2000-2015年四川省南充市土地利用/覆被变化及其驱动因素

[目的]对四川省南充市15 a间土地利用/覆被的时空变化特征及其驱动因素进行分析,为南充市的生态环境建设与可持续发展提供科学依据。[方法]基于南充市2000,2010,2015年3期Landsat影像和QuickBird高精度遥感数据,计算2000—2015年土地利用/覆被转移矩阵和土地利用/覆被状况指数。[结果]①近15 a来,南充市的土地利用/覆被类型以耕地和林地为主,约占研究区面积的80%,但各土地利用/覆被类型间都有不同程度的相互转换。②研究期内,林地面积增加1006.2 km~2,主要由耕地和草地转化而来;建设用地面积增加965.4 km~2,多由水体和耕地转化而来,而耕地、草地和水体面积分别减少了1 549.8,307.9,90.4 km~2。③近15 a来,南充市土地利用/覆被状况指数变化表明,林地和建设用地呈转好趋势(土地利用/覆被状况变化率为正值),耕地呈转差趋势(土地利用/覆被状况变化率为负值)。[结论] 2000—2015年南充市土地利用/覆被变化明显,其中,地形、人口、城市化水平和退耕还林工程等是造成南充市土地利用/覆被变化的主要驱动因素。     

甘肃省白龙江流域生态承载力的时空变化

[目的]从土地利用角度开展甘肃省白龙江流域生态承载力时空变化研究,为该流域生态环境治理和可持续发展提供科学依据。[方法]基于生态足迹理论,利用1990,2002,2010,2014年4期土地利用数据与GIS空间分析技术,对近25a来该流域生态承载力时空变化进行空间可视化表达和定量分析。[结果](1)时间尺度上,25a来流域生态承载力呈现"降—升—降"的波动变化趋势,各地类生态承载力变化趋势不同。(2)空间尺度上,流域生态承载力总体呈现西北与西南部高,东北部低,随海拔和坡度增加而递增的不均匀分布格局;随时间推移,流域不同区域和坡度范围的生态承载力变化趋势各异。(3)1990—2002年,2002—2010年,2010—2014年间流域各地类生态承载力转换频繁,转变趋势明显,导致近25a来流域生态承载力及其内部组成变化较大。[结论]近25a来流域生态承载力在波动中上升,流域生态质量有所改善;受地形地貌和土地利用/覆被变化的影响,流域生态承载力具有明显的空间异质性。退耕还林还草政策是流域生态承载力变化的主要影响因素之一。     

延安市退耕还林(草)工程对生境质量时空格局的影响

评估退耕还林(草)工程后生境质量的时空演化特征,对指导下一轮生态修复工程的实施以及协调区域生态系统和社会经济可持续发展具有重要意义。该研究以退耕还林(草)先行试点的陕西省延安市为研究对象,以土地利用/覆被数据为基础,运用InVEST模型评估延安市2000年、2008年和2015年生境质量;结合空间探索性分析方法,探讨生境质量的时空演变格局及其驱动因素。结果如下:1)2000—2015年延安市土地利用变化在退耕还林(草)工程驱动下以耕地向林地和草地的转移为主要特征,林地和草地面积在研究期内增加显著。2)延安市2015年生境质量整体较好,空间上呈现南高北低的格局,且研究期内呈上升趋势,区域平均生境指数由2000年的0.69增加到2015年的0.71。3)区域生境质量表现出显著的正向全局空间自相关,且空间聚类分异特征明显;南部的黄陵县和黄龙县等森林资源丰富地区主要呈现出高高集聚特征,而低低集聚区和高低集聚区交叉分布集中在北部宝塔区、子长县、安塞县、吴起县等城镇及其周边农业生产区。4)退耕还林(草)工程对区域生境质量提升有显著推动作用,因此可以通过优化土地利用格局和结构,尤其是林地草地,构建生态保护和经济发展协调平衡的政策体系,针对区域生态问题系统地提高区域生境质量和生态系统稳定性。     

黄土高原上黄小流域土地利用类型的坡度分析

以上黄小流域1:1万DEM和1982-2008年6期土地利用数据库为基础,运用RS/GIS技术提取不同坡度下各土地利用类型的面积分布数据,研究黄土高原小流域尺度下的土地利用类型坡度组成状况及其变化趋势.结果表明:(1)近30 a来,上黄小流域各土地利用类型均发生了剧烈的变化.其中,耕地呈现先增加后锐减的变化趋势,林地一直呈现递增趋势.而草地变化趋势与林地相反;(2)目前各土地利用类型的坡度分布较为合理,基本体现了因地制宜,合理配置资源的原则;(3)该流域仍有约6.81 h㎡的土地需要退耕还林还草,但该面积还占不到全试区总面积的1%,说明该试区基本完成国家退耕还林还草任务的要求.     

2001-2020年澜湄流域热带地区土地覆被变化对蒸散发的影响

准确量化土地覆被变化对蒸散发的影响是深刻理解全球变化背景下的水资源响应机理的重要前提。该研究基于土地覆被产品MCD12Q1、蒸散发产品MOD16及涡动相关等数据,通过构建剔除气候变化的动态分析方法,量化了2001-2020年间澜湄流域热带地区土地覆被变化对蒸散发耗水量的动态影响。结果表明：1）MCD12Q1与MOD16在该流域的精度较高,其中MCD12Q1的总体精度为82.3%,MOD16在8 d以及月尺度上的RMSE仅略大于1 mm/d;2）2001-2020年研究区植被整体退化明显,其中森林转变为灌木和灌木转变为农田约占流域变化面积的61.2%;3）2001-2020年期间主要土地覆被变化导致区域蒸散发耗水量减少约278.87亿m3,主要土地覆被变化区气候差异导致蒸散发耗水量增加190.96 亿m3。总体上,澜湄流热带地区植被整体呈现出退化的趋势,主要表现为森林转变为灌木和灌木转变为农田。该地区土地覆被变化区域也使得其近20年内蒸散发耗水量减少,改变了土地覆被变化区域水资源循环过程。以上研究结果可为澜湄流域热带地区水资源安全提供有效监测,对地区土水资源合理配置提供重要的科学参考依据。     

渭河流域1980-2000年LUCC时空变化特征及其驱动力分析

流域水沙变异与土地利用/覆被变化（LUCC）有着十分密切的关系。该文基于渭河流域1980年、1990年和2000年的土地利用/覆被数据,借助ArcGIS等软件对渭河流域20 a间LUCC的时空变化特征进行分析,探讨渭河流域LUCC的时空变化规律。基于转移矩阵、综合土地利用动态度、综合土地利用程度和单一土地利用变化率等指标进行分析表明:渭河流域在1980-2000年土地利用/覆被发生了较大变化,其中草地增幅最大,达到2.09万km²;耕地和林地减幅分别达到了1.35万km²、1.11万km²;建设用地增速最快,增长了8.53倍。从综合土地利用动态度、综合土地利用程度和单一土地利用变化率时空分布图可以看出:变化的时空格局有明显的区域特征,而且前十年的变化比后十年的变化剧烈,主要地类时空变化差异明显。基于时空变化特征分析了变化的驱动力,分析得出主要受到国家土地政策、水土保持、经济发展以及人口增长等多方面因素驱动。     

大理河流域退耕还林工程对生态系统服务功能的影响

以大理河流域为研究区,应用InVEST生态系统服务功能评估模型,结合1980年、1985年、1990年、1995年、2000年、2005年、2010年该流域的土地利用/土地覆被资料,定量评价了退耕还林工程对碳储量、土壤保持和水源涵养生态服务功能的影响。结果表明:(1)研究区30年间土地利用/土地覆被情况变化显著,其中林地和建设用地面积分别增加了31.52,0.65km~2,耕地、草地和水域的面积分别减少了2.49,27.32,2.36km~2;(2)研究区30年间碳储量值略有增加,不同土地利用类型碳储存能力从大到小的排序分别为林地草地耕地;(3)研究区30年间土壤保持量整体上以增加为主,耕地土壤保持能力明显低于林地和草地;(4)研究区30年间水源涵养量略有减少,不同土地利用/土地覆被类型的水源涵养量各有不同,且与当年降雨量关系密切。本研究通过对大理河流域生态系统服务功能进行评估,获得了研究区退耕还林工程的生态效果,可以为日后生态规划提供科学依据。     

2000-2020年锡林郭勒草原土地利用/土地覆被时空演变特征及驱动力分析

科学揭示土地利用/土地覆被的时空演变特征及其驱动机制,对推进草原生态文明建设和高质量发展具有重要意义。以位于中国北疆的锡林郭勒草原为研究区,基于2000-2020年遥感、气象等多源数据资料,运用土地利用变化指数、频次统计、桑基图可视化模型、网格单元等方法探讨了近20年锡林郭勒草原土地利用/土地覆被的时空变化特征,并利用地理探测器分析自然地理条件和社会经济发展对草原土地利用/土地覆被变化的影响机制。结果表明：1）2000-2020年间锡林郭勒草原的土地利用/土地覆被类型以草地和沙地为主（面积占比约98%）,区域土地覆被变化主要发生在中东部的沙-草交错区。2）2005年后区域沙地面积持续减少,而沙地转入率在近10年间仍接近5%,说明草原生态环境总体向好,但生态脆弱性水平仍较高。3）社会经济的快速发展是驱动锡林郭勒草原土地利用/土地覆被变化的主要因素,气候因素的驱动作用次之,地形因素影响相对较小。研究结果可为锡林郭勒草原的生态保护和可持续发展提供科学依据。     

近25 a来渭-库绿洲土地利用/覆被变化及其影响因素

[目的]对渭干河—库车河三角洲绿洲土地利用/覆被变化特征及其驱动因素进行研究,为维护绿洲生态系统健康、稳定提供依据。[方法]利用研究区1989,2001,2013年Landsat TM/ETM+的影像数据,采用动态度模型及转移矩阵等方法,深入分析该绿州土地利用/覆被变化特征,并结合气候因子、人口与经济要素分析其变化原因。[结果](1)近25a来该绿洲土地利用/覆被类型没有发生变化,但各类型的面积及所占比例都发生了较大变化。(2)研究期内,各地类面积呈二增四减趋势:耕地面积净增114.52%,主要是由草地及其他地类转化而来;盐碱地面积增加66.11%,林地、草地、水体与其他地类的面积均有所减少。[结论]近25a来,该绿洲土地利用/覆被变化明显,其中,林地、草地、水体及盐碱地受自然因素主导,而耕地与其他地类则受人口和经济因素影响。     

近10 a黄河三角洲LUCC及其驱动因素分析

研究滨海脆弱生态区的土地利用/土地覆被时空变化过程,可以为区域土地资源的规划、开发和管理提供科学依据。该文应用遥感和GIS技术,分析黄河三角洲区域1995－2004年间土地利用/土地覆被的时空变化特征,并对区域土地利用/土地覆被变化的驱动因子进行了探讨。结果表明,近10 a来黄河三角洲的土地利用/土地覆被类型发生了复杂变化;黄河三角洲土地利用/土地覆被动态受到自然因素和人类活动的共同作用,而人类活动是近10 a区域土地利用/土地覆被变化的主要驱动因子。尽管近年来黄河三角洲的开发取得了快速发展,但部分人类经济活动给区域土地资源及其生态环境的可持续发展带来巨大压力,甚至导致区域土地质量的进一步退化。     

黄土高原地区土地覆盖类型的时空格局

[目的] 构建黄土高原地区长时序、高精度的土地覆盖数据集,对该区2001—2020年土地覆盖的时空格局进行分析,并为该地区生态环境保护和可持续发展提供科学依据。[方法] 利用多源、多时期土地覆盖产品和地面特征数据构建训练样本,并使用谷歌地球引擎（Google Earth Engine,GEE）平台和随机森林分类模型生成黄土高原地区土地覆盖（land cover of Loess Plateau,LCLP）数据集。在此基础上,通过空间分析和一元线性回归模型对黄土高原地区土地覆盖类型的时空格局进行分析。[结果] 基于随机森林验证集的结果显示,LCLP产品的总体精度和kappa系数均高于90%。基于独立验证集的精度验证结果显示,LCLP的总体精度较现有产品提高了0.58%～20.23%。同时,耕地、林地、草地、不透水面和裸地的分类精度均得到了提升。[结论] 本研究构建的LCLP数据集分类精度相较于其他产品有了显著提升,适用于反映黄土高原地区土地覆盖的变化。2001—2020年,黄土高原地区耕地和灌木呈现下降趋势,而林地、水体和不透水面呈现为极显著的上升趋势。从土地覆盖的变化情况来看,耕地和草地是其他土地覆盖类型新增的主要来源。     

延河流域典型治理阶段的土壤保持功能时空变化及驱动因素分析

[目的]探究黄土高原所进行的退耕还林(草)及治沟造地等典型治理工程的生态系统水土保持功能时空变化及其驱动因素,对于黄土高原进一步发展具有重要指导作用。[方法]通过构建延河流域InVEST生态服务功能模型和地理探测器的方法,在验证的基础上,研究了典型治理阶段流域的生态系统土壤保持功能。[结果](1)在时间变化上,与退耕还林前(1990—2000)相比,退耕还林期(2000—2010)和退耕还林+治沟造地期(2010—2017)的多年平均土壤保持量分别增加了32.29%,55.61%,年均增加4.92×10⁶ t;(2)在空间分布上,林草地和治沟造地的面积增加区域与土壤保持量增加区域具有一致性,治沟造地工程使得延河流域耕地整体的土壤保持能力提高,单位造地面积的土壤保持量增加7 t/hm²。土壤保持量随坡度、高程的增加呈现先增加后减少的趋势,在海拔1 200～1 500 m,坡度15°～25°范围内土壤保持总量占年总土壤保持量比例较高。[结论]土地利用类型的变化是影响土壤保持空间分布格局的主要驱动因子。延河流域土壤保持功能时空变化的驱动因素分析为黄...     

气候与下垫面变化对黄土高原蒸散发变化的影响评估

为了揭示近20年黄土高原蒸散发(evapotranspiration,ET)时空变化规律,明晰气候和下垫面变化对蒸散发的影响作用。基于黄土高原295个气象站数据、PML_V2 ET产品及MOD13A1 EVI产品,采用趋势分析和多元回归分析等统计方法,分析了2000—2018年黄土高原蒸散发时空变化特征,并评估了降雨、温度、日照时间、饱和水汽压差、植被和非植被下垫面等影响要素的相对贡献率。结果表明:(1)2000—2018年黄土高原蒸散发年际变化率为4.47 mm/a,62.8%的区域蒸散发呈显著增加趋势,主要分布在山西、青海、陕西省北部地区;不同土地覆盖ET为森林＞农田＞草地＞灌木。(2)植被显著增加是黄土高原ET变化的主导因子,其相对贡献率最大(32.1%);不同气象要素对黄土高原ET相对贡献率大小为降雨(14.6%)＞饱和水汽压差(13.2%)＞温度(12.4%)＞日照时数(10.0%);非植被下垫面变化(水土保持工程措施等)对ET变化的影响作用不容忽视。(3)气象要素和增强型植被指数(enhanced vegetation index,EVI)对林草覆被ET影响作用＞农田覆被ET,而非植被下垫面要素对农田覆被ET的影响作用较大。研究结果为黄土高原生态建设、水资源消耗恢复和水资源可持续性评价提供科学支撑。     

米脂县退耕还林的综合效益评价与政策取向

基于1998—2003年的统计数据和构建的评价指标体系,对陕北黄土高原米脂县的退耕还林工程综合效益进行定量评价与定性分析。研究结果表明,退耕还林工程的实施取得了较显著的社会、经济和生态效益。(1)人口资源变化中农业劳动力和外出劳务人口变化显著。(2)耕地面积大幅减少,13个乡镇中,耕地减少幅度大于25.37%的有9个乡镇,占总乡镇数的69%,并集中分布于米脂县东部。(3)退耕还林对米脂县国民生产总值、林业产品产值、牧业产值的增长有一定贡献,且随着退耕年数越长,贡献越大。(4)农村经济总收入增长幅度最大,其中,林业收入年平均增加53.75%。可见退耕还林有效地促进了当地林业的发展。(5)生态环境效益主要表现为水土保持治理力度大。全县水土流失、土壤侵蚀状况有了明显改善。(6)提出了加强米脂县退耕还林的总体规划,建立退耕还林长期利益保障机制,改进退耕还林操作方式等后续政策的建议。     

陕北黄土高原土地利用/覆盖变化及生态效应评价

基于1997年和2006年两期遥感影像获得陕北黄土高原地区土地利用变化数据,结合 RS和GIS技术,对陕北黄土高原土地利用/覆盖变化特征进行了分析.并采用生态服务价值的方法对陕北黄土高原土地利用变化的生态效应进行了综合评价.结果表明,1997-2006年,陕北黄土高原利用类型发生了显著变化,该区50.37%的耕地转换成为林地和草地,总体生态服务价值量显著增加7.67×106元,年增长率为0.2%,整体生态环境指数有所提高从0.145增长到0.157,土地利用/覆盖变化整体生态贡献指数变化明显,整体贡献指数为1.239,生态环境质量明显改善,表明退耕还林以来陕北黄土高原地区整体生态环境向着健康方向发展.     

多源土地覆被产品在长三角地区的一致性分析与精度评价

土地覆被数据是全球环境问题,人类活动对生态系统影响评估等相关研究的重要数据源。近年来国内外生产了众多全球尺度或国家尺度上的土地覆被数据集,这些数据集在应用于特定区域研究时精度的可靠性以及多源数据集间的一致性对数据集的选择有着重要意义。该研究以长三角为研究区域,采用混淆矩阵、构成相似性分析和空间一致性分析等方法,对CCI_LC、FROM-GLC、GLC_FCS30、GLCNMO、GlobeLand30和CGLS_LC6种土地覆被数据集进行了基本精度验证及一致性分析,并探讨了面向不同用户需求的土地覆被数据产品的适用性。结果表明:CCI_LC、FROM-GLC、GLC_FCS30、GLCNMO、GlobeLand30和CGLS_LC在长三角地区的总体精度分别为76.89%、78.42%、84.67%、74.26%、80.61%和85.43%;产品间土地覆被类型面积估算的相关系数均大于0.9;FROM-GLC、GLC_FCS30和GlobeLand30三套产品对长三角地区65.51%的土地分类有完全一致性,产品间一致性分别为72.23%、77.99%和76.41%。6种产品对于广泛分布且占研究区大部分面积的耕地、林地、水体和建设用地具有较好的分类精度,湿地、裸地、灌丛和草地分类结果较弱,需要辅助其他数据产品使用。结合地形地貌分析来看,长三角地区土地覆被分类精度整体受地形起伏影响较小,但丘陵密布的浙江省的部分区域受地形影响出现了分类不稳定的情况。从城市发展的角度看,长三角地区土地覆被分类精度受到城市经济发展活跃程度影响。面向用户应用需求来看,耕地类型上CGLS_LC数据具有最优表现,林地和建设用地类别上GLC_FCS30和CGLS_LC具有相近的优秀表现,而水体类别则是FROM-GLC数据更具有优势。     

基于时序NDVI图谱库提高土地覆盖分类精度的方法

为提高MODIS土地覆盖产品的分类精度,该文以河南省为试验区,首先将MODIS土地覆盖产品(MCD12Q1)分为高精度区域和低精度区域,然后通过构建时序NDVI图谱库并利用图谱曲线相似性测定方法,改进MCD12Q1低精度区域的分类精度。结果表明:1)时序NDVI是土地覆盖的重要分类特征,二者之间具有较强的关联性。2)利用时序NDVI图谱库能够明显提高MODIS土地覆盖产品的分类精度,改进后的MCD12Q1的总体分类精度分别由72.76%(比较评价)、64.52%(样本评价)提高到83.05%和81.72%。3)不同土地覆盖类别精度提高的程度不同,林地、草地、耕地、人工地表以及水体的生产者精度分别提高35.36%、29.51%、2.98%、6.96%和6.11%。4)对于判定时序NDVI曲线相似度的2种具体方法而言,最小距离法(minimum distance,MD)总体上优于光谱角度匹配法(spectral angle mapper,SAM)。综上,保留现有土地覆盖产品中分类精度较高的部分,基于时序NDVI图谱库改进分类精度较低的部分,是提高现有土地覆盖产品分类精度的有效方法。     

多源土地利用产品在黄土丘陵沟壑区的精度评估

[目的] 为评估多源土地利用产品在黄土丘陵沟壑区的精度。[方法] 以黄河二级支流关川河流域为例,基于高精度GCLUCC土地利用数据,从空间分布、面积特征、样本点精度和空间一致性4个方面评估空间分辨率为10,30 m的6种土地利用产品(WorldCover 10 m、ESRI 10 m、GLC_FCS30-2020、GlobleLand30、CNLUCC和CLCD)的准确性。GCLUCC数据是基于GF-2(0.8 m)、DEM(5 m)、野外采样点(6 400个)和Google Earth样本点(2 320个),采用面向对象法和人工目视解译,空间分辨率为1 m,整体精度超过95%。[结果] (1)分类特征方面,多数产品能提取主要土地类别,但提取效率和准确度存在明显差异,特别是在耕地、林地和建设用地等地类的空间分布上。(2)面积一致性上,各产品与GCLUCC在不同地类的面积上存在显著差异。部分产品的草地面积是GCLUCC的2倍以上,而林地和水域面积仅占GCLUCC的0.13%~12.11%和1.41%~11.27%。(3)整体精度方面,GlobleLand30和WorldCover 10 m展现较高精度,空间图谱精度分别达到58.21%和50.19%。而CLCD和CNLUCC的准确性相对较低,其中,林地与草地、耕地与草地及建设用地与耕地间的分类混淆严重。(4)所有产品与实际地表间的空间误差显著,尤其在对乔木、灌木、裸地和水体分类上面临挑战。[结论] 当前土地利用产品在黄土丘陵沟壑区精确表征地表覆盖特征方面存在挑战。未来的产品开发应更多地考虑地形和地理特征,并加强对特定土地利用类型的识别。研究结果可为黄土高原生态保护和地表信息获取提供理论参考。     

年际尺度上土地覆盖类型时空分异及其对气候和地形的响应

为了更加深刻地理解气候和地形条件对土地覆盖的作用机理,该研究以2001年-2009年逐年的MODIS Land Cover(MCD12Q1)为主要数据源,参考中国土地覆盖分类体系整合国际上通用的5种(IGBP、UMD、LAI-fPAR、NPP和PFT)土地覆盖分类体系,分析年际尺度上中国西北干旱半干旱地区的土地覆盖时空分异及其对气候和地形的响应。研究结果表明:IGBP较其他4种更适合年际尺度上干旱半干旱地区土地覆盖的时空分异研究。2001年-2009年,5种分类体系中农田和草地增加,水体湿地和荒漠减少,聚落保持不变,森林有增有减,并且土地覆盖类型间相互发生转换,其在空间上的转移与干旱半干旱地区的自然条件变化和人类活动相适应。6种土地覆盖类型对自然条件的响应与光、热、水在时空格局上的分配以及人类活动作用的强弱相一致。研究结果可为区域或全球土地利用和土地覆盖研究提供参考。     

地形复杂地区遥感图像分类方法应用研究——以黄土丘陵沟壑地区坡耕地遥感调查为例

由于黄土高原地区地形复杂,在坡耕地遥感调查中单纯采用监督分类法很难获得理想的精度。以黄土丘陵沟壑地区为研究区域,在坡耕地的分类中采用改进的分类方法,首先以非监督分类法获得初始训练样本,在对样本进行增补和修改的基础上再进行监督分类,使分类精度明显提高。研究表明,用改进的分类法提取坡耕地及其它地物的信息取得了良好的分类效果,是该地区进行坡耕地调查较为理想的方法。