亚马孙河流域地表覆盖时空变化知识建模

亚马孙河流域地表覆盖时空变化影响着全球气候和生态系统的稳定,目前亚马孙河流域地表覆盖的研究广泛,具有海量数据和信息,但缺少系统性的时空知识体系。为了更好地了解亚马孙河流域地表覆盖时空变化知识,本文首先引入本体建模理论,提出了亚马孙河流域地表覆盖时空变化知识建模方法,利用Protégé工具完成了亚马孙河流域地表覆盖模式层的设计和构建;然后利用提取的亚马孙河流域地表覆盖时空变化数据、时空变化信息和景观格局指数等,完成了亚马孙河流域的建模,从而为亚马孙河流域的分析决策提供支撑。

不同土地利用情景下河南省生态系统服务价值时空特征分析

河南省是黄河流域生态屏障的支撑带,探究其土地利用变化对生态系统服务价值(ESV)的影响对推进黄河流域生态保护和高质量发展具有深远意义。该文通过修订ESV当量表并纳入建设用地生态价值构建2000-2020年河南省ESV系数表,结合FLUS模型解析河南省不同土地利用情景下ESV历史演变特征及未来30年的变化趋势。结果表明:①2000-2020年河南省ESV经历了先升后降再回升的波动过程,整体呈上升趋势,空间上呈西高东低的分布特征;②河南省地级市中南阳、信阳、洛阳的ESV及其变化量较高,对河南省ESV的总贡献率接近50%;③耕地、林地、水域的ESV占比均较高,研究期内ESV的正向增长主要受益于水体与林地面积的扩大,而耕地缩减与建设用地无序扩张则是导致ESV下降的关键因素;④2025-2050年耕地保护情景下河南省ESV最高,自然情景下最低。未来30年保护耕地资源、扩大林草地和水域面积以及合理控制建设用地扩张对于维护和提升生态系统服务价值具有决定性作用。

基于土地利用变化的湖南长江岸线生境质量评价

岸线是长江湿地生态系统的重要组成部分,研究其土地利用变化及其生境质量时空响应对长江岸线生态保护和土地资源可持续利用具有重要意义。本文以1990、2000、2010、2020年4期土地利用数据为基础,采用生态系统服务和权衡的综合评估(integrated valuation of ecosystem services and tradeoffs,InVEST)模型,研究了湖南长江岸线30年来土地利用变化及生境质量时空演变特征。结果表明:(1)1990—2020年湖南长江岸线土地利用格局发生了明显变化,草地、建设用地、未利用土地面积持续增加,占比分别增加了3.69%、0.81%和0.56%,耕地和水域面积持续减小,占比分别降低了2.46%和1.88%。(2)1990—2020年湖南长江岸线生境质量均值为0.8075,其中1990—2010年生境质量呈下降趋势,2010年后生境质量明显提高。生境质量空间分布表现为长江干线到防洪大堤逐渐降低。(3)生境质量等级以“优”和“良好”为主。相较于1990年,2020年生境质量“优”等级和“良好”等级面积占比共减少了0.25%。(4)土地利用转化产生的负面影响大于正面影响,土地利用转化导致生态环境退化和改善的土地利用变化贡献指数(land use change contribution index,CI)分别为-1.8151和0.9569,其中草地、水域转为耕地和建设用地是造成研究区生境质量下降的主要原因。该研究有助于进一步了解长江岸线土地利用变化与生境质量之间的关系,可为长江经济带生态保护和可持续发展提供科学支撑。

京津冀土地绿色利用效率时空格局及影响因素

[目的]探索京津冀土地绿色利用效率时空格局与影响因素,为推动土地利用绿色发展转型、促进国土空间开发保护格局优化提供理论参考。[方法]以京津冀为研究区域,构建土地绿色利用效率评价指标体系,运用SBM-DEA模型、探索性空间数据分析(ESDA),揭示京津冀土地绿色利用效率时空格局特征,并采用Tobit多元回归模型探讨其影响因素。[结果](1)2008年以来,京津冀土地绿色利用效率整体呈上升趋势,尤其是2012年以来明显上升,达到有效状态。(2)空间上呈现“中间高四周低”的空间非均衡性特征,京津两市处于高效率中心,且全域空间正相关性显著且不断增强,局域空间集聚特征明显,邻近城市间效率值关联特征显著。(3)经济发展、生态环境治理对土地绿色利用效率提升具有显著的正向影响,经济发展水平影响最为突出,而土地城镇化、人口集聚体现为明显的负向影响。[结论]加快促进京津冀绿色发展转型,进一步深化京津冀协同发展,着力提高低效率区域的经济发展水平。建议加强优化国土空间开发保护格局,实施严格的土地利用制度,加强土地生态系统修复与维护,差异化制定土地绿色利用效率提升举措,全面推动土地绿色利用效率提升。

新疆北部城市碳排放时空分异与碳平衡分区

研究城市土地利用碳排放时空格局与碳平衡分区,对实现碳减排和“双碳”目标至关重要。以新疆北部46个县市为研究区,利用土地利用与能源数据,通过碳排放系数法计算2000—2020年土地利用碳排放,分析碳排放量时空演变情况,对各县市进行碳平衡分区。结果表明:(1)碳排放量呈总体上升趋势,2016—2020年呈现指数型上升的趋势,碳吸收量缓慢下降,碳排放强度先下降后上升,碳排放量远大于碳吸收量。(2)碳排放主要来源于建设用地,天山北坡城市为主要碳排放城市,碳吸收主要来源于草地与林地,伊犁河谷地区、阿尔泰山南部等地城市为主要碳吸收城市。(3)碳排放空间相关性逐渐减弱,热点区集中分布在克拉玛依市附近,冷点区集中分布在伊犁州与阿勒泰地区。(4)依据经济承载力系数、生态承载力系数以及碳排放量划分为碳汇功能区、碳汇优化区、低碳经济区、碳源优化区和高碳控制区五个碳平衡分区。

2005—2020年黑龙江省松嫩平原耕地低碳利用效率时空格局演变及影响因素

[目的]探究黑龙江省松嫩平原地区耕地低碳利用效率时空演变规律及影响因素,为保障国家粮食安全和低碳减排,实现农业可持续发展提供科学依据。[方法]借助超效率SBM模型测度2005—2020年黑龙江省松嫩平原地区33个县(市)耕地低碳利用效率,利用空间自相关和核密度估计方法分析各县(市)耕地低碳利用效率的时空格局演变特征,进而采用地理加权回归模型探究其影响因素。[结果](1)研究期内黑龙江省松嫩平原地区耕地低碳利用效率呈“升—降—升”演变态势,均值为0.80,未达到最有效生产的前沿。(2)从空间维度看,耕地低碳利用效率存在显著的正向空间相关性,且局部呈较强的高低值集聚分布态势,热点多核极化现象显著,主要分布于区域北部和南部;从时间维度看,耕地低碳利用效率表现出不同程度的极化特征,且内部差异呈逐渐缩小的演变趋势。(3)从影响因素看,人均播种面积、单位耕地面积化肥使用量、农村居民人均可支配收入和涉农支出对耕地低碳利用效率具有正向影响,复种指数、单位耕地面积机械使用量及城镇化率对效率呈负向影响,人均GDP对耕地低碳利用效率在不同年份影响程度和方向存在差异。[结论]黑龙江省松嫩平原地区耕地低碳利用效率整体呈上升趋势,且区域间存在明显差异,未来应优化资源配置效率,建立区域协同机制,发挥热点区域示范作用,助推各区域耕地低碳利用效率的提升。

基于“自然-社会”视角的陕西省土地利用变化碳核算与演变格局分析

土地利用变化对碳源-汇有着重要的影响,在全球碳循环中扮演着重要的角色。为揭示土地利用变化对碳平衡的影响,以陕西省为研究区,基于资源清查、土壤调查、能源消费等多源数据,利用簿记模型和GIS软件核算了该省2002-2022年社会间接碳排放和自然直接碳储量,并引入夜间灯光数据反演,揭示了不同地类及地类内部的碳密度差异与时空格局演变。结果表明:1)陕西省土地利用类型空间特征明显,林地和耕地占全省面积71.7%,2022年与2002年相比建设用地、林地、水域面积分别增加2.67×10^(5)、1.05×10^(6)、7.73×10^(3) hm^(2),耕地、草地、未利用地面积分别减少7.76×10^(5)、3.75×10^(5)、1.73×10^(5) hm^(2);2)研究期间陕西省土地利用相关碳吸收与碳排放严重失衡,土地利用相关年均碳汇量为4.98×10^(6) t,与林地面积的扩大及固碳能力的提升有关,年均碳排放量为3.10×10^(7) t,增长了7倍,与高排放能源的消耗有关;3)研究期间陕西省碳汇量在2007年后开始由负增长变为正增长,2017年后增长速度变快,碳排放量则一直处于高速增长,但受生态保护和减排政策等影响2017年后排放趋于稳定;4)研究期间陕西省地均碳密度表现为陕南秦巴山地>关中平原地区>陕北黄土高原,增长较为稳定的碳密度>60 t·hm^(−2)的地块主要集中在安康与商洛、汉中交界一带,碳排放区域主要集中在关中平原一带和陕西西北部,并在栅格单元空间上呈现扩张趋势。研究还发现,固碳主要依靠林地碳汇,当前陕西省碳排放趋于稳定,如何提升林草地的固碳能力将成为“双碳”目标实现的关键问题。

安徽县域耕地非粮化时空格局演变及影响因素研究

耕地非粮化研究,对耕地保护与合理使用具有重要意义。结合1998—2022年的相关数据,利用空间分析与数理统计法分析安徽县域耕地非粮化的时空格局演变及影响因素。结果表明:安徽全省和皖北、皖中、皖南的非粮化率都呈现下降趋势;县域耕地非粮化类型具有“一增一减两稳定”的空间演化特征,空间范围变动明显,低度非粮化、中度非粮化占比较大;县域非粮化率区域差异明显并具有高值与低值集聚的空间依赖特征;影响因素存在显著区域差异,按影响力由大及小依次为人均耕地面积>城镇化率>农业从业人口比例>坡度>有效灌溉率。应采取加强耕地用途管理,强化政府监管与市场引导,因地制宜提升粮食产能等措施以防止耕地非粮化倾向,有效稳定粮食生产。

全生命周期视角下耕地利用碳排放时空特征及脱钩效应研究

基于农作物全生命周期的视角,利用联合国政府间国际气候变化专门委员会(IPCC)碳排放系数法测算了安徽省耕地利用过程中各类碳源的碳排放量,分析了其耕地利用碳排放的空间分布差异和时间发展特征;进一步通过构造TAPIO脱钩模型,分别从减排弹性、节能弹性、发展弹性三个方面对安徽省耕地利用碳排放与经济发展的脱钩程度进行分析。研究发现:安徽省耕地资源利用的碳排放呈现总体下降且由北向南递减的趋势;安徽省耕地资源利用的碳排放与经济发展总体上弱脱钩状态,呈现由北向南强度递增趋势,且地区间差异显著。

基于地理探测器的甘肃农牧交错带土地利用时空演化及其驱动机制

基于RS、GIS以及地理探测器,结合社会经济统计资料,对甘肃农牧交错带2000—2020年土地利用结构、动态度、利用程度和地类转移进行分析,并探究土地利用变化在不同时期的驱动因素。结果表明:(1)2000—2020年,甘肃农牧交错带以耕地、林地和草地为主要用地类型,三者占比超过95%,土地利用结构差异度均小于0.01、结构总体趋于稳定,全域土地利用动态度总体呈先增加后放缓的趋势;(2)耕地、林地和草地的转化占研究区总体变化面积的96%以上,各地类间转换活跃,LUCC较集中分布于陇中黄土丘陵区和陇东黄土高原沟壑区;(3)在长时序土地利用变化情景下,地理探测器具有较好的适用性,甘肃农牧交错带土地利用变化在不同时段驱动因子相异,其变化受社会经济因素和自然地理因素共同作用驱动(前者对土地利用变化解释度更强),各因子间交互作用均表现为双因子增强或非线性增强效应,双因子交互对土地利用变化的解释度强于单因子解释度。

黄河流域城市水土资源利用效率的耦合协调时空特征研究

论文利用2009—2020年黄河流域69个城市的面板数据,采用Windows-DEA模型测度城市土地资源利用效率与水资源利用效率,采用耦合协调度模型分析水土资源利用效率之间的协同与冲突,利用莫兰指数模型与空间杜宾模型分析水土资源利用效率协调度的时空演变特征与空间溢出效应,结论如下:(1)黄河流域城市土地资源与水资源利用效率呈现缓慢上升态势,但土地资源利用效率为下游>上游>中游,水资源利用效率为中游>上游/下游。(2)不同城市的水资源利用综合效率出现两极分化现象,但土地资源利用效率则逐步趋于稳态,而且,城市土地资源利用效率始终存在空间邻接的正相关特性。(3)研究时期内大部分城市处于高水平耦合阶段与协调过渡阶段,协调度水平相对较低,2018年前土地资源利用效率与水资源利用效率之间协调度也存在空间邻接的正相关特性。(4)经济增长对本地水土资源利用效率协调度具有促进作用,但对其他城市水土资源利用效率具有抑制作用;三产比重对本地与其他城市的水土资源利用效率协调度也具有相反作用。建议流域内各城市从严从细规划和集约利用水土资源,注重提升整个流域的三产比重与产业升级,保证流域内水土资源利用效率的协同发展。

喀斯特山区城镇村用地时空演变特征分析——以七星关区为例

以七星关区为例采用GIS空间分析、核密度和年变化率等方法分析喀斯特山区城镇村用地时空演变特征。结果表明:七星关区城镇村用地大范围演变且时序性和空间差异性特征显著,其中城市用地和中心城区及其东部地区演变最为剧烈;七星关区城镇村用地时空演变存在较强的空间自相关性,属于强集聚分布格局,演变热点区表现为鲜明的工业和开发区建设指向、冷点区表现为明显的自然地理环境指向。研究成果为喀斯特山区城乡空间重构和国土空间规划提供科学支撑和决策依据。

西藏阿里地区耕地的时空分异特征及其影响因素

研究西藏阿里地区耕地时空分异特征,为阿里土地利用现状、农业用地规划、耕地可持续发展等提供参考。该研究基于Google Earth高分影像,目视解译获取2005、2013和2020年3期阿里地区耕地数据,运用ArcGIS软件识别耕地时空分异及影响因素。结果发现:1)阿里地区耕地分散破碎,以普兰县西南部和札达县中部的河谷地带较集中,且以小斑块为主。2)在空间分异上,耕地主要分布于海拔3 500~4 500 m、坡度0~6°、坡向西南方、年均降水量0~25 mm、年均温0~5℃、距道路和河流<200 m的区域。3)在时间分异上,2005—2020年,耕地面积整体呈增长趋势,集聚区呈多区域化。阿里南部地区增加缓慢甚至有下降趋势,北部地区增加明显。总体而言阿里地区耕地以区位条件和水热条件为基础条件,并受人口数量、非农化发展水平、市场需求等影响存在时空分异特征,且不同地区耕地分布和面积变化存在差异。

1986—2020年黄河流域十大孔兑土地利用变化及驱动力分析

[目的]十大孔兑是黄河几字湾的重要组成部分,生态环境敏感脆弱,开展其土地利用变化与驱动力分析对黄河流域高质量发展具有重要生态意义。[方法]对十大孔兑基于1986年、2000年、2010年、2020年4期遥感影像,运用ArcMap 10.8空间分析法和主成分分析法系统分析其土地利用变化情况及驱动因素。[结果]林地、建设用地、耕地呈逐期扩张趋势,未利用地、草地、水域呈逐期缩减趋势,截至2020年林地成为占地面积最大地类,面积达6308.43 km^(2),占总面积的59.99%。2010—2020年综合动态度最高,达1.59%,表明土地利用变化在2010—2020年变化最为剧烈。平原区地势平坦,耕地和建设用地在此扩张明显;风沙区在生态治理政策与工程作用下,未利用地向林草地转变,在风沙区东部尤为明显,而在风沙区中部则小比例转变为光伏发电建设用地;丘陵区主要由未利用地转变为林地,由于区域工矿业发达,丘陵区东南部极小部分林地转变为城乡工矿建设用地;水域在孔兑内部共减少75.81 km^(2),而耕地除北部平原区扩张外,在孔兑沿岸增加明显。土地利用变化主要受社会经济、农业生产力、地势、政策驱动变化。[结论]近35年来,十大孔兑土地利用变化较大,整体生态向好的方向发展较为明显。该研究结果可为决策部门制定黄河流域生态保护政策提供科学参考。

巢湖流域土地利用碳排放时空变化及影响因素研究

文章基于夜间灯光数据估测巢湖流域土地利用碳排放量,从县域尺度上分析土地利用碳排放时空分布特征及空间相关性,探究其影响因素作用机理。结果表明:2012—2018年,巢湖流域土地利用特征较为显著,主要以耕地为主,建设用地和林地次之,水域、草地和未利用地较少;2012—2018年,巢湖流域碳源主要集中于合肥市区、肥东县和肥西县,碳汇主要集中于舒城县、巢湖市和庐江县,土地利用净碳排放总体呈增长趋势,且存在着显著的空间正相关关系;区域投资、经济发展、人口规模和土地利用结构对巢湖流域土地利用碳排放都有较大影响,且双因子交互作用均超过单个指标影响。研究结果可为制定合理的区域碳排放优化方案提供参考。

基于MOD16的银川地表蒸散量时空特征及影响因素分析

【目的】阐明2000—2020年银川市地表蒸散量变化及其主要影响因素,为以水定市、以水定林提供理论依据。【方法】基于MODIS蒸散产品MOD16,气温、降水量和归一化植被指数(NDVI),运用slope线性趋势、相关分析等方法,并采用MOD16A3数据进行作物缺水指数的计算,对银川市2000—2020年蒸散量时空变化特征、不同土地利用类型蒸散量差异及其影响因素进行分析。【结果】(1)2000—2020年银川市蒸散量在201.2~344.2 mm之间,多年均值为273.4 mm;在空间分布上,整体上呈围绕建成区的中部区域较高,西部贺兰山区域和东部区域较低的分布特征。(2)2000—2020年银川市蒸散量呈增加趋势,倾向率为5.093 mm/a,蒸散量增加的区域面积占比最高,为88.30%,可见银川市大部分区域蒸散量变化趋势是增加的,显著增加的区域主要分布在围绕建成区的部分中部区域。蒸散量减少的区域面积占比为2.44%,年蒸散量基本不变的区域面积占比为9.26%。(3)与2000年相比,2020年的耕地、林地、草地、灌木地、湿地、水体、人造地表、裸地的相对变化率为−6.73%、0.33%、−8.34%、−14.87%、21.95%、9.05%、230.45%、−2.08%。银川市蒸散量空间分布受土地利用类型影响显著,多年平均蒸散量由大到小依次为耕地(322.9 mm)、水体(268.5 mm)、人造地表(256.9 mm)、林地(240.0 mm)、湿地(220.3 mm)、灌木地(216.7 mm)、草地(201.9 mm)、裸地(196.4 mm)。(4)对银川市2000—2020年蒸散量与气温、降水量、NDVI(2000—2019年)的相关分析表明,银川市蒸散量与气温、降水量和NDVI均呈显著正相关。【结论】2000—2020年,气温、降水量、NDVI都是影响银川市年均蒸散量上升的驱动因素,其中NDVI是最主要影响因子。本研究以期为银川市水资源的合理高效利用,银川市生态需水量研究和生态环境规划提供理论支撑。

哈长城市群人口与建设用地协调度时空演变特征及影响因素研究

基于人口普查数据和土地利用数据,运用冷热点分析模型、离差系数和耦合协调模型,分析2000-2020年哈长城市群人口与建设用地的时空演变特征,然后分析人口与建设用地的规模变化协调和系统耦合协调特征,并划分类型,最后利用地理加权模型分析协调度变化的影响因素。结果发现:(1)哈长城市群各县(市)均有不同程度的人口流失,人口与建设用地发展不同步,总体呈“人减地增”的发展趋势;(2)研究期内,规模变化协调度持续下降,以中度失调为主。耦合协调度呈小幅上升趋势,以中度失调为主,哈长城市群东南部协调度高于西北部,地级市市辖区协调度高于县(市);(3)人均GDP、第三产业产值比重、人均财政支出对哈长城市群人口与建设用地协调变化具有显著影响。

新疆及周边中亚地区土地覆盖变化对地表反照率的影响

基于MODIS MCD12C1土地覆盖和MCD43C3地表反照率数据,分析2002—2021年新疆及周边中亚地区土地覆盖和地表反照率时空分布特征并探讨土地覆盖变化对地表反照率的影响。结果表明:(1)土地覆盖净变化以裸地和耕地减少、林地和草地增长为主要特征,总变化最大的是草地。塔里木盆地四周裸地转为草地变化明显,中亚中部干旱区草地灌丛化问题严重。(2)裸地转为草地、草地转为林地分别导致地表反照率减少0.006、增长0.009,草地灌丛化导致地表反照率增长0.012。草地转为裸地对地表反照率的影响最大,变化量为0.015,耕地和草地相互转变对地表反照率的影响最小,变化量<0.001。(3)2006—2011年地表反照率变化最明显,显著变化量达34.87%。(4)干旱区地表反照率变化显著于其他区域,且林地的地表反照率高于草地和耕地,导致三者间转变的地表反照率变化趋势区别于其他区域。

黔东南稳定林地地表反照率时空变化与影响因子分析

地表反照率直接影响地-气系统辐射平衡和地表能量收支。稳定林地植被生态完整,区域小气候相对稳定,且与地表反照率之间关系复杂。该文以黔东南稳定林地为例,基于MODIS地表反照率(MCD43A3)、增强型植被指数(enhanced vegetation index,EVI)(MOD13Q1)、土地利用(MOD12Q1)与土壤水分、气温、降水数据,使用Theil-Sen(T-S)和Mann-Kendall(M-K)趋势分析、相关分析和多元回归分析,探究黔东南稳定林地地表反照率时空变化、与各因子相关性以及驱动因子。结果表明:①稳定林地地表反照率在年际、生长季和休眠季分别在0.102~0.112,0.110~0.113和0.099~0.102间波动上升,整体趋势较平稳,呈中部低、四周高的空间分布格局。②在年际和生长季期,地表反照率与土壤水分呈显著负相关,相关系数分别为-0.951和-0.943;在休眠季地表反照率与EVI呈显著正相关,相关系数为0.933。③地表反照率在年际、生长季、休眠季分别受EVI、气温负向驱动和土壤水分正向驱动,其标准化系数分别为-9.168,-11.332和1.319。该文研究结论有利于正确认识黔东南稳定林地地表反照率的驱动机制,从而为低纬度小区域林地气候变化提供参考依据。

皖南区域土地利用长时间序列时空变化分析

采用1980—2020年共8期土地利用数据,结合土地利用动态度指数,揭示了皖南区域近40年的土地利用时空演变特征与变化趋势。结果表明,1980—2020年皖南区域土地利用结构基本稳定;林地、耕地面积总体呈减少趋势;建设用地、草地、水域和未利用地面积总体呈增加趋势,这是区域自然环境与社会经济发展共同作用的结果。随着时间的推移,各种土地利用类型发生着不同程度的变化,耕地、林地、草地和水域的变化速度较缓慢,而建设用地和未利用地的变化速度较快。青弋江流域土地利用类型变化速度最快,秋浦河与新安江次之,阊江最慢。皖南区域在安徽省具有重要的生态战略地位,发展过程中应合理规划土地,实现土地动态平衡。