亚马孙河流域地表覆盖时空变化知识建模

亚马孙河流域地表覆盖时空变化影响着全球气候和生态系统的稳定,目前亚马孙河流域地表覆盖的研究广泛,具有海量数据和信息,但缺少系统性的时空知识体系。为了更好地了解亚马孙河流域地表覆盖时空变化知识,本文首先引入本体建模理论,提出了亚马孙河流域地表覆盖时空变化知识建模方法,利用Protégé工具完成了亚马孙河流域地表覆盖模式层的设计和构建;然后利用提取的亚马孙河流域地表覆盖时空变化数据、时空变化信息和景观格局指数等,完成了亚马孙河流域的建模,从而为亚马孙河流域的分析决策提供支撑。

2000-2020年陕西省植被NDVI时空变化及气候因子探测

[目的]揭示陕西省不同生态系统植被时空变化,厘清不同气候因子及相互作用对植被变化的影响机制,为区域生态环境保护提供理论依据。[方法]基于MODIS NDVI及年均高温、年均低温、年均温、年总降水数据,采用Theil-Sen Median趋势、偏相关、地理探测器等方法,分析了2000—2020年各地貌分区植被NDVI时空变化特征,结合变量分离探究了植被NDVI变化与降水、气温的内部关联和响应机制。[结果]2000—2020年陕西植被NDVI波动增加,速率为5.9%/10 a,速率大小为陕北>关中>陕南;全省多年植被NDVI值为0.71,南高北低;植被NDVI显著改善区域占比67%,分区占比为陕北>陕南>关中。2000—2020年陕西气候因子随时间波动变化,速率大小为陕南>关中>陕北,空间上呈现年均高温降低、年均低温上升、年均温降低、降水增加。2000—2020年陕西及各分区植被NDVI与年均高温整体呈负相关,与年均低温、年均温、年总降水量呈正相关;全省及陕北年总降水贡献最大,关中和陕南年均高温贡献最大;年均高温与年总降水交互主导全省、陕北及陕南植被NDVI变化,年均温与年总降水的交互主导关中植被NDVI变化。[结论]研究期陕西及各分区植被整体变好,各分区植被对气候的响应关系、各因子的贡献及其相互作用不同,降水和年均高温、年均温的交互显著影响植被NDVI变化。

能源资源开发区域大气CO_(2)时空变化及影响因素分析

分析能源资源开发区域大气碳浓度的时空变化和影响因素,对于探索“碳达峰”“碳中和”背景下能源资源开发高质量发展路径至关重要。新疆维吾尔自治区是我国重要的能源和战略资源基地,本文面向新疆维吾尔自治区的能源资源开发现状,采集并预处理了2015—2021年轨道碳观测卫星-2(Orbiting Carbon Observatory-2,OCO-2)二氧化碳L3数据产品,分析研究区大气碳浓度的时间变化趋势和空间分布格局,构建深度森林回归模型,并分析各影响因素对碳浓度时空变化的驱动作用。结果表明:(1)新疆维吾尔自治区、准噶尔盆地、吐哈盆地和塔里木盆地XCO_(2)浓度在2015—2021年均呈周期性上升趋势,增长率呈“先减后增”,且季节变化趋势呈现明显的“春季高冬季低”;(2)在春、秋和冬季,新疆XCO_(2)浓度空间格局呈现“北高南低”的趋势,在盆地区域及能源资源开发区域出现XCO_(2)高浓度积聚现象,夏季则呈现“北低南高”趋势;(3)地形起伏、风场流速、NDVI、地表温度、降水量、10 mV风、10 mU风和能源开发强度对区域XCO_(2)浓度时空分布有显著影响,各因素呈现明显的空间异质性和显著差异。研究结果有助于理解能源资源开采区域的大气碳浓度时空演变机制,在国家碳减排目标的实现、指导碳中和策略、追踪碳减排效果等方面具有深远意义。

京津风沙源区NPP时空变化及其对治理工程实施的响应

利用遥感大数据对生态治理工程区域的净初级生产力和固碳能力进行长期动态监测可以实现对治理工程的实施效果的评价,同时为区域“碳中和”目标的实现及可持续发展提供有力支撑。利用Google Earth Engine(GEE)云计算平台,基于改进的CASA模型对京津风沙源治理工程区域的NPP进行计算。运用Sen斜率分析和MK趋势分析方法对2001—2020年间的NPP进行时空变化分析,并分析NPP对京津风沙源治理工程实施的响应。结果表明:1)在京津风沙源工程治理期间,京津风沙源区NPP总体呈波动上升趋势,平均增速为2.21 gC m^(-2)a^(-1),其中极显著增加区域占38.03%,说明京津风沙源治理工程对我国“碳中和”任务起到了积极作用,增加了区域的固碳能力;2)空间尺度上,京津风沙源区NPP和固碳量空间异质性较大,空间分布上主要呈现东部高,西部低的特点,其中,暖温带落叶阔叶林区域最高,温带荒漠区域最低;3)治理工程的实施所带来的NPP增长的速度在不同的区域并不一致,2001—2020年的NPP增速京津冀地区(4.74 gC m^(-2)a^(-1))>山西地区(4.52 gC m^(-2)a^(-1))>陕西地区(3.53 gC m^(-2)a^(-1))>内蒙古地区(1.55 gC m^(-2)a^(-1));4)生态工程实施所带来的生态环境的改善总体呈现先慢后快的特点,绝大部分区域后十年间的变化速率都显著大于前十年,而在生态环境较为恶劣、荒漠区域广布的内蒙古地区,生态环境的改善则具有一定的滞后性,2001—2010年NPP增速仅为0.04 gC m^(-2)a^(-1),直到2011年,NPP才开始有较为明显的增长,2011—2020年NPP增速为1.67 gC m^(-2)a^(-1)。风沙源治理工程需要长期坚持,才能取得更明显的成效。

物联网技术支持下的城市热环境时空变化分析

热环境是城市生态系统最为关键的大气环境要素之一,开展城市热环境研究的前提是在时空维度上获取足量的热环境参数。利用先进的物联网技术构建了在线式热环境监测设备,收集2022年10月16日至24日广州大学校园气温、风速、太阳辐射和地面温度四种热环境参数,分析小尺度下城市热环境的时空变化特征。研究结果表明:1)不同测点之间的风速特征具有一定的相关性,极个别测点的风速特征与其它测点相关性仅在0.5左右,显示其小气候的独特性;2)不同测点风速和热岛强度变化时空差异明显,即使距离靠近的测点,受邻近建筑和植被特征的影响热环境特征会有所差异,各测点的日间风速大,热岛强度较为明显,夜间风速较小,热岛强度较弱;3)地面温度与气温的相关性达0.8左右,这种相关性在夜间表现更为密切,并且这种关系受风速的影响不大。研究结果反映了城市热环境参数在小尺度上的高度异质性,并揭示了物联网技术在城市热环境监测领域的可行性、便捷性和高效性。

基于“潜力⁃弹性⁃稳定性”模型的温州市生态韧性时空变化及影响因素研究

城市生态韧性为城市应对长期发展积累的内在压力,以及外界不确定性风险的冲击提供了新思路,对城市的可持续发展具有重要意义。基于城市生态学视角,从生态韧性的抵御力、恢复力及适应力三个方面特性,构建基于“潜力⁃弹性⁃稳定性”的生态韧性评价模型,分析了1990—2020年温州市生态韧性时空变化特征,并运用时空地理加权回归模型(GTWR),探究了生态韧性影响因素的时空异质性。结果表明:(1)1990—2020年,温州城市生态韧性指数总体呈现先上升后下降的趋势,潜力、弹性、稳定性呈现出相似的变化趋势,研究后期稳定性的提升使生态韧性的下降得到短暂缓解。(2)温州市东部沿海地区生态韧性较差,西部与北部山地生态韧性较好;低韧性水平区呈现出区域中心韧性水平降低,并且向外围扩张的趋势。(3)温州市城市生态韧性影响因素之间存在显著的时空差异,空间上也存在波动方向与强度的差异,这种差异性集中分布于城市边缘县(区)。研究以期为温州市及沿海同等级城市,提升城市生态韧性、促进区域可持续发展决策提供参考。

1995—2020年我国天然橡胶生产时空变化分析

天然橡胶是四大工业原料中唯一的可再生资源,是国防和工业建设不可缺少的战略资源,天然橡胶生产时空变化研究具有重要的理论和现实意义。文章基于长面板数据集,应用GIS技术综合分析了1995—2020年我国天然橡胶时空变化特征。结果表明,从时序变化看,1995—2020年我国天然橡胶的实有面积和开割面积呈波动中有增加的态势,当年定植面积呈先波动增加后波动减少的态势,干胶产量呈波动中有增加的态势,干胶单产呈小幅波动的态势;从空间变化看,我国天然橡胶生产主要分布于云南和海南,2020年云南和海南两省合计的实有面积占比达95.74%,云南于2011年超过海南成为全国橡胶林实有面积最大的省;从时空交汇来看,云南于2011年超过海南成为全国橡胶林实有面积最大的省,天然橡胶生产日益向云南和海南聚集,广东、广西和福建三省(区)的生产劣势更加突出;从生产重心来看,1995—2020年间我国天然橡胶生产重心明显向西北方向移动。

东北地区城镇化与资源环境承载力耦合关系的时空变化

理清城镇化与资源环境承载力耦合关系可为城市可持续发展转型提供决策参考。在分析2003—2019年东北地区城镇化与资源环境承载力时空格局的基础上,采用耦合协调度模型定量剖析了二者耦合关系的时空变化特征。结果显示:2003—2019年,东北地区综合城镇化水平提升了114.29%,总体呈现“东高西低”、辽中南城市群和哈长城市群核心城市引领全域发展的局面;资源环境承载力呈增加趋势,增幅36.09%,空间上聚集于哈大线周边区域;资源环境承载力水平与综合城镇化水平的耦合协调度总体上呈上升趋势,近年增幅有所下降,且辽西北、吉林南部和黑龙江西北部耦合协调度相对较低,核心城市和重要城市耦合协调度普遍较高。亟须提升核心城市对中小城镇的辐射引领能力,并加强生态退化地区的环境保护和高质量发展。

扬州市邗江区耕地时空变化及驱动因素分析

以扬州市邗江区耕地为研究对象,在对耕地数量、质量现状分析的基础上,采用土地利用动态变化分析法对耕地数量、质量进行时空变化分析,采用灰色关联法对耕地数量变化的驱动因素进行分析。结果表明:研究期内耕地面积有所减少,动态度较小;受城市快速发展和农业结构调整影响,减少的耕地主要转为建设用地和林地。新增耕地主要来源于城乡用地增减挂钩、耕地占补平衡、土地综合整治等项目,耕地质量较高。城镇化率、总人口、第二三产业占地区生产总值比重、GDP、粮食总产量、粮食作物播种面积是影响耕地数量变化的主要驱动因素。

基于降水数据的陕西省自然灾害综合风险时空变化及影响因素分析

利用2010-2022年陕西省各市灾情数据、社会经济数据及95个国家气象站逐日降水观测资料,采用层次分析法、主客观赋权法等,构建区域自然灾害综合风险指标体系,从危险性、脆弱性、暴露性及应急能力等方面分析了陕西省自然灾害综合风险的时空特征及影响因素。结果表明:(1)陕西省自然灾害的危险性略有下降,但空间差异明显。陕南三市危险性较高,主要受强降水影响。但近年来,关中和陕北的危险性等级有所上升。(2)陕西省自然灾害脆弱性有所下降,但农业生产对异常天气的抵御能力仍然较弱,灾情在陕南安康市、陕北延安市和关中渭南市较为严重,显示出农业抗灾能力不足。(3)陕西省自然灾害暴露性上升。关中地区由于经济发达,暴露性较高。(4)陕西省应急能力持续增强,主要得益于卫生医疗、通信网络和城市基础设施的改善。(5)陕西省自然灾害综合风险有明显的降低,但区域差异明显,陕南三市、陕北延安市和关中西安市、渭南市自然灾害综合风险较高。西安市暴露性高,陕南三市危险性高,渭南市、延安市的应急能力需加强。

1999—2018年广东省自然灾害灾情时空变化特征及影响因素研究

为科学评估广东省自然灾害灾情时空演化特征,以1999—2018年广东省自然灾害损失基本数据为基础,利用CRITIC权重法构建综合灾情指数模型,同时,利用地理探测器从多因子角度对广东省自然灾害灾情从时间、空间上开展研究,探究其变化规律和影响因素。结果表明:时间上,总体灾情具有指数波动剧烈、大小灾年交替、不同维度线性趋势不一致等特点;空间上,空间分异程度较大,综合灾情指数城市分布为边缘高—中间低的格局,无明显集中趋势。地理探测器中的因子探测分析对灾情大小的影响,极端气象因子起直接作用,地形地表因子起间接作用,基础建设因子起助推作用,防灾减灾因子起缓冲作用;交互探测分析发现,地势起伏度、人均绿地公园面积、经济发达程度在与其他各因子共同作用时对广东省灾情影响作用较大。

南水北调中线水源区植被指数时空变化分析

通过单线性回归(SLOPE)和地理加权回归(GWR)法,用植被指数(NDVI)研究南水北调中线水源区的植被分布变化趋势及机制,为保障水量和水质提供理论支撑。结果表明,2000—2019年水源区NDVI和入库流量呈现同步增长,植被逐渐变好,2007年以前NDVI增长幅度大,2008—2011年处于波动阶段,2012年以后增长幅度减小;NDVI变化最明显的是研究区东北部、西部和丹江口库区周边,这些区域地势相对低平、人口集中,中山和高山区NDVI变化不大;高程、坡度、人口数和城镇化是影响水源区NDVI分布的主要因素,降水、气温和产业比重是次要因素;各因素影响的强度和方向在空间上有异质性,自然地理因素对NDVI影响的最显著范围为高程1090 m以下、年均降水量980 mm以上的区域,人文地理因素影响的显著范围区是人口密度大、城镇化率高的地区。

辽宁太子河流域生态系统服务权衡/协同关系时空变化与情景预测

研究生态系统服务权衡与协同关系为制定合理的区域社会-生态系统管理方案提供依据,促进区域可持续发展。太子河是维护辽宁中部城市群生态安全和用水安全的重要保障,以重工业为主的产业布局使得该区生态安全受到威胁,严重影响社会经济的可持续发展。综合气象、土地利用等多源数据,借助InVEST模型,探究太子河流域固碳、土壤保持、生境质量的时空特征;采用Pearson相关分析法,探讨不同样点尺度、不同地类上权衡与协同关系的时空变化,并对2030年不同土地利用情景进行预测。结果表明:①三种生态系统服务在各尺度上(除100m尺度)均为协同关系,且样点尺度越大,相关系数越高。②在不同地类中,耕地、林地、草地三种地类生态系统服务功能类似,以土壤保持功能为主,碳储功能其次;生态系统服务的热点区分布在流域的东部,冷点区集中在流域西部。③不同预测情景下三种生态系统服务间仍为协同关系,在保护情景下生境质量最好、水域面积最多,生态系统服务能力最高;开发情景下建设用地面积增加最多,但生境质量最差。

湖北省极端干湿事件时空变化规律及对水稻长势的影响

气候变暖背景下,极端干旱、极端湿润事件频发对作物生长带来极大威胁,研究极端干湿事件(干旱/湿润)对农业生产的影响对于地区粮食安全和水资源管理有重要意义。以湖北省水稻种植区为研究区,利用归一化植被指数(NDVI)刻画水稻生长状况,基于1990—2020年32个气象站的气象资料和标准化降水蒸散发指数(SPEI),分析极端干湿事件时空变化规律,基于2000—2020年NDVI分析水稻长势变化及其对极端干湿事件的响应。结果表明:1990—1999年极端干旱事件7次,2000—2009年4次,2010—2020年后2次,频次有所减少;极端湿润事件1990—1999年5次,2000—2009年2次,2010—2020年5次,频次无明显变化但面积有所增加;重要生长期(6—8月份)总NDVI呈现出显著增加趋势(p=0.012),增速为0.0078/a,生长情况变化呈良好态势;整体上极端干旱、极端湿润事件对水稻长势都有负效应,NDVI与SPEI相关系数最高分别达0.418、-0.358。为应对极端干湿事件,相关部门应加强水稻重要生长期内的气象监测,提高抗旱涝能力,确保农业高产稳产。

巢湖流域土地利用碳排放时空变化及影响因素研究

文章基于夜间灯光数据估测巢湖流域土地利用碳排放量,从县域尺度上分析土地利用碳排放时空分布特征及空间相关性,探究其影响因素作用机理。结果表明:2012—2018年,巢湖流域土地利用特征较为显著,主要以耕地为主,建设用地和林地次之,水域、草地和未利用地较少;2012—2018年,巢湖流域碳源主要集中于合肥市区、肥东县和肥西县,碳汇主要集中于舒城县、巢湖市和庐江县,土地利用净碳排放总体呈增长趋势,且存在着显著的空间正相关关系;区域投资、经济发展、人口规模和土地利用结构对巢湖流域土地利用碳排放都有较大影响,且双因子交互作用均超过单个指标影响。研究结果可为制定合理的区域碳排放优化方案提供参考。

2000—2021年黄河流域化肥使用量与粮食产量时空变化特征

[目的]研究黄河流域化肥使用时空变化特征及其与粮食生产的关系,为该流域化肥施用管控提供理论依据。[方法]基于2000—2021年黄河流域化肥使用量和粮食产量相关数据,采用空间自相关分析、核密度分析和标准差椭圆等方法对黄河流域化肥使用的时空变化特征进行了分析,并探讨化肥使用量和粮食产量的关系。[结果]2000—2021年黄河流域粮食产量增长49.55%,大于化肥使用量增速(24.87%),2013年后流域化肥使用量开始波动下降,粮食产量依然保持增长趋势,化肥使用效率明显提升。近22 a来黄河流域化肥使用的区域集聚态势在持续减弱,黄河流域化肥使用量在空间上具有一定的非均衡性,热点区域主要集中在河南和山东省,冷点区域集中在青海和甘肃省,22 a来黄河流域化肥使用热点区域减少,高值聚集区向西移动,冷点区域增加。近22 a来黄河流域上中下游地区化肥使用量分别增长46.52%,38.68%和9.50%,西部地区化肥使用量快速增长,推动了流域化肥使用重心向北西西方向移动57.40 km。近22 a来黄河流域粮食产量重心向北北西方向移动22.06 km,与化肥使用量重心趋于分离。[结论]黄河流域化肥减量增效行动成效显著,但整体化肥使用强度仍为超标状态,未来仍需减少化肥使用。

中国沿海地区植被NDVI时空变化及驱动力分析

研究植被变化对区域生态修复具有重要意义。以中国沿海地区为例,基于归一化植被指数(NDVI)和降水、夜间灯光等自然和人为因子数据,运用Theil-Sen Median趋势分析+Mann-Kendall检验、最优参数地理探测器(OPGD)、相关分析和Hurst指数,多时空尺度探讨了中国沿海地区植被NDVI时空变化规律及其驱动力。结果表明:1)2001-2020年研究区植被状况较好,NDVI多年均值为0.762,具体到各分区,东北沿海的NDVI均值最高,其次是华南沿海,华东沿海和华北沿海;全区NDVI逐年变化率为0.019/10 a(P<0.01),不同分区的上升趋势从大到小为华南沿海、东北沿海、华北沿海和华东沿海,区域内植被状况不断改善,退耕还林还草和沿海防护林等生态工程效益不断显现;2)夜间灯光指数在全区各个因子中的解释力最大(q值为0.354),人为因素对NDVI的解释力明显大于自然因素,其对植被恢复产生了积极影响,并且随时间推移逐渐增强;3)两因子结合后的解释力大于单因子,表现为双因子增强和非线性增强。在全区范围内,影响最大的一对交互作用为土壤类型∩夜间灯光,其他分区则为日照时数∩夜间灯光(东北沿海地区),土壤类型∩夜间灯光(华北沿海和华东沿海地区),人口密度∩夜间灯光(华南沿海地区),自然因素和人类活动因素作用后影响力有了显著提升,但人类活动因素仍占据主导地位;4)Hurst指数均值为0.463,未来一段时间内,研究区内植被变化有66.3%的地区表现出一定的反持续性。研究结果有利于为中国沿海地区生态保护和高质量发展提供科学支撑。

“丝绸之路经济带”沿线九省市生态系统碳储量时空变化及预测

本文旨在探讨“丝绸之路经济带”沿线九省市生态系统碳储量的时空变化特征,并对其未来发展趋势进行预测研究。通过综合分析历史数据,结合地理信息系统(GIS)技术和数学模型,揭示该区域生态系统碳储量在不同时间尺度上的变化规律。研究发现,受气候变化、土地利用变化和人类活动等多重因素的影响,沿线省市的碳储量呈现出显著的时空异质性。

2016-2021年长江口海域营养盐时空变化特征及其影响因素研究

为研究长江口海域营养盐时空变化特征及其主要影响因素,本研究基于2016-2021年长江口生态环境监测数据、长江流域入海断面监测数据以及长江径流数据,根据长江口盐度(S)空间分布特点,将该海域分为口门区(S<5‰)、河口区(5‰<S<25‰)和海水区(S>25‰),从分区的角度探讨长江口海域溶解性无机氮(DIN)、磷酸盐(PO_(4)-P)、硅酸盐(SiO_(3)-Si)的浓度时空分布、营养盐结构及限制因子.结果表明:①时间上,2016-2021年DIN、PO_(4)-P浓度呈波动下降趋势,SiO_(3)-Si浓度则呈波动上升趋势.DIN浓度主要表现为春季>夏季>秋季,PO_(4)-P和SiO_(3)-Si浓度则均呈现秋季>夏季>春季的趋势.②空间上,DIN、SiO_(3)-Si浓度均呈由近岸向远海逐渐递减的趋势,均表现为口门区>河口区>海水区,而PO_(4)-P浓度则表现为河口区>口门区>海水区.这说明DIN、PO_(4)-P、SiO_(3)-Si浓度都受到长江冲淡水的影响.PO_(4)-P浓度高值区通常位于最大浊度带附近,悬浮颗粒物(TSM)浓度在一定程度上影响PO_(4)-P浓度的分布情况.浮游植物的生长繁殖是营养盐浓度变化的重要原因之一.③长江口海域营养盐结构具有分布不均衡的特点,N/P、Si/P均远大于16∶1,Si/N则均接近1,这说明磷为长江口海域浮游植物潜在限制因子.Chla浓度的相对高值区域大都处于磷限制,其值越高,N/P和Si/P则普遍越大,生物的吸收作用会使磷的限制程度加剧,说明浮游植物对长江口海域营养盐结构具有重要的影响.研究显示:长江口海域营养盐分布具有明显的规律性,长江冲淡水对营养盐的空间分布有着重要影响,浮游植物的吸收作用是营养盐及其结构的影响因素之一.

林西县近30年植被覆盖率时空变化分析

林西县是内蒙古东部的重要组成部分,其植被的动态变化对林西县以及内蒙古东部地区的生态可持续发展有重要意义。本文基于Landsat-5与Landsat-8影像,通过Envi,Arcgis等软件处理林西县1990~2020年数据,提取NDVI和根据植被覆盖指数并进行分级,分析林西县近30年植被覆盖率时空变化特征和探讨其影响因素。结果显示:(1) 总体上看,林西县30内植被覆盖度剧烈减少,随时间变化幅度较大,在1990~2000年期间植被覆盖下降极其显著,仍有下降的趋势;2000~2010呈轻微上升,植被状况有所改善;2010~2020又轻微下降,且趋势明显。(2) 空间上林西县植被覆盖分布不均,北多南少,植被覆盖北部变化较大,南部变化较小。(3) 林西县植被覆盖的变化在空间分布特征上受到地形与气候的影响,年际数量变化上,受到经济发展、人口和政策的影响。