基于DPSIR模型的新疆城市生态韧性评估及影响因素分析

基于驱动力-压力-状态-影响-响应(DPSIR)模型,构建新疆城市生态韧性指标体系,探究2000-2020年新疆城市生态韧性的时空演变特征,采用地理探测器方法识别影响新疆城市生态韧性的关键影响因素,提出新疆城市生态韧性提升策略.结果表明:近年来,新疆发展迅速,2000-2020年新疆城市生态韧性水平持续增长;新疆城市生态韧性水平空间分布差异明显,呈现出北强南弱的特征;新疆城市生态韧性主要受城镇化率、林草覆盖率、人均消费水平等指标影响,其中,城镇化率和林草覆盖率的交互影响最高;新疆地广人稀,缺乏城市间的发展带动,在大力发展经济的同时,应以生态保护为前提,重点加强基础设施的建设,加强城市间的辐射带动作用,以提升城市生态韧性.

不同情景下人类活动对生态保护重点区域分布的影响分析

为明确人类活动对生态保护重点区域分布的影响,以新疆阿克苏市和温宿县为例,利用生态系统服务和权衡的综合评估(InVEST)模型提取生态源地;然后,使用地理空间数据模拟研究区内人类活动的范围、强度和当地自然条件,创建自然景观阻力面和人类活动阻力面,并依据设立的4个情景分配权重,得到4个综合阻力面;最后,使用Linkage Mapper插件识别各自生态保护重点区域,并对4个结果进行比较.结果表明:人类活动对生态保护重点区域分布存在影响,尤其在人类活动强度较高的城镇中心区,随着人类活动阻力占比增加,周边生态廊道的数量和位置发生显著变化,总面积保持不变;作为生态廊道的一部分,生态夹点随着廊道位置的变化而变化,总面积不变;生态障碍点修复阈值范围缩小,修复产生的最大价值降低.

伊犁河谷“三生”空间景观生态风险时空演变与多情景模拟

基于伊犁河谷1990-2020年土地利用数据,利用景观生态风险评价模型探析“生产-生活-生态”(“三生”)空间及景观生态风险格局时空演变特征,借助PLUS模型模拟伊犁河谷2030年生产空间优先、生活空间优先和生态空间优先3种情景下“三生”空间格局及景观生态风险分布特征。结果表明:1990-2020年,伊犁河谷“三生”空间以草地生态空间为主,草地生态空间和林地生态空间面积呈减少趋势,其余空间呈增加趋势;1990,2000,2010,2020年景观生态风险均值分别为0.0355,0.0331,0.0348,0.0346,伊犁河谷景观生态风险呈先下降后上升趋势,风险等级在空间分布上呈现梯度变化;2020-2030年3种情景的景观生态风险均呈上升趋势,景观生态风险均值从大到小为生活空间优先情景、生态空间优先情景、生产空间优先情景。

新疆地区极端降水时空变化特征及对气温变化的响应

全球气候变暖背景下极端事件频发,对地处干旱、半干旱地区的新疆影响尤为明显,导致冻害、旱灾、雪灾、暴雨洪水和融雪洪水风险增大。该研究基于1961—2020年新疆75个观测气象台站资料,使用湿球温度法对降雨事件和降雪事件进行分离,其总体精度达到95%。利用百分位法定义极端降水(雨、雪),研究该区域极端降水量与频次变化的总体特征和南北疆空间变化差异,分析极端降雨、极端降雪对气温变化的响应机制。结果表明:1961—2020年,新疆地区年均降水(雨、雪)和年均极端降水(雨、雪)量与频次均呈增加趋势;北疆地区降雨、极端降雨、降雪和极端降雪的量与频次的增幅均要大于南疆地区(降雨频次除外);极端降水(雨、雪)对降水(雨、雪)的贡献率平均值均大于26%,且均呈增加趋势;南北疆各台站极端降雨和极端降雪对气温变化的响应均小于C-C(克拉伯龙-克劳修斯,Clausius-Clapeyron)方程预期,即“次C-C率”;当超过一定温度,温度会对极端降雨强度和极端降雪强度起抑制作用。该研究将有助于科学认识新疆地区极端降水事件变化特征,对区域水文水资源合理调控具有重要意义。

地质灾害敏感性下的伊犁河谷生态安全格局构建

利用Conefor 2.6软件计算有林地与灌林地的景观连通性,选取生态源地,以坡度、地层岩性、土壤类型、归一化植被指数、年平均降雨量、年平均融雪量、距道路距离、距采矿用地距离8个地质灾害敏感因子评价地质灾害敏感性.利用评价结果对阻力面进行修正,基于电路理论,提取生态廊道、识别生态夹点、生态障碍点,构建生态安全格局,提出生态保护和地质灾害防治策略.结果表明:伊犁河谷地质灾害敏感性高值区主要集中在道路及河流附近,其中,西南部谷盆地地质灾害敏感性最高;37个生态源地主要集中在山区;75条最优生态廊道和53处生态夹点多分布于建设用地周围,主要用地类型为草地;9个生态障碍点大多位于最优廊道上,部分紧邻生态夹点.

天山北坡经济带城乡聚落格局变化与影响因素分析

以天山北坡经济带城乡聚落为研究对象,采用景观格局指数、地理信息系统(GIS)空间分析、位序-规模法等分析1980-2020年间城乡聚落格局的变化,结合地理探测器从自然、区位及社会经济因素探究城乡聚落格局的影响因素。结果表明:1980-2020年间,城乡聚落数量、规模持续扩张且趋于集聚,前20 a扩张以耕地、草地为主,后20 a以未利用地为主;城乡聚落密度变化显著,高密度区主要集中在各绿洲呈现“多核集中分布”特征,中密度区沿高密度区周围扩张,低密度区沿绿洲边缘分布并在非绿洲区有扩张;首位聚落规模发展较好,趋于位序-规模曲线,中型聚落略微发育,小型聚落数量持续减少;交通等区位因素是天山北坡城乡聚落格局的首位影响因素,社会经济因素次之,自然地理因素影响较小,各影响因素差异显著。

分数阶微分技术在机载高光谱数据估算土壤含水量中的应用

无人机高光谱遥感为精准农业和农业信息化监测提供崭新视角。高光谱传感器具有厘米级空间分辨率和精细的光谱分辨率,可获取高质量的高光谱数据。然而,高光谱数据通常伴随噪声和数据冗余,高光谱信息利用效率低,常规预处理难以满足精准估算的需求。因此,为解决上述现实问题,针对机载高光谱影像的数据挖掘必不可少。利用分数阶微分(FOD)技术逐像元处理机载高光谱数据(步长为0.1)。通过对比FOD技术与整数阶技术对高光谱数据的改善能力,从光谱层面探寻最佳FOD阶数。在梯度提升回归树(GBRT)算法下构建土壤含水量(SMC)估算模型,最终在最佳模型下评估SMC的空间分布。结果表明:FOD技术提高光谱与SMC的相关系数(r_(max)=0.768),与原始光谱、一阶微分和二阶微分处理后的光谱同SMC相关系数相比,分别提升0.168,0.157和0.158。FOD技术提升模型估算精度的主因是突出有效光谱信息的作用,特别是与水分胁迫密切敏感的叶绿素、植物结构和水分响应波段(430,460,640,660和970 nm)。即使FOD技术取得理想的结果,不同阶数的效果仍有差异。高阶FOD对影像增加了一定噪声,相较于高阶FOD(1<阶数<2),低阶FOD(0<阶数<1)对相关性的改善更为明显。FOD技术对SMC估算模型的性能有很大提高,在0.4阶模型下取得最优结果(R^(2)_(p)=0.874,RMSEP=1.458,RPIQ=3.029)。此外,0.1—0.9阶和1.6—1.9阶的SMC估算模型比整数阶模型更优(R^(2)_(p)提升0.8%~13.8%),但根据模的RPIQ发现,低阶FOD模型在模型的预测能力方面更强。在0.4阶模型下反演农田土壤水分的空间分布表明干旱区农田SMC具有显著的空间异质性。研究结果表明低阶FOD技术有效地实现对高光谱数据挖掘,从而实现农业SMC的精准估算。该研究提出了针对机载高光谱影像处理的新方法,为干旱区精准农业实施和管理提供新的策略。

地理学领域的人工智能应用与思考

人工智能技术在地理学中的应用具有广阔的前景,广泛参与地理过程的观测、分析、模拟和预测.面向地理学领域的人工智能应用,以“智能感知-智慧表达”为脉络,梳理了人工智能在地理学中的表现形式和地理学各领域的应用.在此基础上归纳总结了目前应用在地理大数据智能处理、尺度效应、模型的不确定性等方面的问题,并提出未来在多源数据协调与协同、模型的集成、人工智能的可解释性和地理大模型的构建等方面的建议.强调针对人工智能地理学应用将逐步通过地理大数据的协同挖掘、学习大量地理要素数据、增强模型的集成与解释、训练大模型具备理解地理学三定律的能力.

古尔班通古特沙漠及周边区域冬季大气边界层高度对地表积雪的响应

古尔班通古特沙漠是中国唯一冬季存在长期积雪的沙漠,在此特殊地理环境下,沙漠及周边区域冬季雪深和边界层高度的时空变化特征和相互关系尚未明确。本文利用1980—2019年SMMR(Scanning Multichannel Microwave Radiometer)、SSM/I(Special Sensor Microwave/Imager)、SSMI/S(Special Sensor Microwave Imager/Sounder)被动微波遥感雪深数据、古尔班通古特沙漠腹地雪深观测数据和ERA5再分析资料(the Fifth Generation ECMWF Reanalysis)边界层高度数据,分析了沙漠及周边区域冬季雪深和边界层高度的时空变化特征与相互关系。结果表明:古尔班通古特沙漠及周边区域冬季雪深年均值为8.45 cm,整体呈现东北部和南部积雪较深,其他区域积雪较浅并呈现出由沙漠中心区域向四周逐渐减少的特点,雪深在古尔班通古特沙漠及其东北、南边的邻近区域呈升高趋势,剩余地区呈下降趋势。古尔班通古特沙漠及周边区域冬季边界层高度年均值为105.54 m,呈现东南部和西北部高,中心沙漠区域、东北部、西南部较低的特点,边界层高度在沙漠及周边区域升高而其他区域降低。古尔班通古特沙漠的冬季雪深和大气边界层高度时空变化整体呈负相关,其中93.17%以上的沙漠区域呈负相关,平均相关系数为-0.32,最大相关系数绝对值为-0.58,空间相关系数为-0.42(P<0.05)。

开都河源区径流量演变规律及影响因素分析

【目的】厘清气候变化下开都河源区的径流演变规律及其影响因素,为流域水资源开发利用提供科学参考。【方法】基于开都河源区1960—2019年的水文气象数据,采用Mann-Kendall检验法、R/S分析法、有序聚类法、小波分析法,分析开都河源区径流量演变规律,并基于双累积曲线法、累积斜率变化率法、气候弹性系数法定量分析气候变化和人类活动对径流量变化的贡献率。【结果】1960—2019年,开都河源区年径流量以1.714×108m3/10a的速率增加,Hurst指数为0.83,径流量变化存在3个主周期,分别为36、21、9 a,径流量突变点为1995年;开都河源区气温和降水量分别以0.239℃/10 a和7.670 mm/10 a的速率增加,Hurst指数分别为0.85和0.83,与径流量的相关系数分别为0.560和0.598;基于双累积曲线法、累积斜率变化率法、气候弹性系数法得出的气候变化对开都河源区径流量变化的贡献率分别为89.9%、73.1%、43%,人类活动对径流量变化的贡献率分别为10.1%、26.9%、57%,3种方法对基准期径流量模拟的误差分别为2.1%、0.2%、4.1%。【结论】开都河源区年径流量呈极显著增加趋势,气候变化是导致径流量增加的主要原因。

天山北坡城市群PM_(2.5)浓度时空分布特征及影响因素分析

针对天山北坡城市群开展PM_(2.5)浓度时空分布特征和影响因素分析,对区域经济建设和环境保护具有积极的意义.通过地理加权回归(GWR)模型,利用MCD19A2气溶胶产品结合气象因子,反演得到天山北坡城市群2015~2021年3~11月的PM_(2.5)浓度时空分布,继而实现变化趋势和影响因素分析.结果如下:(1)研究区PM_(2.5)浓度高值主要分布在天山北麓和古尔班通古特沙漠之间的绿洲城市群地带,呈现“四周低,中间高”和“西低东高”的空间分布特征,2015~2021年研究区的ρ(PM_(2.5))年均值为16.98μg·m^(-3),高值主要聚集在乌鲁木齐市市区部分,并向昌吉市和阜康市延伸递减;ρ(PM_(2.5))月均值分布规律与年均一致,但存在季节差异,表现为:秋季(20.32μg·m^(-3))>春季(18.25μg·m^(-3))>夏季(12.47μg·m^(-3)),春季和冬季聚集现象会更明显;(2)研究区PM_(2.5)浓度年均值在2015~2021年呈现下降趋势,3~10月均值同样表现为下降趋势,仅11月表现为略有升高;从PM_(2.5)浓度变化趋势空间分布分析,下降集中在主要城市市区部分,尤其是乌鲁木齐市市区部分及其周边地区减少幅度最大,变化最为剧烈;(3)研究区气温、气压与PM_(2.5)浓度呈现正相关效应,而相对湿度,风速,大气边界层高度,降水量与PM_(2.5)浓度呈现负相关效应;各因子影响程度从高向低排列为:大气边界层高度>相对湿度>气压>气温>风速>降水量.

基于星地传感技术的土壤盐渍化监测进展与展望

土壤盐渍化是全球面临的土壤退化和环境恶化的共性问题。近地传感、卫星遥感与机载遥感等星地传感技术的蓬勃发展使得高效且准确的土壤盐分周期监测成为可能,并为土壤盐渍化研究提供了坚实技术支撑。本文针对土壤盐渍化星地传感监测的发展进程,以“数据—方法—应用”为脉络,详细分析梳理了土壤盐渍化监测的原理、主要数据源及主流方法;随后归纳总结当前技术体系的发展现状和监测数据、监测方法及尺度效应等局限性;最后针对基于星地传感技术的土壤盐渍化监测研究的进一步发展提出了展望和设想,明确了多源星地数据融合的次生土壤盐渍化监测;依托多平台开展土壤盐渍化的多尺度协同监测;借助学科交叉加深土壤盐渍化的探测深度;以及基于云计算的土壤盐渍化共享数据集与平台开发等未来需要重点关注的研究方向。

南疆地区不同类型沙尘天气及相关因素对气溶胶光学厚度影响研究

为探究南疆地区沙尘气溶胶光学厚度(Dust aerosol optical depth,DOD)的时空分布特征及影响因素,基于遥感数据与气象站观测资料探讨了南疆地区2003—2019年期间DOD的时空分布特征,并分析了不同类型沙尘天气与非沙尘天气及其他相关因素对DOD的影响.结果表明:①南疆地区DOD值与沙尘天气日数分布呈显著的空间差异,塔克拉玛干沙漠东部的DOD峰值达0.21,塔克拉玛干沙漠南缘年均沙尘天气日数高达90 d以上.②不同类型沙尘天气与非沙尘天气的DOD值大小排序依次为:沙尘暴(0.10~0.71)>浮尘(0.24~0.44)>扬沙(0.13~0.47)>非沙尘日(0.08~0.11).③从年际变化来看,非沙尘天气、浮尘天气及扬沙天气的DOD值有减小趋势,而沙尘暴天气的DOD值有增大趋势,各沙尘天气日数也有增多的趋势;DOD最高值出现在3—5月,浮尘天气3月最多,扬沙与沙尘暴天气5月最多.④相关性结果表明,土壤体积含水量、相对湿度、最大风速对DOD值的影响最为显著;DOD与影响因素之间的拟合关系表明:DOD与土壤体积含水量、水汽压、相对湿度的拟合关系呈线性负相关,DOD与平均气温、最大风速的拟合关系呈“抛物线”型曲线.

过去千年中国西北干旱区温度变化特征及成因分析

本研究基于过去千年多成员集合模拟试验(CESM-LME)数据,在与同化资料(LMR)、参与CMIP6两个模式(MRI-ESM2和MIROC-ES2L)过去千年模拟结果以及观测/再分析资料(CN05.1)进行对比验证模式模拟结果可靠性的基础上,分析了中国西北干旱区过去千年地表温度变化特征和影响因子。研究表明,CESM-LME全强迫试验能够较好地模拟出中世纪气候异常期、小冰期和现代暖期温度异常特征,模式模拟的中国西北干旱区中世纪气候异常期温度变化幅度与现代暖期的相当。通过计算不同尺度上各单因子敏感性试验与全强迫试验中地表温度序列相关系数发现,不仅在年尺度上,年代际、多年代际、百年尺度上火山活动强迫出的地表温度序列与全强迫试验中的均呈现显著的相关关系,但二者的关系在过去千年并不稳定;另外,1850年后温室气体排放对西北干旱区地表温度升高起到了主导作用。根据火山喷发纬度位置和气溶胶注入量两个标准将过去千年火山活动分为3种类型,即北半球火山(NHV)、赤道火山(TRV)和南半球火山(SHV)。NHV爆发对西北干旱区降温的影响最强,TRV次之,但是二者差别不大,均在爆发10~12个月之内降温至-2.0℃以下。与以往研究不同的是,SHV爆发后中国西北干旱区地表温度在10个月后降温幅度能达到-1.7℃,且该冷异常可持续到22个月之后。