模拟浙江东部沿海城市土地利用变化(LUCC)引起的生态系统服务价值(ESV)变化,对区域可持续发展和生态安全具有重要意义.本研究以浙江东南沿海城市为研究区,选取2000-2020年3期土地利用及政府统计年鉴为基础数据,分析期间LUCC对ESV的影响,利用PLUS模型模拟2030年自然发展、生态保护和城镇发展情景下LUCC,基于格网尺度分析ESV的空间分布和集聚程度,并明晰ESV的敏感性特征.结果表明:2000-2020年,研究区建设用地面积呈显著增加趋势,而林地、耕地和水域面积明显减少,导致ESV呈持续下降趋势,减幅达160x108元.2030年自然发展、生态保护和城镇发展情景下,建设用地分别增加93624、54927和111966 hm2,东部平原地区将成为建设用地扩张的集聚区;3种情景下的ESV分别为1693×108、1729×108和1688x108元,均低于2020年ESV,生态保护情景下ESV下降速度放缓.研究区ESV呈现西高东低的空间分布特征,热点和冷点分布范围较大且集聚性较强,热点区域主要集中在西部,冷点区域主要分布在东部和北部.

目前针对土地利用/覆被变化(LUCC)导致产汇流等水文过程(直接水文效应)变化的研究较多,而对于LUCC导致区域气候变化引起的径流变化(间接水文效应)研究却鲜有报道.采用天气预报模式(Weather Research and Forecasting Model,WRF模式)和弹性系数等方法研究了沂河流域1990-2010年LUCC产生的间接水文效应.结果表明:WRF模式对研究区气温具有较好的模拟能力,模拟值与实测值的相关系数较高(0.86-0.97,P＜0.001);虽然模式对降水的模拟精度低于气温,但模拟值与实测值之间的相关系数(0.41-0.91)均达到了P＜0.05显著性水平.近20年来,研究区LUCC主要是从旱地向建设用地(747.3km2)和裸地(132.4km2)转化的过程.LUCC引起2013年1月和10月气温增加了0.2℃,导致7月气温减小了0.2℃,而4月气温基本稳定.LUCC对1月、4月和10月降水变化的影响很弱,而对7月降水变化影响较大,表现在使其减少了23.7mm.弹性分析表明,1960-2013年,流域年均降水和气温变化1％,将引起年径流量分别变化2.4％和1.8％.1990-2010年,LUCC引起2013年沂河流域降水和气温变化使得径流量分别改变了18.4％和1.7％.

土地利用/覆盖变化(LUCC)是人类活动行为与自然生态系统相互作用最为直接的表现形式.近年来由于人类活动的日益加剧使区域生态环境发生了剧烈变化,中国北方农牧交错带作为人类活动的强烈影响区和生态环境敏感区,是土地利用/覆盖变化研究的“热点区域”.本综述基于众多学者对于北方农牧交错带LUCC的研究成果,梳理了关于北方农牧交错带范围界定的进展,总结了当前有关本地区LUCC的研究手段、研究内容以及环境效应与应对措施等方面的最新进展,最后指出了本地区LUCC研究中存在的综合性模拟研究较少、生态环境效应不足等问题,并提出了未来研究中应多手段、多学科、多尺度研究的发展方向.

采用MODIS归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)和地表温度(Land Surface Temperature,LST)产品数据分析新疆2000-2015年生长季3阶段NDVI与LST的时空变化特征及相关关系;利用多元线性回归方法分析不同时期影响NDVI-LST相关关系的气象因子;并按不同土地覆盖与土地利用(Land-Use and Land-Cover Change,LUCC)类型分析NDVI-LST相关关系时空变化特征.结果表明:(1)生长季3时期LST与NDVI均存在显著相关关系,可利用两者的特殊关系进行干旱评估.(2)不同时期气象因子对NDVI-LST相关关系影响程度不一;并且不同LUCC类型的NDVI-LST相关关系也存在明显差异.(3)在生长季中期利用植被健康指数(Vegetation Health Index,VHI)对新疆大部分地区的植被健康和干旱进行监测是可行有效的,而初期与末期的干旱评估需要利用其他干旱指数进行补充研究.

以土地利用为主的陆域开发活动能改变近海环境质量,并影响和改变原有海岸带生态系统服务功能的供给模式,对海岸带生态安全产生一定的负面影响.目前在海岸带生态系统研究领域较多采用陆地生态系统研究模式,未能真正体现海岸带作为海陆结合的独立的环境体系的特点,并缺乏对陆域活动驱动与生态系统服务功能响应和生态安全实现之间复杂关系的科学解释.本研究基于海岸带生态系统服务的空间异质性和流动性特点,以“土地利用变化(LUCC)-生态系统服务(ES)-生态系统安全”为研究主线,构建海岸带生态安全评价模型,探讨以土地覆被变化为主的陆域活动对海岸带生态系统服务功能和区域生态安全的影响机理及其时空变异规律.从模型的评价结果上看,作为生态安全系统中主要压力表征的胶州湾陆域土地利用变化,与相应海域内的生态系统服务状况和生态安全状态呈现出一定的相关性和趋势性.随着环胶州湾地区城市化进程中大量用地流转为城乡建设用地,胶州湾中相应海域的生态系统服务状态下降,进而带来该海域生态安全状态恶化.本文所提出的基于压力-状态-响应(PSR)框架的海陆结合的生态安全评价模型,以探讨陆域活动对海岸带生态系统服务功能和区域生态安全的影响及其时空变异规律为目的,可以克服目前研究中只关注陆域部分而忽视陆域活动与海域部分之间的联系和相互影响的缺陷,对海岸带生态安全评价研究具有一定的改进作用.

运用SWAT模型,通过设置不同情景,定量分析了澜沧江流域土地利用与土地覆被变化(Land Use and Land Cover Change,LUCC)和气候变化对径流的影响,并结合RCP4.5、RCP8.5两种排放情景对流域未来径流的变化进行预估.结果 表明:SWAT模型在澜沧江流域径流模拟中具有很好的适用性,率定期和验证期的模型参数R2分别达到0.80、0.74,Ens分别达到0.80、0.73;从土地利用变化方面考虑,流域内的农业用地转化为林地或草地,均会导致径流量的减少,而林地转化为草地则会引起径流量的增加,农业用地、林地、草地三者对径流增加贡献顺序为农业用地＞草地＞林地,从气候变化方面考虑,流域内的径流量与降雨量成正比,与气温成反比;2006-2015年间澜沧江流域气候变化引起的月均径流减少幅度强于LUCC引起的月均径流增加幅度,径流变化由气候变化主导;在RCP4.5和RCP8.5两种排放情景下,2021-2050年间澜沧江流域的径流均呈增加趋势,这与1971-2015年间流域实测径流的变化趋势相反.

针对年际间的土地覆被变化的空间分异特性及驱动机理解析问题,采用Python和R语言构建了土地覆盖变化的时空动态概率模型和驱动力综合分析模型,实现了21世纪以来“新亚欧大陆桥经济走廊(NECBEC)”土地覆盖时空动态变化特征及驱动机理的定量分析.研究结果表明,在2001-2017年间,NECBEC的土地覆盖变化总体呈现出三增(草地、耕地和建设用地分别增加11457万hm2、841万hm2和396万hm2)和三减(林地、水域和湿地、和未利用地分别减少7409万hm2、4659万hm2和626万hm2)趋势.其中,未利用地和林地主要转换为草地,而草地则主要转为林地和耕地.建设用地年际增加幅度最大,其新增面积中耕地贡献达到50％.另外,自2013年“一带一路”倡议启动以来,NECBEC区域的各种土地覆盖类型之间的相互转换幅度呈现明显增加趋势,而NECBEC沿线国家之间的社会经济发展综合水平集聚性总体上呈减弱趋势,其中综合得分高高聚集区和低低聚集区分别集中在西欧和中亚北部.NECBEC区域的社会经济发展对耕地和建设用地的时空差异性尤为显著.土地覆盖类型在面积变化量和变化速率上,均具有明显的时空分异性.不同的经济发展综合水平对LUCC的类型演替、格局变化和驱动效应不同.

天山北坡生态系统脆弱,易受干旱影响,全球变暖和不合理的人类活动加剧了干旱的影响,评估植被覆盖对干旱的响应,为改善生态环境和减轻干旱影响提供科学参考.基于MODIS-NDVI遥感数据以及气象数据,计算了2001-2015年天山北坡多尺度标准化降水蒸散发指数(SPEI)和植被覆盖度,总结出植被覆盖度与多尺度SPEI时空动态变化规律,从土地利用/土地覆盖(LUCC)的角度分析了植被覆盖度对气候干旱的响应.结果 表明:(1)天山北坡绝大部分区域呈湿润状态,中部(石河子、呼图壁)、西北部(克拉玛依市)呈轻度干旱.3个月、6个月、12个月时间尺度SPEI均表现出干旱化增强的年际变化趋势;(2)天山北坡植被覆盖度整体上属中低覆盖,总体呈南高北低,天山山区、城市绿洲内部高的分布特点.2001-2015年天山北坡植被覆盖度变化总体呈下降趋势;(3)年尺度天山北坡植被覆盖度与SPEI整体呈正相关关系.不同土地利用/土地覆盖的植被覆盖度与12个月时间尺度SPEI(SPEI 12)的相关性不同,大小依次为:草地＞未利用地＞城乡用地＞林地＞水域＞耕地;(4)季节尺度夏季和春季干旱对植被覆盖度的影响最明显,不同季节干旱对不同土地利用/土地覆盖植被覆盖度影响程度不同.

地学信息图谱分析可利用图形语言将复杂的地理现象进行简洁的表达,对开展多时空尺度土地利用变化空间格局与时间过程的集成研究具有重要意义.本研究以新疆玛纳斯河流域为例,基于7期遥感数据(1975、1990、1995、2000、2005、2010和2015年)构建土地利用/覆被变化(LUCC)图谱体系,定量分析流域LUCC过程及趋势.结果表明:1975-2015年,流域土地利用变化幅度逐渐减弱,土地利用结构由复杂趋向单一,后期趋于稳定.1975-1990年,流域内草地涨势最强,主要来源于未利用土地的转入.1990---2015年,耕地增幅最大,主要由未利用土地、林草地转换而来.土地利用变化模式图谱显示,前期变化型、后期变化型及持续变化型仅占流域面积的1.3％,图谱单元总体变化以未利用土地转向耕地、草地和水域占主导,土地利用变化过程较为稳定.土地利用变化频率图谱的稳定不变区域覆盖流域面积的61.2％,土地利用空间格局相对稳定.土地利用转变最频繁的方式为耕地的持续扩张,以沙湾县柳毛湾镇和玛纳斯县六户地镇为左右中心,呈“摊饼式”向两侧扩张,延伸至古尔班通古特沙漠.通过构建土地利用时空变化图谱,丰富了LUCC时空分析方法体系,为今后开展多时空尺度下的LUCC研究提供了有效手段.

植被净初级生产力(NPP)作为陆地生态过程的关键参数,不仅用以估算地球支持能力和评价陆地生态系统的可持续发展,也是全球碳循环的重要组成部分和关键环节.基于2000-2014年MOD17A3年均NPP数据和气象站点气温、降水资料,采用简单差值、趋势分析、相关性分析和Hurst指数等方法,分析了青海省NPP的时空变化特征及其与气候因子的关系.结果 表明:①青海省植被年均NPP在2000-2014年间整体分布呈现由南到北、由东到西递减的趋势,各生态区的空间存在显著差异,表现为Ⅱ区＞Ⅰ区＞Ⅲ区＞Ⅳ区＞V区.②2000-2014年,青海省NPP变化趋势由北到南、由西到东呈现逐渐增加趋势,平均趋势系数为0.61,NPP值增加的区域占总面积的15％,其中显著增加区域为2.8％,轻度增加区域为12.2％.③青海省NPP值的Hurst的值域范围为0-0.39,均值为0.12,除了河流湖泊,建筑用地和未利用土地,青海省NPP变化特征为反持续性特征.④气候因子(年平均降水量和年均气温)对年均NPP的分布有影响,海拔的高低造成气温、降水和土壤的差异,间接影响植被NPP,15年土地利用/覆被变化(LUCC)表现为草地面积减少最多,这是导致NPP减少的主要原因.