土地利用/覆被变化扎龙湿地蒸散发量及生态需水量的遥感估算

地表蒸散发量是影响湿地水热平衡的主要因素,也是水分损失的主要途径,对湿地生态需水量的合理确定和水资源的有效管理具有重要意义。借助遥感和GIS技术,利用2002、2010、2016年34景Landsat影像,基于时序NDVI数据对湿地下垫面物候特征的定量表征,准确获取了扎龙湿地保护区3个时期土地利用/覆被的动态变化信息。选用物理基础较好且应用广泛的SEBAL模型,估算了湿地的瞬时蒸散发量,并结合站点气象数据,实现了湿地蒸散发量在时间尺度上的扩展,分别得到日、月、年尺度的湿地蒸散发量,深入探究了扎龙湿地蒸散发的时空分布特征;最后从湿地湖泡需水量、植物需水量及生物栖息地需水量3个方面,定量估算出扎龙湿地3个时期的现状生态需水量。研究发现:扎龙湿地的土地覆被类型主要以芦苇沼泽、草地和耕地为主,其中芦苇沼泽分布占绝对优势,且2002—2016年持续增加了205.82 km^(2);草地、耕地呈持续减少态势,分别减少了119.35 km^(2)和95.96km^(2),表明2002—2016年扎龙湿地生态系统呈恢复态势;湿地保护区蒸散发量年内均大致呈单峰型分布,符合夏季>春季>秋季>冬季的规律,在年际上呈现明显的递增趋势,年蒸散发量由2002年的518.87mm增加到2016年的625.98mm,增加了20.64%。为满足湿地内的生态消耗,总体上2002—2016年湿地的生态需水量也相应的增加,保护区适宜生态需水量的变动范围为5.40亿—7.08亿m^(3),可以维持湿地湖泊、植被、动植物栖息地的健康态势。维持核心区健康状态的最小生态需水量变化范围为2.71亿—3.32亿m^(3)。随着遥感数据时空分辨率的提高,基于蒸散发量反演的湿地生态需水量估算将更加实用和准确,为湿地保护区制定科学合理的补水方案提供有效的技术支撑。

生态资产评估及管理研究进展

生态资产是生态系统的自然资源属性和生态系统服务属性的综合体现,为人类社会可持续发展提供着基础支撑。如何准确评估生态资产状况和正确计量生态资产变化,实现生态资产的科学管理和合理使用,是实现人类社会可持续发展目标所需要解决的关键问题之一。对生态资产评估与管理的国外研究进行了系统梳理,提出了今后一段时期的研究重点。在生态资产内涵方面,尽管前期国内外学者理解有所不同,随着认知水平的不断发展,国内对生态资产的理解逐渐趋同于国外。在研究内容方面,生态资产评估与度量、核算与账户管理、服务于人类福祉和可持续发展等方面是研究的核心内容及热点领域,取得积极进展但也存在一些不足,特别是包括自然资源类和生态系统服务类的生态资产综合评估模型方面。今后需要加强基于自然生态系统的双重属性强化生态资产内涵研究和重要性认知研究,全要素生态资产评估方法及全流程核算与权衡管理研究。在我国,需要加强生态资产核算的基础标准、规范账户管理及应用体系研究。

以实现“双碳目标”和提升双循环为契机,大力推动我国经济高质量发展

我国明确提出,"2030年前实现碳达峰,2060年前实现碳中和"。显然,实现双碳目标将为我国产业变革带来深远影响,有利于推动构建国内国际双循环新发展格局和促进经济高质量发展。作为世界上最大的发展中国家,我国在实现这一目标的道路上面临着诸多严峻的挑战。针对这一主题,本文从我国碳排放总量、能源结构、国际贸易和生态系统角度梳理了我国碳排放的现状与基本特点,系统分析了双碳目标对我国产业变革、双循环和经济高质量发展的影响。在综合考虑我国经济发展现状、实现路径和时间节点,以及生态、环境与经济和社会成本效益的基础上,提出了面向双碳目标的高质量发展对策建议:以优化调整产业结构推动碳减排,以调整能源结构大幅降低碳排放,以增加碳汇功能实现碳中和,以优化国土空间开发布局实现国内均衡发展,以推动双循环提升国际发展竞争力。

黄河上游甘南地区生态保护协同管控成效评估

黄河流域是我国重要的生态屏障,以黄河上游甘南及周边区域为研究对象,以水源涵养服务功能、植被覆盖状况、开发建设用地变化等为主要评估内容,基于“禁止开发区—限制开发区—非管控区域”的管控梯度差异,评估分析不同类型管控区域内生态系统变化与生态保护修复成效。结果表明:研究区水源涵养量呈现南高北低的空间分布,年均植被覆盖度呈现东南高、西北低的空间分布。在自然保护区内,平均水源涵养量最高且功能稳定性最好,植被长势优于保护区外部且稳定性最高。区域内开发建设用地面积增长幅度与分级管控严格程度相吻合。从生态修复工程对区域生态保护的成效及协同管控差异来看,自然保护区和重点生态功能区相对于非管控区域,由于植被本底较好,较高强度的人工造林并没有取得更高的植被覆盖度恢复成效。

生态系统评估模型参数空间分布研究

生态系统评估模型参数的获取和空间分布研究是开展生态状况调查评估的重要内容,是对不同区域、不同类型生态系统开展科学评估的必然要求,也是服务各级生态环境保护与管理部门的现实需要。通过系统梳理了目前国家和区域尺度主流的生态系统评估模型和参数,特别是对这些参数的空间分布特征、获取难易程度以及模型可操作性进行了分析。在此基础上,针对不同类型评估参数的空间化存在的问题,从算法、共享、计算、模型适宜性和数据空间连续性5个角度做了分析和总结,并对评估参数空间化的发展趋势做出展望。

基于长时间序列的川西重点生态功能区生态系统状况及变化研究

重点生态功能区关系到一个区域的生态安全,通过2000—2015年生态系统分类数据和1990—2015年植被指数数据,运用生态系统类型变化动态度和植被指数年均合成等方法,对川西重点生态功能区的生态系统现状及变化进行研究。结果表明:川西重点生态功能区生态系统类型主要以森林、灌丛和草地生态系统为主,面积占整个区域的89.68%,3种生态系统的面积在2000—2015年间共增加了230.65 km 2。从变化剧烈程度来看,2010—2015年生态系统类型变化最剧烈,综合动态度为0.1%,为2000—2005年和2005—2010年的5倍,单个生态系统中城镇生态系统变化最剧烈,2010—2015年综合动态度为23.38%。从植被指数分布与变化结果来看,1990—2015年植被指数总体呈上升趋势,空间上呈东高西低的分布状况,其中1990—1996年和2010以后植被指数波动相对较大,主要由森林被大面积砍伐和自然灾害引起。整体上四川植被指数均值高于川西重点生态功能区,主要是因为川西西部多为高寒草甸草原,植被指数相对较低,而四川东部多为一年三熟制农作物,植被指数相对较高,最终导致川西植被指数均值小于整个四川省。

西南地区页岩气开采区生态系统时空变化特征研究

页岩气的勘探开发将极大地缓解我国天然气需求压力,优化调整我国的能源格局,保障国家安全。然而页岩气开发会对生态环境产生影响。通过研究2000、2010和2020年我国页岩气重点建产区中长宁、威远和涪陵3个片区生态系统格局及水淹频度时空变化特征,对重点建产区内开采前、开采初期及规模开采后生态环境变化的整体性和差异性进行研究,主要有以下结论:1)根据3个片区生态系统格局20年来的整体变化可以看出,3个片区生态空间呈现不同程度萎缩,其中威远片区最为显著,涪陵片区次之,长宁片区减少最小。同时,3个片区城镇生活空间面积都有大幅增加,其中增加最为显著的是涪陵片区,长宁片区次之,威远片区增加幅度最小。2)2000年至2020年,长宁片区由生态空间转为城镇生活空间的转移量最大,零散分布于片区内,南部比北部更密集;涪陵片区转移量略低于长宁片区,集中分布在市区周围或沿河道两侧;威远片区转移量最小,分布在片区内几个主要城市周围,属城镇扩张现象。3)20年来研究区域内季节性水体消失明显,其中低水淹频度区域占比总体减少了68.56%,在后10年急剧减弱;中水淹频度区域占比总体减少了56.94%,同样是后10年减弱趋势更加明显。研究区域内永久性陆地及高水淹频度区域均呈现增加态势。由此可见,20年来区域内水路交替强度减弱,稳定陆地和水体的同时增加有可能是受到人为活动的影响。4)将多年生态系统格局变化转移情况和水体变化转移情况进行叠加分析可知,研究区内由于城镇生活空间扩张导致季节性水体消失的比例较小,季节性水体变化区域主要集中在农业生产空间中。

赤水河流域生态状况与变化特征综合评估

从区域生态系统综合评估视角,对赤水河流域2001—2020年生态格局、质量和功能现状和变化特征开展定量评估,耦合社会经济指标,识别流域生态保护特点和空间分异规律。结果表明:赤水河流域上、中、下游各子流域在各评估指标中均表现出明显的梯度变化特征,流域下游生态本底最好,中游其次,上游最差。具体来看,流域下游生态格局和功能较为稳定,并且呈稳中向好的变化特征,如位于下游的大同河子流域以森林生态系统为主,生态质量指数为74.22,是整个赤水河流域中最高的区域。从生态保护与经济社会发展的协调性来看,下游体现出生态保护和民生改善“双赢”的特点;流域中游和上游生态格局和功能指标受干扰最大,部分子流域明显变差,如上游的倒流河河口至小河渡口子流域最为典型,单位面积水源涵养量年均降幅达到1.21万m^(3)/km^(2),流域上游人均GDP增速最慢,仅为0.08万元/a,仅为流域中游人均GDP增速的1.9%,需要在加大生态保护力度的同时探索经济社会发展的新增长模式。

Sentinel-2影像多特征优选的黄河三角洲湿地信息提取

以北方典型河口湿地—黄河三角洲湿地为研究区,采用在特征选择和分类提取等方面具有明显优势的随机森林算法,对研究区内的湿地信息进行提取。首先基于多时相、光谱信息丰富的Sentinel-2数据生成4类不同的特征变量,包括光谱特征、植被指数和水体指数、红边指数、纹理特征;再根据以上特征构建6种不同的提取方案,对黄河三角洲湿地信息进行提取并验证不同方案的提取精度,旨在选择最佳方案改善湿地信息提取的效果。结果表明:(1)有效地使用多种特征变量是提高湿地信息提取的关键,就不同特征对湿地信息提取的贡献率而言,红边指数>植被指数和水体指数>光谱特征>纹理特征;(2)基于随机森林算法优选的特征变量提取效果最佳,总体精度高达90.93%,Kappa系数为0.90,表明随机森林算法可以有效地进行特征选择,在特征变量数据挖掘的同时,仍能保证湿地信息提取的精度,提高运行效率。本研究为湿地信息提取在数据源选择、特征选择和方法选择方面提供了一种新思路、方法和技术手段。

基于Landsat系列数据地表温度反演算法对比分析——以齐齐哈尔市辖区为例

Landsat热红外系列数据是地表温度反演的一项重要数据源。以齐齐哈尔市辖区为研究区域,基于2002、2008和2016年Landsat TM/ETM+/TIRS系列数据,分别采用单窗算法(MW算法)、单通道算法(SC算法)和辐射传输方程法(RTE算法)进行地表温度反演及对比分析,并利用MODIS地表温度产品对反演结果进行精度验证。结果表明:(1)基于Landsat系列数据,3种算法反演得到的地表温度的空间分布状况一致,总体上市区地表温度较高,水体区域温度最低;(2)基于ETM+数据,SC和RTE算法结果一致性较好,其中SC算法精度最高,MW算法在不同地物覆被区误差均较大;(3)MW算法基于TM数据反演精度最高,RTE算法次之,SC算法较差;(4)基于Landsat 8TIRS数据,SC算法精度最高,RTE算法误差较大。

基于连续统去除法的水生植物提取及其时空变化分析——以官厅水库库区为例

光谱特征变量的筛选作为水生植物识别的重要手段之一,在水生植物种类识别研究中应用广泛。该研究将实测光谱特征提取与多时相Landsat 8 OLI影像数据分析相结合,找到一种有效识别不同种类水生植物的特征变量。在水生植物反射光谱特征分析中引入矿质分析中普遍使用的连续统去除法,对光谱重采样结果作连续统去除处理后提取光谱吸收深度特征。采用单因素方差分析法对比7个光谱重采样波段和3个连续统去除吸收深度敏感波段,发现经连续统去除处理的短波红外1波段(SWIR1CR)对于不同类型的水生植物区分效果最佳。将连续统去除法应用到遥感影像处理上,发现SWIR1CR波段能较好区分沉水植物和挺水植物;结合影像归一化植被指数和SWIR1CR波段可较好区分三类水生植物。结合特征波段筛选结果采用支持向量机分类方法,得到水生植物的分类结果精度为86.33%,对比全生长期12期影像提取的水生植物分布图,发现水生植物主要分布于官厅水库库区南北岸浅水区,水生植物面积最大时约占库区总面积的35.13%;其中沉水植物年内生长分布变化幅度较大,6月上旬开始迅速生长;10月份水生植物开始衰减;11月份水生植物占库区面积的20%,沉水、浮水植物大幅衰减消失。

生态系统服务权衡与协同视角下的重点生态功能区保护特征

重点生态功能区提供着源源不断的生态系统服务,在保障国家生态安全和社会可持续发展方面,有着不可或缺的基础作用。但是,以生态系统服务权衡与协同关系为视角,进而探讨分析重点生态功能区保护特征的研究案例相对较少。本文以秦巴重点生态功能区为评估分析区域,选择自然地理条件相似度极高的秦巴山区为参照单元,以生态系统供给服务与调节服务为核心内容,在定量分析2000—2019年期间的生态空间变化特征基础上,分析评估生态系统服务权衡与协同关系。结果表明:秦巴山区生态状况逐渐变好,重点生态功能区划定之后,生态系统趋于稳定;重点生态功能区服务能力呈逐渐增强的趋势,平均净初级生产力、土壤保持总量和水源涵养总量比重点生态功能区外分别高出了25.95 gC/m^(2)、5.81亿t和24.95亿m^(3);土壤保持服务和生态系统供给服务的协同关系与生态状况改善呈正相关;由于受到降水的影响,2010年之后的水源涵养服务与生态系统供给服务的协同关系变差。总体来看,秦巴重点生态功能区的划定带动了区域生态空间“量的增长”和生态系统服务“质的提升”,但生态系统服务之间关系的“协调性”仍然不足,甚至从“协同”转为“权衡”关系,这要求未来国家需要制定更有针对性的生态系统保护管理决策,提高生态系统总体效益,支撑区域生态系统服务的可持续供给。

黄河三角洲高效生态经济区生态变化、问题与对策

对黄河三角洲生态变化的综合监测与评估,是准确认识三角洲区域生态状况,加强生态环境保护与监管的基础。本文基于多源卫星遥感和地面观测数据,监测黄河三角洲高效生态经济区近30年生态空间和植被长势状况变化,识别区域生态状况基本特征,定量分析区域湿地资源、岸线资源和水沙资源的变化情况;进而结合国家和地方采取的一系列生态保护恢复措施,讨论区域的保护成效,辨识黄河三角洲存在的主要生态问题,提出对策建议。结果表明:①1990-2018年间,黄河三角洲高效生态经济区受城镇空间和农业空间挤占,生态空间面积减少量约为1990年生态空间面积的7.6%,并且沿海及城镇聚集区域周边植被长势有所降低。以坑塘为主的人工湿地面积比例增加了18.1%,人工岸线增加了27.1%,自然湿地资源和自然岸线资源丧失明显。其中,2010-2018年间生态空间被挤占速度有所放缓,各类生态保护规划和工程措施积极作用也逐渐显现,人工湿地面积和人工岸线长度的增速均明显减缓,区域生态保护成效逐渐体现出来。②20世纪50年代以来,黄河水沙条件发生剧烈改变,进入黄河三角洲的水沙资源日趋减少,河口三角洲原生湿地生态补水需求,以及新生湿地面临的蚀退威胁仍然比较严峻。因此,加强区域湿地资源保护修复,优化生态保护空间布局,强化生态空间管控,是提高黄河三角洲生物多样性,促进区域高质量发展的必要手段。

生态安全视角下的生态保护红线成效评估研究

针对现有生态保护红线内生态保护成效动态评估案例较少,不利于及时掌握管控区域生态状况,对国家生态保护综合管理决策支撑不足的情况,该文围绕生态保护红线“功能不降低、面积不减少、性质不改变”的管控目标,以生态系统类型构成、生态系统服务功能、生态系统质量为主要评价内容,通过时空尺度拓展,耦合分析生态保护红线区内外、实施前后的生态状况变化,评估生态保护红线对保障区域生态安全、改善区域生态系统自我调节能力的贡献,评价相关政策实施对保护成效的影响。结果表明,生态保护红线的划定和实施,对保障京津冀地区自然生态空间、改善区域生态系统质量、提升区域生态系统服务功能,均发挥着重要的作用。