提出了乌鲁木齐市在未来城市发展中减少城市脆弱性需要注意和改善的问题。相关内容可为乌鲁木齐市城市脆弱性的调控决策提供科学依据,为我国其他中西部城市的城市脆弱性研究提供参考。

多源数据融合下的城市化与生态环境耦合协调研究

利用DMSP/OLS、NPP/VIIRS和Landsat遥感影像数据分别提取平均夜间灯光指数(ANLI)和生态环境指数(RSEI),构建城市化与生态环境耦合协调度模型,定量分析研究区在2000—2015年的城市化与生态环境耦合协调发展状况。结果表明:①2000—2015年的乌鲁木齐城市化水平持续上升,一带一路倡议和生态文明建设的实施,推进了乌鲁木齐城市化发展;②2000—2015年期间生态指数平均值上升了0.1198,增长率为30.14%。随着政府对生态环境治理力度的加大,研究区生态环境逐渐好转;③2000—2015年乌鲁木齐的城市化与生态环境耦合协调度范围为0.5683~0.6273,耦合协调度保持递增趋势。