基于SSPs多情景目标的2030年成渝经济圈土地利用碳排放预测及其空间优化

快速城市化及人类活动增强,使得土地利用剧变并带来了一系列生态环境及气候问题。中国碳达峰、碳中和战略的提出,对未来土地利用的数量结构及空间分布提出了新的更高要求。碳中和战略下,通过多目标情景模拟土地利用结构和空间优化,预测未来土地利用变化及其碳排放特征,对土地维度碳中和具有重要意义。结合SSPs未来气候情景、历史情景和政策情景,基于PLUS模型模拟了2010-2030年成渝经济圈土地利用变化,包括数量和空间结构特征。并进一步基于经济效益、碳排放量、碳储量、生态系统服务价值四目标函数约束,对2030年不同情景下成渝经济圈土地利用结构进行了空间优化。深入分析了2030年的土地利用变化碳排放特征。结果表明,（1）2010-2020年,成渝经济圈主要表现为耕地、草地面积减少,建设用地、林地、水域和未利用地面积增加。（2）基于5种未来情景预测的成渝经济圈2030年土地利用变化各不相同。SSP126情景、SSP245与历史情景下,整体变化模式类似,但SSP126情景下林地扩张更快;SSP585情景下,建设用地、林地迅速向耕地扩张;政策情景兼顾建设用地与生态用地的发展,耕地减少最多,但耕地面积仍然高于...     

基于PLUS模型和InVEST模型的南京市生态系统碳储量时空变化与预测

土地利用变化对陆地生态系统碳储量变化有着重要影响,研究土地利用变化与碳储量的空间格局,有利于优化国土空间布局,协调生态保护与土地开发利用之间的关系。以南京市域为研究区,基于2000—2020年土地利用数据,采用InVEST模型对此20年间南京市土地利用变化及碳储量变化进行分析,同时采用PLUS模型预测不同发展情景下2040年南京市碳储量分布,结果表明：(1)土地利用变化直接影响研究区碳储量。2000—2020年,城市建设用地扩张65.62%,耕地、林地和草地随之减少,南京市碳储量减少2.62×10⁶ t;(2)根据预测,到2040年,在耕地保护情景下,碳储量下降最少,仅下降2.44×10⁵ t;在生态保护情景下,碳储量下降1.56×10⁶ t;在城镇发展情景下,碳储量下降最多,下降1.78×10⁶ t;在自然发展情景下,碳储量下降1.62×10⁶ t。这表明采取耕地保护和生态保护政策,可以有效控制碳储量减少;(3)碳储量空间分布特征与土地利用分布保持一致,对于碳储量较高的区域,...     

1996—2006年武汉市土地利用/覆被变化研究

以武汉市为研究区,利用1996和2006年Landsat5的TM影像解译结果,基于GIS空间分析与数理统计方法定量研究了1996—2006年11年间的武汉市土地利用/覆被变化。研究结果表明：（1）1996—2006年期间,武汉市土地利用覆被总体特征表现出耕地、草地和未利用地减少,林地、水域和建设用地面积增加的态势;（2）这11年间耕地转化为林地、建设用地和水域这3种变化类型分布最为广泛,转换率最大;（3）11年来武汉市土地利用综合动态度变化幅度较大,并呈缓慢上升趋势。土地利用年变化速度达到1.25%;（4）1996—2006年武汉市土地利用程度逐年提高,土地利用程度变化量和变化率均大于0,说明武汉市处于土地利用发展时期,土地利用集约度会进一步提高。     

广东丰溪省级自然保护区景观格局变化及其驱动力研究

探究景观格局变化及其驱动力是自然保护区景观格局优化、生态保护和建设管理的重要基础。基于广东省丰溪省级保护区2010、2015、2020年的遥感影像数据,借助Arc GIS、ENVI和FRAGSTATS等软件,通过分析动态度、转移矩阵、景观格局指数等探究景观格局的演变规律,并对其驱动力进行探讨。结果表明,1)保护区土地利用类型以林地为主,约占区域总面积的61.9%;2010-2020年间,林地和水域持续减少,耕地和建设用地持续增多,土地利用综合动态度由1.87%减少至1.75%,整体呈减少趋势,景观格局变化趋于平稳。保护区林地的转出量最大,转出面积有2.03×10³ hm²;草地的转入量最大,转入面积有1.28×10³ hm²;耕地的转入面积约为转出面积的3.3倍,整体增加约800 hm²。2)林地是保护区的主体景观,其斑块优势度最大,破碎度最小,景观连通性较好。2010-2020年间,耕地、建筑用地和水域的破碎度降低,连通度升高;草地的破碎度最大,连通性能减低。2020年,景观...     

基于PLUS模型和InVEST模型的西双版纳碳储量变化研究

为了探究西双版纳州2000—2030年不同土地覆被类型变化特征及其对碳储量的影响,提升区域碳储量的估算精度和准确度,采用PLUS模型和InVEST模型相结合的方法,分别预测了2030年不同情景下西双版纳的土地覆被情况以及不同土地类型下的碳储量的变化。结果显示：(1) PLUS模型在西双版纳的预测结果比较理想,2000年模拟2010年、2010年模拟2020年的Kappa系数分别为0.80、0.81。(2) 2000—2020年,林地、草地、灌木地在逐渐减少,建设用地在不断扩张,20年间城镇用地增加了172.37 km²,至2030年,建设用地进一步扩张,面积达到了381.18 km²,林地和草地转移成一部分转换成耕地,另一部分转换成建设用地。(3) InVEST模型计算出来的2000—2030年西双版纳碳储量总体呈下降趋势,空间上存在着呈块状和条状交错分布的特点。2000年、2010年、2020年西双版纳州的碳储量分别为4.94×10⁷t、4.82×10⁷t、4.76×10⁷t...     

开都孔雀河流域近20年土地利用/覆被变化及景观破碎化研究

根据开都孔雀河流域1990、2000和2010年Landsat-TM影像数据和中巴资源卫星数据,结合GIS技术,研究其近20 a土地利用/覆被及景观格局的动态变化特征及变化原因。结果表明,1990—2010年开都孔雀河流域土地利用类型变化最明显的是耕地、建设用地和水域湿地,年均变化率分别为4.76%、-1.61%和1.45%,而未利用地年均变化率最小,为-0.29%。草地面积的8.71%和未利用地面积的1.73%均转变为耕地,草地面积的2.41%转变为水域湿地,建设用地的54.74%转变为未利用地;林地面积在2000年前减少,主要转变为耕地,而在2000年后耕地和草地转变为林地,又使其面积增加。整个研究时段耕地、水域湿地分布趋于集中,逐渐成为研究区的优势景观类型;在2000年前林地分布破碎化明显,在2000年后趋于集中;1990—2010年,草地面积减少,景观优势度下降,景观形状趋于简单。认为人口的不断增加以及经济利益的驱动使得流域内耕地面积不断扩大,从而严重危及流域的生态环境安全。     

丹东沿海地区土地利用变化对生境质量的影响研究

土地利用变化与生态效应影响研究是全球环境变化的热点。以丹东沿海地区2000—2018年土地利用景观格局为基础,运用GIS技术和In VEST模型对丹东沿海地区生境质量进行定量评估,并结合土地利用变化规律分析了土地利用变化对生境质量的影响。丹东沿海地区作为连接海陆的重要过渡带,研究其土地利用变化对生境质量的影响,对于权衡生态保护与利用土地资源海陆统筹发展具有重要意义。结果表明,(1)耕地、草地及未利用地面积减少,林地、水域和建设用地面积增加,研究末期林地仍占研究区的62.895%,耕地比重由30.565%降至25.735%,是研究区第二大土地利用类型,其次是建筑用地、水域用地,草地与未利用地占比较小。(2)研究期间,生境质量低值区扩大,较低值区缩小,中等级、较高、高值区面积增加。生境质量呈现自东北向西南递减,自沿海向内陆递减的分布特征。(3)研究区生境质量受土地利用变化影响较大,2015—2018土地利用变化与生境质量变化都较为显著,以林地、河渠为主的土地利用类型受人类活动干扰较小,生境质量较好;沿海地区的建设用地对生态环境造成破坏,生境质量较差。(4)通过空间自相关以及热点分析发现,研究区生境质量分布状况存在空间聚集性,聚集效应近年来有分散的趋势,区域间的生境质量差异扩大。     

东江湖水质时空变化规律及其与流域土地利用的关系

东江湖是长江中下游重要的人工湖泊之一,也是湖南省最大的饮用水源地,探究水质变化规律及其与流域土地利用关系,可为东江湖生态保护提供科学依据。基于2011-2022年东江湖2个国控断面及2021-2022年6条主要入湖河口水质监测数据,运用统计分析和Spearman秩相关系数法,阐明了东江湖水质时空变化规律及其与土地利用变化的关系。结果表明,（1）在近12年期间,东江湖水环境污染综合指数呈上升趋势,水质由地表Ⅰ类水下降到地表Ⅲ类水。东江湖主要入湖河口水质介于地表Ⅲ-Ⅳ类水之间,水环境污染综合指数呈现出枯水期高于丰水期特点。（2）东江湖流域各土地利用类型的面积呈现出林地>耕地>水域>建设用地>草地的特点,其中建设用地、耕地和草地面积随着时间的增加而增高,林地面积随着时间的增加而减少,水域面积呈现小幅减少。（3）东江湖国控断面的化学需氧量、高锰酸盐指数、电导率及水环境污染综合指数与流域内耕地和建设用地面积呈极显著正相关,而与林地面积呈显著负相关;然而,东江湖入湖河口水体的溶解氧与子流域内水域面积呈显著正相关。可见,在2011-2022年间,东江湖水质呈下降趋势,而流域内...     

基于PLUS模型和InVEST模型的昆明市生境质量研究

城镇化发展导致的土地利用变化是影响生境质量的首要因素,而生境质量对生物多样性保护和生态环境修复具有重要意义。以昆明市为研究区,通过获取2000—2020年土地利用数据,利用PLUS模型模拟2030年土地利用变化情况,再结合InVEST模型对昆明市生境质量进行研究。结果如下：(1)昆明市主要地类为耕地、林地和草地。2000—2020年耕地、林地、水体面积分别减少926.18 km²、28.03 km²、30.05 km²,建设用地和草地分别增加了925.36 km²和95.24 km²。(2) 2000—2020年昆明市生境质量持续降低,处于中上水平且呈现两极化趋势。低生境分布在昆明市南部城市群;较低生境聚集在昆明市东部,与较高生境相互交错分布在整个研究区;高生境主要分布在西面的山区。同时,低生境面积不断增加,高生境面积逐渐减少。(3) PLUS模型模拟出来的2030年昆明市土地变化中,建设用地进一步扩张,耕地、林地、草地面积持续减少;模拟得到的平均生境质量相较于2020年整体下...     

精河流域绿洲土地利用及生态系统服务价值时空变化研究

土地利用变化直接影响着生态系统服务功能及生态安全,在县域尺度上定量分析区域土地利用类型及生态环境效应变化,可为地处干旱生态脆弱区的精河流域绿洲水、土资源合理开发利用提供科学依据。利用1990、2000和2018年3期影像,采用梯次环方法对研究区各土地利用类型生态系统服务价值进行时空分析,并基于生态环境质量指数和生态贡献率对土地利用类型转变后的生态环境效应进行辨识。结果表明:(1)1990—2018年研究区土地利用变化明显,建设用地、耕地、水域和草地面积增加,林地和未利用地面积减少;(2)近28 a来,研究区生态系统服务价值整体变化较大,呈先降后增趋势,2018年生态系统服务价值优于1990和2000年。以城市为中心的梯次环方法分析结果显示,1990和2000年研究区南部地区生态系统服务价值整体高于北部地区,生态系统服务价值高值区出现在S5～S7梯次环;2018年北部地区生态系统服务价值高于南部地区,生态系统服务价值高值区出现在N6～N8梯次环;(3)1990、2000和2018研究区生态环境质量指数分别为0.147、0.120和0.194。研究区土地荒漠化以及林地、草地转为未利用地是在土地利用层面导致生态环境退化的主要原因,未利用地转为林地、草地以及艾比湖水面的恢复是促使研究区生态环境质量改善的主要原因。     

近35 a叶尔羌河中下游流域土地利用/覆被时空动态演变特征

基于叶尔羌河中下游流域1982、1990、2000、2010和2017年5期遥感影像数据,利用GIS技术,对该地区近35 a土地利用/覆被变化进行分析。结果表明:1982—2017年研究区耕地和建设用地面积占比不断增加,分别由占研究区总面积的4.92%和0.33%增加到13.06%和0.67%;林地、草地和未利用地面积则分别减少8.43×10~4、4.48×10~4和2.81×10~5 hm~2;湿地和水域面积变化波动较小,但总体上呈减少趋势,减少面积分别占流域总面积的0.08%和0.14%。各土地利用类型中耕地变化速率最大,达4.73%,建设用地次之。林地、草地、湿地和水域面积的减少主要受到年均气温上升,相对湿度下降和蒸发量增大等自然因素的影响;耕地和建设用地面积的增加以及未利用地面积的减少主要受到人口、第一产业生产总值和GDP急剧增长等人文因素的影响。除此以外,政策因素调整也对研究区土地利用/覆被变化产生显著影响。     

成渝城市群黑碳气溶胶的时空分异特征及其对土地利用/土地覆被变化(LUCC)的响应

基于2000—2015年MERRA-2的黑碳气溶胶(BC)空间分布数据和土地利用/土地覆被数据,利用GIS空间分析手段和地理加权回归模型,识别成渝城市群BC浓度的时空分异和土地利用/土地覆被变化(LUCC)特征,探讨BC浓度对LUCC的响应关系。结果表明:(1)成渝城市群BC浓度在整体上呈现出中部高、四周低的同心圆格局,且这一态势在15 a中没有发生明显改变;2000、2005、2010和2015年的年均浓度分别为3.86、4.97、4.91和4.51μg·m~(-3),以2005年为拐点呈先上升后下降的趋势,且2005年高值区的空间范围最大,经历了扩张-收缩的变化过程;在季度水平上表现出冬季秋季春季夏季的趋势,秋冬季BC污染形势严峻;(2)2000—2015年成渝城市群土地利用/土地覆被的主要类型为耕地、林地和草地,该时期3种地类面积总和的占比均在94.61%以上,土地利用结构未发生明显改变;以耕地与草地连续减少和建设用地持续增加为LUCC的主要特征,水域、林地和未利用地略有增加;(3)不同土地利用/土地覆被类型下的BC浓度总体上呈现出建设用地耕地水域林地未利用地草地的特征;在不同的土地利用/土地覆被转换方式下,当人工用地转为自然用地时BC浓度降低,当自然用地转为人工用地时BC浓度增加;(4)地理加权回归模型计算结果表明,局域拟合系数较高区域的LUCC对BC浓度的影响较为显著,且呈现出明显的空间分异现象。     

基于增强回归树的地表温度变化敏感性与下垫面改变关系研究——以长三角生态绿色一体化发展示范区为例

在气候变化背景下,深入分析地表温度变化的敏感性和下垫面改变的关系,对探求长三角生态绿色一体化发展示范区的热环境影响有重要意义。基于1985年、1995年、2000年、2005年、2010年和2020年的Landsat遥感影像,进行地表温度反演、地表温度转移矩阵计算以及增强回归树的处理,探讨示范区地表温度变化敏感性与下垫面改变的关系。结果表明：1)示范区地表最高、最低温度均呈上升趋势。其中,高温地区普遍出现在城乡用地,主要集中在徐泾镇、松陵镇、罗星街道、魏塘街道、盛泽镇等城镇,而低温区域主要分布在水域区域。2)1985—2020年,耕地、林地、水域的总面积大量减少,城乡用地面积逐年增加。3)地表温度敏感性由高到低分别为转变为城乡用地、耕地、林地和水域的下垫面区域。4)2010—2020年,青浦区地表温度敏感性相对较低,嘉善县地表温度敏感性变化相对平稳,而吴江区地表温度敏感性变化波动性较大。减少用地类型转化为城乡用地和耕地,合理安排城乡用地类型的分布,增加示范区内绿化面积,继续对水域及林地进行保护和治理将会对示范区热环境改善产生一定的积极作用。     

三江源土地利用变化特征及因素分析

根据三江源地区1980年、1990年、1995年、2000年、2005年、2010年、2015年7期1∶10万土地利用数据集,运用Arcgis 10.0空间统计分析与数理统计方法定量研究了该区土地利用变化特征、规律及趋势,阐明了影响土地变化的主要因素,为三江源地区土地资源的可持续利用及土地管理决策提供科学依据。结果如下,(1)2015年三江源土地利用类型以草地、林地和水域为主,分别占总面积的71.20%、4.28%、5.47%。低覆盖草地主要分布在研究区西北部,中高覆盖度草地以及林地集中分布在东南部,水域在整个源区都有分布。(2)根据土地利用变化重要性指数(C_i),得知35年间三江源土地利用类型之间的转变主要以低中高覆盖度草地、未利用土地与水域之间的转化为主。1980—2015年,低、高覆盖度草地,水域,建设用地面积波动增加,未利用土地面积有明显的减少趋势,35年间减少了17.61%,中覆盖度草地和林地基本保持不变,草地面积总体增加了13.45%。(3)从土地利用变化来看,建设用地增加最快,1980—2015年,建设用地增加了89.54%,它的开发程度也最大,为2.63%;未利用土地的耗减程度最大,耗减率为0.66%。(4)人口、经济结构变化及政策的实施是土地利用变化的主要驱动机制。     

基于InVEST模型的太行山沿线地区生态系统碳储量时空分异驱动力分析

提升区域的碳汇能力是中国生态文明建设的重点战略方向,是促进经济社会发展绿色转型的重要举措。太行山区是中国华北地区重要的生态屏障,其生态系统拥有良好的碳汇能力。研究太行山区生态系统碳储量时空分异特征及其影响驱动机制,对华北地区落实国家“双碳”工程建设,提升区域释氧固碳能力,乃至全面提升区域生态环境质量具有重要的意义。以太行山区为例,基于2005、2010、2015、2020年太行山区四期土地覆盖及碳密度数据,使用InVEST模型估算研究区碳储量,使用地理探测器探索驱动碳储量空间分异的主要因子,分析驱动机制。研究结果表明,(1)在2005—2020年期间,太行山区的土地利用类型发生明显变化。林地、建设用地土地利用面积增加,耕地、草地土地利用面积减少。耕地和草地主要转化为建设用地,同时也有一部分耕地转化为林地。(2)太行山区碳储总量在1.48×10⁹—1.50×10⁹t之间,整体逐渐增加。从土地类型来看,碳储量占比由大到小依次为：林地、耕地、草地、建设用地、水域、未利用地。林地增加是太行山区碳储量增加的主要原因;(3)太行山区碳储量空间分异主要受地...     

长沙市生态系统服务价值对土地利用变化的响应研究

基于谢高地等确立的中国陆地生态系统服务价值系数,通过价值系数修正,分析长沙市24年间土地利用变化对生态系统服务价值的影响.研究表明:耕地、林地、草地、水域、未利用土地的面积逐渐减少,城镇建设用地逐渐增加.1900~2014年的生态系统服务总价值逐渐减少,价值损失量为169 329.89万元,损失率为5.44%.各生态系统服务功能对长沙市生态系统服务价值的贡献率排在前三位是土壤形成与保护,水源涵养,生物多样性保护.食物生产的生态系统服务价值的贡献率最小.生态系统服务价值敏感性指数由大到小依次为:林地、耕地、水域、城镇建设用地、草地、未利用土地,敏感性指数均小于1,研究结果合理可信.     

基于Ripley K函数的平江县景观格局分析

基于2001、2009和2016年平江县TM遥感影像,应用Ripley K函数分析了平江县县域景观格局的特征及其变化,以期为平江县的可持续发展及景观规划提供科学依据.结果表明:2001~2016年间,平江县林地和建设用地面积逐渐增大;耕地、水域和园地面积则逐渐减少,其中水域面积减少趋势较平缓.在研究期间,研究区的各种景观类型在空间分布特征上均发生了显著的改变,总体表现为水域、建设用地和耕地的空间聚集程度降低,分布的均匀度增加;林地的空间分布随着面积的降低聚集性增强;园地的空间分布则趋向于随机分布,聚集程度减弱.     

近54a扎龙自然保护区景观斑块面积变化特征

运用GIS技术和景观牛态学的数量分析方法,根据扎龙自然保护区土地利用类型图和Landsat TM图像,分析了1950-2004年保护区景观斑块面积变化特征.结果表明,54 a间,保护区各景观类型以沼泽地所占面积比例最大,区域呈现出以沼泽地景观为基质.草地、耕地和未利用地等为主体的交错景观格局,其他景观类型呈补丁状散布于其中.沼泽地面积表现为波动性增加,草地面积下降显著,未利用地、住宅用地和耕地总体呈快速扩张趋势,水域面积变化不显著,林地所占比例最小,但呈上升趋势.面积加权平均值由大到小依次为沼泽地、草地、耕地、未利用地、水域、住宅用地和林地.最大斑块指数由大到小依次为沼泽地、草地、耕地,其他各类景观的最大斑块指数均小于1.斑块面积标准差最大的是沼泽地,并呈逐年增大趋势,水域、林地、住宅用地等景观类型斑块面积差异程度较小.斑块面积变异系数最大的是1978年的住宅用地,林地、未利用地的斑块面积变异系数较稳定.     

乌鲁木齐城市地表温度时空变化与贡献度研究

伴随着新疆首府乌鲁木齐市经济快速发展,人口持续增加、城市化进程不断加快,地表温度也发生极其显著的变化。以乌鲁木齐市中心城区为研究对象,利用1990—2018年的4期Landsat卫星影像和中国科学院土地利用/覆被分类数据,采用地表温度反演、重心转移模型、空间聚类分析以及计算贡献度指数等方法,定量研究乌鲁木齐市城市化进程中地表温度的时空格局变化及土地利用/覆盖对热环境的贡献程度。结果表明,(1)1990—2018年间,研究区相对地表温度等级在<0、0—2、>8等级上面积增加,2—4、4—6、6—8等级上面积减少。面积增长最大的是<0的相对地表温度等级,面积减少最多的是6—8等级,从空间分布上看,温度区分布有从中间向外围递增的现象。(2)1990—2018年间,研究区内相对地表温度等级在0—2、2—4、4—6区域的重心均表现为先向东南,再向西,再向东北转移的趋势,相对地表温度等级>8区域的重心先向西南,再向东北转移,相对地表温度等级<0的区域温度重心一直北移,空间上呈现等级越高越靠东的现象,相对地表温度等级<0分布在中间,相对地表温度等级>8区域的重心转移距离最长,相对地表温度等级在0—2区域的重心转移距离最短。(3)研究区内的LST在空间上呈现出很强的集聚效应,从整体上均表现为等级越高集聚性越强的现象;1990—2018年间,区域热岛的集聚程度在不断降低,空间尺度临界值逐年下降。(4)1990—2018年间,研究区建设用地与水域面积增加,其余类型均在减少,面积增长最大的为建设用地,面积减少最大的耕地面积。各土地利用/覆盖类型的贡献度指数从大到小表现为草地、建设用地、未利用地、林地、水域、耕地,其中草地、建设用地、未利用地为正贡献,林地、水域、耕地为负贡献。贡献度值指数大小与面积密切相关。     

草海湿地区域景观生态脆弱性时空变化特征

生态脆弱性作为生态学研究的热点和重要方向,对区域环境保护、土地利用规划及可持续发展具有重要指导意义。利用3S技术,基于景观生态学理论和方法构建景观脆弱度指数,从整体上对贵州草海湿地区域的景观类型及景观脆弱度变化特征进行分析。以研究区53个行政村作为评价单元,从较小尺度和可控单元出发,研究草海区域景观生态脆弱性变化及其时空分异特征。结果表明:(1)1995—2015年间草海湿地区域林地、草地面积减少较多,建设用地和水域面积持续增加;研究区景观脆弱度指数范围逐渐变大,但各景观类型脆弱度指数排序不变,由大到小依次为草地、林地、耕地、建设用地和水域。(2)1995—2015年间处于重度脆弱区、中度脆弱区的行政村主要集中在研究区四周,且数量有所减少;处于一般脆弱区和潜在脆弱区的行政村集中在研究区中部区域,数量有所增加。(3)各行政村的景观生态脆弱性水平呈现显著自相关,但景观生态脆弱性接近的行政村在空间上表现出的聚集性有所降低。(4)研究区行政村的景观生态脆弱性空间分布由低-低聚集类型转为高-高聚集类型,大部分行政村的空间自相关属于"不显著"类型,并没有出现低-高聚集区。