基于GTWR模型的疏勒河流域人均三维生态足迹动态变化及其影响因素分析

生态足迹是一种通过测量人类对区域自然资本利用程度评价该区域是否可持续发展的方法。疏勒河流域作为我国西北典型干旱区,分析其生态足迹的变化特征能够有效保障流域可持续发展。论文基于生产视角,通过土地利用数据、生物产品产量数据、社会经济数据和人口数据等,采用人均三维生态足迹模型对2000—2020年疏勒河流域人均足迹广度、人均足迹深度、人均三维生态足迹及自然资本存流量使用情况进行分析,探究流域人均三维生态足迹的动态变化特征,利用GTWR模型分析各因子的时空异质性。结果表明:2000—2020年,疏勒河流域人均足迹广度总体呈上—中—下游依次递减趋势;随着土地利用程度加深,人类对生物资源的占用速度超过其再生速度,流域人均足迹深度大于1;流域内各县人均三维生态足迹上升,生态压力增大,生态足迹重心总体自西向东北移动。在疏勒河流域,人均生态足迹主要受社会发展、民生福祉和工业发展三方面因素影响。

三维生态足迹模型下西藏生态承载力分析与提升对策研究

本文运用三维生态足迹模型,采用西藏2015-2022年的面板数据,分析了西藏生态足迹和生态承载力。结果表明:一是西藏人均生态足迹为下降-上升-下降趋势,年均值为6.18hm2/人,其中草原的生态足迹占比最高,为89.45%。二是西藏人均生态承载力年均12.0115hm2/人,呈现先迅速下降后大幅上升,又小幅度下降后上升的趋势,草地人均生态承载力最高,林地人均生态承载力仅次于草地。三是西藏整体生态盈余,建设用地和耕地为略微超载状态,林地、草地和水域为生态盈余状态。四是西藏建设用地和耕地足迹深度年均值为3.11和1.50,草地足迹深度在0.5-0.9之间波动上涨,林地和水域的足迹深度都接近于0。最后从健全碳交易市场,提升土地集约利用水平,推进西藏产业绿色转型升级等方面提出了对策建议。

河南省三维生态足迹及其驱动力分析

作为中国农产品主产区和矿产资源大省,河南省的生态足迹及其驱动力研究对于黄河流域高质量发展具有重要意义。该文基于三维生态足迹模型,核算河南省18个城市不同地类的均衡与产量因子,刻画各市2009-2016年生态足迹广度、足迹深度、三维生态足迹的时空特征,并利用偏最小二乘回归模型揭示各地三维生态足迹的驱动力因素及其差异性。结果表明:(1)生态足迹广度高值主要集聚于豫东、豫南,低值分布于豫北地区,最高值为商丘(192.53×10^(4)~276.02×10^(4)hm^(2)),济源最低(15.73×10^(4)~16.81×10^(4)hm^(2))。耕地、草地对足迹广度的贡献率较高,Shannon-Wiener指数显示空间上其组分存在土地互补性;(2)各市足迹深度均大于1.00,许昌的足迹深度高达5.40~12.65,大多数城市在研究期间呈增加趋势,仅焦作、周口的年均增长率为负值。耕地、化石能源用地是影响足迹深度的重要地类。三维生态足迹的时空特征与足迹广度较为一致。(3)中学生在校生、居民年人均可支配收入、第二产业GDP的增长将导致生态足迹的持续扩大,小学生在校生、科技人员全时当量、居民人均消费支出等的增加可改善生态赤字状态,在不同年份、不同城市中有明显异质性,表明社会经济发展对自然资本利用在市域上具备复杂的尺度效应。研究结果可为省市间生态补偿、产业优化转型、土地综合规划等政策制定提供技术支撑与参考依据。

基于二维和三维生态足迹的长三角城市群自然资本可持续性分析

城镇化和工业化进程的不断推进给城市群自然资本及其可持续利用带来较大的威胁。为明确城市群建设过程中自然资本可持续性变化特征,以长三角城市群为研究对象,采用二维和三维生态足迹评价模型,同时添加水资源账户对原模型进行改进以反映长三角地区水资源潜力与压力,研究分析了2005—2019年长三角城市群生态足迹、生态压力指数和生态协调指数变化、自然资本存量消耗和自然资本流量占用情况及其影响因素与作用机制。结果表明:1)研究期间,长三角城市群人均生态足迹和生态承载力分别为4.46和1.59 hm^(2)/人,平均人均生态赤字为2.87 hm^(2)/人,但万元GDP生态足迹不断下降,资源利用率不断上升;2)2005—2019年,长三角城市群生态压力指数由2.48升至3.25,生态协调指数由1.30变为1.25;3)基于改进三维生态足迹模型发现,长三角城市群资本存量利用程度越来越大,且对自然资本流量的更新起到较大抑制作用,2019年研究区自然资本存量的消耗量是资本流量占有量的2.26倍;4)影响因子分析表明,工业产值、能源消耗总量、建筑用地面积和城镇化率对生态足迹起到了正向促进作用,对自然资本的可持续性产生了较大压力。

陕西省水生态足迹深度与广度时空格局及影响因素

运用水生态足迹及其深度与广度评价方法,对2000—2019年陕西省水生态足迹、承载力、深度与广度时空格局进行研究。从经济、人口、环境、农业和水利5个方面,构建水生态足迹影响因素指标体系,采用CFEM模型对水生态足迹成因进行分析。结果表明:(1)陕西省水生态足迹总体呈波动上升趋势,多年均值为1403×10^(4) hm^(2),其中,农业水生态足迹占比最高,多年平均占比为66.65%,工业和居民生活水生态足迹占比分别为15.84%和13.39%;(2)陕西省水生态承载力年际分配不均衡,在603.5×10^(4) hm^(2)~3741×10^(4) hm^(2)间波动,多年均值为1632.9×10^(4) hm^(2),高于水生态足迹,处于水生态盈余状态;(3)近10 a,陕西省主要以消耗水资源流量资本为主,水生态足迹广度处于较高水平,但2001年和2016年,水资源存量资本消耗量大;(4)陕西省水生态承载力与水生态足迹区域差异大,但年际变化相对较小;(5)经济发展水平、人口和水库库容,对陕西省水生态足迹具有显著的正向影响。为加强陕西省水生态承载力,应进一步完善和巩固水利工程设施建设,增加水库库容,完善水资源管理制度,强化水资源刚性约束。

温盐深变化对波束脚印坐标的影响规律分析

在多波束测深中,温盐深剖面数据的准确性对测量精度起到非常重要的作用,而在实际测量中,温盐深误差又不可避免地存在。为了分析温盐深变化对波束脚印坐标的影响规律并将其影响值量化,本文在声速剖面间接测量数据的基础上,选择精度较高、适应性较强的声速经验公式推导其误差公式,计算温盐深变化所引起的声速误差值,并且在常梯度声线跟踪模型的基础上推导出声波旅行轨迹的水平位移和垂直位移误差公式,然后结合声速剖面计算出声速误差对波束脚印坐标的影响程度。实验结果表明,温度变化对声速的影响最大,盐度和深度依序次之;温度、盐度、深度3个参量的变化引起波束脚印Z坐标的变化量均大于X、Y坐标,最高可达变化前深度的0.6%。温度和盐度的变化引起的三轴坐标值变化量随入射角的增大而减小,而深度变化引起的三轴坐标值变化量几乎不随入射角的变化而变化。本文研究结果可为温盐深误差对多波束测深精度评估工作提供借鉴作用。

南京市三维生态足迹测算及驱动因子

基于三维生态足迹模型测度2001-2011年南京市三维生态足迹的动态变化,并利用偏最小二乘回归对南京市三维生态足迹的驱动因子进行分析。结果表明:1)2001-2011年南京市人均三维生态足迹总体上呈上升趋势,年均增长率为16.5%,人均生态承载力以年均0.79%的速率呈逐年下降趋势;2)偏最小二乘回归分析表明,城市生态建设、环境污染等是导致南京市生态足迹逐年上升的重要因素,而交流与贸易、环境治理和土地利用结构则有利于缓解生态压力扩大的态势;3)变量投影重要性分析显示人均公共绿地面积及工业废弃物排放量指标对南京市生态足迹的影响较大,与回归分析的综合评价结果较为一致。未来应通过优化产业结构、使用清洁能源、积极发展对外贸易与交流、合理规划城市土地利用等提高城市生态建设效率。

福建省2010-2019年水资源生态足迹与生态承载力

[目的]对福建省水资源生态承载力进行研究,为该区水资源可持续利用提供科学依据。[方法]以水资源生态足迹作为理论基础,叠加水资源生态足迹三维模型,并以福建省2010—2019年数据为主,分析福建省水资源生态足迹、水资源生态承载力以及水资源空间格局。[结果]福建省2010—2019年水资源生态足迹总体呈下降趋势,变化范围为0.696~0.928 hm^(2)/人;水资源生态承载力受降水影响,年际变幅较大,变化范围为2.602~10.944 hm^(2)/人,为水资源生态盈余。万元GDP水资源生态足迹呈现明显下降趋势;福建省西部地区水资源承载力明显好于东部沿海地区。水资源足迹深度为1,水资源足迹广度波动范围在1以下,并呈下降趋势。[结论]福建省水资源比较丰富。目前条件下,该省水资源承载力能够满足当地经济发展。但福建省水资源承载力年际变化较大,空间分布差异较大,随着经济的发展,水资源还是存在一定风险。

资源型城市转型生态可持续性分析——以河南省焦作市为例

运用三维生态足迹模型,从足迹广度和足迹深度入手,以焦作市为例研究资源型城市转型发展过程中生态的可持续性。研究表明:2000~2014年焦作市生态赤字、生态足迹、足迹深度整体呈现倒"U"形,2008年人均生态赤字和足迹深度达到最大值,分别为1.615 hm2和1.969,生态环境虽然表现出好转的迹象,但始终处于生态赤字状态,足迹深度一直大于1,转型过程中的消费需求已超过生物生产性土地的生产能力,表明焦作市的转型发展是粗放型转型方式,建立在大量消耗存量资本的基础上,亟须制定提升生态可持续性的转型发展战略。

基于三维生态足迹模型扩展的土地承载力指数研究——以温州市为例

生态足迹模型是土地承载力评价的重要方法。通过将Niccolucci三维生态足迹模型中足迹深度的取值范围从大于等于1扩展到大于等于0,将生态盈余状态的分析纳入一个统一的三维模型框架,实现了自然资源消费对资源流量和资源存量占用程度在核算上的统一。以温州市为例,运用扩展后的三维模型计算了2000—2012年间温州市的生态足迹、足迹深度、生态赤字(盈余)。在此基础上,引入粮食压力指数、水资源压力指数、碳汇压力指数、建设压力指数和土地综合负担指数等土地承载力评价指数,判断当前市域土地是否处于超载状态,以及超载程度。研究结果表明:2000—2012年间,温州市人均生态足迹从整体生呈逐年上升的趋势,人均生态生产性土地面积基本保持不变,生态赤字严重且逐年上升,温州市土地承担着巨大压力;2000—2012年间温州市足迹深度在4—6之间,自然资源流量远远不能满足自然资源需求,需要消耗大量的自然资源存量来支撑当前的发展和消费;温州市粮食压力指数、水资源压力指数、碳汇压力指数、土地综合压力指数均大于1,耕地、水域、林地均处于超载状态,且自2000年以来,温州市土地所承载的自然资源消费压力是其承载能力的4倍以上。

中国省际碳足迹广度、深度评价及时空格局

借鉴三维生态足迹方法构建了碳足迹广度、深度测算模型,对吸纳碳排放所占用的自然资本流量、存量进行区分,核算了2000—2016年中国30个省(市、自治区)碳足迹广度和碳足迹深度,并对其进行空间关联性分析。结果显示:①中国碳足迹广度受碳足迹和碳生态承载力的综合影响,由0.173 hm^2/人升至0.329 hm^2/人又降至0.301 hm^2/人;碳足迹广度高值区集中于东北、西北和西南地区,其自然资本流量尚未完全占用,低值区集中于东部沿海和中部,其自然资本流量已不足以补偿碳排放。②2008年起中国碳足迹深度突破自然原长1,数值由1.04升至1.42又降至1.31;研究期内碳足迹深度始终处于自然原长1的有10个地区,高值区集中于东部沿海和中部,尤其是上海可达298.83,以存量资本耗竭为主且生态持续性弱。吸纳碳排放所占用的流量资本和存量资本存在地域互补性。③中国碳足迹广度、深度呈显著的空间正相关。碳足迹广度H-H集聚区分布于东北和西北,该类集聚有减弱趋势;碳足迹深度H-H集聚区主要分布于东部沿海且向中部扩散,该类集聚有增强趋势。通过引入碳足迹广度、深度两项指标对碳足迹的研究方法进行了深化和完善,在碳排放对生态环境影响规模的刻画和表达上取得了较优于传统碳足迹的评价结果。

中国水生态足迹广度、深度评价及空间格局

运用生态足迹方法对水资源进行流量资本和存量资本区分,测算分析了中国31个省市1997—2014年的水生态足迹广度与深度。结果显示:(1)中国的水生态足迹广度受年际水资源量丰枯影响,总体呈波动趋势;各省市的水生态足迹广度存在着明显差异,南方地区水生态足迹广度普遍大于北方地区;(2)研究期内,中国的水生态足迹深度只有1998年为1,其余年份的水资源流量资本已不能满足人类生产生活的需求,需要消耗水资源存量资本;各省市之间水生态足迹深度相差较大,整体上北方高南方低,其中14个省份18年的平均水生态足迹深度为1,平均水生态足迹深度最高的地区是宁夏的308.12;(3)运用空间自相关方法对31个省市的水生态足迹广度和深度进行分析得出,中国省际水生态足迹广度与深度均存在明显的空间集聚现象。水生态足迹广度H-H集聚地区主要集中在中国南方地区,水生态足迹深度H-H集聚地区主要集中在中国北方地区。通过对全国水生态足迹广度与深度的测度分析为水生态足迹分析提供新的研究方法,同时也为区域水资源可持续利用提供理论依据。

四川省三维生态足迹动态变化及其驱动力分析

研究区域资本利用程度是三维生态足迹的意义之一,对评价区域可持续发展具有重要意义。通过构建三维生态足迹模型,对2000—2015年四川省21个地市州的足迹深度和足迹广度进行了测度。在此基础上,运用偏最小二乘法探讨了四川省三维生态足迹的主要驱动力因素。结果表明:(1)总体上,四川省整体人均三维生态足迹为增加,表明对资源的占用水平越来越高;(2)各地市州的人均足迹广度变化类型有连续下降型、先降后升型、波动变化型三种情况,足迹广度最大的是广元市,最高值为0.5833hm2/人,最小的是成都市,最低值为0.1822hm2/人;(3)人均足迹深度主要有波动上升与波动下降两种类型,德阳市是足迹深度最高的地区,年均1.7789hm2/人;甘孜、阿坝两州存量资本未被占用,足迹深度为原长1;(4)对四川省三维生态足迹进行驱动因子分析,发现VIP值较大的多为经济因素,它发挥了主导作用。

基于ESTDA模型的中国水生态足迹及水生态压力评价

基于水足迹视角,测度了中国31个省份2000—2018年的水生态足迹广度、深度及水生态压力,采用ESTDA框架对其时空动态特征进行分析。结果表明:①研究期内,中国水生态足迹总量呈波动上升态势;水生态承载力波动幅度较大,空间分布格局整体呈现自东南向西北逐渐较少的趋势。②水生态足迹广度与水生态承载力呈同步变化趋势,整体上已接近水资源可提供的流量资本上限,各省市水生态足迹深度差异较大。③研究期内,水生态压力指数小于1的区域与水生态足迹深度为1的区域相吻合,水生态压力指数大于1的区域主要分布在华北及西北地区。④LISA时间路径表明,水生态足迹广度、深度及水生态压力的整体空间格局均具有较强的稳定性;三者的局部空间结构在空间依赖方向上的稳定性依次加强;空间格局演化的空间整合性呈现水生态足迹深度>水生态压力>水生态足迹广度,空间上,水生态足迹广度正向协同增长省份主要集中于南方省份,而水生态足迹深度和水生态压力正向协同增长区则分布于华北、西北地区;各要素的空间分布格局表现出较强的路径依赖及锁定特征。

生态足迹深度和广度:构建三维模型的新指标

追踪自然资本存量消耗与流量占用是当前可持续发展研究的核心议题。系统阐述了国际上新近提出的生态足迹三维模型的概念与计算方法,重点对足迹深度和足迹广度两个指标进行了探讨,总结了模型的主要优势,并通过引入资本流量占用率和存量流量利用比两个新指标对模型作进一步完善,在此基础上实证分析了1961—2006年的中国生态足迹。结果表明,中国自1978年步入生态赤字时代以来,足迹深度增长了近2倍,足迹广度减少了11.84%,因自然资本流量不足导致资本存量大幅消耗已成为社会发展常态。到2006年时,中国需要2.9倍的国土才能持续支撑其资源消费量。研究表明,三维模型分别从时空两方面表征了人类对资本存量的消耗(足迹深度)和对流量的占用(足迹广度),增强了生态足迹在不同区域、不同时期之间的可比性,并在一定程度上克服了经典模型的评估缺陷。最后指出了三维模型今后发展的主要方向。

焦作市人均三维生态足迹的动态分析

基于三维生态足迹模型,以焦作市的统计数据为基础分别测算了2004年、2006年、2008年、2010年、2012年、2014年共6个年份的足迹广度、足迹深度和人均三维生态足迹。结果表明:焦作市2004—2014年的足迹广度、足迹深度和人均三维生态足迹均呈现先增大后减小的趋势。其中,耕地是人均生态足迹广度的主要构成部分,占比达到65%以上,说明耕地是焦作市流量资本的主要载体,其变化对人均生态足迹广度的变化起决定性的作用;足迹深度的主要组成是化石能源用地,占比达40%以上,表明焦作市经济发展中对存量资本的消耗主要以原煤、焦炭等矿物资源消费为主;人均三维生态足迹受足迹广度和足迹深度的共同影响,也受自然资源禀赋的影响,焦作市的足迹广度变化不大。因此,只有把握好转型后的关键时期,继续转变经济发展方式,提高资源的利用效率,减少足迹深度,才能降低人均三维生态足迹,提高焦作市的可持续发展能力。

黄河流域碳水足迹评价及时空格局研究

目前,水资源短缺是制约黄河流域生态保护和高质量发展的重要因素。基于碳水关联视角,引入足迹广度和足迹深度,该文对2005-2017年黄河流域碳水足迹进行评价,并对流域内碳水足迹广度、深度进行了空间关联性分析。结果显示:(1)黄河流域当前暂处于碳水盈余阶段,但盈余值趋于减少,碳水生态压力逐年增大。其中青海、四川为碳水盈余状态,山西碳水为生态赤字,其他省份均为碳盈余水赤字状态。(2)碳足迹广度高值区集中在黄河中下游地区。山西、宁夏、陕西3省碳足迹深度均高于自然原长值1,碳生态可持续发展能力弱。(3)水足迹广度呈波动下降趋势,除四川、青海外,其余7省水足迹深度值均高于1,水资源保护与改善任务艰巨。(4)黄河流域碳足迹广度呈显著空间集聚现象,碳足迹深度呈空间随机性,水足迹广度和深度均呈微弱的空间正相关性。因此,应因地制宜,以生态承载力为切入点,制订经济、社会及资源环境中长期计划。

多波束测深波束脚印位置归算模型研究

推导了多波束测深脚印位置归算模型,通过与CARIS软件进行实例比对,验证了该模型的有效性。在数据处理过程中,采用时标序列检索的方式处理导航时间延迟,取得了良好的效果;采用条带姿态进行姿态改正避免了"杠杆"旋转对边缘波束深度的影响。实例比对表明,该模型结果与CARIS软件输出结果一致。

航空激光测深仪海面和海底激光入射点分布

依据卵形扫描系统的原理,以严格的数学推导为基础,推导了海平面激光入射点坐标的计算公式及相应的优化算法。建立起了海底激光入射点坐标及该点垂直水深的严密计算模型。通过仿真试验,得出了激光镜面反射点X轴的修正量随驱动电机转角的变化趋势,单个周期的海面激光入射点分布及30个周期的激光脉冲海面重叠图和试验脉冲对应的定位角度数据。同时给出了每个测量数据对应扫描镜中心点的位置和每个激光发射时对应XYZ坐标系中坐标原点的经纬度的计算方法。

基于三维水足迹-LMDI的安徽省水资源压力及驱动力分析

[目的]探究区域水资源压力状态和产生的原因,为区域合理开发和配置水资源提供理论依据。[方法]通过构建三维水足迹模型,利用水资源可持续指数定性分析水资源可持续程度,并用对数平均迪氏指数(LMDI)分解法因素分解模型定量分析结构效应、技术效应、经济效应和人口效应对2007-2016年间安徽省水资源压力的影响。[结果]①2007-2016年间安徽省水足迹总体先增加后下降,其中比例达97.88%~98.73%的内部水足迹中以农业生产用水比例最高且与总水足迹变化趋势一致;2016年安徽省由北向南人均农业用水依次递减,其他类型水足迹以长江流域比例最高;②2007-2016年间安徽省水足迹深度在2~4内波动并最终呈下降趋势且由北向南逐渐递减;2007-2016年安徽省水资源整体可持续利用趋势在增强;③安徽省水足迹各驱动因素中,技术效应为逆向驱动,正向驱动中经济效应贡献值最大。[结论]本文所用三维水足迹模型更能反映安徽省水足迹的实际情况;虽然水资源可持续利用趋势在增强,但还需优化水资源利用结构,加快提高水资源利用效率以缓解经济发展和人口增长带来的水环境压力。