磴口县地下水空间异质性分析及其对景观格局变化的响应

应用地统计学和地理信息系统方法，分析内蒙古自治区巴彦淖尔市磴口县地下水埋深对景观格局演变的响应。首先，通过半变异函数模型分析了磴口县地下水埋深的空间异质性特征，进而利用克里金插值对研究区2008、2016年的地下水埋深空间分布进行了拟合；其次，基于磴口县2008年与2016年的景观格局分布数据，研究了其景观格局演变特点；最后利用GIS叠加分析手段，将地下水埋深变化与景观格局演变数据进行耦合，分析了地下水埋深对景观格局演变的响应机制。研究结果如下：①空间上，磴口县地下水埋深大体遵循由东北向西南逐渐加深的趋势，研究时段内其空间异质性呈上升趋势，空间异质性中的随机扰动增强。②县域主要景观类型为林地，其次为沙地、裸地与水体，研究时段内建筑用地与水体增加明显，耕地与沙地略有减少。③景观格局演变对地下水埋深有较明显的影响，建筑用地的扩张使其加深，地表灌溉系统的不断完善使其上升。总体来看，磴口县地下水资源利用效率有较明显的提高。     

磴口县生态网络多情景模拟研究

复杂生态网络是近年来区域生态环境可持续研究的热点。以2016年磴口县的遥感影像数据、DEM数据等为研究素材,提出生态库伦力的概念并基于力导向算法构建生态网络多情景模拟模型,结合最小累积阻力面模型设置多个情景模式对磴口县现状生态网络的演化进行研究。研究结果表明:随着(1.0,0)模式到(0,1.0)模式的转换,生态源地斑块栅格逐渐消失,骨架廊道逐渐出现断裂;在(0,1.0)模式下生态网络遭到极大破坏,现状条件下若进行大规模土地经济开发会对生态网络造成极大的破坏;但在(0.9,0.1)模式下,虽沙漠边缘处出现破坏,但是在样圆内部生态网络却出现扩张,在现有自然资源的约束下,磴口县仍有发展经济的空间,但空间不大。本研究所提出的多情景模拟模型适用于生态网络的演化分析。     

基于IL-HMMs预测模型的地下水埋深预测研究

以西北干旱典型县域磴口县为研究区,基于增量学习的改进隐马尔可夫预测模型(IL-HMMs),对区域地下水埋深进行了预测研究。为检验IL-HMMs模型预测效果,将模型预测结果与2013年长观井的实测数据进行了比较;同时为检验模型的优劣性,与未经增量学习的隐马尔可夫模型(HMMs)、加权马尔可夫链(WMCP)和BP神经网络(BP neural network,BPNN)预测模型的预测结果进行了比较。结果表明:与其他几种预测模型相比,IL-HMMs模型预测精度显著提高,误差更小,有较好的鲁棒性。并使用IL-HMMs模型对2018年地下水埋深进行了预测,预测结果表明,2018年地下水年平均埋深略有增加、局部区域地下水埋深增量加剧。基于IL-HMMs模型的地下水埋深预测具有很好稳定性的同时对新数据加入又有很好的鲁棒性,可为地下水埋深动态预测提供思路与方法补充,为区域地下水资源开发利用和保护提供重要依据。     

荒漠绿洲区潜在生态网络增边优化鲁棒性分析

以乌兰布和沙漠东北缘为研究区，基于复杂网络理论、景观生态学与GIS空间分析技术，综合考虑多种因子，构建研究区的潜在生态网络（以下简称网络），分析研究区网络鲁棒性，通过随机增边、度低者优先、节点介数低者优先与最大介数节点增加捷径等4种增边策略优化网络，得出网络在不同增边策略优化前后的连接鲁棒性与恢复鲁棒性。结果显示：优化前网络连接鲁棒性指数为0.72，恶意攻击下去除42个节点时完全破坏网络，随机攻击下去除469个节点时可完全破坏网络；恢复鲁棒性可完全恢复节点数为随机攻击75个、恶意攻击56个；4种增边策略中，按度增边优化网络连接鲁棒性较优化前提升最显著：连接鲁棒性初始指数升至0.99，恶意攻击下去除222个节点时可完全破坏网络，随机攻击下去除649个节点时可完全破坏网络；4种增边策略中，按度增边对网络节点恢复鲁棒性提升效果最显著，可恢复去除节点数提升至122（随机攻击）与235（恶意攻击），按介数增边对网络边恢复鲁棒性提升效果最显著，其可恢复去除节点数提升至87（随机攻击）与27（恶意攻击）。     

潜在生态网络空间结构与特性研究

以内蒙古荒漠绿洲区为研究区,将复杂网络与潜在生态网络进行类比分析,研究生态系统能量流动的特征,分析潜在生态网络的关联性、完整性和稳定性。结合相应生态因子,构建生态阻力面,提取潜在生态廊道1 103条、生态节点992个。潜在生态网络度分布符合幂律分布,因此,可将赋权网络适配到潜在生态网络进行分析。结果表明,荒漠绿洲区潜在生态网络连通性较差,聚类特征不明显;生态节点分布较为分散且破碎,完整性偏低;潜在生态网络内部能量流动情况较为单一,不够稳定。荒漠绿洲区内生态景观破碎化,发展与生态保护的矛盾较为突出,整体生态环境亟待优化。     

基于EnKF-MCRP模型的生态用地扩张模拟研究

以生态脆弱区典型县域磴口县为研究区,基于2002、2007、2012、2015年4期遥感影像解译数据,将数据同化技术引入生态源地的变化模拟中,考虑生态障碍和生态阻力构建En KF-MCRP模型,进行磴口县生态用地的变化模拟。结果表明,引入数据同化技术的En KF-CA/Markov模型的模拟总精度达到82.4%,数据同化能够减少误差的积累。根据扩展能力磴口县生态源地共分为5个等级,其中3、4、5级生态源地的空间布局形成东北-西南、西北-西南的沙漠化防护格局。引入生态源地变化的En KF-MCRP模型的生态用地扩张模拟精度最高,生态用地面积与空间布局最接近实际情况,方差达到0.4。此研究可为当前以及未来的生态用地规划和管理提供科学根据。     

基于BCBS模型的生态节点布局优化

以生态脆弱区典型县域磴口县为研究区,基于2015年遥感影像解译数据,构建MCR-P模型提取县域尺度生态源地、廊道和节点,将Voronoi图模型引入到生态节点布局研究中,构建泰森盲区形心优化模型(BCBS模型),进行生态节点布局优化。结果表明,磴口县共能提取出391块生态源地节点和667个潜在生态节点,其中需优化节点182个。优化后生态节点的覆盖率达到87.79%,较现状生态节点覆盖率提升了22.56%。节点分布均匀性降低至0.397 8,节点空间分布更加均匀。优化后节点构成的泰森多边形盲区的面积减小了48 446 hm2,且节点覆盖圆空间结构连片化,优化后生态网络结构更为稳定。     

磴口县荒漠绿洲景观特征及时空变化研究

将磴口县作为研究区,按照荒漠景观和绿洲景观两大主要景观类型对1989,1995,2000,2007,2010和2014年遥感影像进行分类,利用荒漠绿洲景观重心迁移模型、转移矩阵和景观格局指数系统研究了磴口县荒漠绿洲景观时空演变以及格局特征。结果表明:1)25年来荒漠景观逐渐向西北迁移,绿洲景观逐步扩张,积极的沙漠化治理获得成效。2)严重沙漠化景观和重度沙漠化景观大面积转出为其他景观,中度和轻度流转最为频繁,非沙漠化景观逐渐成为主体景观。3)轻度沙漠化景观和中度沙漠化景观破碎化程度较大,轻度沙漠化景观的人类干扰程度更大,斑块更为复杂。     

绿色生态空间网络研究进展

绿色生态空间网络是景观生态学的重要研究内容,是耦合景观格局、生态过程与生态功能的重要桥梁,对于提高景观连接性、保护物种多样性、促进生态系统结构与功能的完整性具有重要意义。本文梳理了绿色生态空间网络的研究脉络,从绿色生态空间网络的概念与特征、相关理论与研究方法等方面展开论述,阐述了绿色生态空间网络的相关概念及发展历程,构建、分析与优化中的常见方法与主要特点,以及绿色空间网络研究中的相关理论,列举了绿色生态空间网络的主要应用领域,如城市、水文、防风固沙、水土保持等,并对绿色生态网络的基本改变、研究方法、尺度研究以及和其他空间网络结合等方面进行了展望。     

近19年江苏海岸带地区土地利用变化特征

海岸带地区因其拥有丰富的水土资源成为人类生产活动最为集中的区域之一,然而近几十年来,由于人类强烈的开发利用活动导致海岸带地区土地利用类型发生显著改变。从时间序列上选取1995年、2002年、2009年、2013年四期遥感影像数据,借助RS和GIS技术对近19a江苏海岸带地区土地利用变化及其服务功能价值开展研究,以期为当地土地资源的合理开发利用、土地利用结构调整以及实现人地的和谐统一提供参考依据。结果表明:(1)从土地利用类型构成来看,耕地是江苏海岸带地区最为主要的土地利用类型,其次为人工塘,而林地、草地和滩地面积相对较小;(2)从土地利用类型面积变化趋势来看,研究区土地利用类型变化集中体现为耕地、水体、滩涂的减少和建设用地、人工塘面积的增加;(3)从土地利用类型转移来看,各研究时段土地利用类型转移有所不同,总体来看,耕地、建设用地、人工塘三种土地利用类型间的转移更为普遍与频繁,相互转移量大;水体主要与滩涂发生相互转换;而耕地则是林地与草地的主要转移目标和来源;(4)近19a来,江苏海岸带地区生态系统服务总价值逐渐减少,且减少速率明显加快。