基于地理加权回归的生境质量对土地利用变化的响应 ——以河北省张家口市为例

基于张家口市2000, 2010和2015年3期土地利用数据, 用InVEST模型进行生境质量评估, 采用地理加权回归模型(GWR)定量分析不同区域耕地、林地、草地和建设用地变化对生境质量演变的影响。研究结果显示,2000—2015年间, 张家口市土地利用类型以耕地、林地和草地为主, 耕地大量减少, 林地和建设用地持续增加, 以耕地向林地、草地和建设用地转移以及草地向林地和建设用地转移为主要变化方向。张家口市生境质量整体上处于较高水平并不断提高, 东北坝缘山区和东南边缘山地生境质量最高, 坝上高原区及桑干河流域河谷盆地次之, 洋河河谷盆地生境质量最低。各地类对生境质量的影响具有显著的时空异质性: 林地与生境质量变化总体上呈正相关关系且影响程度最大; 草地与生境质量变化大致正相关, 其回归系数由北向南递减;耕地和建设用地与生境质量在空间上主要表现为负相关, 局部地区正相关。究其原因, 主要在于不同区域生境质量变化的主导地类不同。坝上高原和坝缘山区的生境质量变化主要受林地和草地变化的影响, 桑干河和洋河流域河谷盆地生境质量变化的主导因子则为耕地和建设用地。     

基于CASA模型的皖江城市带植被净初级生产力时空变化特征研究

运用GIS和RS技术,利用植被、气候和辐射等地面空间数据,基于CASA模型估算2001-2010年之间皖江城市带植被净初级生产力(NPP),并分析其时空变化特征.结果表明:10年之间皖江城市带植被净初级生产力呈减少趋势,其中NPPMAX年均减少速度5.3gC/m2·a,NPPMEAN年均减少率0.513%;10年NPPMAX均值为805.09gC/m2·a,NPPMEAN均值为463.26gC/m2·a;净初级生产力年累计量变化幅度较大,约在30.052-43.483TgC/a之间;年际变化十分明显,最大值出现在2008年,为43.483TgC,最小值在2006年,为30.052TgC,年均减少率0.51%.植被净初级生产力空间格局表现出较大的不均匀性,整体分布状况是以长江为界,长江以南植被净初级生产力较大,但有逐渐变小趋势;长江以北植被净初级生产力较小,却表现出逐渐增加的趋势.     

黄土高原植被净初级生产力动态变化研究

植被是陆地生态系统的一个重要组成区域,在区域气候变动和全球碳循环变化中有着重要的角色,而净初级生产力（NPP）是生态系统中进行物质与能量循环所必需的条件,植被净初级生产力的研究已成为生态系统生态学的重要研究领域。本研究采用MOD17A3的数据,运用趋势线性分析的方法、线性回归法,对中国黄土高原地区2000—2015年的陆地植被NPP时空格局和变化情况进行了研究,并研究了影响NPP变化的主要因素,结果显示：中国黄土高原地区植被NPP值在2000—2015年期间变化比较大,总体上呈增加趋势;因受气候变化、人类活动以及地形等因素影响,中国黄土高原陆地植被NPP在不同地区上表现出极为明显的差异,大体上表现出由西至东、由北至南逐渐递增的趋势;2000—2015年来我国黄土高原多数地区的年均植被净生产力与年平均气温、年平均降水量之间均呈现正相关,对植被NPP的影响为正效应。此项研究对我国黄土高原地区生态系统建设的可持续发展具有一定的理论指导意义。     

基于地理加权回归模型和不同植被特征参数的TRMM 3B43降尺度研究——以云南省为例

为了将空间分辨率约为27 km×27 km的热带降水测量计划卫星(TRMM) 3B43数据降尺度为1 km×1 km,并对比不同植被参数下TRMM 3B43降尺度效果,以云南省为研究区, TRMM 3B43卫星降水数据、MOD13 A3归一化植被指数(NDVI)和增强型植被指数（EVI)数据、MOD17A2H GPP数据、气象站点月降水数据等为数据源,基于地理加权回归模型,开展不同植被特征参数的TRMM3B43降水数据降尺度研究,采用线性相关系数、偏离率和均方根误差验证云南省整体、不同气候区及单气象站点TRMM数据的降尺度精度.结果表明,不同植被特征参数中,以植被总初级生产力、NDVI数据为基础的降尺度结果为佳,利用EVI进行降尺度的结果较差;各时间尺度下,以月尺度的降水数据降尺度结果最佳,其中降雨量较多的月份相关性更高,其次为季节尺度,其中以秋季降尺度最佳,年尺度下的降尺度综合精度评价结果较差;不同气候带下,边缘热带区域内TRMM降尺度效果最佳,其次为南亚热带和中亚热带,高原气候区TRMM降尺度结果稍差;单气象站点中,江城、丽江等站点处的TRMM降尺度效果最佳,贡山站点降尺度效果最差...     

空间视角下人类活动强度对甘肃省净初级生产力的影响

通过交通要素、居民点要素和数字高程模型计算人类活动强度,并利用改进的光能利用率概念模型估算了甘肃省净初级生产力.研究了人类活动强度和净初级生产力之间关系的内在原因,探讨了人类活动强度对净初级生产力的影响.研究表明:甘肃省的人类活动强度平均值为0.31,整体表现不强,但区域分布差异明显,中间强外围弱,东南强西北弱;对于不同生态区,人类活动强度在农业生态区中最大,而在荒漠生态区中最小;以县级行政中心为视角,人类活动强度在瓜州县、金塔县和肃南裕固族自治县周围对净初级生产力起正作用,但在永昌县、靖远县、通渭县和文县对净初级生产力起负作用;以不同生态区为视角,人类活动强度和净初级生产力之间的关系,在森林生态区最显著,在草原生态区比较稳定,在农业生态区增加和减少交错分布,在荒漠生态区变化的区域极不均匀.本研究从不同视角解析人类活动对生态环境变化的作用,为更好地改善不同生态区生态环境提供一定的对策与建议.     

干旱对云南省植被净初级生产力的影响研究

基于CASA模型估算云南省1982—2019年植被净初级生产力(NPP),分析其时空变化特征,并结合标准降水蒸散指数SPEI,探讨不同时间尺度干旱与NPP的关系.结果表明,随着SPEI积累程度增加,干旱频率大于30%的面积比例也在增加;遭受大规模干旱的年份,植被NPP相对较低,年均NPP与干旱影响范围整体上呈负相关关系,主要集中在滇中高原地区;当干旱面积比例从小于30%上升至30%～40%、40%～50%、50%以上时,NPP分别下降3.3%、4.5%、8.7%;12个月尺度的长期干旱对植被NPP的影响大于中短期干旱;整体上植被NPP对干旱的敏感期出现在5月份和10月份.但是,不同植被类型对干旱的敏感性响应存在差异,热带森林在6月份对于3个月尺度干旱最为敏感;在8月份对于12个月尺度干旱最为敏感,灌丛、草地、农业植被对3个月尺度干旱最为敏感,高山植被对6个月尺度干旱最为敏感.     

结合冠层密度的森林净初级生产力遥感估测

【目的】 森林冠层密度与林分年龄、植被生长状况有关,在区域森林净初级生产力遥感估测中,结合森林冠层密度以期提高估测精度。【方法】 以广东省韶关市为研究对象,选用2017年Landsat-8 OLI影像、2017年357块森林资源连续清查固定样地数据为主要信息源,分别采用随机森林、多元线性回归、人工神经网络和K最近邻分类法等4种模型,结合森林冠层密度制图器(FCD)进行区域森林净初级生产力特征变量的选取、参数建模、模型精度评价和森林净初级生产力空间制图。【结果】 特征变量中,红光波段(B4)、归一化植被指数(NDVI)、比值植被指数(RVI)、叶面积指数(LAI)、缨帽变换土壤植被因子、纹理特征和地形特征在森林净初级生产力反演中有重要作用。将森林冠层密度因子加入反演模型后,4种遥感估测模型精度均有大幅度提高。对4种遥感估测模型进行性能比较,随机森林模型精度最高,其次是多元线性回归模型、人工神经网络模型,K-最近邻分类模型精度最低。研究区内森林净初级生产力平均值为10.689 t/(hm²·a),高森林净初级生产力 [≥18 t/(hm²·a)]林分面积仅占研究区的19.61%,主要分布在海拔较高的西北部。【结论】 结合冠层密度进行森林净初级生产力的建模,可有效提高模型估测精度。     

基于RIA技术的中国植被净初级生产力在线估算与查询系统设计

基于富互联网应用(RIA)方法,利用C#语言和IDL语言混合编程技术,将全国MODIS NDVI遥感产品数据、气象和植被等数据作为模型输入参数,设计并开发出基于RIA技术的中国植被净初级生产力在线估算与查询系统。该系统可以实现中国植被净初级生产力在线查询、影像在线估算、统计、专题图制作、出图以及用户管理等多项功能,可满足用户对我国植被净初级生产力估算、查询等的需求。     

空间异质性视角下常规公交客流影响因素

常规公交出行是城市客运体系重要的组成部分,其出行强度明显受城市建成环境的影响作用。以往建模方法未考虑影响因素之间的多尺度空间异质性问题,研究结果均存在一定局限性。以青岛市主城区为研究对象,首先基于公交GPS与IC卡数据提取常规公交客流为研究的因变量,并通过网络地图开放平台获取14个指标作为自变量;其次,通过探索性空间数据分析探究303个研究单元的常规公交客流空间演化特征;最后,分别构建地理加权回归与多尺度地理加权回归模型量化分析建成环境变量对常规公交客流影响的空间异质性。研究结果表明：与地理加权回归模型相比,多尺度地理加权回归模型的对回归结果的解释性更强;学校密度、医院密度、公交线路密度和停车场密度正向影响早晚高峰公交客流量,购物密度、土地利用混合度、距公交站点距离对早晚高峰的常规公交客流均有显著负向影响;公交线路密度、学校密度具有明显的空间异质性,对常规公交客流的影响程度整体上呈现由南向北扩散性递减的趋势。     

基于InVEST&GEO-detectors模型的会仙湿地生境质量变化及影响因素研究

喀斯特湿地是广泛分布在喀斯特地区的一种特殊的湿地类型，其生态地位举足轻重，探索喀斯特湿地生境质量变化的影响因素对喀斯特地区生态建设具有重要的意义。本文基于会仙湿地保护区2000和2020年的土地利用数据，通过InVEST模型评估会仙湿地保护区的生境质量，利用地理探测器探测影响会仙湿地保护区生境质量变化的自然和人为因素。研究结果表明：1)研究区2000至2020年建设用地明显扩张，草地和水体显著减少；2)会仙湿地保护区生境质量总体呈现下降的趋势，生境退化度有所上升，生境质量较差的区域主要集中在研究区的北部、中部和东北部；3)地理探测器识别出会仙湿地保护区生境质量空间变化受自然和人为因子的综合作用，主导影响因子是GDP(q为0.135),其次为夜间灯光指数(DMSP)(q为0.053);交互作用探测结果表明，各因子对生境质量影响呈现出双因子增强效果。研究结果有助于揭示会仙湿地保护区生境质量的时空演变过程，可针对会仙湿地生态建设的问题提出可行的应对策略。     

黑龙江北部边境样带土地利用时空变化特征及其驱动因素

选取黑龙江省北部边境24个县市为样带,基于1995、2015年2期土地利用/覆被数据,利用空间分析、多元线性回归和地理探测器等方法,从时空耦合角度对样带的土地利用变化的时空特征进行分析,并以林地-耕地转换为例,探索土地利用变化的驱动因素．结果表明:1)1995—2015年,样带以耕地面积增长、林地和未利用地面积减少为土地利用/土地覆被变化的主要特征．研究区中的大兴安岭区、小兴安岭区、三江平原区耕地面积的增加速度逐渐加快,相应林地和未利用地面积减少的速度逐渐加快．林地-耕地类型的转移是研究区土地利用变化的主要类型,空间上集中分布在三江平原和小兴安岭北部的农林交错区;2)相对于自然资源因素,社会经济因素对农林交错区的林地-耕地转移的影响更大,主要受人口增长、产量增收和经济效益提高的影响;3)根据不同区域林耕转换的主导因素与驱动机制差异,将林地-耕地转移的典型县市划分为人口主导型、产量主导型和经济效益主导型3种地域类型．      

太湖湿地植被时空变化特征及其驱动机制

基于1980—2019年Landsat长时间序列遥感影像，结合近40 a的水文和气象数据，综合最大似然、空间质心模型、小波连续变换等方法，分析了太湖水生植被时空变化特征及水位周期变化的影响．结果表明:1）近40 a来太湖水生植被总面积呈现出先减少、后大幅增加、又小幅减少的趋势，动态相对指标为217.50%．沉水植物在总植被面积中占比最大，并在2014年达到峰值340.59 km2；浮水植物面积波动较明显，波动范围为1.32%~19.74%；2014年挺水植物面积达到最低值，为13.35 km2，面积整体上呈下降趋势．2）1980—2019年，太湖水生植被群落空间分布向湖区西北部偏移，挺水植物、浮水植物、沉水植物空间质心整体向湖区西北方向分别移动11.45、25.19、7.01 km，偏移方向分别为北偏西39.74°、6.32°、69.88°．3）近40 a来太湖年均水位呈上升趋势，水位变化的主周期为28 a，经历2次丰枯转换，今后将逐渐进入丰水期；年降雨量、年均温、年日照时间也发生了一定的波动．4）太湖水位周期变化对于水生植被影响较为明显，沉水植物面积与年均水位有显著的正相关性，气象因子与植被面积变化相关性较弱，但是风向对于水生植被迁移影响较大，除此之外人类活动也是影响太湖水生植被时空分布的重要因素．研究结果可为湖泊湿地生态系统、水生植被时空动态及其驱动机制研究提供一定的理论和方法参考，对于太湖湿地生态恢复提供一定的决策支持．      

重点生态功能区净碳汇时空格局研究

重点生态功能区是我国生态固碳的主要区域，在“双碳”目标下研究区域净碳汇时空格局具有重要意义。本研究基于县域空间单元，利用土地利用数据和中国碳核算数据库，对重点生态功能区选取的751个区县的碳汇、碳排放以及净碳汇的时空格局进行了分析，主要得出以下结论：（1）重点生态功能区碳汇量占比超过全国一半以上，在我国生态固碳中的地位显著而突出，且区域碳汇量表现出明显的集聚特征，东北森林带、藏西北、藏东南等地年固碳水平较高，而东南部沿海、黄土高原、华北平原等地固碳水平较低。（2）2000年以来重点生态功能区碳排放量在内蒙古、黄土高原、新疆部分地区以及中东部沿海城市群集聚，排放量也呈现增加的趋势。（3）重点生态功能区碳收支平衡压力相对最小，大兴安岭地区和青藏高原为明显的连片净碳汇区，然而大部分三北地带净碳汇为负值。在双碳目标下，一方面需要强化排放侧管理，另一方面需要加强生态固碳能力建设。     

基于MODIS数据的2001-2018年黑龙江省林火时空分布

[目的]黑龙江省是中国重要的林业省份之一,也是受林火危害最严重的地区之一.通过遥感数据获取森林火点信息,充分了解近年来黑龙江省林火发生的时空分布格局,探索林火发生规律.[方法]根据黑龙江省2001—2018年MODIS(分辨率成像光谱仪)遥感图像的MCD64A1火烧迹地产品数据集,提取林火火点信息,结合历史火灾记录资料...     

京津冀生态系统质量空间特征及生态红线建议

在对京津冀地区生态质量现状进行评价的基础上,利用GIS(地理信息系统)的空间分析功能,根据研究区的资源环境现状和自然资本承载力与区域经济社会发展的关系特征,在计算各区域生态质量分级的基础上,分别对其生态质量的时空特征,初级净生产力,森林植被覆盖变化等方面进行评价,结果显示:近年来京津冀生态系统质量有明显提升.京津冀区域28%的森林生态系统质量有改善,3%左右的森林生态系统质量存在下降趋势.2010-2015年,京津冀城市群净初级生产力呈现出较小波动变化趋势.相较于2000-2010年,京津冀城市群森林生态系统植被覆盖度的变化,只有高植被覆盖度区域呈现出增加的趋势.     

基于TVDI的横断山区干旱时空演变特征及影响因子研究

以横断山区为研究区,通过对比2001—2019年基于 MODIS获取增强型植被指数（EVI）和归一化差分植被指数（NDVI）反演的温度植被干旱指数（TVDI_N、TVDI_E）及潜在蒸散量（PET）和实际蒸散量（ET）反演的作物缺水指数（CWSI）,与土壤含水量进行相关性分析,选择适用于横断山区干旱监测指标,采用Mann-Kendall 检验等统计方法研究干旱的时空变化特征,并分析干旱在不同土地类型、海拔和气象要素影响下的空间演变特征．研究结果表明:1）基于EVI反演的TVDI_E与土壤含水量相关性最高,更适合于监测横断山区的干旱情况．2）TVDI_E监测结果表明横断山区近19 年来干旱变化情况整体呈下降趋势,空间分布呈现南高北低的变化趋势,严重干旱主要集中分布在攀枝花市附近及湿热地带;北部则集中于三江流域（澜沧江、怒江、金沙江）附近及红原草原地区;干旱程度最严重的阶段是夏季,由春季逐渐向夏季过渡期阶段干旱面积明显增加．3）随海拔的增加,耕地分布多集中于海拔<3 000 m的地区,林地分布海拔为1 000~5 000 m的地区,草地主要生长于海拔>5 000 m的地区;19年来耕地、林地和草地中TVDI_E总体呈减弱趋势,但处在高原过渡带及干热河谷周围的植被的干旱呈增加趋势．在生长季缺水期时,南部地区的植被、高原过渡带林地和北部高原的草地受干旱影响严重．4）TVDI_E与日照时间的正相关性最高,与相对湿度的负相关性最高．气象因子对春初和秋末的TVDI_E复合作用最强,大部分区域呈现显著正相关．      

黑龙江省气象因子插值优化及与落叶松NPP相关性分析

【目的】通过比较不同插值方法模拟黑龙江省气象因子,利用最佳插值结果,探寻落叶松样地气象因子与森林植被净初级生产力(NPP)的关系,为黑龙江省落叶松林的生产经营和管理提供科学参考。【方法】以黑龙江省2010年生长季(5—9月)气象因子(日平均气温、日降水量)及1 521块落叶松林固定样地数据为数据源,分别使用反距离加权(IDW)、普通克里金(OK)、多元线性回归(MLR)和混合插值法(包括回归反距离加权(RIDW)和回归克里金(RK))5种插值方法对生长季月均气温和月均降水量进行插值及比较,以最佳插值方法得到黑龙江省2010年生长季月均气温和月均降水量空间分布。根据东北地区树种生物量异速模型估算落叶松样地单位面积森林地上生物量(AGB)和净初级生产力,并与样地气象因子进行相关性分析。【结果】5种插值方法中RK的生长季月均气温和月均降水量均方根误差(RMSE)分别为0.420和10.110,均优于其他插值方法。生长季月均气温由南至北降低的同时落叶松NPP随之降低,月均降水量自西向东增大,落叶松NPP随之升高。生长季月均气温、月均降水与NPP的Pearson相关系数分别为0.221和0.241,二者P值都小于0.01,呈极显著相关。【结论】考虑地形因子和多元回归模型结果残差的RK方法可以更好地模拟黑龙江省生长季月均气温和月均降水量。生长季落叶松NPP在经、纬度方向上分布趋势与气温、降水量相同,且落叶松NPP与生长季月均气温和月均降水量均有一定相关性,其中与降水量相关性更为明显。     

经济发展预期下的粮食产量与生态效益权衡

研究了在一定经济发展预期下的粮食产量与生态效益的权衡问题．以黑龙江省为试点,对黑龙江省的土地利用进行了优化配置,得到不同发展模拟情景下的2035年土地利用状况预测．研究结果以期对黑龙江省的国土空间规划编制提供科学参考．同时,研究方法也可应用于其他省、自治区、直辖市的土地利用决策支持．      

长江流域森林NPP模拟及其对气候变化的响应

【目的】利用LPJ模型(Lund-Potsdam-Jena model)估算长江流域森林净初级生产力(net primary productivity, NPP),研究长江流域森林NPP时空动态变化及其与气候因素的关系,为长江流域及其他地区的植被监测与生态建设提供依据。【方法】基于LPJ模型模拟的NPP数据及气象资料,对长江流域1982—2013年森林NPP的空间分布和时空动态变化趋势进行分析,采用线性回归分析法分别以时间为自变量和NPP为因变量进行趋势检验,利用相关性分析法分析长江流域森林NPP与气象因子之间的关系。【结果】①长江流域1982—2013年森林年均NPP值为530.41 g/(m²·a),最高值出现在2002年,森林NPP值为578.55 g/(m²·a);最低值出现在1989年,森林NPP值为491.24 g/(m²·a)。②长江流域森林NPP的空间分布由东南沿海向西北逐渐减小,长江中下游森林NPP高于长江上游,森林NPP空间分布格局与水热条件分布格局相一致,长江流域东南部水热条件良好,能够满足植被生长和发展的需要,植被生产力比较高;西北部由于水热条件比较差,不利于植被生长,生产力低下。③长江流域大部分地区森林NPP与气温和降水为正相关关系,森林NPP与气温呈显著正相关,气温与森林NPP之间的相关性强于降水与森林NPP之间的相关性。【结论】长江流域森林NPP呈自东南向西北减少的趋势,且随时间呈波动上升趋势;气候对森林NPP具有显著影响,气温是影响森林NPP的主导因素。     

对流解析区域气候模式对青藏高原降水模拟能力的研究

以中国科学院区域气候-环境重点实验室研制的区域环境集成系统模式(RIEMS 2.0)为基础,采用中国科学院资源与环境数据中心提供的植被类型数据和北京师范大学提供的中国土壤质地数据,以及美国地质调查局提供的月植被覆盖度资料,进行模式本地化,从而建成了青藏高原对流解析区域气候模式．利用该模式对青藏高原进行了2001—2018年连续积分模拟,重点考察了区域气候模式在水平分辨率为9 km条件下对青藏高原降水模拟能力,结果表明:1）模式能够较好地模拟年、雨季降水的空间分布特征以及不同区域降水年变化,同时,模式模拟降水较观测偏多,偏差为13.01%~39.95%;区域气候模式模拟青藏高原降水较国际耦合模式“比较计划第六阶段（CMIP6）”45个全球模式模拟试验结果的年降水空间分布和强度有明显提高,并且更加接近观测值．2）模式能够较好地模拟出年降水时间和4个不同等级降水事件空间分布,特别是5~10、10~20、>20 mm这3个不同等级降水时间接近观测值．3）模式能够较好地模拟出青藏高原不同区域候平均降水随时间演变,降水强度除半干旱藏南地区较观测明显偏多外,对其他地区模式模拟的降水都非常接近观测值,同时与观测值之间相关系数为0.901~0.981,都通过99%置信度检验,与观测值之间的均方根误差为0.37~0.99 mm·d?1,其中对于极度干旱的柴达木地区候平均降水也能够较好地模拟出来,相关系数达到0.919;对青藏高原西南的南羌塘地区模拟最好,相关系数达到0.981．4）该研究表明采用青藏高原对流解析区域气候模式进行动力降尺度后,解决青藏高原等地区缺乏长时间序列高时空分辨率的气象数据集的瓶颈问题,为青藏高原气候和环境未来变化、生态安全屏障建设等提供坚实可靠的科学数据基础．