基于MaxEnt模型的苦槠潜在地理分布格局变迁预测

【目的】苦槠(Castanopsis sclerophylla)为壳斗科栲属常绿阔叶树种,广布于中国长江以南五岭以北各省区,被视为我国南北方气候的“分界树”。研究苦槠潜在地理分布格局变迁及其对气候变化的响应对于保护其野生资源具有重要意义。【方法】运用MaxEnt模型,模拟和预测苦槠在末次盛冰期(last glacial maximum, LGM)、现代和2070年3个时期的潜在分布区,评估了气候因子变化对其潜在地理分布的影响。【结果】MaxEnt模型模拟现代分布区准确度极高,受试者工作特征曲线下的面积(AUC值)达0.971;苦槠现代高度适宜区主要是皖南山区、大别山区、天目山至北雁荡山地区;中度适宜区扩展到了苏南山区、江西及福建沿海地区;末次盛冰期退缩分布在我国华南北部地区,以及东海大陆架东部。2070年,苦槠的分布受气候影响预测适生区会急剧缩小,生境出现破碎化,高、中度适宜区残存于高海拔地区。Jackknife检验表明,最干季降雨量、最干季均温是影响苦槠地理分布的最主要气候因子。【结论】探讨不同气候因子对苦槠潜在地理分布的影响,利用其生物属性监测亚热带最北缘范围动态变化,可为苦槠的种源保护、生境恢复、繁育驯化等提供科学依据。     

外来观赏植物大花金鸡菊在中国的 潜在地理分布预测

大花金鸡菊(Coreopsis grandiflora Hogg.)被引种后,因具有较强繁殖和适应能力,在我国山东等地区成为入侵物种,对当地植物多样性造成了一定威胁。笔者运用Maxent生态学模型,基于全球海拔变量及19个生物环境变量,结合地理信息系统ArcGIS,对大花金鸡菊在中国的潜在地理分布区做了预测。结果表明,大花金鸡菊在我国的适生范围主要集中在98°～125°E、21.5°～43°N水分充沛、温度适宜的暖温带、亚热带地区。其中,华东、华中大部,即江苏、安徽、上海市、山东等地为大花金鸡菊的集中分布区,为高适生区; 西南、华南北部与华东、华中地区相接的区域,以及华北南部邻接华东地区的局部地区为中适生区,西南、华南南部地区则为低适生区; 其他地区不适于大花金鸡菊生长。ROC 曲线分析表明,Maxent 生态位模型预测大花金鸡菊潜在地理分布的训练数据和测试数据的AUC值分别为0.960和0.965,达到了极高的精度。各环境变量重要性的刀切法检验表明,影响大花金鸡菊地理分布的环境变量依次为年均温、年平均降水量和最冷季平均温度。根据 Maxent 模型预测结果,以及大花金鸡菊的生物学特性和在中国的入侵现状,在我国中东部地区需要采取一定的有效措施对该物种的扩张进行控制。     

气候变化背景下青檀的潜在地理分布

气候是植物物种地理分布的决定因素.通过建模预测濒危物种的潜在适生区已成为评估生境适宜性的有用工具.青檀(Pteroceltis tatarinowii Maxim.)是第三纪古热带植物区系的孓遗植物，具有十分重要的经济价值和生态价值，通过对青檀的潜在地理分布预测可以更好地为青檀的培育、管理和可持续利用提供科学依据.利用MaxEnt模型模拟当前(1970-2000年),预测未来2050s(2041-2060年)和2070s(2061-2080年)在3种不同排放浓度(RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5)情景下青檀在中国的潜在地理分布，并对不同气候带、纬度和海拔下青檀适生区空间分布格局及其生境破碎化程度、质心移动轨迹进行分析.结果发现：(1)年降雨量(Bio12)是影响青檀分布的决定因子，最冷月的最低气温(Bio6)是仅次于年降雨量的次要因子；(2)当前青檀潜在适宜分布区主要分布在我国水热条件较为适宜的亚热带地区；(3)未来不同气候情景下青檀潜在适生区面积整体上呈减少趋势，其生境破碎化程度逐渐加剧；(4)青檀的潜在适生区的质心向西北方向偏移.     

气候变化下我国蔓藓属(Meteorium)适生分布的预测

基于我国蔓藓属6种166个地理分布记录和19个生物气候变量,利用ArcGIS和Maxent模型预测、比较不同气候情景下该属物种适生区及其变化,以期为气候变化对苔藓植物地理分布的影响提供科学依据.结果表明:气温年变化范围、最冷季度平均气温、温度季节性变化(标准差)和最热月最高气温是影响我国蔓藓属分布的主要气候因子.在近代气候条件下,蔓藓属的适生分布区集中在秦岭淮河以南的各省大部分地区.在未来气候情景下(21世纪50年代和21世纪70年代),蔓藓属适生分布区均将略微减少,分别将是近代气候情景下适生区面积的94.48%和95.78%.     

马尾松分布格局对未来气候变化的响应

【目的】分析并预测未来气候变化对马尾松适宜分布范围,探讨影响马尾松潜在地理分布的主要气候因子,为马尾松潜在分布区种质资源管理和保护提供参考与指导。【方法】以中国数字植物标本馆记录的马尾松分布数据为基础,利用MaxEnt模型及地理信息系统ArcGIS 10.3软件探讨马尾松当前地理分布特征及其潜在分布区,并针对代表性浓度路径(RCP) 2.6及RCP 8.5两种气候情景下未来(2050年和2070年)马尾松适宜分布范围及主要气候因子进行分析。【结果】当前马尾松高适生区覆盖的地区主要分布于秦岭—淮河线以南。浙江、福建、江西、湖北西南部、湖南、重庆、四川东南部、贵州北部、广西中部、广东北部等地区为马尾松主要分布区,海南、云南及台湾等地为零星分布区。在未来气候情景下,马尾松适生区向我国北部地区迁移,包括河南西部、山东半岛、辽东半岛、河北东部、山西南部等地区,而在云南南部零星地区不会再有马尾松自然分布。在未来两种气候情景4个条件中,相同RCP情景下,不同年限各适生区之间的差异并不明显,变化趋势大致相同;但相同年限的不同RCP情景对应的各适生区面积变化存在明显区别,RCP 8.5的影响要高于RCP 2.6。影响马尾松地理分布的主导生物气候变量为年均降水量、最干月降水量及平均气温日较差,且降水较温度的影响更大。【结论】未来气候变化将导致马尾松分布范围进一步扩大,新增分布区主要集中于当前分布区北部。应以当前马尾松适生环境为基础,针对当地气候类型、土壤条件等环境因素合理建立保护区,以便马尾松能够顺利适应新环境。     

基于中国南方石笋记录的古气候周期探讨

 通过对葫芦洞、三宝洞和董哥洞末次盛冰期（~30 000 aBP）以来的石笋氧同位素数据序列进行连续小波变换。其结果显示在中国南方区域冰期的气候波动较全新世剧烈,盛冰期的气候波动较冰消期剧烈。在全新世阶段,董哥洞和三宝洞石笋氧同位素的周期均具有显著的三阶段特征。但在千百年尺度上,两地气候周期的长度和强度并不尽相同,董哥洞石笋氧同位素的周期信号相对较弱。其原因是董哥洞区域受西南季风和东亚季风的共同影响,二者之间的反相位关系削弱和改变了气候变化的千年周期。这一特征反映了不同季风区域、不同周期的气候变化主导因素可能有所差异。分析结果同时显示,在~3 000 aBP,东亚区域气候模式可能发生了重大转折。     

全球气候变化对喜旱莲子草和莲草直胸跳甲潜在分布的影响

为了探究气候变化场景下喜旱莲子草（Alternanthera philoxeroides）和莲草直胸跳甲（Agasicles hygrophila）适宜生态空间和潜在地理分布的变化，采用构建MaxEnt生态位模型的方法，模拟了当前气候下2个物种的潜在分布区以及未来气候变化对其潜在分布的影响.结果表明：当前气候条件下，与喜旱莲子草的潜在分布相比，莲草直胸跳甲的潜在分布范围较大.未来气候场景下，预计喜旱莲子草适生区面积减少10.16%，新增27.69%，其17.53%的适生区分布范围会发生变化；预计莲草直胸跳甲适生区面积减少1.02%，新增15.52%，其14.50%的适生区分布范围会发生变化. 2个物种在不同未来环境变量下的适生区面积均大于当前的潜在分布面积.     

白榆在我国的潜在分布格局及未来变化

【目的】研究影响白榆(Ulmus pumila)在我国分布的气候条件、分布范围及未来变化,为白榆的科学保护和合理开发提供理论依据。【方法】采用MaxEnt和ArcGIS软件对当代、2050s和2070s(RCP2.6和RCP6.0)3个时期气候情景下白榆的潜在分布区进行预测。【结果】MaxEnt模型对白榆潜在分布区的预测具有很高的准确度,其训练集和测试集的AUC值分别为0.921和0.911。其中温度季节性变化(Bio4)、年降水量(Bio12)和降水量季节性变化(Bio15)对白榆的影响贡献率累计高达88.4%。依托气候环境变量,对白榆当前时期潜在分布区进行预测,中适生区主要集中在我国新疆、内蒙古中部、甘肃等西北地区,吉林、辽宁和内蒙古呼伦贝尔市等东北地区有少量分布;高适生区主要集中在我国河北、陕西、山西、山东等华北地区。未来2050s和2070s时期RCP2.6和RCP6.0气候情景下,白榆高适生区面积减小,中低适生区面积增大且会出现新的潜在适生区。【结论】以年为单位的温度和降水是白榆分布的主要因子,当前白榆的适生区主要集中在我国华北、西北和东北地区,未来其分布有向高纬度、高海拔区...     

基于MaxEnt模型的濒危植物朝鲜崖柏中国潜在适生区预测

将MaxEnt生态位模型与ArcGis技术相结合,根据朝鲜崖柏在我国的准确有效地理分布地点,采用气候、地形和土壤3种环境因子(28个环境变量指标)预测潜在适生区,划分适生区等级,评价适应性.结果表明:朝鲜崖柏在我国的潜在适生分布区可划分为高、中、低适生区,面积分别为3.67×104、6.99×104、33.12×104 km2,分别占中国国土面积的0.38％、0.73％和3.45％.其中,高适生区主要包括吉林省、黑龙江省、辽宁省和新疆维吾尔自治区,主体呈带状分布.影响朝鲜崖柏分布的主导环境因子由大到小依次为最干季度平均温度、最暖季度降水量、海拔、温度季节性变化标准差和最干月降水量.     

华中樱桃适生区模拟和生态特征分析

【目的】华中樱桃[Cerasus conradinae (Koehne) Yü et Li]为中国特有樱属植物资源,具有极高的观赏价值和利用前景,分析当前和未来(2050s,2070s)气候变化对其地理分布的影响,以期为华中樱桃的保护和利用提供理论依据。【方法】基于华中樱桃的201个实际地理分布点数据,结合气候特征,采用MaxEnt模型和Arc-GIS软件对其在中国的潜在适生区进行预测,构建预测模型,检验其精确度,确定环境因子贡献率,并使用主成分分析、相关性分析等方法对其主导环境因子进行定性定量的分析。【结果】MaxEnt模型精度检测极为可靠,训练集的AUC为0.945,测试集的为0.949,当前华中樱桃潜在适生区主要在西南、华中、华东地区,两大核心适生区主要集中于重庆市及以西至四川盆地、东至武陵山、南至大娄山、北至大巴山脉一带等呈不规则块状区域,以及云贵高原东部、苗岭山脉以及雪峰山脉西部边缘地区长条状区域。影响其分布的主要环境因子是最湿季降水量(bio 16)、年降水量(bio 12)、温度季节变化方差(bio 4)、温度年较差(bio 7)。在2050s未来气候(CCSM4)情境变化下,总适宜区相较于当代面积呈减少状态,但在2070s未来气候情境变化下总适宜面积增加,且极高适宜区有向高纬度和东北方向扩散,高适宜区有向低纬度方向扩散的趋势。【结论】MaxEnt模型可以准确预测华中樱桃的潜在适生区,华中樱桃适生分布区连续且较为广泛,西南、华中与华东地区为华中樱桃种质资源保护与利用的核心区域。这可为华中樱桃种质保护、亲缘地理与资源利用的后续研究奠定重要基础。     

气候变化对湖南省马尾松适宜生境影响分析

【目的】气候变化会导致树种适宜生境发生变化,从而对准确地制定长期森林经营规划方案产生影响。为了在制定长期森林经营规划中贯彻适地适树原则,需要研究气候变化对树种适宜生境分布的影响。【方法】以湖南省马尾松(Pinus massoniana)为研究对象,利用2016年湖南省连续清查森林资源档案更新数据中的马尾松空间分布数据、高程数据和气候数据,采用最大熵法(Maxent)模型,分温度变化、降水量不变,降水量变化、温度不变,降水量和温度均变化3种情景模拟马尾松在湖南省适宜生境的动态变化。【结果】① Maxent模型模拟结果中,训练精度、模拟精度的AUC(area under the ROC curve)值在AUC评估标准中属于良好(0.80～0.90)水平,可以较好地模拟马尾松适宜生境; ② 2016年马尾松适宜生境主要分布于湖南省中部和西北部,小部分分布于东部和南部。适宜生境、低适宜生境和不适宜生境所占面积比例分别为28.30%、40.10%、31.60%; ③ 2016—2050年温度和降水量均有所增加,年平均温度增加2.30 ℃,年平均降水量增加19.9 mm。在温度升高、降水量不变,降水量升高、温度不变和温度、降水量均升高3种气候情景下,湖南省马尾松适宜生境面积比例分别变化了0.58%、0.53%和-0.65%,不适宜生境相比2016年均有所减少,分别减少了7.22%、2.00%和0.15%; ④ 刀切法确定了最湿季均温(Bio8)、最暖季均温(Bio10)、最冷季降水量(Bio19)为影响马尾松分布的主导气候因子,其中最冷季降水量为最主要的气候因子。【结论】湖南省马尾松种植区主要分布在该省中部和西北部,当未来气候呈现温度增加、降水量不变的情景时,种植区域适当向东扩展; 当未来气候呈现降水量增加、温度不变或二者均增加的情景时,种植区域适当向北扩展。     

京津冀革翅目昆虫资源

对河北大学博物馆馆藏的京津冀地区革翅目标本进行分类鉴定,获得了5科10属19种,记述了各种的标本采集信息及其分布范围,编制了分种检索表,对其分布与海拔高度的关系进行了初步分析,认为肥螋科主要分布于低海拔地区,球螋科主要分布于高海拔地区,并应用Maxent模型对球螋科的分布进行了验证.     

气候变化下西南地区12种常见针叶树种适宜分布区预测

【目的】随气候变化加剧,未来西南地区针叶林分布存在诸多不确定性,进行未来气候下西南地区常见针叶树种适宜分布区研究,为该地区森林生态安全评估提供参考。【方法】基于最大熵模型(MaxEnt)模拟未来气候情景下西南地区常见的12种针叶树的气候适宜分布区。【结果】MaxEnt模型能够很好地模拟西南地区12个树种的潜在分布,AUC值均达0.9以上; 2070年MPI-ESM-LR模式RCP4.5情景下西南地区12种常见针叶树种气候适宜区面积分布变化显著,包括冷杉、三尖杉、杉木、干香柏、柏木、水杉、云南松、红豆杉和福建柏在内的9个树种气候适宜区与气候最适区面积增加11.1%~412.8%;银杉和油麦吊云杉的气候适宜区面积分别增加6.0%和32.8%,但气候最适区面积减少了0.8%和3.5%;云南油杉未来气候适宜区和气候最适区的面积则减少24.0%和29.1%。【结论】西南地区针叶林中广布树种的气候适宜区面积会得益于气候变化而扩大,但云南油杉和油麦吊云杉等一些西南特有乡土树种的气候适宜区面积则会因为气候变化而缩小,因此对特有乡土树种的保护应给予重视。     

栎树猝死病在中国的入侵风险评估

【目的】栎树猝死病是一种为害林木和观赏植物的毁灭性病害,发病迅速,短期内即可造成寄主植物大量死亡,寄主范围非常广泛,主要为害阔叶树树种。对其在我国的适生区范围进行预测,并系统评估其入侵风险,有助于更好地制定针对性的防治及检疫措施。【方法】采用MaxEnt生态位模型,以栎树猝死病菌现有分布点的环境变量为基础运算预测模型,结合地理信息系统ArcGIS绘制其在中国的适生预测图;并以南京林业大学有害生物入侵预防与控制重点实验室建立的多指标综合评价体系为标准,从5个准则层下设18个指标层因子,对栎树猝死病菌在我国的入侵风险进行了定性和定量的分析。【结果】MaxEnt模型测试遗漏率与预测遗漏率基本吻合,ROC(receiver operating characteristic, ROC)曲线的AUC值(area under curver, AUC)为0.974,标准差为0.008,明显高于随机分布模型,说明该模型对栎树猝死病菌在我国的适生区预测结果可信度较高,可作为后续评估依据。栎树猝死病菌在中国的适生范围在101.9°~122.9° E,18.9°~38.0° N,主要位于我国秦岭淮河以南的南方地区,集中在长江中下游平原和武夷山脉、南岭以南的沿海地区,约占中国行政区划面积的19.6%。栎树猝死病菌在中国的入侵风险指标值R为2.64,属于极高风险的有害生物。【结论】模型预测结果的可信度较高,鉴于栎树猝死病菌在我国暂无分布记录,且在多指标评价体系中被归为极高风险等级,建议在进境检疫中对其可能寄主植物实施严格检疫及2年以上的隔离试种,防止其进入中国。     

Quaternary glacier development and the relationship between the climate change and tectonic uplift in the Helan Mountain

Isolated NE-SW stretching the Helan Mountain massif, separating the temperate grassland of the Ordos plateau from the Tenggeli Desert, is a key position of studying the glacier development in west China as well as the coupling conditions of climate change with tectonic uplift. The glacial landforms and deposits including cirques, peaks, knife-edge ridges, lateral moraines, and terminal moraines distribute above 2800 m a.s.l. in the middle part of the Helan Mountain. This distribution indicates that here was once glaciated during the late Quaternary. Morphology features show a clear sequence of landscape forming events took place throughout the Helan Mountain. Laboratory optically stimulated luminescence (OSL) and accelerator mass spectrometry radio-carbon dating (AMS 14 C) results indicate a late history of glacial advance. Late Pleistocene glaciers in the middle part of the Helan Mountain advanced to near their positions at least four times, and the glacial sequences can be assigned as the middle stage of last glacial cycle (MIS3b, 43.2±4.0 ka), last glacial maximum (LGM, ~18 ka), late glacial (12.0±1.1 ka) and neo-glacial (3.4± 0.3 ka) respectively. Adopting equilibrium line altitude ~2980 m of last glacial maximum and the modern theoretical snowline altitude ~4724 m as the maximum amplitudes, and the standard marine isotope curve (MIS) as the glacial equilibrium line change since the Gonghe Movement (150 ka), the relationship between the mountain altitude and glacier development is discussed herein. Compared with other environmental indexes such as the loesspaleosol and ice core, conclusions are made that glacier advances in the Helan Mountain during the late Quaternary obviously depended on the coupled control of tectonic uplift of mountain with the climate condition. It is at last glaciation that the mountain reached the altitude above snowline and coupled with the glacial climate. The glacial advances occurred in the early and middle stages of last glacial cycle after the Gonghe Movement.     

前胡和紫花前胡在中国的潜在分布区预测

采用最大熵(MaxEnt)生态位模型,结合前胡和紫花前胡大量已有的地理分布数据,基于20个环境变量对其在中国的潜在分布区进行了预测.结果表明:最冷季度平均温度,最冷月最低温和最干季度平均温度为前胡分布限制性因子.而对紫花前胡影响最大的环境因子为最干月降水量,最冷季度平均温度和昼夜温差月均值.预测结果显示,前胡和紫花前胡的潜在分布区比现实分布区更广泛,其中中国秦岭地区、浙江省、湖南省等部分山区为其最佳适生区(适生指数0.71).在台湾、甘肃和西藏等地区分布的差异能为在地域上分辨两者提供理论依据.随着野生资源减少和中药材前胡和紫花前胡需求量的增加,在该地区进行栽培是增加产量,保护野生资源多样性的可行途径.     

考虑局部归一化高度的双分支语义分割网络

归一化数字表面模型是表征地物高度、辅助遥感影像分类的重要特征,但是其片状、精度不稳定的特性制约了分类精度的提升.针对这个问题,该文提出了一种考虑局部归一化高度的双分支输入语义分割网络,一方面设计了一种双分支输入结构,分别提取地物的光谱特征和几何特征,并通过跳跃连接进行特征融合以充分学习地物多模态信息;另一方面提出了一种新的地物高度表征方法,结合深度神经网络受GPU显存限制只能处理较小区域影像的特点,在输入的数字表面模型局部区域内计算高度特征.最后通过在ISPRS标准数据集上对三种网络框架进行对比试验,证明了相较于仅使用光谱影像,该文方法总体精度提升了4.5%～4.7%,比使用归一化表面模型作为高度特征的分类方法具有更高的分类精度、计算效率和自动化程度.