基于CA-Markov模型的锡林河流域土地利用变化及预测分析

研究土地利用变化特征及预测未来土地利用变化的趋势，对经济平衡发展、提高生态环境质量、实现土地资源合理利用具有重要意义。以锡林河流域为研究区，对Landsat 2000、2005、2010年和2015年4期遥感数据进行目视解译，采用土地利用结构分析方法、重心迁移模型和CA-Markov模型，分析研究区16 a间土地利用演变特征，并对2030年土地利用情况进行预测。结果表明:1)2000-2015年，草地、林地和耕地呈波动变化，水域面积缓慢增加，建设用地不断扩张，未利用地面积在不断减少。建设用地、耕地和未利用地重心具有明显的方向性移动，耕地先向南后向北移动，建设用地主要向西北方向扩张，未利用土地重心持续向北移动。2)研究区综合土地利用动态度为5.70％，变化速率较快；锡林浩特市和各苏木土地利用变化速率差异较大，总体表现为中游＞下游＞上游；不同土地利用类型动态度为建设用地＞水域＞林地＞耕地＞未利用土地＞草地，即建设用地变化最快。3)研究区土地利用变化的主要方向为草地和未利用地的相互转换、耕地和草地的互相转换以及建设用地的不断扩张。4)2030年预测结果表明，耕地面积继续增加，速率有所下降，重心向西南方向移动；林地延续之前变化趋势，稳中有升；草地和未利用地面积继续减少，且未利用地重心持续向北移动；建设用地扩张明显，重心向锡林浩特市中心移动，速度减缓；水域有少量增加。CA-Markov模型与土地利用重心迁移模型相结合，实现了对未来耕地、建设用地和未利用土地的迁移方向的预测，可以为研究区提高草地退化防治效果、土地管理政策的制定和实施、城乡建设、土地利用规划等提供理论指导。     

锡林郭勒草原土壤速效氮空间变异分析

土壤速效氮（AN）的含量是反映土壤养分的重要指标之一,对于草原生态系统的稳定和植被群落发展具有重要作用。以锡林郭勒草原为研究区,通过野外采样、室内试验和数据处理,利用地理信息系统（GIS）平台结合地统计学方法对土壤AN的空间变化特征及分异规律进行了分析,结果显示：1） 锡林郭勒草原土壤AN存在显著的空间分异规律。水平方向上,各土层深度AN含量均呈条带状分布并具有从东至西逐渐减少的趋势;垂直方向上,随着土层深度的增加土壤AN含量逐层递减,渐趋稳定。土壤AN总体含量属于中下等水平。各层土壤AN含量存在空间强相关性,其空间变异主要受结构性因素影响,且都具有中等程度变异。2） 不同的草原类型AN含量有着相似的变化趋势。在0~30 cm土层内,垂直变化梯度均表现为草甸草原>典型草原>荒漠草原;在20~50 cm土层内,垂直变化梯度为典型草原>草甸草原>荒漠草原。3） 各层土壤AN含量之间均具有极显著（P<0.01）相关性。土壤AN与速效钾无明显相关性,其与土壤有机质和速效磷有着极显著（P<0.01）正相关关系,与土壤pH则呈极显著（P<0.01）负相关。     

内蒙古地区1960-2016年气温和降水特征及突变

利用内蒙古地区1960—2016年45个气象站的逐月气温和降水量数据,通过线性倾向估计、径向基函数插值法、累积距平、滑动t检验、Mann-Kendall法和小波分析,研究了内蒙古气温和降水量的时空变化特征和突变现象。结果表明:内蒙古近57年来气温呈显著上升趋势,明显高于全球年均温增温率,达0.38℃/10 a,且在1987年发生增温突变;四季气温中,春季和冬季均温升高对年均温上升贡献度最大;年均温和季均温年代际变化呈明显的增暖趋势,年均温、季均温在1990—1999年开始变暖;内蒙古年均温和增温率二者分布规律相同,即:东部 < 中部 < 西部。内蒙古年降水量呈不显著上升趋势,年降水量倾向率自西向东呈现出增—减—增的趋势,降水量最少的年代为2000—2009年,降水量最多的年代为1990—1999年,降水量增率为0.47 mm/10 a,且在1999年发生由丰水到枯水、2011年发生由枯水到丰水的两次突变;两季降水量中,内蒙古雨季降水量呈减少趋势,非雨季降水量呈增加趋势,且增加量和减少量均为东部 > 中部 > 西部。小波分析显示,1960—2016年内蒙古年均温变化以15 a的周期为最强;年降水量变化以11 a的周期为最强。通过以上分析,1960—2016年内蒙古气候正在由暖干化向暖湿化转型。     

基于Copula的横断山区非平稳性气象干旱特征

为评估气候变化背景下横断山区的干旱时空演变特征规律,基于1961—2019年横断山区94个气象站逐月气象数据计算得到非平稳的标准化降水蒸散指数(NSPEI)表征气象干旱,并利用游程理论、单变量和多变量Copula方法,揭示干旱特征在不同重现期下的联合分布特征。结果表明:(1)横断山区发生干旱的频次在33%～80%,南部高于北部,对于不同干旱程度,轻旱比极旱高48%左右,重旱和极旱主要集中在南部,轻旱和中旱基本上在整个横断山区都发生过,但是依然南部高于北部。横断山区不同月尺度的干旱程度存在空间差异性。秋季和夏季的干旱程度小于冬季和春季,3月份的干旱程度要高于其他月份,干旱程度为20.97～38.10。(2)广义帕累托分布函数(GP)是干旱历时的拟合最优单变量分布函数,广义极值分布函数(GEV)是干旱烈度的拟合最优单变量分布函数,Gaussian函数是拟合效果最优的Copula分布函数。(3)干旱烈度的空间分布特征和干旱历时几乎一致,横断山区出现长历时、高烈度概率南部小于北部。大于10年一遇的干旱历时可以超过一年,大于50年一遇的干旱烈度可以达到100。空间分布上,横断山区北部呈现东西向分布,受到纬度影响,在中部和南部呈现南北向的分布主要受到纵向岭谷的地形制约。(4)干旱历时>10.07,干旱烈度>36.96的联合重现期>0.01,同现重现期<0.01,即联合重现期>预定重现期>同现重现期,联合重现期横断山区的中西部缘区和中南部的部分地区联合重现期高于横断山区的其他区域,同现重现期的空间分布与联合重现期相反。总体而言,从干旱频次上来看,横断山区总体上南部要高于北部,而干旱程度北部要高于南部,同时在不同的重现期下,北部干旱风险要高于南部,因此未来在干旱风险防范方面要关注到横断山区的北部地区。     

内蒙古地区干旱时空变化特征及其对植被的影响

基于MODIS实际蒸散量(ET)和潜在蒸散量(PET)产品反演作物缺水指数(CWSI),采用多种统计方法研究干旱时空变化特征及其对植被生长的影响。结果表明:多年平均干旱程度由西南向东北逐渐递减,农作物主要以轻旱和中旱为主,草原主要以中旱和重旱为主,荒漠主要以重旱为主;除针叶林和沼泽外,其他植被类型旱情缓解;干旱年内变化特征呈双峰型曲线,且在Day113~Day144干旱最为严重,表现为重旱;各植被类型年内变化特征与全区变化趋势相一致,均呈双峰型曲线;夏旱对植被生长的胁迫作用最强,而年平均干旱强度对植被生长的胁迫作用主要由夏旱主导;春季灌丛、夏季和秋季农作物对干旱的响应较为敏感。研究结果可为内蒙古植物群落的生态预警和生态修复提供理论参考。     

基于MODIS的土壤含水量时空变化及干旱化程度分析

以内蒙古锡林郭勒盟为研究区域,基于MODIS数据,反演得到锡林郭勒盟地表含水量指数(SWCI),结合野外实测数据对其进行了修正。选取了2000—2017年每年7月份,枯水年(2007年)、平水年(2015年)和丰水年(2012年)生长季4—9月的数据,结合气象资料对研究区土壤含水量的时空变化特征进行了分析,通过土壤含水量对锡林郭勒盟干旱化程度进行了定量分析。结果表明:(1)锡林郭勒盟土壤含水量空间分布自西南向东北呈条带状逐渐增加趋势,荒漠草原典型草原草甸草原。(2)锡林郭勒盟4—5月份的土壤含水量变化幅度不大,空间分布较均一;6—7月份的土壤含水量随着降水的增减而增减,呈现明显的由西向东增加的空间分布趋势;8月份,土壤含水量基本达到最低值;9月份土壤含水量有所回升。(3)锡林郭勒盟的土壤含水量与降水、水汽压和相对湿度呈正相关,与气温呈负相关。(4)锡林郭勒盟以中度干旱面积为主,重度干旱面积占比最小;其中,苏尼特右旗、二连浩特市、苏尼特左旗、阿巴嘎旗、镶黄旗长期处于中度干旱状态;东乌珠穆沁旗东部、西乌珠穆沁旗东部、多伦县多数情况无旱情发生。