How urbanization affect the ecosystem health of Tibet based on terrain gradients:a case study of Shannan,China

Urbanization has significant impacts on ecosystem health(ESH)by affecting land-use patterns.The evaluation of the ESH and the spatial correlations between human interference provides an insight into sustainable development as a response to potential ecological degradation if ESH is threatened by further urbanization.We applied the Vigor-Organization-Resilience-Services(VORS)modelto detect the responses of ESH of Shannan Prefecture in the Tibet to urbanization from 1990 to 2015,based on different levels of terrain gradients.The results show that the ESH of the most areas in Shannan reaches the levels of highest health and average health during the study period.By 2015,the area proportion at the highest health level increased by 0.68%,while that of degraded level decreased by 1.51%.Overall,the ESH of areas tends to shrink at higher-level TGs,and urban sprawl with ESH shrinking existed in middle-level TGs in Shannan.Furthermore,a significant spatial aggregation effect was found concerning that low ESH-high CUL type is mainly distributed on the middle-level TGs with dense human population.The results highlight the needs to rationally organize urbanization process in plateau regions based on different TGs,which contribute to maintain ESH advancing people livelihood improvement.

Spatiotemporal evolution of ecosystem service value and topographic gradient effect in the Da-Xiao Liangshan Mountains in Sichuan Province,China

The Da-Xiao Liangshan mountains are critical ecological function areas and essential ecological barriers in the upper reaches of the Yangtze River in China.This study selected a total of six periods of land use land cover(LULC)data from 1995 to 2020,to estimate the ecosystem service value(ESV)and analyzed its spatiotemporal evolution and topographic gradient divergence.The results showed that:(1)The ESV increased by 1.1 billion yuan,with an increase rate of 1.47%from 1995 to 2020.Two time periods,2005–2010 and 2015–2020,showed more significant increases than other periods.(2)The elevation and slope of mountainous areas determine the type of land use and further influence the spatial pattern of ESV.(3)Although woodland and grassland are the main land use types of the study area(more than 90%),the hydrological regulation function of the water area partially compensated for the impact of the encroachment of the built-up area on the ESV of grassland.(4)The spatial distribution of ESVs showed an inverted V-shaped characteristic as the topographic gradient increased,with the dominant position being the 5th topographic gradient zone.Finally,this study provided relevant recommendations for ecosystem protection and optimization.The findings of this study clarified the influence of topographical factors on the spatial differentiation of ESV and provided novel insights into ecosystem protection.

Characteristics of pressure gradient force errors in a terrain-following coordinate

"地形追随坐标系中气压梯度力误差的特征分析"一文通过几何分析和理想实验,对比了地形追随坐标系两种方案(经典方案和协变方案)中气压梯度力(PGF)误差的特征。结果表明:(1)经典方案的PGF误差受"垂直气压梯度","气压梯度的方向(α)","垂直层的坡度(φ)"三者影响,垂直气压梯度越大,气压梯度与水平方向的夹角越大,垂直层坡度越大,误差越大;(2)协变方案的PGF误差不受上述三因子影响。此外,通过定义参数TT(TT=tanφ·tanα)能定量分析经典方案的PGF误差。

不同地形梯度下秦巴山区乡村振兴潜力及发展路径

我国山地丘陵地区在空间上相对孤立,乡村发展受到阻碍。开展不同地形梯度下乡村振兴潜力及发展路径研究,旨在为山区因地制宜推进乡村振兴提供理论与科学依据。基于陕南秦巴山区地形差异开展典型村域调研,构建评价指标体系测度乡村振兴潜力,结合相关性与障碍度模型,辨识不同地形梯度下乡村振兴的障碍因素,提出差异化发展建议。结果表明:①各地形梯度下乡村振兴综合潜力由大到小依次为低地形梯度、中低地形梯度、高地形梯度、中高地形梯度,地形梯度与秦巴山区乡村振兴综合潜力及区位条件、基础设施潜力成显著负相关关系;②随着地形梯度的上升,秦巴山区乡村主体、产业发展、人居环境、区位条件、基础设施潜力整体上呈减小趋势,资源禀赋潜力先减小后增大;③不同地形梯度下秦巴山区乡村振兴各维度潜力大小及其障碍因子皆存在明显差异。为优化山区乡村发展模式、全面推进乡村振兴,建议低地形梯度村庄重点防止人口、耕地等农业生产要素流失,中低地形梯度村庄优化基层组织、提升引领能力,中高梯度村庄加强基础设施建设、改善人居环境,高地形梯度村庄充分保护并合理利用林地资源,发展特色产业。

景观功能视角下的西南山区农业景观格局演变研究——以重庆市石柱县为例

鉴于中国西南山区农业生态环境的脆弱性与敏感性,解析该地区农业景观时空演变特征对合理利用农业景观资源和保护生态环境具有重要的理论意义.以重庆市石柱县为例,采用景观利用图谱、地形位分布指数、景观转移矩阵等方法,从景观功能视角开展西南山区农业景观格局演变特征分析.研究表明:①农业景观呈现出“三增一减”的变化趋势,即生活型和拓展型农业景观面积呈增长态势,生态型农业景观面积呈波动变化趋势;生产型农业景观面积持续下降.农业景观变化主要表现为生产型向生态型、生活型、拓展型农业景观转化;生态型向生活型、生产型、拓展型农业景观转化.②石柱县生态型农业景观主要分布在高等级地形位,生产型农业景观逐渐向高程和坡度较高的地形位移动,生活型农业景观主要分布在低、中低等级地形位上,拓展型农业景观逐渐向较高地形位转移.③坡度、高程等是导致研究区农业景观格局演变的主要环境因素;而农业人口、农民人均纯收入、第一产业占比等是农业景观格局演变重要的人文驱动因素.

基于地形梯度的青藏高原冰川分布格局及成因

目前,冰川分布与变化的影响机理还存在不确定机制。为探究地形因子对冰川分布格局的影响,本文以第6版Randolph冰川编目数据和NASADEM为数据源,运用均值变点法、分布指数和地理探测器等方法,对青藏高原冰川在地形起伏度、海拔、坡度和坡向等地形梯度上的分布格局及其与地形因子之间的响应关系进行分析。结果表明:(1)青藏高原冰川对坡向、坡度的适宜性较广,对地形起伏度、海拔的选择性较强,且在高地形起伏度、高海拔上呈现优势分布。(2)地形对冰川发育影响较大,各地形因子对冰川空间分布的影响显著不同。海拔和地形起伏度是控制冰川分布的主要因素,且交互探测结果表明二者共同作用对冰川空间分异性影响最大。(3)在海拔和地形起伏度梯度上,喜马拉雅山脉冰川优势分布范围最广,其次是喀喇昆仑山脉,其余10座山脉冰川的优势分布均呈近似正态分布,但不同山脉形态各异。

秦巴山区国土空间格局演变特征及驱动力分析

[目的]科学认知秦巴山区城镇空间、农业空间和生态空间的时空演化过程与形成机理,是助力全国空间发展格局统筹协调和推动中西部崛起的关键,更是地区高质量转型发展的迫切需求。[方法]基于空间转移矩阵、地形位分析和随机森林回归等方法,从“格局规模―地形位置”2个维度切入,研究2000-2020年间秦巴山区国土空间时空演化特征与驱动机制。[结果](1)近20年秦巴山区城镇剧烈扩张、农业和生态空间持续缩减,占比58.33%的县区人口减少的同时城镇用地依然呈扩张态势,“人口总量―城镇规模”出现严重两极分化;(2)城镇、农业空间“上山爬坡”、生态空间“下谷”现象明显,新增城镇和农业空间平均上移1~2个地形位,下游丹江口水库坝体加高工程对山区整体国土空间分布梯度产生显著影响;(3)“农业空间―生态空间”动态调整置换是秦巴山区主导转换类型,财政支出的影响作用最为显著;农业空间是新增城镇的主要来源,同时秦巴山区城镇退化为农业、生态空间的规模显著;(4)国土开发政策、山地地形属性、交通区位条件和社会经济因素共同制约影响秦巴山区国土空间演化结果,各类型因素在不同转换方向上的作用强度和显著因子数量有明显差异。[结论]推动新增城镇向重点开发区集中,科学引导农业和生态空间顺应地形梯度布局,慎重进行水利工程建设,整体谋划区域“三区三线”布局,将对秦巴山区国土空间格局优化起到积极影响。

汉江生态经济带土地利用格局的地形梯度效应特征

[目的]探究汉江生态经济带土地利用的地形梯度效应,为区域土地利用格局的调整和优化提供科学借鉴。[方法]基于1990—2022年土地利用和DEM数据,选取高程、坡度、地形起伏度和地形位4个地形指标,借助分布指数、信息图谱等分析方法,探讨了汉江生态经济带土地利用格局的地形梯度效应。[结果](1)汉江生态经济带土地利用结构以林地(面积占比在54.59%以上)和耕地(35.20%以上)为主,呈现“东耕西林”空间格局。1990—2022年林地、建设用地和水域面积有所增加,耕地和草地面积减少明显。(2)随各地形梯度等级增加,耕地、水域和建设用地的面积和分布指数逐渐减少,草地均呈先增后减趋势,林地分别呈先增后减、持续增加态势。(3)研究时期内,耕地、林地的分布优势分别在各地形因子的中低(Ⅰ—Ⅲ)和中高(Ⅲ—Ⅴ)等级上有所扩大,其分布指数增幅介于0.041~0.117,0.005~0.076;除Ⅰ级梯度上的分布指数一致呈减少外,其他梯度上草地和水域的分布优势以扩大为主,其指数增加最明显的分别为地形起伏度Ⅲ级(0.317)、地形位Ⅲ级(0.299);建设用地分布优势在Ⅰ级梯度上皆呈扩大态势,其指数增加了0.056~0.689。(4)研究区土地利用信息图谱以稳定型(81.39%)为主,其他图谱类型受地形梯度影响存在显著差异。[结论]受自然、政策等因素的共同影响,汉江生态经济带土地利用格局具有显著的地形梯度效应,分布优势在地形梯度上的变化相对复杂。因此,未来国土空间开发需秉承因地制宜原则,促进土地资源的可持续发展。

基于InVEST模型的永安市生境质量时空演变及地形梯度效应研究

区域的可持续发展与其生境质量密切相关,其发展与提升对维持生态系统的平衡以及促进经济与社会的发展有着非常重要的意义。本研究以永安市为例,利用InVEST模型分析方法对2001-2021年生境质量进行评估并分析其时空演变特征,同时将生境质量与地形位指数梯度相结合,分析生境质量的地形梯度效应。结果表明:(1)永安市2001年、2011年以及2021年的平均生境质量指数分别为0.6354、0.6291、0.6285,总体生境水平较好,但呈下降的趋势。(2)生境质量在空间分布上存在明显的差异性,呈现研究区中间部分生境质量较差,随着研究区中部集中区域向外逐步扩大,生境质量逐步升高。(3)永安市生境质量分布指数具有明显的地形梯度效应,其平均生境质量随着地形位的升高而升高。

江西和福建省植被覆盖时空特征及其地形梯度效应

[目的]探讨华南地区植被覆盖时空特征,为生态系统调查与保护提供参考。[方法]以江西和福建省为例,将1998年、2005年、2010年、2015年、2019年5年的植被覆盖由低到极高划分为6个等级,使用土地利用研究中的动态度、转移等思路分析植被覆盖时空特征,并探讨其地形梯度效应。[结果](1)江西和福建植被覆盖以高和极高覆盖为主(78.47%~89.8%),尤其是在内陆山地丘陵区,而沿江、沿海等人口密集的城市区相对较低、面积较小;1998—2019年该区植被覆盖较好且变化的整体趋势仍是增加;最显著变化发生在2010—2015年由高覆盖转移为极高覆盖。(2)地形梯度指数显示,中等植被覆盖及以下主要分布在海拔低于200 m、坡度小于6°、地形位小于0.48的1~2级地形梯度区;较高覆盖及以上较为分散的分布在各地形梯度内,且随着覆盖度增加有向海拔高于200 m、坡度大于6°、地形位大于0.48的3~5级地形梯度区分布趋势。(3)在植被覆盖不变或改善类中,低覆盖转移主要发生在1级地形梯度,较低覆盖和中等覆盖转移主要发生在1~3级地形梯度区,较高覆盖及以上的转移在5类地形梯度均有发生且相对分散;在植被覆盖恶化类中,中等覆盖及以下的转移多发生在1~3级地形梯度区,较高覆盖及以上的转移在5类地形梯度区多有发生且相对分散;转移等级跨度较大的情况多发生在较低等级的地形梯度区。[结论]研究区植被覆盖率较高,植被覆盖变化存在时空差异,生态系统调查与保护需要考虑不同地形梯度下的影响因素。

南方山区耕地林果化时空演变及影响机理

为厘清南方山区耕地林果化时空演变趋势,探究耕地林果化的驱动机理,该研究以福建省为研究对象,截选2000—2020年5个时间节点,利用地形梯度分级、空间自相关分析等方法分析耕地“林果化”的时空演变特征,并借助最优参数地理探测器模型揭示其驱动因素。研究表明:1)福建省耕地林果化规模呈现“平稳发展转向骤增”的变化趋势,2015—2020年增加显著。2)水平空间上,林果化程度由“东高西低”向“西高东低”转变,Moran’s I从0.396增加至0.672,林果化行为在空间上呈现明显的集聚特征。3)垂直地带上,耕地林果化呈现明显的地形梯度效应,主要发生在海拔0~1000 m、坡度0°~2°和10°~20°、地形位指数为0.1~0.8的阴坡和半阴坡区域。4)不同时期耕地林果化空间分异的主导因素不同,其中高程、距居民点距离、GDP始终是稳定的驱动因子;各影响因子交互后对林果化的解释程度均呈现增强。耕地林果化演变是自然禀赋、区位条件和经济政策共同作用下的复杂结果,地方政府推行林果化管控过程中应基于耕地本底条件及驱动机理的不同进行分区整治,今后耕地占补平衡有必要推动平原林果地和山坡耕地空间置换。

利用全张量重力梯度异常探测月球地下隐伏地质结构及其解释

将有限功率地形法(或称Tesseroid单元体球谐谱域正演法)运用到月球地形的重力梯度计算中,并通过圣杯任务(GRAIL)得到的重力场模型系数和Moontopo720地形模型数据,计算得到在GRAIL卫星高度经过地形校正后的全重力张量异常。综合重力梯度的多分量性质和相关实验结果,首先通过水平梯度异常估算月球主要质量瘤(mascon)的地下空间水平分布范围,然后通过全重力异常梯度带图初步验证潮汐重力引起的月球主要断层结构分布。

黔西北贫困山区不同地貌形态下土地利用变化的地形梯度效应分析

为揭示贫困山区不同地貌形态下土地利用在地形梯度上的空间分布特征及规律,以毕节市为研究区,将其划分为喀斯特区与非喀斯特区,以2009年与2018年土地利用数据和DEM为数据源,运用地形位指数、地形分布指数等方法,探讨土地利用变化在不同地形梯度下的分异特征。结果表明:(1)喀斯特区与非喀斯特区土地利用类型均在地形梯度上表现出明显的层级性。旱地、水田、园地、建设用地、道路、水域对低地形有一定的选择性,有林地、灌木林地、草地、未利用地则对高地形有一定的选择性,其中非喀斯特区土地利用类型在低地形区域分布更广。(2)喀斯特与非喀斯特区土地利用多样性的地形梯度效应明显,2009年其随地形梯度增加变化幅度较大,2018年则表现为地形梯度越低,多样性越高。与非喀斯特区相比,喀斯特区的多样性在区间1、2、5高于非喀斯特区,区间3—4内则相反。(3)喀斯特区与非喀斯特区土地利用程度的地形梯度效应显著,均表现为地形梯度越高,土地利用程度越低。其存在的空间差异是自然环境、社会经济和政策因素共同作用的结果。

Pressure gradient errors in a covariant method of implementing theσ-coordinate:idealized experiments and geometric analysis

本文针对经典σ坐标的气压梯度误差(PGF误差),采用多种地形展开理想试验,对比经典σ坐标的经典方案和协变方案的PGF误差。结果表明:计算空间中,协变方案始终能减小经典方案的误差,地形越陡,效果越明显。然而,几何分析和理想试验均表明:协变方案仅能减小计算空间的误差,不能减小物理空间的误差;相比经典方案,正交地形追随坐标能同时减小计算空间和物理空间的误差。

基于地形梯度的三峡库区景观生态风险特征

景观生态风险评价可以较好地反映外界压力源对生态系统的负面影响,分析景观生态风险等级在地形梯度上的分布特征,可为三峡库区生态文明建设和人类活动管控提供科学依据。利用Landsat(OLI/ETM+)2000年、2010年、2020年影像数据,采用GIS网格法、克里金插值法构建景观生态风险指数模型,选取高程、坡度、地形位指数,基于地形梯度对三峡库区景观态风险等级特征进行了研究。结果表明:(1)三峡库区景观生态风险等级分布呈现较强的空间分异特征,各景观生态风险等级面积呈现动态变化。整个研究期间,低风险区、中风险区、高风险区面积增加,较低风险区和较高风险区面积减少。(2)景观格局发生改变的区域优势分布集中在地形位指数小于1.24的区域。景观生态风险等级变化类型以稳定型为主,其次是前期变化型、后期变化型、反复变化型、持续变化型,在前期和后期景观生态风险等级转化分别呈现为“较高—高—高”“较高—较高—中”型的转换特征。(3)景观生态风险等级地形梯度特征表现为库区上游的低风险区向地形位指数大于0.62的区域扩散较多,较低风险区的分布向地形位指数小于1.03的区域集中,库区中下游的较高风险区则主要向高风险区和中风险区转化,向高风险区转化的区域集中在地形位指数大于1.03的区域,向中风险区转的区域则集中在地形位指数小于1.03的区域。整体来看,三峡库区的景观生态风险值升高,整体生态环境承受较大压力,景观格局的改变集中在前期以及地形位指数小于1.24的区域。

渭河流域生境质量时空演变及其地形梯度效应与影响因素

生境质量是关乎人类福祉和区域可持续发展的重要基础,对保护生物多样性、提升生态系统服务功能以及构建区域生态安全格局具有重要意义。基于2000—2020年3期土地利用数据,综合应用InVEST模型、地形位指数、地理探测器及空间统计分析等方法,对渭河流域生境质量空间分布特征及其地形梯度效应与影响因素进行综合分析。结果表明:(1)2000—2020年渭河流域生境质量指数呈逐年增加态势,由0.607增长至0.624,增长幅度为2.463%,空间上呈现出两极化分布格局,低等和高等生境质量面积持续增加,而中等和良好生境质量面积有所下降。(2)渭河流域生境质量空间分布受地形因素影响较大,具有显著的地形梯度效应,低等生境质量在低地形梯度上分布广泛,分布指数最高,而高等生境质量在高地形梯度上占据主导优势。(3)土地利用类型是渭河流域生境质量空间分异的主要影响因素,且任意2个因子对生境质量空间分异的交互作用均大于单个驱动因子的作用,土地利用类型与降雨量、气温、海拔、归一化植被指数的交互决定力均大于0.6。研究结果可为渭河流域可持续发展以及生态保护与高质量发展提供科学的理论支撑与决策支持。

基于“三生”适宜性的典型喀斯特乡村土地利用冲突识别及分析

[目的]科学地识别喀斯特乡村生产-生活-生态(“三生”)用地冲突,分析其区域差异特征,为优化国土空间布局,推动乡村振兴提供理论参考。[方法]以贵州省喀斯特中山、喀斯特盆地、喀斯特槽谷、低山丘陵4种喀斯特地貌的典型乡村为例,构建了“三生”适宜性评价体系及用地冲突识别矩阵,并探讨“三生”用地冲突在不同地形梯度上的分布格局。[结果](1)4个典型喀斯特乡村的“三生”适宜性用地空间分布和结构组成存在明显差异,且在空间上存在重叠等突显土地利用冲突现象的特征;(2)土地利用冲突以“生产-生活冲突”和“生产-生态冲突”为主,前者主要分布于地势起伏小的生产-生活热点区,后者主要分布于坡地及生态脆弱区;(3)随着地形梯度增加,冲突强度逐渐降低,即冲突激烈区主要集中于低地形位,冲突微弱区和用地适宜区在高地形位上分布更显著。[结论]典型喀斯特地貌背景下,人类活动受到严重制约,喀斯特乡村土地利用冲突特征明显,亟需因地制宜地优化区域发展空间布局。

安徽省六安市土地利用变化及景观格局梯度效应研究

为揭示安徽省六安市土地利用变化特征以及不同地形分级上景观格局的演化规律,计算地形位指数、分布指数和景观指数,结合土地利用转移矩阵、动态度分析和地学信息图谱分析法,对研究区2000—2020年间3期遥感影像和数字高程数据进行处理。结果表明:六安市用地类型以耕地、林地和草地为主,耕地的流转面积最大;耕地和建设用地在低等级地形区呈优势分布;稳定型是景观变化中的主导类型;在2~5级地形区,CONTAG、SHEI和SHDI出现较明显的随年份演变差异;2020年,研究区景观丰度有所增加。在六安市未来规划中,应结合地形分布构建节约集约用地,协调功能用地布局;以生态为本,向西拓展绿色产业;延伸核心区功能范围,疏散人口,保护环境。

山地城市建成环境对老年人步行次数的影响研究——以贵阳市中心城区为例

步行是老年人日常的主要出行和活动方式。近年来,高度城市化发展使城市环境和生活方式发生转变,降低了老年人健康生活的质量。为了提高老年人的生活质量,如何优化社区环境以提高步行次数促进其身心健康的发展成为人们关注的热点问题。基于山地城市贵阳市中心城区老年人步行行为调查数据,利用梯度提升决策树构建老年人步行次数模型,以探究建成环境对老年人步行次数的非线性作用及阈值效应。研究结果表明:第一,建成环境对老年人步行次数具有重要影响,且非线性影响与阈值效应明显,15min生活圈的适老化建设应结合建成环境的有效范围;第二,山地城市土地资源有限的缺陷下,提高人口密度与土地利用混合度以及较平坦的地形(0%~5%)反而与老年人步行次数负相关;第三,地形起伏>15%负向影响老年人步行次数,而在5%~15%间影响微弱;第四,提高居住密度、避免环境过度机动化以及保障老年人休闲与购物的小尺度社区有利于其步行次数增多。针对研究结果提出相关建议,以期为山地城市15 min生活圈的适老化建设提供科学参考。

安宁河流域土地利用地形梯度分异及其转型驱动因素

[目的]研究安宁河流域土地利用的时空演变、地形梯度分异特征及其转型的驱动因素,为区域土地利用规划及土地资源管理提供理论依据。[方法]选取海拔、坡度和地形起伏度3个地形特征,基于土地利用、自然环境和社会经济数据,借助CA-Markov模型、PLUS模型和地形分布指数等方法,分析2000—2020年安宁河流域土地利用时空演变特征、驱动机制和地形梯度分异,并进行2030年未来情景模拟。[结果]2000—2020年,安宁河流域土地利用以林地和耕地为主,二者分别占61.74%和24.86%以上;其次为草地和建设用地,分别占8.40%和1.02%以上;水域和未利用地面积较少,占比均低于1.13%。2000—2020年林地和建设用地迅速增长,其余地类不同程度减少,耕地、林地和草地与其他地类转化强烈。2020—2030年建设用地和林地有缩减趋势,其余地类呈增长趋势。耕地、建设用地和水域集中在地形起伏较小的低中海拔河谷地带,林地、草地和未利用地集中于地形起伏较大的中高海拔山区。海拔、坡度和人口密度是影响耕地、林地和未利用地变化的主要驱动因素,GDP、距水域和高速公路距离为草地、水域和建设用地变化的主要驱动因素。[结论]安宁河流域土地利用转型深受自然环境和社会经济因素的影响,土地利用空间格局具有显著地形梯度差异,需秉承因地制宜原则,促进人地关系和谐发展。