气候变化和人类活动对中国生态敏感性的影响分析与改善路径——基于响应曲面法

生态敏感性是指生态系统对外界干扰的反应程度。随着气候变化和人类活动日益加剧,二者分别以单独和交互作用的方式影响生态敏感性,进而暴露出整体或区域性的人口、资源与环境问题。因此,厘清气候变化和人类活动对生态敏感性的影响程度,并分级进行改善,有利于提升地区生态环境的韧性和可持续发展水平。该研究以中国31个省份为研究对象,基于2001—2020年的气象、遥感和统计数据,构建气候变化、人类活动和生态敏感性指标体系,运用主成分分析提取气候变化和人类活动的影响因子,利用响应曲面法(response surface methodology,RSM)分析各地区气候变化和人类活动单因子及交互作用对生态敏感性的影响,并以包含生态和气候敏感性的复合敏感值为依据,划分优化区、管控区和治理区,探究了敏感值较高的治理区的改善路径。结果表明:(1)中国生态敏感值在时间上呈波动下降态势,2001—2020年总体下降了2.2%;空间上呈现出“西高东低、北高南低”的空间布局,与2001年相比,2020年重度敏感及以上的省份数量减少了7.1%。(2)经济发展、气候变化、人口规模对不同省份生态敏感性的影响存在差异,受单因子影响的省份占比分别为77.4%、67.7%和54.8%;因子交互作用中,负交互效应占比为69.6%,说明大部分因子对另一因子影响生态敏感性的效应产生反向作用。(3)为减少气候变化对生态敏感性的负面影响,针对治理区内自然条件和发展速度不同的区域,需要有针对性地协调经济发展或人口增长,以确保在生态承载范围内推动经济社会可持续发展。

气候变化和人类活动对云南省植被净初级生产力的影响

深入理解气候变化和人类活动对植被变化的驱动机制对于生态保护和可持续发展有重要的科学意义。本研究基于MOD17A3/NPP产品数据,采用线性趋势分析、Mann-Kendall显著性分析、Hurst指数和二阶偏相关分析,探讨云南省2001-2021年植被NPP的时空分布特征和未来持续性以及植被NPP与气候条件的关系。采用偏导趋势残差法分离和量化气候变化和人类活动对植被NPP的影响。结果发现,空间上,2001-2021年云南植被NPP年均值南高北低。不同植被类型NPP值(单位:gC∙m^(-2))从大到小依次为:林地(1106.7 gC∙m^(-2))、灌木(964.4 gC∙m^(-2))、农田(946.6 gC∙m^(-2))和草地(878.8 gC∙m^(-2))。植被NPP随海拔上升先增后降。(2)在研究时段内,植被NPP年均值为1020.8±30.7 gC∙m^(-2),最小值和最大值分别出现在2010年(950.0)和2019年(1062.1)。植被NPP呈显著增加趋势,增加率为2.1 gC∙m^(-2)∙a^(-1)(p<0.05),增加和显著增加的面积分别占研究区总面积70.0%和26.3%。不同植被类型NPP的增加率(单位:gC∙m^(-2)∙a^(-1))从大到小依次为:草地(4.1 gC∙m^(-2)∙a^(-1))、农田(3.5 gC∙m^(-2)∙a^(-1))、灌木(2.8 gC∙m^(-2)∙a^(-1))和林地(1.3 gC∙m^(-2)∙a^(-1))。Hurst指数均值为0.60,植被NPP未来变化趋势持续增加和由减少转为增加的面积占总面积的55.5%和9.3%,表明大部分地区植被NPP未来仍将持续增加。(3)2001-2021年云南省平均气温显著增加,降水和太阳辐射波动减少。大部分地区植被NPP与气温、降水和太阳辐射正相关,气温对植被NPP的影响大于降水和太阳辐射。(4)气候变化和人类活动对云南植被NPP变化的相对贡献率分别为27.1%和72.9%,正贡献的面积分别占研究区总面积的59.4%和64.6%,相对贡献率>60%的面积占比分别为12.7%和73.4%。大部分地区人类活动对植被NPP的影响大于气候变化。云南植被改善主要受气候变化和人类活动的共同作用的影响,植被退化则主要受人类活动主导和两者共同作用的影响,生态保护、恢复工程对云南植被改善有着显著的促进作用。

典型高原湖泊人类活动净氮磷输入时空变化及其影响因素——以云南星云湖为例

星云湖作为人类农业生产活动影响下环境问题突出的代表性高原湖泊,其水体健康与生态平衡对于区域可持续发展至关重要。因此,量化解析星云湖流域人类活动净氮磷输入时空来源变化及影响因素对于流域管理和湖泊恢复具有重要意义。基于社会经济统计数据,采用人类活动净氮输入(NANI)、人类活动净磷输入(NAPI)模型量化星云湖流域NANI、NAPI强度。结果表明,19892020年研究区NANI、NAPI均值分别为(14614±2196)和(3135±452)kg/(km^(2)·a),时间上呈现先上升后下降的变化趋势,且峰值出现在2015年,分别达到18076和3889 kg/(km^(2)·a);空间分布上,除东部NANI、NAPI较低外,其余区域均较高;化肥和食物/饲料输入分别是NANI和NAPI的最大来源,占比分别为58.2%~63.8%和30.5%~59.5%。此外,基于模型选择和变量重要性分析发现,经济作物产量和畜禽密度是影响NANI、NAPI变化的最主要因素。因此,星云湖流域氮磷管控应从调整种植结构和模式等控源措施入手,加快经济模式转型。本研究结果可为星云湖流域建立有效的氮磷综合管理措施提供科学依据。

黄河流域生态系统服务供需的时空变化及与人类活动的空间交互作用

【目的】随着人类活动对生态系统干扰的日益加强,分析黄河流域生态系统服务供需的变化特征及其与人类活动的交互作用,能够为生态保护和可持续发展策略的制定提供理论依据。【方法】采用当量因子法核算1980—2020年黄河流域生态系统服务供给量,以土地利用开发程度、人口密度和经济密度核算生态系统服务需求量,并基于供需分析和人类活动强度的量化结果,采用双变量空间自相关分析方法揭示了两者之间的交互关系。【结果】结果表明:1980—2020年,黄河流域生态系统服务供给呈现先减少后增加趋势,总体减少了14.43×10^(8)元;生态系统服务需求增加,特别是在2000年后增加更明显,2020年呈现自西向东递增的空间格局。黄河流域低供给-高需求的地级市主要位于研究区东部地区,低供给-低需求的地级市主要位于中部地区且被高供给-低需求的地级市围绕。人类活动强度呈现东部地区较高,而西部地区较低的特征,且随时间推移在增强。黄河流域生态系统服务供需与人类活动强度之间表现为显著的空间负相关性,并且在局部尺度呈现出High-Low集聚、Low-High集聚和Low-Low集聚三种集聚模式。【结论】研究结果可视化了黄河流域生态系统服务与人类活动在空间上的权衡关系,能够为协调生态保护与人类活动的政策制定提供科学指引。

基于CNN-BiLSTM-SA网络的人类活动识别

针对传统的神经网络对人类活动行为识别精度不高的问题,本文提出了一种基于双通道机制的卷积神经网络叠加双向长短期记忆网络和自注意力的混合网络模型(convolutional neural network-bi-directional long short-term memory-self-attention,CNN-BiLSTM-SA)。首先将数据集中的加速度和角速度数据作为网络的两个输入,然后使用卷积神经网络叠加双向长短期记忆网络的模式搭建系统,最后引入自注意力机制增强系统的分类能力。实验结果表明,在UCI-HAR数据集中,本网络的平均F 1分数达到98.6%,平均准确率达到98.4%,比卷积神经网络叠加长短期记忆神经网络模型(convolutional neural network-long short-term memory,CNN-LSTM)收敛速度更快并且准确率提高了4.2%,在人类活动识别方面,具有更广阔的应用前景。

极端降雨与强人类活动复合作用下山洪灾害研究构想和成果展望

全球气候变暖导致山丘区极端降雨事件多发,降雨强度与量级不断突破区域历史极值,同时叠加区域脆弱环境和强人类活动影响,致使山洪形成及演进致灾成因复杂多变,由此加重了暴雨山洪引发的人员伤亡和财产损失。山洪灾害具有显著的自然和社会双重属性,其形成发展是山丘区环境孕灾承灾因子复合作用的结果。中国山丘区局地气候独特,地质地貌类型众多,溪河水系复杂,人类活动影响突出。大量重大山洪灾害事件表明,极端降雨诱发的山洪过程及致灾特征各异,给山洪灾害预报预警防御造成极大困扰,山洪灾害研究仍是当前重大自然灾害防控的重点和难点。长期以来,中国山洪灾害研究多偏重于雨水情时空变化规律,着重研究降雨影响的山洪洪水淹没特征,据此推算山洪灾害防治区的临界雨量与水位阈值,在山洪灾害防治实践应用中取得了较为显著的成效,山洪灾害事件导致的人员伤亡数总体显著下降。然而,受山丘区降雨特征、下垫面组成、溪河形态及人类活动等多因素影响,山洪洪水形成演进时挟带大量泥沙,从而表现为山洪水沙、山洪泥石流等物理过程,导致的局地冲毁、淤埋、淹没等致灾成因及阈值与山洪洪水致灾也存在本质差异,这也是近年来中国重大山洪灾害事件多发的主要原因。针对极端降雨诱发多类型山洪形成演进与强人类活动复合作用致灾防御难题,亟需利用气象学、水文学及河流动力学等多学科知识,采用现场调查、物理试验、数值模拟及理论分析相结合的方法,从传统单一的山洪洪水灾害研究扩展为全类型山洪灾害(山洪洪水灾害、山洪水沙灾害、山洪泥石流灾害)研究,开展全类型山洪引发的冲毁—淤埋—淹没等复合致灾研究,系统探究中国重灾省区重大山洪灾害事件的强降水时空演变规律,剖析极端降雨与强人类活动复合作用下多类型山洪形成及其演进致灾范围、规模特征,揭示气象水文溪河响应与强人类活动影响的不同类型山洪灾害致灾成因,建立气象水文水沙动力过程模拟方法,辨识山丘区流域全类型山洪冲毁—淤埋—淹没风险,提出不同类型山洪灾害易发区识别方法,构建山洪洪水灾害、山洪水沙灾害及山洪泥石流灾害分区分级多指标预警防御方法。该研究有利于提升中国山洪灾害理论技术研究水平,进一步完善中国山洪灾害防治对策。

基于平衡采样的主动半监督学习人类活动识别研究

基于可穿戴传感器的人类活动识别研究逐渐受到人们的广泛关注。本文提出了一种基于平衡采样的主动半监督模型,在挑选样本进行标注时,将样本的不确定性和多样性一并考虑在内,挑选出类别平衡的不确定性样本。确保训练后的模型对每个类都有很好的识别性能,从而提升整体分类结果。同时,为了全部利用标记和未标记样本的信息,将主动学习和半监督学习相结合,利用损失项信息不断更新网络参数,提升模型在低注释下的识别性能。该模型在2个公开数据集上得到了验证,在确保获得较优分类准确率的同时,可以大大减少样本的人工标注工作。

塔里木河流域土地利用及人类活动强度的时空演化特征研究

[研究目的]人类活动引起的土地利用/覆被变化是全球环境变化的重要组成部分,旱区土地利用对区域水文和生态的影响尤为显著,探究土地利用变化及其对人类活动的响应对西北干旱内陆生态与资源环境可持续发展具有重要意义。[研究方法]基于1980-2018年间共5期遥感影像,结合土地利用动态度、土地利用转移矩阵和人类活动强度指数分析塔里木河流域各水资源分区土地利用变化特征。[研究结果]近40年中,塔里木河流域耕地、建设用地和林地面积分别增加1.58×10^(4)km^(2)、1.2×10^(3) km^(2)和347 km^(2),而草地、未利用地和水域面积分别减少1.33×10^(4)km^(2)、0.32×10^(4)km^(2)和815 km^(2)。各水资源分区中塔里木河干流土地利用类型变化最大,其次为渭干河、阿克苏河和喀什噶尔河流域。自2000年以来,塔里木河流域建设用地当量面积和人类活动强度增加相对较快,特别是2000-2010年间呈显著增长趋势。[结论]塔里木河流域各水资源分区的人类活动强度呈显著的空间差异性。社会经济发展和政策的导向性作用是塔里木河流域土地利用变化和人类活动强度的主要影响因素。

气候因子和人类活动对松辽流域植被叶面积指数动态的影响

了解气候变化和人类活动对植被的影响对陆地生态系统可持续发展具有重要意义。基于月尺度MODIS LAI、气象等数据,采用基于像元的趋势及偏相关分析、时滞与累积效应分析和改进的残差分析等方法,评估松辽流域2001—2021年生长季植被叶面积指数(LAI)动态,在顾及时滞与累积效应的情况下探究气候与人为驱动因素对植被的影响。结果表明:(1)松辽流域LAI总体呈“平原低,山地高”的空间分布格局。近21年植被LAI在波动中呈上升趋势,未来植被变化以持续改善为主,但内蒙古西部草原及大、小兴安岭局部地区仍存在退化风险。(2)LAI总体上与气温、降水呈正相关,相较气温植被生长对降水更敏感。LAI变化的时间效应随气候因子、覆被类型及植被分区的不同而发生变化。LAI对气温的主要时间效应为2个月滞后和0—1个月累积,而对降水主要为无显著滞后和1个月累积。(3)气候变化和人类活动的联合作用是影响松辽流域植被LAI动态的主要原因,两者对植被变化的贡献分别占41.7%和58.3%,同时考虑时滞和累积效应时,提升了气候因子对植被生长的解释度。

气候变化和人类活动对环塔里木盆地植被覆盖度的影响

塔里木盆地生态系统脆弱,易受到人类活动的影响,植被对维持塔里木盆地生态系统稳定性具有极其重要的作用。以塔里木盆地边缘的绿洲区域、绿洲外围植被分布区及塔克拉玛干沙漠公路周围植被分布区作为研究区域,将植被覆盖度(FVC)作为反映植被变化的监测指标,利用归一化植被指数(NDVI)、气温、降水、植被类型数据,采用像元二分模型、一元线性回归法、残差分析等方法,分析了植被覆盖度的时空变化,以及气候变化和人类活动对环塔里木盆地、各植被类型植被覆盖度的影响。结果表明:(1)2000—2022年环塔里盆地植被覆盖度每10年增长0.008,各植被类型的植被覆盖度均呈现上升趋势,空间上植被覆盖度呈现“北高南低”的分布格局。气候变化影响的大部分区域植被覆盖度基本不变,人类活动影响的植被覆盖度以改善为主;(2)植被覆盖度的变化主要由气候变化和人类活动共同主导,但人类活动的影响大于气候变化。气候变化和人类活动共同作用时,植被覆盖度改善和退化的面积占比分别为19.79%、49.55%;(3)在植被覆盖度改善区,人类活动的相对贡献率整体较高。在植被覆盖度退化区,气候变化对绿洲区域内植被的相对贡献率更高,在绿洲区域外人类活动的相对贡献率更高。

人类活动对生境质量的影响及空间关系定量分析——以石家庄为例

定量分析并揭示人类活动对生境质量的影响及相关关系,可为区域生态环境的治理及修复提供科学依据。以石家庄为例,基于2010年、2015年、2021年遥感影像解译土地利用结果,利用InVEST模型评估石家庄生境质量的时空演变,结合土地利用、夜间灯光、人口密度数据构建人类活动强度指标,运用双变量空间自相关和多尺度地理加权回归模型分析人类活动与生境质量的空间相关性及其对生境质量的影响。结果表明:2010—2021年,研究区的人类活动强度变化较小,整体处于较低水平,总体为增长趋势,空间上呈西低东高分布;研究区的生境质量平均值处于中等级,呈V型波动,先减小后增加,且呈西部高、中部及东部低的分布特征;人类活动对生境质量的影响存在显著空间异质性,整体以负相关为主且影响程度减弱,在河流沿线及局部山区呈正相关。未来石家庄生态环境保护及修复措施需要考虑人类活动强度与生境质量间的空间相关性,将中东部地区作为重点,控制建设用地发展,保护基本农田,加强滹沱河沿线生态修复,以提高生境质量。

云南九大高原湖泊流域人类活动强度对水质的多尺度影响

人类活动强度的空间异质性是理解区域人地关系和生态环境效应的基础。基于云南九大高原湖泊流域2020年土地利用数据,构建不同景观类型的人类影响强度系数,运用GIS空间分析量化流域人类活动强度与空间分异,探讨人类活动强度对水质的影响。结果表明:人类活动强度总体特征由高到低依次是杞麓湖(4.83)、星云湖(4.71)、滇池(4.19)、阳宗海(4.11)、抚仙湖(4.03)、异龙湖(4.01)、程海(3.93)、洱海(3.88)和泸沽湖(2.96)。人类活动强度指数(HAI)在流域尺度、坝区尺度、湖岸尺度的空间分异特征明显,每个流域都受到高强度人类活动影响,最大值出现在坝区,滇池、杞麓湖岸线存在完全开发的区域。人类活动强度随海拔和坡度增高而下降,高强度区集中在地势低平的湖泊周围。湖泊营养状态指数与流域尺度和坝区尺度高强度区呈显著正相关,这些区域应作为景观优化和管理的重点;与岸线尺度低强度区呈显著负相关,有必要减少湖滨带人类活动。综合考虑流域地形地貌-人类活动强度-水质的级联效应,应从不同空间尺度对各景观要素与过程管控。鉴于人类活动强度对水质的影响,可把湖泊管理分为预防型、保护型、治理型。

泥河湾盆地旧石器时代人类活动与环境关系的研究进展

泥河湾盆地是中国北方旧石器时代古人类遗存数量最多、分布最密集、年代序列最为完整的区域。本文根据已公开发表的泥河湾盆地阳原和蔚县地区65处旧石器遗址的相关数据和信息,探讨了更新世不同时期泥河湾盆地古人类活动与环境变化之间的关系。研究结果显示:1)早更新世时期遗址主要分布在岑家湾台地北部边缘区,年代在1.8-1.0 MaBP;中更新世之后,遗址分布范围明显扩大,晚更新世时期,遗址分布模式改为集中分布于河流两岸阶地。2)在早-中更新世,80%以上遗址处在低地球轨道偏心率期,70%以上处在温暖的间冰期。3)遗址的植被多为以蒿属、藜科占优的草原或森林草原。4)晚更新世时期,随着古人类环境适应能力的提高、石器技术的进步和火的使用,在寒冷的冰期时段,古人类也可以在泥河湾盆地很好地生存。

高寒生态系统脆弱性及其对气候变化和人类活动的响应

了解陆地生态系统的脆弱性和基本机制是适应和减轻全球气候变化影响的决策基础。生态系统的脆弱性可以通过生产力对气候变化的敏感性和适应性进行量化。采用1982—2018年青海省境内基于遥感的现实净初级生产力(NPP_(R))和气候驱动的潜在净初级生产力(NPP_(C)),量化了高寒生态系统的敏感性(Sensitivity)、适应性(Adaptability)和脆弱性(Vulnerability)。然后探讨了生态系统脆弱性的时空变化,并分别从人类活动和气候变化的影响方面分析了其基本机制。结果表明:(1)基于NPP_(R)和NPP_(C)的生态系统脆弱性在空间上呈现出中度脆弱的模式,脆弱性从东南向西北由不脆弱依次递增到极度脆弱等级。(2)耕地的脆弱性较低,基于NPP_(R)和NPP_(C)的指数分别为-1.31和-0.93,这是由于其适应水平较高而敏感性较低;森林次之,指数为-1.18(NPP_(R))和-1.06(NPP_(C));草原的指数为-0.17(NPP_(R))和-0.17(NPP_(C));而荒漠的脆弱性较高,指数为0.77(NPP_(R))和0.78(NPP_(C)),这是由于其敏感性较高,适应性较低。(3)基于NPP_(R)的高寒草地的脆弱性有两个温度阈值(-2.2±0.8)℃和(5.5±0.8)℃,一个降水阈值(387±45.6)mm,两个干旱指数阈值为(14.2±20.2)和(78.2±20.2)。而基于NPP_(C)的脆弱性也发现了同样的阈值,并且数值相似。阈值表明最佳气候条件下,生态系统将具有较高的适应性和较低的敏感性,即较低的脆弱性。但如果气温较低或较高,或者降水较低,生态系统的脆弱性将会更高。(4)人类活动对东部地区生态系统的脆弱性产生了强烈的影响,但就整个青海省的生态系统而言,这些影响在区域平均水平上较小。这项研究表明,在高寒脆弱的生态系统中,气候条件决定了脆弱性在空间上的分布情况,这应该被视为生态保护决策的理论基础。此外,本研究发现的阈值将为生态系统生态学提供一个案例研究,并应在世界各地的脆弱生态系统中广泛探索。

西安都市圈生态系统服务价值与人类活动强度的时空关系

人类活动是影响生态系统服务价值(ecosystem service value,ESV)变化的重要原因之一,对两者时空关系的研究有助于生态环境与社会经济协调发展。以西安都市圈为研究对象,基于1990、2000、2010和2018年4期土地利用数据,在2 km×2 km格网尺度下构建ESV评估模型、ESV流向损益模型、人类活动强度(human activity intensity,HAI)指数评估模型和双变量空间自相关模型,探讨ESV与人类活动强度的时空关系。结果表明:(1)1990—2018年间,西安都市圈ESV在时间尺度上呈持续下降趋势,近30年间共降低12.8亿元;在空间尺度上呈现以西安主城区为中心向外围递增的分布格局;(2)ESV增益主要源于耕地转为林地、水域和草地;ESV亏损主要源于耕地、建设用地的转入以及水域的转出;(3)人类活动强度整体呈现以西安主城区为中心向南北递减的空间分布格局,高影响区集中分布在西安主城区及其周边地区,低影响区分布于研究区南北两端;(4)ESV与人类活动强度呈负相关关系,两者聚类关系以低-高和高-低聚集方式为主,低-高和高-低聚集区域显著性水平高。期望通过对ESV与人类活动强度的空间关系分析为区域可持续发展提供理论支持。

人类活动对辽河口海岸线和海岸带景观演变影响

海岸线和海岸带景观对于维系河口海岸带生态系统稳定意义重大。利用遥感(remote sensing,RS)和地理信息系统(geographic information system,GIS)技术,获取辽河口海岸线1985-2017年Landsat遥感影像数据,对海岸线长度变化、岸线属性变化以及海岸带景观类型演变特征进行分析。结果表明:(1)1985-2017年辽河口海岸线呈淤积的趋势,海岸线总体向海迁移,海岸线类型由天然岸线向人工岸线转变。海岸线长度减少5.09 km,海岸线蜿蜒形态无明显变化。人类活动是辽河口海岸线迁移和转变的主要因素。(2)辽河口潮滩的边缘密度整体下降;道路的斑块密度总体PD上升0.15,最低值为0.01(1985);自然景观斑块所占面积比例逐渐下降,农田的PLAND值逐渐升高;人为景观的面积加权平均斑块分维数指数逐渐变小表明人类活动对辽河口海岸带景观的干扰逐渐变强。(3)1985-2017年间,泥滩和河流面积减少,养殖、城镇、水库、油井、农田、道路等用地面积增长7975.42 hm^(2),增长占比为11.37%。1994年出的现农田和水库岸线,且均由自然岸线转化而来。

近20 a塔里木河流域人类活动及景观生态风险时空变化

人类活动是区域生态风险加剧的重要因素,亟需探讨人类活动强度对景观生态风险影响。本文以塔里木河流域为研究对象,基于近20 a的5期土地利用、人口空间分布和夜间灯光数据,引入土地利用程度综合指数以改进人类活动强度(HAI)评价体系,定量评价强人类活动下的流域景观生态风险(LER)时空变化,并结合Copula函数以及双变量局部空间自相关模型,揭示LER与HAI的时空关联性。结果表明:(1)近20 a塔里木河流域HAI显著提高,强人类活动主要分布于水资源较丰富的绿洲区;流域人类活动强度呈增加趋势,低强度区面积占比减少17.88%、中高强度区面积占比增加3.57%。(2)塔里木河流域LER整体呈四周高、中部低的特征,高风险区主要分布于人类活动较为频繁的绿洲区;流域LER在2015年前呈加剧趋势,但2010年后加剧趋势减缓,2015年后改善趋势逐步显现。(3)近20 a HAI与LER呈正相关关系,人类活动对LER的正向效应不断增加;2010年后二者关系的增加趋势趋于平缓,正向效应出现由增到减的过渡阶段;空间上H-H聚集区呈增加趋势,分布格局由分散变为集中;2015年后,L-L和H-L聚集区缓慢增加,L-H聚集区缓慢减少。研究结果可为塔里木河流域土地资源合理利用、景观生态保护提供科学参考。

中国北方干旱半干旱区植被对气候变化和人类活动的响应

干旱半干旱区是我国的生态环境脆弱的地区之一。伴随着气候变化和人类活动的加剧,近几十年该区域植被正发生着显著的变化,然而,至今还缺乏对植被变化原因的足够认识。本文基于GLASS(Global Land Surface Satellite)叶面积指数(Leaf Area Index,简称LAI)、CRU(Climate Research Unit)气温和降水数据,采用相关系数法及残差分析法研究了1982~2017年中国干旱半干旱区植被的时空变化特征,并分析了气温、降水及人类活动对LAI变化的相对贡献。结果发现:(1)干旱半干旱区植被显著改善,仅局部地区有所退化,且植被改善在夏季最为明显;(2)在植被变化中,长期趋势变化和年际变化的影响因子不同,前者受气候变暖影响,而后者则主要与降水的波动密切相关;(3)春、夏季气温和夏季降水对干旱半干旱地区植被生长的同季节影响显著,而在新疆北部和内蒙中部地区,植被对气候因子有季节尺度的滞后响应;(4)植被变化受到人类活动和气候变化的共同作用,不同地区植被变化的主导因子不同。在植被改善地区,气候因子的贡献率约为59%,人类活动的贡献率约为41%;而植被退化地区,气候因子的贡献率约为-51%,人类活动贡献率约为-49%。总的来说,近几十年来我国北方干旱半干旱区植被已发生了显著变化,该变化是气温、降水和人类活动多因素综合影响的结果。

2000—2020年西藏“一江两河”地区人类活动对植被覆盖变化的影响

[目的]探究西藏“一江两河”(雅鲁藏布江、年楚河和拉萨河)地区人类活动对植被覆盖变化的影响机制,为该区开展山水林田湖草沙冰一体化保护与修复工程实施提供理论依据和科学指导。[方法]基于2000—2020年归一化植被指数、土地利用数据、生态工程数据和气象数据,利用GIS技术、残差分析、slope趋势分析和M-K检验等方法,研究“一江两河”地区人类活动对植被覆盖时空变化的影响机制。[结果]①2000—2020年研究区植被NDVI总体呈增加趋势,但表现出显著的空间差异性,NDVI增加区主要集中在河谷两岸。②2000—2020年人类活动对NDVI正向影响区主要集中在雅鲁藏布江和拉萨河等河谷地带,负向影响主要分布在拉萨市区及其周边地区,分布较少,以正向影响为主导。③不同土地利用类型对植被覆盖变化的影响程度不同,草地和灌丛对NDVI变化的贡献率最大,两者共达到92.8%,其中城镇和森林面积急剧增加,城镇生态系统增加面积主要由农田和草地生态系统转入,森林和灌丛生态系统主要由草地和荒漠生态系统转入。④生态工程林是研究区NDVI增加主要原因之一,生态工程林面积变化与NDVI变化率、残差变化率均呈极显著正相关关系,同时生态工程林能够较好地解释残差变化。[结论]人类活动是西藏“一江两河”地区地表植被覆盖变化的重要促进因素,适度的生态工程对植被恢复有重要作用。

CMIP6模式模拟的人类活动和自然强迫对全球地表气温多尺度变化的影响

量化人类活动在气候变化中的定量贡献是气候变化检测归因研究的核心科学问题,也是提高气候变化预测和预估水平的重要科学基础.本文基于最新的第6次国际耦合模式比较计划(CMIP6)多模式历史归因模拟试验(DAMIP),检测了人为因素(ANT)和自然因素(NAT)对近百年(1915—2014年)全球地表气温多尺度变化的影响,归因了温室气体(GHG)、气溶胶(AA)、土地利用(LU)等不同人为因素对全球地表气温长期变化的相对贡献及南北半球差异.结果显示,近百年来人为因素引起的全球陆地实际增温约为1.1℃(0.8℃~1.3℃),对南北半球的贡献则分别约为0.7℃和1.2℃;全球大多数区域人为排放GHG和AA的显著作用在1960—1980年期间就能够被检测到,其中北半球AA的冷却作用要超前于GHG的增温效应;气候系统内部自然变率是调制大多数区域气温年代际(10~30年)及多年代际变率(30~60年)的主导因子,而人为和自然外强迫在全球地表气温年代际变率中的方差贡献约为5%~20%,但二者在北半球尤其在东亚和欧洲中高纬度地区地表气温多年代际变率中的方差贡献可达50%.人为因素强迫可使近50年(1965—2014)极端高温事件的发生风险概率增加3倍,其中北半球发生风险要高于南半球.