流域生态承载力空间尺度效应分析——以石羊河流域为例

针对生态承载力研究在尺度效应和空间关系分析中存在的不足,基于生态足迹评价方法,利用遥感数据、GIS技术和Moran′I指数,以石羊河流域为研究区,从5种不同栅格尺度(分辨率)对生态承载力开展定量计算和空间格局分析.结果显示石羊河流域总的生态承载力以及各类型土地生态承载力具有一定的尺度依赖性,其中水域和城乡工矿居民地生态承载力较其他类型尺度依赖性更强;随着尺度的增大,生态承载力的全局空间正相关性减弱,各个尺度下局部空间自相关性和空间分布格局具有明显的差距,显示出其对尺度变化非常敏感.研究结果不仅有助于利用遥感数据和GIS技术对区域生态承载力开展更精确的评价和空间格局分析,而且强调在研究生态承载力时应考虑尺度效应,选择适宜尺度的遥感数据开展区域生态承载力的研究.     

石羊河流域干旱变化趋势及气候影响因素

基于Thornthwaite干燥指数概念,采用Sen斜率、敏感性分析和空间分析等方法研究1981-2014年石羊河流域干旱的空间分布特征和变化趋势,分析干燥指数的气候敏感性.结果表明:石羊河流域干燥指数自上游至下游呈增大趋势;研究时段内,干燥指数减小的区域主要分布在乌鞘岭东北、永昌以西及民勤以北,其余地区干燥指数呈增加趋势.石羊河流域干旱对降水、相对湿度和净辐射的变化较为敏感.1981-2014年流域上游山区降水减少导致干旱加重,而相对湿度的增加抑制了陆表蒸散发,一定程度上缓解了旱情的加剧;流域中下游地区干旱减弱主要由降水增加所致.     

近30年石羊河流域潜在蒸散量变化特征及时空格局变化研究

根据石羊河流域10个气象站点1980—2010年近30年的逐日气象资料,应用彭曼-孟蒂斯公式计算潜在蒸散量,并在此基础上使用ArcGIS克里格插值分析生成石羊河流域潜在蒸散量的空间分布图.结果表明,石羊河流域近30年平均潜在蒸散量空间分布格局受气候、地形等各种因素的影响,自西南至东北方向逐渐递增,具有明显的差异.从时序变化上来看,1980—2010年,石羊河流域潜在蒸散量总体上趋势较为平稳,四季变化为夏季春季秋季冬季.     

近30年石羊河流域人口空间分布变化及其影响因素

以乡镇视角来研究石羊河流域的人口空间分布,有利于合理引导流域内人口的空间分布,使之与资源环境承载力相协调.基于人口密度、人口重心和空间相关分析方法,以1990、2000、2010、2016年石羊河流域5县区93个乡镇的户籍人口数据为基础,从乡镇尺度研究该流域人口空间的分布变化及其影响因素.研究表明:(1)近30 a人口...     

中国西北地区基于GIS的生态承载力定量评价与空间格局

基于生态足迹方法,利用地理信息系统的空间分析技术,从图斑、县、省三级不同空间尺度对2000年西北地区生态承载力的供给与需求进行定量计算和空间格局分析.结果表明:2000年整个西北地区生态承载力总供给小于总需求,处于生态赤字状态,但各省区情况不同,其中:陕西、新疆生态承载力供给小于需求,处于生态赤字状态,而甘肃、青海和宁夏生态承载力供给大于需求,处于生态冗余状态;西北地区内部不同区域生态承载力供给空间分异明显,呈东南、西北部较高,东北、西南、中部较低的空间分布格局;不同地理单元的生态承载力供给差异也较大,表现为黄土高原中西部、青藏高原东北缘、祁连山山地、天山山地和阿尔泰山地等地区的生态承载力整体供给较高,而其他地区的则较低,其中:关中盆地、银川盆地和干旱区绿洲地区的生态承载力供给最高,塔里木盆地、柴达木盆地、准葛尔盆地和吐鲁番盆地腹地的广大戈壁、沙漠地区的最低,呈连片分布状态;黄土高原丘陵沟壑区内部由于景观破碎严重,生态承载力供给呈现明显的空间异质性特征,表明西北地区生态承载力供给与该地区的地形地貌、气候、土地利用/覆盖及人类活动强度具有密切的空间关联与空间异质性;西北地区单位面积生态承载力供给和人口密度基于县级尺度的相关系数为0.66,呈明显的正相关关系,且空间分布格局相似,表明西北地区人口分布具有显著的生态承载力偏向性.2000年西部地区生态承载力供给的空间分布极不均匀,表现为明显的地带性分布与局地性分布相符合的空间分布格局,整个地区生态承载力供需矛盾突出,处于生态不安全与不可持续性发展状态,而各省区、县及其内部生态承载力供需矛盾差异较大,生态安全与可持续发展状态各异.研究实践证明GIS技术的应用为空间生态承载力研究提供了新途径和新方法.     

岷江上游山区乡镇单元引力-潜能空间分异研究

岷江上游杂谷脑流域地处青藏高原向四川盆地过渡地带,是我国西部典型的生态脆弱区和汉-藏-羌民族走廊.应用GIS空间分析技术,采用以时间距离-成本加权距离-欧氏距离计算综合距离修正引力模型、以聚落生态位地理半径计算区域范围改进潜能模型的新方法,揭示岷江上游杂谷脑流域乡镇单元引力和潜能空间分异特征.研究表明,岷江上游杂谷脑流域内乡镇单元引力-潜能分布呈现典型的"双核"结构,这说明平原地区点-轴系统演化下的双核地域结构模式同样存在于山区流域人地系统;同时,基于流域内河流与道路并行的山区本底背景,山区乡镇单元的引力-潜能在整体上表现出"沿河而下、两翼对称"的典型欠阻尼二阶系统单位阶跃曲线特征.     

石羊河流域中下游绿洲生态承载力时空转移变化

基于RS/GIS技术,在转移矩阵分析方法的基础上,引入3个转移量化指标,探讨了石羊河流域中下游绿洲生态承载力的时空动态和转移变化规律.结果表明:该区域总生态承载力2012年比2002年增加了1.44%,其中中游凉州区增加了0.04%,下游民勤县增加了3.27%,单位面积生态承载力空间异质性明显.2002-2012年,区域内部以耕地生态承载力向城乡工矿居民用地生态承载力、未利用地生态承载力向其它类型土地生态承载力转移为主;耕地、城乡工矿居民用地生态承载力转入量小于转出量,而其它类型土地的生态承载力转入量大于转出量,凉州区和民勤县生态承载力组成变化与上述类似,表明研究区内部各类生态承载力转移方向和数量是影响其内部组成和时空格局的重要因素.民勤县2002年未利用地转变为其它类型土地后的生态承载力转入量占2012年总生态承载力的13.03%,占总转入量的65.52%,说明民勤县未利用地的转出对全县生态承载力的增加贡献最大,是民勤县空间上单位面积生态承载力低值区变为高值区的主要原因.本研究结论可为流域的生态环境建设、自然资源可持续管理及制定前瞻性的可持续发展规划提供依据.     

汾河上游流域生态安全的定量评价与动态分析

利用生态足迹和生态压力指数的理论与方法，对汾河上游流域1987年-2003年的生态足迹、生态承载力、生态盈余亏损、生态压力指数进行了测算，并建立了生态压力指数测算模型以及生态足迹、生态承载力、生态盈余及生态安全度变化预测模型．测算结果表明：1）本地区生态承载力呈减少趋势；2）生态足迹均呈现增加趋势；3）1987-2007年生态压力指数从0．77增长为1．64，增长幅度为0．87，增长幅度较大；4）汾河上游流域已经超载，处于不安全状态。     

长江流域径流演变规律研究

为探讨长江流域径流演变规律,基于长江流域上、中、下游共6个控制站的逐日径流观测资料,运用不同指标分析径流年内变化规律;采用累积距平曲线法、线性倾向估计法、Mann-Kendall非参数检验法、滑动T检验以及小波分析法分析径流年际变化规律,并应用R/S分析法估算径流序列的Hurst指数,以预测其未来变化趋势.结果表明:长江流域径流年内分配不均匀性存在较为明显的时间变化和空间变化,从50年代到21世纪初期不均匀性大体上呈减小趋势,从上游向下游不均匀性大体上呈减小趋势;流域上游年径流序列变化趋势较一致,从上游至下游变化趋势差异性逐渐增加;流域年径流呈现出多时间尺度的相对丰枯交替特征,流域上、中、下游控制站年径流变化的主周期分别是18年、22年和22年;Hurst指数表明流域年径流当前总体趋势在未来表示出持续性.     

基于景观指数和生态足迹的平潭岛生态承载力研究

基于平潭岛2005-2013年土地利用数据,运用生态足迹模型,对平潭岛生态承载力进行分析,并选取不同尺度的6个景观指数对平潭岛景观格局变化特征进行研究,计算生态承载力与景观格局指数的相关系数,研究结果表明:2005-2013年间平潭岛生态足迹呈上升趋势,生态承载力呈小幅下降趋势,生态赤字总体上呈先缓后快的上升状态;研究期间平潭岛土地利用总体景观优势度下降,破碎化程度不断上升,其变化反映了城市化进程对平潭景观格局变化产生了深刻影响;生态承载力与景观多样性指数呈显著负相关,但与蔓延度、最大斑块指数呈显著正相关,说明景观的破碎化与生态承载力之间存在一定的关联.     

新乡市1997-2005年生态足迹分析

运用生态足迹方法对新乡市1997-2005年的生态足迹需求与承载力进行了计算,结果表明,该市人均生态需求保持在1.6 hm2左右,而人均生态承载力在0.54 hm2左右徘徊且呈下降趋势,生态赤字达到了1.0 hm2;表明其生态足迹需求远超出了生态承载力范围,城市发展在国家尺度上处于不可持续状态.     

基于GIS的甘肃省生态承载力时空动态分析

利用生态足迹方法,计算了1991～2003年甘肃省14个地区和86个县2级行政区域的人均生态足迹、生态承载力和生态预算值,并预测了各县级行政区域2004～2015年的各项数值.结果表明1991～2015年甘肃省各地、县的生态承载力供求差距均逐年拉大,大部分地区、县的生态承载力需求已经超出了生态承载力供给,处于不可持续的发展状态;在GIS技术支持下,利用地统计学方法,对全省86个县1991～2015年的人均生态预算值进行空间插值,在时、空尺度上对该省人均生态预算值的空间格局与时空动态趋势进行了分析.所得空间插值图表明1991～2015年甘肃省人均生态预算值的空间格局极不平衡,整体呈现由西部地区向东部地区递减的趋势;随着时间的推移,全省以及各地、县人均生态预算均呈逐年降低趋势,且省内不同区域人均生态预算值的变化趋势各有不同,差异较大.要遏制这种趋势的继续发展,甘肃省必须在逐渐减少建筑用地和化石能源消费的基础上,不断提高生产力水平,才能实现未来的可持续发展.     

石羊河流域土地利用与景观格局变化

以1994,2005年TM影像为基础数据,在GIS技术、数学模型及景观生态学理论支持下,分析石羊河流域土地利用变化的时空特征和格局变化.结果表明:近11年来,研究区耕地、林地、城乡工矿居民地用地和未利用土地均有增加,草地和水域呈减少趋势;土地利用程度较高,存在地区差异;各区县各地物类型的相对变化率之间存在明显的差异,但空间格局并不明显;草地和城乡工矿居民地用地的重心漂移量明显,其中草地漂移量达到了19.837 km,各类用地重心分布的变化反映了石羊河流域下游荒漠化程度加剧,生态环境进一步恶化;研究区斑块数量明显减少,斑块密度下降,景观破碎化程度减轻,景观多样性指数和均匀度指数下降,区域内土地利用类型向非均匀化方向发展,在一定程度上反映了人类活动对景观整体的影响;人口增加是现阶段石羊河流域土地利用变化的主要原因.     

河西走廊内陆河流域极端降水特征分析

水资源是维持内陆河流域复合生态系统的重要纽带.大气降水作为流域水资源的重要来源,其时空分布及强度变化会对流域生态水文过程有着重要影响.本文以河西走廊内陆河流域19个气象站1960—2012年逐日降水资料为基础,构建了最大1d降水量、最大连续5d降水量和非常湿天降水总量等极端降水指标,通过采用多种极值概率分布模型探讨研究区极端降水指标在频次、强度和贡献率方面的变化,从而为分析极端降水对流域生态水文过程的影响提供科学依据.结果表明,基于GEV最优概率分布模型,得出研究区超过5年一遇的最大1d降水量、最大连续5d降水量、非常湿天降水总量近年来发生次数有所增加,尤其是2000年以后增加更为明显;研究区极端降水强度在2000年以后也明显增强;在极端降水量对年降水总量的贡献率方面,近年来石羊河流域总体呈现增加趋势,黑河流域上游呈现增加趋势、中游和下游以下降趋势为主,疏勒河流域上游和下游呈现增加趋势,中游则以下降趋势为主.     

石羊河流域50年气候变化特点及其突变检验

以石羊河流域5个气象观测站点,1960-2009年50年逐日降水、温度及蒸发观测资料为基础,分析了石羊河流域过去50年的气候变化特点、空间分布及其突变检验。研究结果认为,石羊河流域气象要素多年平均值的空间分布呈明显的南北向分布;石羊河流域在过去50年,气温呈显著的增加趋势,增幅为0.27-0.58℃/10a,高于全国平均水平,而且各站点变化规律一致,均在1998年发生了气温突变;流域内的降水量变幅波动较大,但总体呈增加趋势,但增加趋势未通过显著性检验,波动的因素可能是由年际振荡造成的;流域内蒸发量的变化幅度介于-20-200mm/10a之间,各站点变化规律不完全一致,其中武威、民勤及永昌3个站点蒸发量显著减小,并分别在1984、1993以及1998年左右发生了突变。     

四川省经济差异时空动态多尺度分析

以地级市、县人均GDP现价数据为经济差异测度,采用探索性时空数据分析方法和Mann-Kendall突变检验法,分析1998—2016年不同空间尺度上四川省区域经济时空动态情况.结果表明,不同空间尺度上四川省区域经济绝对差异都呈扩大趋势,相对差异呈波浪式减弱态势.经济空间集聚效应与地理尺度密切相关,空间尺度越小,聚集效应越明显.经济空间差异在不同空间尺度呈现不同动态演化规律,市域尺度聚集程度呈先增大后减弱的时序变化,经济冷点中心向东北方向移动;县域尺度则表现为先减弱后增强的变化,呈现热点中心稳定和冷点范围持续扩展的演进态势.经济空间结构长期稳定,存在路径依赖性.区域与其邻域经济发展关系呈"共赢或共输"运动趋势,动态发展具有空间依赖性.     

未来气候情景下海河流域参考蒸发蒸腾量预估

开展未来气候情景下海河流域参考蒸发蒸腾量的预估研究,揭示流域未来气候变化背景下的水文响应规律,有助于更好地为水资源分配和管理提供科学基础和理论依据.根据海河流域及其周边共40个气象站1961—2010年逐日气象资料,基于FAO Penman-Monteith法计算参考蒸发蒸腾量(RET),通过统计降尺度模型(SDSM)实现HadCM3输出RET数据网格到站点的尺度降解,进而生成未来情景下RET并分析其时空变化规律.结果表明,基于SDSM模型的模拟效果较好,可以用于未来情景下海河流域GCM输出RET的降尺度应用;虽然过去50年流域大部分站点的RET年值呈下降趋势,但SDSM模型预测的未来气候情景下大部分区域却呈增加的趋势,其中H3A2情景下增加量略高于H3B2情景,且随着时间的推移增加量越来越大,以流域西北部边缘区域、滦河上游和下游以及徒骇马颊河流域的增加趋势最为明显,RET减少的区域在2020s时期主要位于流域中部,随着时间的推移逐渐缩小到京津塘地区;RET季节值的变化同样具有很强的时空特性,而除了春季时在流域南部、秋季在2020s时期滦河流域下游和海河北系的东部部分区域、冬季在流域的西南部和东北部RET呈减小趋势外,其余RET则主要呈增加的趋势;同时研究表明未来情景下RET增加主要由温度的上升导致.     

石羊河流域土地利用变化对区域碳排放和碳吸收的影响

利用土地利用转移矩阵、RS、GIS技术,根据2006、2010、2015年3期遥感影像数据和统计年鉴数据,分析2006-2015年石羊河流域土地利用变化情况,借助碳存储和碳排放的估算方法对2006-2015年石羊河流域土地利用/土地覆盖变化的碳效应进行剖析,运用模糊线性规划法对研究区土地利用结构进行规划.结果表明:2006-2015年石羊河流域林地、建设用地和未利用地呈增加趋势,未利用地、建设用地增加明显,林地略有增加;草地、耕地和水域呈减少趋势,耕地和草地减少显著,大量转化为未利用地,弃耕和荒化现象明显;建设用地是最重要的碳源,林地、水域、耕地、草地是主要的碳汇,未利用地的碳收支密度较低,但面积较大,对区域净碳储量贡献较大;土地利用碳存储量大于碳排放量,存在碳吸收盈余现象,但是盈余的空间有缩小态势.在增汇减排目标的模糊线性规划情景下,石羊河流域林地、草地、耕地、水域面积增加,建设用地和未利用地减少.石羊河流域的碳存储增加了1.7331×10~9 kg,碳排放减少了4.898 4×10~9 kg,净碳存储量增加了6.631 5×10~9 kg,碳排放明显减少.规划方案增汇减排的效果明显,有效缓解陆地生态系统的碳排放,达到优化土地利用结构的目的.     

基于像元二分法的白龙江流域植被覆盖度与滑坡时空格局分析

白龙江流域影响滑坡形成的主要因素包括地质构造、地形地貌、水文、气象、植被和人工干扰等,其中地表植被作为滑坡形成的主要外在因素对滑坡的形成和发展具有重要的作用,已引起学术界的广泛关注.以植被覆盖度为主要度量指标,选择2002,2005,2008,2011年4个时段的遥感NDV I值,在改进像元二分法的基础上,探讨了近10年来该流域地表植被覆盖度及其变化特征,并分析了其与滑坡点空间格局的关系.结果表明:该流域植被覆盖度总体变化微弱,但区域内部植被覆盖度变化具有明显的空间异质性,其中低覆盖区域覆盖度呈明显的增加趋势;而历年来,该流域植被覆盖度高的地区滑坡点密度均较低,滑坡点占总滑坡的20.6%,空间分布呈离散状态,而植被覆盖度低的地区滑坡密度较高,滑坡点占总滑坡的34.5%,空间分布主要呈聚集状态,说明白龙江流域植被覆盖度与滑坡点密度呈现负相关关系,植被覆盖度的高低是滑坡发生的一个主要影响因素.研究表明,近10年来,该流域低植被覆盖区域的植被覆盖度增加较快,说明在国家实施退耕还林还草政策后,该流域植被恢复较快,生态脆弱程度减轻,这将为地方防治滑坡灾害的发生起到积极的推动作用.本研究结论可为全流域制定宏观尺度上的滑坡生态防治策略提供科学依据.     

石羊河上游1956-2009年出山径流量特征及其对气候变化的响应

利用石羊河上游气象站1956-2009年逐日气象资料及天祝县六条河流1956-2009年年出山径流量资料,应用FAO Penman-Monteith模型、小波变换及累积距平等方法分析石羊河上游天祝县出山径流量特征及其对气候变化的响应,结果表明:1956-2009年石羊河上游天祝县出山径流量在波动中总体呈微弱减少趋势,径流量变化倾向率为-0.288×10~8m~3/10a,其中,减少速度最快的是黄羊河,年径流量变化倾向率为-0.069×10~8m~3/10a.1950s,1960s及1980s为丰水期,1970s,1990s为枯水期,进入21世纪,尤其是2002-2009年径流量有所增加;降水量波动呈微弱增加趋势,降水量变化倾向率为1.165mm/10a,径流量与降水量存在显著正相关震荡,两者变化过程具有极吻合的同步性;气温整体呈明显上升趋势,气温变化倾向率为0.298℃/10a,尤其是20世纪80年代中后期以来,增温趋势更加明显;潜在蒸发量在波动中呈增加趋势,其变化倾向率为2.206mm/10a,径流量与气温、蒸发量呈显著负相关震荡;通过小波方差检验,径流量与降水量、气温及潜在蒸发量等各气候要素均分别存在22年左右、7-8年和3年左右的的显著变化周期,而且第一主周期均为准22年,径流量对气候变化响应明显.