西宁市30多年来土地利用/土地覆被变化及城市扩展研究

基于Landsat MSS/TM/ETM＋卫星遥感影像,结合地形图、人口、社会和经济统计数据作为辅助数据,采用土地利用动态度、转移矩阵和城市扩展强度指数等方法,研究西宁市1977-2007年土地利用/土地覆被变化及城市扩展过程,以及两者的驱动机制。结果表明：①1977-2007年,耕地和林地是西宁市面积变化最大的2种土...     

新疆地区近15年来土地利用时空变化及驱动力分析

以20世纪80年代末新疆土地利用数据库及2000年、2005年两期新疆遥感影像为信息源,结合土地利用变化数量和空间分析模型及马尔科夫过程,分析新疆近15年来的土地利用变化强度及各地类间的转移变化状况,揭示该区域土地利用的时空变化特征和规律.最后采用马尔科夫过程预测各土地利用类型的变化趋势,并对土地变化的驱动力进行分析.结果显示:耕地面积处于上升状态,其年变化幅度最大;林地面积总体呈减少趋势且减少部分主要被开发为耕地;草地面积总体呈下降趋势.水域面积不断增加.工矿居民建设用地增加迅猛.由马尔科夫过程预测结果显示自2000年以后,草地、林地面积逐年增加,耕地面积呈下降趋势.人口增长,农业科技进步和农业结构调整,政策因素,社会经济发展等是驱动新疆土地利用变化的主要因素.     

基于SLEUTH模型的酒嘉一体化城市扩展预测

文中运用SLEUTH城市扩展模型,借助GIS、RS技术,以酒(泉)嘉(峪关)地区1990、1996、2006、2014年Landsat TM/ETM+影像作为研究区基础数据来源,对酒泉市、嘉峪关市的城市空间扩展进行模拟与预测。文中主要设置了四种情景模式:自然发展趋势方案、环境友好型发展方案、紧凑型城市发展方案、规划引导发展方案。结果表明:在自然发展趋势方案下,城市的空间扩展完全是无序的、不科学的;在环境友好型发展方案下,城市空间扩展比较有序,对生态环境的破坏较小,有效的保护了城市内部及周围的生态绿地和耕地;在紧凑型城市发展方案下,城市空间扩展主要以边缘增长和建成区内部的土地集约、节约利用为主;在规划引导发展方案下,城市的发展主要体现了政府的意愿,一定程度上保护了城市的生态环境,同时也使城市周边的大量优质农田遭到了破坏。     

基于FLUS模型的汾河流域生态空间多情景模拟预测

选取汾河流域为研究区,基于2015年、2018年土地利用类型数据,并采用EES模型筛选了对应基准年的20项驱动因子数据,利用FLUS模型,在验证模型精度有效性的基础上,模拟预测了2024年、2030年生产空间优先、生活空间优先、生态空间优先以及三生空间协调4种情景下汾河流域生态空间的时空演化特征及成因。结果表明:(1)2018—2030年汾河流域生态空间呈现两类演变趋势,在生态空间优先、三生空间协调情景下呈现线性增长,分别增长5.92%、5.13%;生产空间优先、生活空间优先情景下呈现线性下降,分别下降9.40%、2.20%;生产、生活、生态空间用地结构比例维持4:1:5。(2)时空格局上,生态空间位于流域边缘山区,生产、生活空间位于核心盆地,生态、生产、生活空间整体呈现依次嵌套的格局特征;生态空间核心区变化幅度较小,边缘区变化显著。(3)2024年、2030年三生空间协调情景、生态空间优先情景下生态空间的演变趋势近似,受流域自然-社会发展趋势及国家政策影响,未来可利用后备土地资源有限,流域生态空间变化较小但也存在胁迫隐患。基于此,本文建议严格遵循"三线"(永久基本农田保护红线、生态保护红线、城镇开发边界线)基本原则,合理规划三生空间后备土地资源,对生态空间边缘区(生态敏感区)积极治理保育,核心区限制开发,促进流域科学发展。     

内蒙古土地利用多情景模拟与碳储量预测分析

多情景发展下预测土地利用类型变化趋势以及评估区域各用地类型碳储量，为区域内协调发展起到一定指导作用。以内蒙古地区2010年、2020年土地利用数据为基础，利用PLUS模型以及InVEST模型结合16个影响土地利用类型驱动因子，预测2030年内蒙古地区自然发展情景、生态保护情景以及经济建设情景下土地利用类型以及碳储量。结果如下：1)内蒙古地区2000-2020年草地、林地、建设用地面积增长，未利用地面积减少。2)相比较2020年，2030年自然发展情景建设用地面积增幅10.59%。3)内蒙古地区2000年、2010年、2020年碳储量分别为9553.82×10⁶t、9718.86×10⁶t、9772.55×10⁶t。2030年生态保护情景碳储量最高，为9867.25×10⁶t。土地利用类型变化会导致碳储量的变化，需限定各类用地类型转化率，优化城市格局，维持区域内碳储量平衡，为完成碳中和目标提供保障。     

基于PLUS和InVEST模型的乌鲁木齐市碳储量时空演变与预测

土地利用变化对陆地生态系统的碳储量变化有着重要影响,研究不同发展情景下陆地生态系用碳储量变化情况,有利于优化空间布局,协调土地利用与生态环境保护的关系。本研究结合PLUS和InVEST模型,通过多种驱动因素数据分析了2000—2020年乌鲁木齐市土地利用的变化特征,以此预测模拟2030年自然发展情景、生态保护优先情景和耕地保护优先情景下土地碳储量。结果表明：(1)2000—2020年乌鲁木齐市林地、水域、建设面积、未利用地数量增加,耕地、草地面积减少。(2)2030年,自然发展情景延续了以往发展模式,建设用地面积增幅为18.29%。生态保护优先情景下,建设用地的扩张速度得到有效控制,增幅已经减缓,为4.73%。耕地保护优先情景下耕地面积比自然发展情景下多了171 km²,耕地保护效果显著。(3)2000—2020年,碳储量呈下降趋势,共计减少8.5×10⁶t。2030年自然发展情景下碳储量总量相较于2020年减少了4.065×10⁶t,生态保护优先情景下比自然增长情景高7.519×10⁵t,耕地保护...     

玛曲县土地利用变化分析与预测

基于玛曲县1975-2005年土地利用变更数据,从土地利用结构静态比较与土地利用程度动态变化两方面,定量分析玛曲县土地利用变化状况及主要驱动因子。研究表明:随着玛曲县经济发展、城市化程度的加快,林地、水域面积净减少,草地与建设用地面积净增加,土地利用结构信息熵值总体呈下降趋势,而优势度值总体呈上升趋势, 1975-1995年土地利用程度综合指数增加了0.076 5,而1995-2005年综合指数减少了0.709 2, 说明1975-1995年玛曲县土地利用程度处在区域土地利用的发展期,1995-2005年土地利用程度处在衰退期。根据土地利用熵值多年变化特征,利用GM(1,1)模型预测,2006-2015年土地利用程度处在调整期。     

基于景观生态视角的兰州市城市化空间模式定量研究

以1994、2000、2006和2010年夏季的Landsat TM/ETM影像为数据源,利用ENVI4.5、ARCGIS10、Fragstas3.3软件,从景观生态角度,选用斑块密度、边界密度、景观形状指数、香农多样性指数和蔓延度指数,定量分析了兰州市的城市化空间模式,结果表明:1)城市化进程中,城市的空间发展是以外部扩张和内部填充两种形式实现的;2)兰州市1994到2010年建成区面积急剧增加,边界密度、景观形状指数、香农多样性指数随之上升,蔓延度指数不断减少,1994到2006年斑块密度不断增加,说明1994到2010年间,兰州市主要以外部扩张为主,内部填充为辅;3)从2006到2010年斑块密度下降的趋势,可以看出,未来几年,兰州市城市空间发展可能会转化到以内部填充为主,外部扩张为辅的阶段。     

基于项目驱动的藉河流域土地利用时空变化动态分析

根据1997年、2001年和2005年三期TM影像资料,运用遥感非监督分类的方法提取土地利用信息.利用地理信息系统空间分析和数据统计的方法,分析藉河流域1997～2005年间土地利用数量变化和空间变化特征,研究该地区主要土地利用类型数量变化、空间变化以及在不同坡度的动态变化特征.结果表明:耕地、林地和草地三种主要土地利用类型占该研究区土地利用面积的97%以上,是该研究区主要的土地利用类型.以1997年为基数,到2001年和2005年耕地减少幅度分别为1.2%和11.1%,因此 1997～2001年的退耕程度小于2001～2005年;在不同坡度上,土地利用变化主要发生在5°～40°,而且在15°～25°之间变化最大.     

基于PLUS-InVEST模型的京津冀碳储量变化及预测

研究京津冀地区土地利用变化对碳储量时空变化的影响，可为该区域碳达峰背景下土地的合理利用与规划提供科学依据。基于京津冀2000-2020年土地利用数据，运用PLUS-InVEST模型探讨京津冀过去2000-2020年及未来2030年3种情景(自然变化、耕地保护、生态保护)下碳储量的变化。结果表明：2000-2020年京津冀耕地、草地和未利用土地呈减少趋势，建设用地、林地和水域呈增加趋势，20a碳储量减少56.95Tg,耕地和林地是主要的碳储存地，建设用地侵占耕地是碳储量减少的主要原因；2030年自然变化情景、耕地保护情景、生态保护情景下碳储量较2020年分别减少7.45Tg,增加4.02Tg和24.39Tg。生态保护情景更有助于提高京津冀碳储量，对该区域土地利用规划管理和增汇政策的制定提供决策参考意义。     

Scenario simulation of water retention services under land use/cover and climate changes: a case study of the Loess Plateau,China

Comprehensive assessments of ecosystem services in environments under the influences of human activities and climate change are critical for sustainable regional ecosystem management. Therefore, integrated interdisciplinary modelling has become a major focus of ecosystem service assessment. In this study, we established a model that integrates land use/cover change (LUCC), climate change, and water retention services to evaluate the spatial and temporal variations of water retention services in the Loess Plateau of China in the historical period (2000-2015) and in the future (2020-2050). An improved Markov-Cellular Automata (Markov-CA) model was used to simulate land use/land cover patterns, and ArcGIS 10.2 software was used to simulate and assess water retention services from 2000 to 2050 under six combined scenarios, including three land use/land cover scenarios (historical scenario (HS), ecological protection scenario (EPS), and urban expansion scenario (UES)) and two climate change scenarios (RCP4.5 and RCP8.5, where RCP is the representative concentration pathway). LUCCs in the historical period (2000-2015) and in the future (2020-2050) are dominated by transformations among agricultural land, urban land and grassland. Urban land under UES increased significantly by 0.63×10³ km²/a, which was higher than the increase of urban land under HS and EPS. In the Loess Plateau, water yield decreased by 17.20×10⁶ mm and water retention increased by 0.09×10⁶ mm in the historical period (2000-2015), especially in the Interior drainage zone and its surrounding areas. In the future (2020-2050), the pixel means of water yield is higher under RCP4.5 scenario (96.63 mm) than under RCP8.5 scenario (95.46 mm), and the pixel means of water retention is higher under RCP4.5 scenario (1.95 mm) than under RCP8.5 scenario (1.38 mm). RCP4.5-EPS shows the highest total water retention capacity on the plateau scale among the six combined scenarios, with the value of 1.27×10⁶ mm. Ecological restoration projects in the Loess Plateau have enhanced soil and water retention. However, more attention needs to be paid not only to the simultaneous increase in water retention services and evapotranspiration but also to the type and layout of restored vegetation. Furthermore, urbanization needs to be controlled to prevent uncontrollable LUCCs and climate change. Our findings provide reference data for the regional water and land resources management and the sustainable development of socio-ecological systems in the Loess Plateau under LUCC and climate change scenarios.     

基于GIS和景观生态学的西部地区城镇建设用地扩展研究——以宝鸡市中心城区为例

近些年,城镇建设用地的大规模扩张对区域土地资源承载力形成了巨大压力,并导致了大量土地资源的闲置浪费。为了实现土地资源的集约化利用,文中结合GIS和景观生态学的研究方法对宝鸡市1988～2005年中心城区城镇建设用地扩展类型进行定量识别。结果表明:1)近些年,宝鸡市中心城区城镇建设用地扩展经历了缓慢扩展期(1988～2000年)和高速扩展期(2000～2005年)两个阶段;2)在斑块类型水平上,城镇建设用地表现出较好的连通性,并且呈增强趋势;3)外延式扩展是研究期内城镇建设用地扩展的主要类型,扩展比重为外延式>填充式>跳跃式。通过研究为城市空间规划提供了详细而准确的数据,为寻求优良扩张模式奠定了一定的基础。     

基于GIS和RS的呼和浩特市近百年城市空间扩展及其演变趋势

以历史悠久的草原文化名城-呼和浩特市为研究区,利用丰富的历史文献资料和地图资料,结合现代空间信息源,运用GIS技术和城市空间扩展测度的定量研究方法,具体选用扩展强度指数、紧凑度和等扇区方法,对研究区近百年的城市空间扩展过程进行定量分析。结果显示:百年尺度的城市空间扩展以东北-西北-再西北-东北方向扩展为主,扩展强度经过了上升-下降-再上升过程,紧凑度逐渐下降;各指标的变化反映,城市空间扩展经历了四次明显的演变过程,即1912-1951年低速扩展、1952-1973年中速扩展、1974-2000年快速扩展和2001-2009年高速扩展。总之,城市空间扩展具有时代特征和东西延伸的空间分异特征,反映城市空间扩展受到自然地理条件的限制之外,还有显著的社会经济发展的时代烙印。     

Runoff of arid and semi-arid regions simulated and projected by CLM-DTVGM and its multi-scale fluctuations as revealed by EEMD analysis

Runoff is a major component of the water cycle,and its multi-scale fluctuations are important to water resources management across arid and semi-arid regions.This paper coupled the Distributed Time Variant Gain Model(DTVGM)into the Community Land Model(CLM 3.5),replacing the TOPMODEL-based method to simulate runoff in the arid and semi-arid regions of China.The coupled model was calibrated at five gauging stations for the period 1980–2005 and validated for the period 2006–2010.Then,future runoff(2010–2100)was simulated for different Representative Concentration Pathways(RCP)emission scenarios.After that,the spatial distributions of the future runoff for these scenarios were discussed,and the multi-scale fluctuation characteristics of the future annual runoff for the RCP scenarios were explored using the Ensemble Empirical Mode Decomposition(EEMD)analysis method.Finally,the decadal variabilities of the future annual runoff for the entire study area and the five catchments in it were investigated.The results showed that the future annual runoff had slowly decreasing trends for scenarios RCP 2.6 and RCP 8.5 during the period 2010–2100,whereas it had a non-monotonic trend for the RCP 4.5 scenario,with a slow increase after the 2050 s.Additionally,the future annual runoff clearly varied over a decadal time scale,indicating that it had clear divisions between dry and wet periods.The longest dry period was approximately 15 years(2040–2055)for the RCP 2.6 scenario and 25 years(2045–2070)for the RCP 4.5 scenario.However,the RCP 8.5 scenario was predicted to have a long dry period starting from 2045.Under these scenarios,the water resources situation of the study area will be extremely severe.Therefore,adaptive water management measures addressing climate change should be adopted to proactively confront the risks of water resources.     

1976-2009年青藏高原内陆湖泊变化的时空格局与过程

为了揭示近几十年来气候变化条件下青藏高原内陆现代湖泊的时空变化规律,在1976年、1990年、2000年和 2009年4个时段青藏高原内陆湖泊变化制图结果的基础上,重点分析流域内湖泊变化的时间过程和流域间湖泊变化的空间模式,并从气候要素变化、流域水源补给等方面探讨影响内陆湖泊变化的主要因素。结果表明：流域内湖泊总面积1970-1990年萎缩、1990-2009年扩张,1976-2009年呈现扩张的变化趋势,年均降水量和年均气温的变化趋势较好地解释了湖泊由萎缩到扩张的变化状况。从湖泊变化的空间格局来看,不同地域、不同流域的湖泊面积变化模式及其剧烈程度与流域内的水源补给方式有关,以雪冰融水补给的流域内湖泊总面积变化的剧烈程度远不及以冻融水补给为主的流域。因此,区域气候的变化是近几十年来高原内陆湖泊整体显著萎缩或扩张的主要原因,而流域水源补给的方式诠释了湖泊变化的区域差异。     

Characterizing urban expansion of Korla City and its spatial-temporal patterns using remote sensing and GIS methods

Cities provide spatial contexts for populations and economic activities. Determining the spatial-temporal patterns of urban expansion is of particular significance for regional sustainable development. To achieve a better understanding of the spatial-temporal patterns of urban expansion of Korla City, we explore the urban expansion characteristics of Korla City over the period 1995–2015 by employing Landsat TM/ETM+ images of 1995, 2000, 2005, 2010, and 2015. Urban land use types were classified using the supervised classification method in ENVI 4.5. Urban expansion indices, such as expansion area, expansion proportion, expansion speed, expansion intensity, compactness, and fractal dimension, were calculated. The spatial-temporal patterns and evolution process of the urban expansion(e.g., urban gravity center and its direction of movement) were then quantitatively analyzed. The results indicated that, over the past 25 years, the area and proportion of urban land increased substantially with an average annual growth rate of 15.18%. Farmland and unused land were lost greatly due to the urban expansion. This result might be attributable to the rapid population growth and the dramatic economic development in this area. The city extended to the southeast, and the urban gravity center shifted to the southeast as well by about 2118 m. The degree of urban compactness tended to decrease and the fractal dimension index tended to increase, indicating that the spatial pattern of Korla City was becoming loose, complex, and unstable. This study could provide a scientific reference for the studies on urban expansion of oasis cities in arid land.     

近50 a黄河上游气候变化趋势和干湿界线波动分析

利用黄河上游地区13个气象站点1959-2008年的气候资料,研究了黄河上游地区多个气候要素的变化,以30 a为时间尺度研究气候变化趋势的可行性。结果表明：区域东南部站点呈干暖化趋势,其他站点以湿暖化为主,变湿的趋势不显著,而变暖的趋势普遍且显著;东南部向着干旱化的方向发展,其他区域不显著;年平均气温和最低气温在1959-1988年、1969-1998年和1979-2008年3个时段呈持续增加趋势,最高气温仅在近30 a呈整体增加趋势;在最低气温和最高气温的共同作用下,1979-2008年年均气温的增幅最大;低海拔站点日照时数持续、显著减少,而高海拔的玛多、达日两站则呈显著增加趋势;相对湿度恰好相反,低海拔站点多呈增加趋势,高海拔站点多呈减少趋势。区域风速总体呈下降趋势,尤其是低海拔地区和后两个时段。采用30 a为时间尺度分析气候变化具有一定的可行性。     

西安城市热岛的时空分布特征

选取1959-2008年西安市常规气象站和城区加密自动站逐小时气温资料,采用城、郊气温对比法研究西安城市热岛效应的时间变化和空间分布。结果表明：西安城市热岛效应逐年增加,具有明显的季节变化特征;热岛强度日变化呈现双峰分布,两个峰值分别出现在05时和21时左右,最低值出现在11时左右。在西安市城区一直存在一个强城市强热岛...