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.

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.

黄河流域在中国社会经济发展和生态安全方面的地位十分重要,过去几十年的自然演变和人类活动对其造成了深远影响,系统科学地认识黄河流域的环境格局变化是实现黄河流域高质量发展的重要前提.基于Google Earth Engine平台和复杂网络分析方法,解译并分析了 1986年至2018年黄河流域的连续年度土地利用/覆被变化(LUCC).基于1000个独立验证点进行的评估显示解译的覆盖黄河流域33年的年度土地利用/覆被数据集的7个一级类的总体准确率为82.6％,15个二级类的总体准确率为74.7％.分析结果显示黄河流域的土地系统在整个研究期间呈现出复杂的时空变化,主要的LUCC模式包括:不变或很小的变化、伴随耕地流失的城市扩张、草地恢复、果园和梯田扩张和森林增加.基于复杂网络方法对黄河流域土地系统的分析表明,土地利用/覆被转移网络中的高覆盖草地、低植被覆盖地表和落叶常绿混交林与其他地类的转移较频繁,地类节点的中介中心性和度值较高,是黄河流域土地系统中的关键地类.另外与人类活动关系密切的果园和梯田、谷物耕地和城市及建设用地节点组成了较为活跃的网络社区结构,它们都有较高的结构多样性、接近中心性,这些地类之间的转移是土地系统中重要的地类转移类型.时间序列的转移网络分析表明黄河流域的土地系统在1993-1998年、2001-2007年、2011-2014年存在三个不稳定时期,这三个不稳定时期的出现可能分别由大量的农业土地开发、退耕还林还草工程和果园梯田的大量增加导致.对黄河流域的长时间土地利用/覆被动态的系统性分析提供了关于环境政策和社会经济活动对土地系统造成何种影响的见解,表明黄河流域正朝着实现农民生计安全,区域经济增长和生态环境保护的可持续发展的目标迈进,并为LUCC研究提供了新的数据处理方式和新的系统科学视角,有助于实现区域的高质量可持续发展和理解人与自然系统之间的相互作用关系.

人类活动引起的土地利用/覆被变化(Land Use/Cover Change,LUCC)和景观格局的改变会对生态系统服务价值(Ecosystem Service Value,ESV)产生影响,但大多数对LUCC的分析方法都缺乏对各土地利用类型内部转换过程的深入信息挖掘.因此,利用强度分析模型在由浅入深的三个层次(时间间隔、地物类型、转换)上系统地,定量地分析新疆伊犁河流域1980-2015年土地利用变化强度时空分布的动态特征,同时对流域景观格局的演变和生态系统服务价值进行评估研究,探讨ESV对土地利用变化强度的响应特征.结果表明:(1)伊犁河流域土地利用强度呈现先增强后减弱的变化趋势(2)在1980-2015年期间,流域内景观格局斑块聚集性减弱、破碎化加剧、景观多样性增加、各地类景观均衡化发展,生态系统服务总价值增加了0.49亿元,其中水域和林地占流域总生态系统服务价值的47.94％.(3)伊犁河流域优势景观斑块面积的增加、形状多样化、各斑块聚集化发展会促使流域生态系统服务价值的增加,土地利用变化强度与ESV存在明显的正相关关系.通过系统地分析多个层次下的土地利用景观变化,以及生态系统服务价值对其的响应关系,可以对流域的生态发展科学决策提供数据基础和工作参考.