基于InVEST模型的共和县生境质量时空变化及驱动因素

在新型城镇化背景下,青海省共和县作为兰西城市群建设的关键节点和典型的荒漠生态脆弱区,其经济和生态的协调发展对建设海南州可持续发展议程创新示范区具有重要意义。本研究基于2000年、2010年、2020年三期土地利用数据,利用InVEST模型,对2000—2020年共和县生境质量时空分布及效应变化特征进行探究,进而对生境质量的影响因子及其作用进行地理探测器和局部空间回归。结果表明：（1）2000—2020年共和县生境质量整体呈上升趋势,生境质量均值分别为0.612(2000年)、0.626(2010年)、0.627(2020年),生境质量空间分布存在明显的区域差异,空间格局上呈现北高南低的态势。（2）影响共和县生境质量的主驱动因子为年平均气温（TEM）和归一化植被指数（NDVI）,因子间的交互作用对生境质量空间分异的影响大于单一因子,TEM与香农均匀度指数（SHEI）、香农多样性指数（SHDI）交互作用强烈。（3）TEM对生境质量呈负向效应,负向影响区域主要集中在共和北部与东部地区;NDVI呈正向效应,正向影响区域主要集中在共和中部与南部地区;国民生产总值（GDP）对生境质量的正向效应较2...     

内蒙古黄河流域1990—2020年生境质量评估

内蒙古黄河流域是中国重要的生态区域,探究其生境质量变化能够为区域生态环境保护提供重要基础信息。本研究基于1990—2020年土地利用/覆盖数据,采用InVEST模型和地理探测器分析方法,揭示内蒙古黄河流域生境质量时空格局及其驱动力。结果表明：（1）内蒙古黄河流域生境质量总体呈现北低南高的空间分布格局,具有显著的空间聚集性。生境质量等级为低的区域面积占比为23.50%,主要分布在库布齐沙漠以及研究区东南部;（2）1990—2020年,研究区生境质量呈现先降低后小幅回升的变化趋势。生境质量退化的区域面积占比为11.97%,主要集中在研究区北部和黄河两岸附近,是耕地扩张和沙地分布区域;（3）地形、植被和土壤类型等自然因子是生境质量空间分异特征的主要驱动因子,任意两种进行交互探测的因子对生境质量空间分异的解释力都要大于其单一因子的解释力。建议未来生态治理和恢复工作应重点关注研究区北部生境质量发生退化的区域,研究结果可为区域生物多样性的保护和生态环境的恢复提供借鉴和参考。     

石羊河流域植被净初级生产力时空变化及驱动因素

利用CASA模型（Carnegie-Ames-Stanford Approach）模拟石羊河流域2000—2020年植被净初级生产力（NPP），分析流域NPP的时空变化特征、稳定性和未来变化趋势，并从气候因素、地形因素和人类活动因素3个方面探讨对NPP的变化影响。结果表明：（1）2000—2020年石羊河流域植被NPP多年平均值为291.01 g C·m-2·a-1，呈不显著增加趋势，空间分布呈南高北低的分布格局。（2）2000年以来植被NPP呈增加趋势的区域占总面积的86.4%，其中极显著增加和显著增加的区域分别占6.7%和10.1%。（3）NPP变化在中等波动以上（变异系数Cv≥0.25）的区域所占比例为50.4%。（4）从未来变化趋势看，石羊河流域植被NPP恢复的持续性较弱，呈增加并反持续的地区所占比例达到57.1%。（5）流域的植被NPP变化与气温、降水均成正相关，对气温的响应更为敏感。NPP随海拔高度和坡度增加呈现增大后减小趋势，近年来流域实施的一系列人工造林、退耕还林还草等措施对植被NPP的增加具有明显促进作用。     

1976-2006年江苏省气温和降水量的时空变化特征

气候变化的时空差异及其发展趋势是我国生态环境变化的重要驱动因子。通过获取江苏省13个气象站点1976—2006年气象资料,应用空间插值、线性趋势法、滑动平均法、Mann-Kendall 非参数检验、滑动t-检验和小波变换等方法对江苏省气温和降水量进行线性趋势分析、平滑预测分析、突变分析和周期性分析,揭示该地区气候时空差异和变化发展趋势。结果表明：1976—2006年,苏北、苏中和苏南地区平均气温、平均最高气温和平均最低气温呈现波动上升趋势,且多在20世纪90年代发生突变现象,呈现明显上升趋势,在25～32 a、15～25 a和10～15 a的三类时间尺度上存在着比较稳定的周期变化规律;降水量均波动起伏较大,无明显的增减现象,且在1990—2000年间以正距平为主;年降水量多在20世纪70年代末和本世纪初发生突变;降水量在25～32 a、15～25 a和10～15 a的三类时间尺度上存在着明显的周期性变化。通过上述研究,有助于科学认识气候变化规律,积极应对区域气候变化,保障江苏省生态稳定及促进社会经济发展。     

1976—2006年江苏省气温和降水量的时空变化特征

气候变化的时空差异及其发展趋势是我国生态环境变化的重要驱动因子。通过获取江苏省13个气象站点1976—2006年气象资料,应用空间插值、线性趋势法、滑动平均法、Mann-Kendall非参数检验、滑动t-检验和小波变换等方法对江苏省气温和降水量进行线性趋势分析、平滑预测分析、突变分析和周期性分析,揭示该地区气候时空差异和变化发展趋势。结果表明:1976—2006年,苏北、苏中和苏南地区平均气温、平均最高气温和平均最低气温呈现波动上升趋势,且多在20世纪90年代发生突变现象,呈现明显上升趋势,在25~32 a、15~25 a和10~15 a的三类时间尺度上存在着比较稳定的周期变化规律;降水量均波动起伏较大,无明显的增减现象,且在1990—2000年间以正距平为主;年降水量多在20世纪70年代末和本世纪初发生突变;降水量在25~32 a、15~25 a和10~15 a的三类时间尺度上存在着明显的周期性变化。通过上述研究,有助于科学认识气候变化规律,积极应对区域气候变化,保障江苏省生态稳定及促进社会经济发展。     

近42 a黄河源区生长季植被净初级生产力变化及其对气象因子的敏感性分析

利用1971—2012年黄河源区5个气象站逐日气象数据,应用修定的Thornthwaite Memorial模型计算了区域内各站植被生长季（4—10月）NPP,分析了NPP的时空变化特征,同时,探讨了黄河源区NPP对各气象因子的敏感性及各气象要素对源区NPP变化的贡献程度。结果表明：42 a来黄河源区NPP在生长季平均以125.1 kg·hm^-2·a^-1·10a^-1呈逐年上升趋势,期间存在10 a主周期变化和5 a～6 a的次周期变化;源区NPP多年来在空间变化中存在明显的地域差异,具有由南向北、自东到西NPP依次减小的分布特征;黄河源区NPP对最高气温、日照和降水量的敏感性最强,而对风速、相对湿度和最低气温的敏感性相对较弱;气象因子对源区NPP的总和贡献西北部大于东南部,这与NPP多年相对变化的地域分布特点是相一致的。     

1998—2011年甘肃河东地区NDVI时空变化

基于1998—2011年的SPOT VGT NDVI数据,运用最大化均值法、提取植被覆盖度法和一元线性回归趋势分析法,对甘肃河东地区连续14 a的植被覆盖时空变化特征进行动态研究。结果表明:河东地区植被南多北少。在时间上,整体植被呈缓慢上升趋势,增速为0.028·（10a）-1。其中,前4 a NDVI呈下降趋势,从1998年的0.392下降到 2001年0.314;后10 a NDVI呈波动上升趋势,从2002年的0.330上升到2011年的0.378。在空间上,陇南山区中北部、陇中高原南部植被呈增加趋势;而陇东高原东南部、甘南草原区则有所下降。     

黄河上游河源区不同量级降水对径流变化的影响

利用1961—2019年黄河上游河源区13个气象观测站逐日地面降水和唐乃亥水文站径流量数据,采用统计分析方法分析黄河上游河源区不同量级降水对径流变化的影响,研究表明:(1)黄河上游河源区1961—2019年降水量变化率为7.57 mm·(10a)~(-1)。尤其是进入21世纪,黄河上游河源区气候暖湿化加快,降水量呈显著性增加趋势;(2)1961—2000年黄河上游河源区各地年总降水量、≥5.0 mm、≥10.0 mm、≥25.0 mm的降水量呈微弱增加趋势,而2001—2019年呈显著增加趋势,分别增加5.1%、6.9%、7.4%、15.0%;(3)1961—2019年黄河上游河源区≥5.0 mm、≥10.0 mm、≥25.0 mm降水贡献率分别为71%、43%、7%,呈增加趋势,2001—2019年比1961—2000年降水量贡献率分别增加了1.5%、1.2%、0.8%;(4)年降水量与年径流量变化成显著正相关,年总降水量、≥5 mm、≥10 mm和≥25 mm年降水量与年径流量也成显著正相关,是年径流量增加(减少)的主要气候因子。     

黑河中游净初级生产力的人类占用时空分异北大核心CSCD

净初级生产力的人类占用（HANPP）是评估人类通过土地利用活动对生态系统影响的重要手段。采用遥感影像数据和社会经济统计数据,通过Thornthwaite Memorial模型、改进的CASA模型和全局空间自相关等方法,对黑河中游HANPP时空分异规律进行了研究。结果显示：（1）2001—2013年,在粮食产量逐年递增的情况下,黑河中游HANPP有明显的波动,与降水量的年际波动直接相关;HANPP率一直维持在较高的水平（38%～71%）;（2）HANPP空间格局变化显著,从民乐、山丹的南部较高的地区转移到了张掖市区的远郊和山丹中部,HANPP的空间格局直接受制于实际净初级生产力的空间格局;（3）HANPP存在一定的空间正自相关关系,2001—2013年HANPP整体相关性几乎没有变化。该研究对作为生态脆弱区的黑河中游在未来权衡经济发展和生态保护具有借鉴意义。     

黄土丘陵区退耕还林（草）生态经济系统的能值分析

能值分析方法是惯用的评价生态系统能量输入输出的方法之一。本文以位于陕西省黄土丘陵区的安塞县为例，通过分析该区域退耕还林（草）前后生态系统投入产出的能值动态变化，定量评价了退耕还林（草）工程的生态经济效应。研究结果显示：受退耕还林工程的影响，安塞县生态系统年总投入能值和总输出能值均呈先下降后上扬的发展趋势，其中有机能和不可更新环境资源投入量表现出递减的趋势，说明退耕还林工程对于减少表土流失具有积极的作用；在总能值产出中，种植业和养殖业的能值产出占绝对优势，但随着退耕还林工程的开展，林业的能值产出表现出快速的增长势头，系统的结构日趋多元化；在系统主要能值指标中，能值投资率、环境负载率呈现先增后降再增长的趋势，净能值产出率和能值持续性指数均呈先降低再增长的趋势，系统稳定性呈现增加的趋势。说明退耕还林后系统的生态环境压力趋于减小，持续性增强，系统结构趋于稳定，系统功能协调，基本可以实现生态和经济双赢的目标。     

近60a黄河流域地表径流变化特征及其与气候变化的关系

利用气温、降水量和NCEP/NCAR地表径流资料,运用线性趋势系数、相关系数和不规则区域网格化方法,研究了近60a来黄河流域地表径流的变化及其与气候因素的相关关系。结果表明:1951-2010年整个黄河流域均为升温趋势,北部升温幅度高于南部;降水量正趋势主要位于黄河源区,中、下游地区为负趋势;地表径流变化在黄河源区(处于青藏高原)和河套北部(阴山南麓)呈现为增加趋势,其余广大的地区呈现为减少趋势;从不同年代的地表径流来看,不论是黄河源区还是广大的中、下游地区,上世纪60年代的径流量均是最高的,而二十一世纪10年代径流量是最低的;从整个流域来看,径流量与气温和降水均有较好的相关性。在黄河源区以外的流域内,降水与径流的关系好于气温,而在黄河源区则相反,不同区域差异的原因有待进一步研究。     

石羊河中游生长季植被覆盖对气候的响应北大核心CSCD

利用MODIS-EVI月合成数据,计算2006—2015年石羊河中游生长季植被覆盖度,探究植被覆盖年际变化以及对气候的响应关系。利用像元二分模型计算植被覆盖度,提取研究区不同植被覆盖程度的年际变化。结果表明：10 a间,中游地区以低植被覆盖类型为主,并与同期降水的年际变化关系密切。其次,采用变化趋势分析法,计算监测时段内植被覆盖的动态变化。结果表明：中游地区生长季植被覆盖度总体上处于增加趋势,增加速率为0.041·（10a）^-1;植被覆盖度显著增加区域集中于绿洲-荒漠过渡带。最后,采用相关分析法,分析了植被覆盖度与生长季平均气温和降水的相关程度。生长季植被覆盖度与同期降水的相关程度高于与生长季平均气温相关性,平均偏相关系数分别为0.14和-0.05;荒漠绿洲过渡带成为与气候因子显著相关的活跃地带。     

中亚草地NPP时空动态及其驱动因素研究

基于CASA模型和Miami模型计算中亚五国（哈萨克斯坦、塔吉克斯坦、吉尔吉斯斯坦、土库曼斯坦和乌兹别克斯坦）的草地净初级生产力（NPP）,旨在探究2001—2019年中亚草地NPP的时空动态及其驱动因素。结果表明：2001—2019年中亚地区草地的实际净初级生产力（ANPP）均值为118.9 g C·m-2·a-1;在空间尺度上,平原地区的草地ANPP随纬度增加而呈现由南到北逐渐增加的趋势,从平原到山地草地ANPP随海拔升高呈现明显的增加趋势;在时间尺度上,ANPP总体呈现不显著的增长趋势,近60%区域的草地ANPP未来的变化趋势将与过去相反,但不显著;在中亚草地ANPP增加的区域,人类活动占主导地位;在中亚草地ANPP降低的区域,气候变化是主要驱动力;中亚草地的ANPP与降水呈现显著正相关的区域达到67.8%,温度与中亚草地ANPP的变化关系不显著,降水是影响中亚草地ANPP变化的主要气候因子。     

关中平原城市群“三生”空间生态环境效应及影响因素研究

以关中平原城市群为研究区域，对2000-2020年“三生”空间土地利用情况进行测算，多尺度对2000年、2005年、2010年、2015年、2020年五期生态环境效应的时空变化特征进行分析；使用地理探测器对影响地区生态环境效应的因子进行探测。结果表明：1)关中平原城市群以生产用地和生态用地为主，研究期间农业生产用地面积持续性减少，生态用地和生活用地面积持续性扩张。2)2000年-2020年关中平原城市群的生态环境质量指数和正向效应在空间上体现为中低周高，时间上呈现波动上升趋势；该地区总体生态环境质量呈现正向发展趋势。3)土地利用强度、耕地面积占比、地形起伏度是影响关中平原城市群生态环境效应的关键驱动力，剩余自然和社会经济因子共同塑造研究区生态环境效应；影响因子的交互作用大于单因子对生态环境效应的影响。关中平原城市群在发展过程中应以生态环境保护为优先，发展绿色产业，重视城市建成区绿化和生态建设；同时严守耕地红线，提高已有耕地的生产效率以保护粮食安全。     

近20 a河西地区绿洲效应时空变化特征及归因分析

绿洲效应在改善干旱区气候,支持绿洲系统自我维持和发展等方面发挥着极为重要的作用。本文以甘肃省河西地区为研究区,利用气象和遥感数据,选取绿洲效应强度指标,采用地理探测器模型,揭示近20 a绿洲效应时空变化特征,分析了绿洲效应强度影响因素。结果表明：（1）2000—2020年期间,研究区绿洲效应强度在春夏冬季均呈增大趋势,秋季呈减小趋势,白天与相应季节变化相似,但强度更大,最强为夏季,增加1.43℃;夜间春夏秋季变化与相应季节相似,但强度较低,2000年秋季和2010年冬季夜间出现微弱的绿洲暖岛效应;（2）强绿洲效应（“冷岛”）面积占比在夏季最大且变化较小,而绿洲“暖岛”效应面积占比冬季最大,呈逐年减小趋势;（3）夏季绿洲效应强度与绿洲的植被覆盖变化具有强负相关性,相关系数达-0.917。气候和地表因素是河西地区绿洲效应强度的主控因素,地表反照率的影响最弱,且因子间的交互作用不容忽视。     

近50年山西终霜冻变化特征分析

利用山西62个测站1961—2010年的逐日最低地温资料，分析了终霜冻的历年变化规律和空间分布特征。结果表明：（1） 1961—2010年平均终霜冻日呈现提早结束的趋势，并伴有明显的波动变化；21世纪的10年是平均终霜冻波动最为剧烈的时期。（2） 山西省1961—2010年平均终霜冻日为4月12日，其分布整体呈现南早北晚的特征，从3月中旬到5月中旬，终霜冻自南向北相继结束。（3） 山西省正常终霜冻的发生概率为54%～74%，从东北到西南的分布为“小-大”相间分布，概率较大的地区主要位于中部和东南部；偏晚终霜冻的发生概率为2%～22%，南部和北部是其发生概率最大的地区；特晚终霜冻的发生概率为14%～36%，概率较大的地区主要集中在北中部。（4） M-K突变检验 表明，山西平均终霜冻在1990年发生了一次显著的气候突变；1975—1996年，山西大部分站点的终霜冻日都发生了显著的气候突变。（5） 1961～2010年山西终霜冻变化趋势的分布具有明显的区域差异，从南到北呈“大-小”相间分布，提前幅度较大的地区主要位于中西部和南部，推后幅度较大的地区集中在西北部以及中东部。（6） 2001—2010年山西轻微、中度和重度终霜冻的主周期分别为15 a、12 a和7 a；次周期分别为1 a、1 a和5 a。     

中亚高山冰川表面高程变化时序重建

中亚高山冰川区地形复杂，站点观测和传统实地测量范围十分有限。卫星激光测高技术可实现大范围冰川表面高程变化监测。以2003—2009年ICESat激光测高数据为数据源，参考2000年的SRTM高程数据，建立冰川区点云去噪及其精度优化算法和多尺度冰川区表面高程时空变化分析模型，并分析了2003—2009年间中亚山区整体与各分区冰川表面高程时序变化。结果表明：中亚高山冰川区的冰川表面平均高程整体呈下降趋势，表现出明显的区域差异。其中，2003—2009年中亚冰川表面高程总体下降了9.59±1.89 m;Ⅰ区（即西藏和青海南部）的冰川表面高程下降了6.51±2.9 m;Ⅱ区（即新疆、青海北部和甘肃部分地区）下降了7.87±5.03 m;Ⅲ区（即中国境外，中亚地区的部分国家）下降了9.81±5.1 m，且监测到2004—2005年冰川表面高程上升。本研究方法对冰川区点云类高程脚点监测具有一定的通用性，但对基准DEM的依赖度较高。     

西安市建设用地扩张与生境质量变化及其耦合协调关系研究

建设用地快速扩张的背景下，如何合理保护生态环境，维持城市建设与环境协调可持续发展，是各大城市面临的一个现实且重要的问题。文中基于土地利用数据，运用综合指数法、InVEST模型和耦合协调度模型，从栅格尺度对西安市2000-2020年建设用地扩张特点与生境质量时空变化进行分析，并进一步探究其耦合协调关系。研究表明：1)2000-2020年，西安市建设用地面积大幅增加，西安市建设用地扩张综合指数先持续增强后减弱，扩张形态偏离圆形，扩张模式以蔓延式为主，有向“东北-西南”方向扩张的趋势。2)西安市整体生境质量呈现小幅下降趋势，在空间上有“北部低、南部高”的特点，且生境质量在等级上有分别向两极转化的趋势。3)西安市建设用地扩张与生境质量耦合协调度呈现出先增加后减小再增加的“N”型变化趋势，但多年均值为0.269,为中度失调状态。根据研究结果，西安市建设用地扩张与生境质量之间的耦合协调还处于相互拮抗期，未来在制定规划策略时，应将发展建设与生态环境两头抓，加快实现区域动态协调发展。     

退耕还林工程以来黄土高原植被覆盖与地表湿润状况时空演变

基于2000—2014年的MODIS数据和Landsat数据,利用温度植被干旱指数反映地表湿润状况,分析了退耕还林工程以来黄土高原地表湿润状况与植被覆盖的时空变化特征及其相互关系。(1)2001—2014年黄土高原归一化植被指数增速为6.3%·(10a)~(-1),温度植被干旱指数降速为-4.5%·(10a)~(-1),植被覆盖与地表湿润状况均呈增加趋势,分布呈"东南高、西北低"的特征,大体上可以看出两者具有正的空间相关性。(2)从TVDI和NDVI的变化趋势来看,黄土高原植被覆盖与地表湿润状况整体上呈现出增加趋势。空间分布上反映出,植被覆盖变化基本上与地表湿润状况变化分布一致,但是仍然存在区域性差异。(3)从相关系数来看,黄土高原植被覆盖与地表湿润状况呈现出正相关。从变化趋势对应关系来看,14 a间黄土高原东北—西南一线山地地区植被覆盖与地表湿润状况变化有利于生态环境改善。人类活动强烈的平原地带极不利于生态环境改善。值得注意的是,退耕还林重点区是未来生态环境变化监测和管理的重点区域,以免引起再次退化。     

1961—2010年中国降水量变化分区及其区域特征

为研究中国近50 a(1961—2010年)降水量变化的空间分区及其区域特征,利用598个气象站1961—2010年逐旬降水资料,计算各站的降水量距平百分率,通过经验正交函数（ROF）和旋转经验正交函数（REOF）对降水量变化进行空间分析,进而对中国50 a降水量变化特征进行分区,同时采用线性趋势分析及5 a滑动平均分析方法,分析了全区及各个分区降水量变化特征。结果表明：根据1961—1990年、1971—2000年和1981—2010年3个时段可分别将中国分成12、11和11个降水量变化区。综合3个时间段降水量变化特征,可将中国分为江淮地区、东北中南部地区、中国北部地区、新疆地区、江南和华南东部地区、黄淮地区、西南地区东部和江南西部地区、东北北部地区、华南中西部、青藏地区、西南地区西部11个区域。通过降水量变化特征分析,近50 a中国降水呈现减少趋势,且存在区域差异。降水量减少幅度最大的是黄淮地区,气候倾向率为-13.9415 mm·10 a^-1,降水量增加幅度最大的是江南和华南东部地区,气候倾向率为23.2075 mm·10 a^-1。