中国北方温性草地最大叶面积指数的时空变化及其对气候变化的响应

鉴于不同类型草地叶面积指数(LAI)的时空变化特征不尽相同,且不同变化趋势的LAI对气候变化的响应也不尽相同,利用长时间序列LAI和气象数据,结合草地分类数据,获得1981-2017年中国北方不同类型温性草地最大LAI的时空变化特征,并重点探讨不同变化趋势的LAI对气温和降水量变化的响应。结果表明,中国北方温性草地年均最大LAI的多年均值为(0.76±1.07) m^(2)/m^(2),东高西低;其中,草甸草原最高((2.73±1.20) m^(2)/m^(2)),草原化荒漠最低((0.13±0.17) m^(2)/m^(2))。总体上,年均最大LAI呈显著增加趋势;呈显著增加的面积占32.52%,显著降低的面积占6.31%;所有类型草地最大LAI显著增加的面积均大于显著降低的面积。年均最大LAI与1-8月总降水量和7-8月平均气温的年际变化均呈正相关。最大LAI显著降低和显著增加均主要受7-8月均温显著升高的影响。7-8月均温上升速率在影响LAI变化上存在转折阈值;对所占面积较大的草地类型,该阈值约为0.042~0.043℃/a。当气温上升速率低于该阈值时,LAI才随气温上升而增加;反之,LAI随气温上升而降低。这些研究结果可对气候变化背景下的草地利用、保护和恢复提供重要的科学依据。

呼包鄂榆城市群生态系统服务价值驱动因素及其交互效应

增强呼包鄂榆城市群生态系统服务功能,对于推动黄河流域生态保护和高质量发展具有重要意义。基于研究区1990—2020年土地利用类型评价了生态系统服务价值(ESV),耦合随机森林模型与沙普利加性解释(SHAP)方法分析ESV驱动因素的重要程度、变化响应特征及其交互效应,采用偏最小二乘路径模型识别驱动因素的交互路径。结果表明:(1)研究期内耕地、草地和水域面积整体呈先增后减趋势,建设用地面积持续增加;ESV呈先减后增趋势且总体增加了62.28亿元,ESV的增长主要是林地向耕地和草地扩张的结果。(2)最主要的ESV驱动因素为土地利用类型,其贡献度达到61.24%,其次是地形和气象,贡献度分别为17.59%和17.05%,社会经济的贡献度最低,仅为1.73%;ESV对驱动因素的响应呈非线性变化特征。(3)水域比例是最重要的交互项,交互作用在因素处于不同范围内表现出不同的交互效应。土地利用直接影响ESV,而地形、气象、土壤和社会经济因素主要通过影响土地利用进而间接影响ESV,社会经济因素对ESV的直接和间接影响分别是负和正效应。研究建议通过完善城市群国土空间规划,重点加强草地、林地和水域等生态空间保护并协调好与城镇建设、矿产资源开发的关系,以提升生态系统服务功能为导向实施区域生态系统多因素协同管控。

呼包鄂榆城市群耦合空间碳排放生态网络构建

构建生态网络是维持景观连通性、提升包括固碳在内的生态系统服务功能的重要手段。为了更好地响应固碳增汇目标及其政策要求,有必要将空间碳排放因素纳入区域生态网络分析框架。选择高能耗、高碳排且生态脆弱的呼包鄂榆城市群作为研究区,采用生态系统服务和连通性分析识别生态源地,并结合电路理论和重力模型提取生态廊道,得到区域景观生态格局;通过获取夜间灯光数据模拟得到城市群栅格尺度碳排放空间格局,并与景观生态格局进行空间叠加,以此补充“生态-碳排”耦合节点和规划廊道,进而构建考虑区域碳排放空间格局的城市群生态网络。结果表明:1)仅考虑生态因素构建的区域生态网络东西两侧生态源地连通性不足,网络呈“中部阻断型”分布;2)区域碳排放存在明显空间特征,高值区出现在人为生态扰动显著的中部矿产资源开发区和主要城镇地区;3)通过耦合区域碳排放格局,补充了23个“生态-碳排”耦合节点和67条规划廊道,生态网络结构由树状转变为蜂巢状,网络闭合度、线点率和连接度分别提升了92%、30.48%和27.45%。因此,通过耦合空间碳排放因素改进的生态网络构建方法,对于提高生态网络的多功能性和稳定性,以及促进以增加碳汇能力为目标的生态保护与修复均具有重要意义。

2000—2019年内蒙古草地地上生物量的时空变化特征

对内蒙古不同草地类型分别构建基于实测地上生物量(aboveground biomass,AGB)和遥感指数的随机森林模型。在验证可靠的基础上,模拟2000—2019年内蒙古草地最大AGB。结果表明,内蒙古各处草地的年均最大AGB为(82.74±56.34)g/m^(2),东北高西南低;由高到低依次为:温性草甸草原、低地草甸、温性典型草原、温性荒漠草原、温性草原化荒漠和温性荒漠。总体上,年均最大AGB呈显著增加趋势,其中低地草甸和温性典型草原增加最为显著。最大AGB呈增加趋势的面积占70.62%,显著增加的面积占16.28%;所有类型草地最大AGB显著增加的面积均大于显著降低的面积。然而,所有类型草地最大AGB的增加均是波动的,其中,温性荒漠的波动最小,温性荒漠草原的波动最大。夏季气温与累积降水的交互作用对AGB的正效应最大,其次为1—8月总降水量,而夏季气温对AGB的影响不大,且为负效应。

基于SWMM的地表径流量与城市下垫面和降雨特征关系的空间分析——以中国科学院大学雁栖湖校区为例

以中国科学院大学雁栖湖校区为例,用城市雨洪管理模型(SWMM)模拟2016—2017年48场降雨事件中所有子汇水小区的径流过程;在验证可靠的基础上,探讨径流量空间分布与降雨和下垫面的关系,是开展防汛工作的重要基础。结果表明,径流量高值区多位于沥青小区,而低值区多位于绿地小区。沥青最易产流,绿地最不易产流。砌砖易产生中等量级的径流,混凝土较砌砖更易产流,但二者在不同降雨事件下的产流规律相似。沥青小区和砌砖小区的地表径流量均与坡度呈极显著或显著线性正相关关系。对沥青-砌砖和沥青-绿地小区,将非渗透面积比例(PIC)降至60%可明显控制其暴雨和大雨径流。要明显控制大暴雨径流,可将沥青-绿地小区的PIC降至30%以下;但降低PIC对沥青-砌砖小区大暴雨径流的控制作用不明显。研究结果可为海绵城市建设和城市内涝防洪提供理论依据和决策建议。

城市河岸带的斑块组成和空间分布对小气候的影响——以北京永定河河岸带为例

为探讨河岸带斑块组成与空间分布对小气候的影响,以修复后的北京永定河门城湖—莲石湖段河岸带为研究区,于2017年8月,选择晴朗天气,分别在早晨、中午和傍晚实测每个植被斑块的地温(LST)、气温(TP)和相对湿度(RH),获取斑块指数。运用冗余度分析和逐步回归分析,探讨影响植被斑块小气候的因素。结果表明:与道路相比,植被可显著降低斑块内部的LST和TP,增大RH;但不同类型植被斑块之间的差异并不显著。夏季白天不同时刻植被斑块的LST、TP和RH均会受到斑块及其邻近斑块特征的共同影响,但不同类型斑块小气候所受影响不尽相同。中午时,草本植物高度增加0.1 m,LST降低5.11%;灌木覆盖度增加10%,TP降低2.50%,RH增加10.82%;邻域乔木面积增加10%,草阔和草本植物斑块LST分别降低8.26%和44.98%;邻域道路面积增加10%,草阔斑块LST最大增加6.00%;距河距离减少10 m,草本植物和灌木斑块RH最大分别增加9.32%和2.01%。不同斑块指数之间的交互或加和作用对小气候的影响通常比单个指数更显著。