2000～2018年中国植被生态质量时空变化特征

监测植被变化对评价中国生态环境质量和生态过程具有重要意义.以MODIS数据反演得到的中国总初级生产力、叶面积指数、植被覆盖度、温度植被干旱指数和陆面温度5项指标为基础,构建了植被生态指数(VEI),并利用SEN+Mann-Kendall、Hurst指数及变异系数等方法对2000～2018年中国植被生态质量的时空变化特征、可持续性及稳定性等方面进行了分析.结果 表明:(1)从空间分布看,植被生态质量差和较差区面积占全国植被覆盖区总面积的25.46％,主要分布在新疆的大部分地区、甘肃西北部、青藏高原中西部及内蒙古中西部地区,优良区占比42.91％,主要分布在东北的东部和北部地区、华东的中部及南部地区、华中和华南以及秦岭地区;(2)从年际变化看,植被生态质量呈现出较为明显的增长趋势,年增长率为0.1％;(3)从空间格局变化趋势看,植被生态质量呈增加、基本不变和降低的面积分别占植被区总面积的34.82％、54.19％和10.99％;(4)从稳定性和未来变化趋势看,在过去的近20年我国植被生态质量的变化幅度较小,稳定性较好;我国植被生态质量未来的变化趋势与过去近20年一致,即将保持继续改善的趋势;(5)从不同植被类型看,13种植被类型的生态质量均呈改善趋势,且常绿阔叶林、落叶阔叶林和稠密灌丛的生态质量最优,永久湿地、草地和稀疏灌丛的生态质量较差.     

基于SPOT_NDVI的甘肃省植被覆盖变化及其与气候、地形因子的关系

植被覆盖时间序列特征体现了气候变化和人类活动对环境的影响，利用2000~2018年SPOT_NDVI并结合气象和地形数据，采用趋势分析、偏相关分析、地形面积修正等方法探究甘肃省植被覆盖的变化特征及与气候、地形的关系。研究表明：近19年来，甘肃省植被覆盖整体呈恢复状态，但低覆盖区面积仍为最大，空间分布总体呈现南高北低的状态。降水对省内植被生长总体起到促进作用，特别是黄土高原地区，植被覆盖度与降水有显著的正相关性；在南部湿润区和北部干旱区，气温对植被生长分别起到促进和抑制作用。就地形而言，海拔2 500~3 000 m、坡度大于25°的半阳坡地区最适宜植被生长。进行植被覆盖研究，有利于区域生态建设和持续性发展，同时对人地关系以及经济发展的统筹规划也有重要的理论与实际意义。     

2000～2015年川西高原植被EVI海拔梯度变化及其对气候变化的响应

川西高原植被系统受地形因子影响在垂直方向上空间特征差异明显。以MODIS EVI遥感数据作为植被动态监测指数,结合高程数据分析2000～2015年川西高原植被EVI沿海拔梯度的变化规律,然后根据川西高原内部及附近39个气象站点的气温和降水资料开展川西高原植被EVI变化对气候变化的响应研究。结果表明:(1)川西高原近16年生长季植被EVI以0.8%/10 a的速率波动增加,沿海拔梯度具有先升高后降低的特点,垂直分布特征差异显著;(2)川西高原植被EVI变化趋势整体处于稳定状态,改善面积多于退化面积。在1 000 m的低海拔区域,由于人类活动的干扰,植被退化严重;中等海拔范围内水热条件充足,利于植被生长,植被逐渐得到改善,局部地区有轻微退化现象;在4 000 m的高海拔地带,植被EVI波动幅度较低并趋于稳定;(3)不同高程区间内植被EVI变化受气候影响不同,川西高原高海拔地区植被生长主要受气温控制,而中等海拔地区受降水影响较大。(4)在0.05显著性水平下,川西高原植被EVI变化受非气候因子驱动的面积分布较广,约84.22%;受气候因子驱动的面积占比为15.78%,气温对植被生长和分布的驱动作用强于降水驱动作用。     

2000～2019嘉陵江流域植被覆盖时空变化特征及气候响应分析

嘉陵江是长江水系流域面积最大的一条支流,近年来嘉陵江流域出现严重水土流失,在生态保护工程的实施和气候变化的共同作用下植被覆盖发生了明显变化,研究植被覆盖时空变化特征、未来趋势和影响因素,可为嘉陵江流域生态环境治理提供参考依据.基于MODIS-NDVI时序数据和地面气象数据,借助3S技术和线性趋势分析、Hurst指数、变异系数等方法多角度分析了嘉陵江流域植被覆盖的时空演变特征及未来趋势,并结合Mann-Kendall(M-K)检验与偏相关系数研究气候因子对植被覆盖的影响.结果 表明:(1)近20年来嘉陵江流域植被覆盖总体呈上升趋势,增加速率为2.9％/10a,且空间分布上具有显著差异,表现为上中游偏高,下游偏低;(2)嘉陵江流域植被覆盖呈增加趋势和减少趋势的面积分别占88.68％和11.32％,具体表现为陇南陕南地区及中下游东部地区显著增加,流域西北部与南部各市县城区减少;(3)流域北部地区植被覆盖变化的波动性强于南部地区,中东部地区波动最小.(4)嘉陵江流域植被覆盖变化反向持续性较强,植被变化呈持续退化趋势的主要在碌曲县南部与流域南部各市县城区,呈持续改善趋势的主要在广元市剑阁县与苍溪县,其余区域呈由退化到改善的趋势;(5)气温对嘉陵江流域植被覆盖变化的影响最大,且植被NDVI对气温和降水的响应均存在一定的滞后现象,人类活动对植被覆盖变化的影响具有两面性.     

云南喀斯特关键带植被时空变化特征及气候与人为影响因子解析

受自然环境及人类活动的影响,滇东南喀斯特地区石漠化问题严重,当地生态环境面临巨大压力.基于MODIS-NDVI数据通过像元二分模型提取植被覆盖度FVC,采用回归与残差分析等方法对2000 ～ 2016年植被覆盖时空变化特征和趋势进行了分析,并对影响其变化的气候和人为因子进行了解析.研究结果表明:近17年研究区FVC总体呈波动上升的趋势,增长速率为春季(0.005 0/a)＞冬季(0.004 3/a)＞秋季(0.004 0/a)＞夏季(0.000 3/a),年增长速率0.003 6/a.2000年以来FVC呈增加趋势的区域占研究区总面积比例在85％以上,而在市域、县域中心区以减少为主.研究区分别有56.41％、61.47％的FVC与气温、降水因子的相关系数通过0.05的显著性检验,主要呈正相关关系.2000～2016年研究区受人类活动影响持续增加的面积占总面积80.54％,持续减弱的面积占13％,影响不变的面积占6.46％,人类活动对FVC变化的影响呈持续加强的趋势.研究结果将为定量评估喀斯特区域石漠化综合治理工程和生态修复评估提供科学依据.     

湖北省植被覆盖度时空变化特征与影响因素分析

湖北省植被结构变化受自然和人类活动因素的影响较大,揭示湖北省植被变化的空间特征对其生态环境改善具有重要意义.基于MOD13Q1 NDVI数据计算湖北省的植被覆盖度,结合气象、DEM数据分析湖北省2000～2020年植被覆盖度的时空变化及分布格局,并探讨了其对气候变化、人类活动的响应.结果 表明:(1)2000～2020年湖北省植被覆盖度总体呈现增加的趋势,增大区域集中在湖北省的西北部,十堰、神农架林区和随州周围;(2)局部地区存在植被退化现象,退化面积呈先减小后增加的趋势.2000～2005年植被恢复区域主要集中在西北部和西南部,退化区域分布在武汉、襄阳、仙桃和黄石等地区;2005～2010年湖北省整体植被覆盖状况相对较差,退化区域分布在西北部和东南部,十堰和武汉较为明显,改善区域集中湖北省中部、神农架林区、襄阳、随州和天门;2010～2015年湖北省植被退化面积减少,分布在东部和西北部;2015～2020年植被覆盖度整体呈现下降趋势;(3)湖北省的东北部、西南部以及襄阳等地区的植被覆盖度与气温、降水呈现正相关,随着海拔的升高,气温、降水及风速和植被覆盖度正相关和负相关所占比重逐渐减少;(4)人类因素对湖北省的生态环境有正影响,对植被恢复有促进作用;负影响主要集中在武汉周边城市、襄阳、荆州等区域.     

2000～2018年鄂西山区植被EVI时空变化特征及其地形效应

分析鄂西山区植被EVI的空间分异、时空演变及地形效应,可为该区域生态环境的整体保护与分区保护提供理论支撑,也可为制定具有针对性的植被保护政策提供科学依据.基于MOD13Q1 EVI数据,运用一元线性回归趋势分析方法对2000～2018年鄂西山区EVI时空变化趋势进行了研究,并结合高程、坡度和坡向数据等探讨了其对地形的响应机制.结果 表明:(1)鄂西山区EVI值整体上呈现北部低,中部和南部高,东部低西部高的空间分布特点.2000～2018年鄂西山区EVI平均值介于0.57～ 0.66之间,整体呈现改善态势.(2) EVI变化趋势主要以基本不变为主,占鄂西山区总面积的85.74％;轻微减少和显著减少区分别只占总面积的0.23％和0.17％,分布零散;轻微增加和显著增加区域分别占8.35％和5.51％,主要集中分布在北部和中部的丹江口市、郧阳区、郧西县、谷城县、南漳县、神农架等地区.(3)海拔＜700 m以及坡度＜14°区域是植被主要退化区;中海拔区域(700～1 700 m)以及坡度＞14°区域是植被主要改善区.建议鄂西山区未来注重对低海拔、缓坡区域的植被保护.     

基于MODIS NDVI的攀枝花市植被覆盖变化及其驱动力

攀枝花市位于金沙江与雅砻江的交汇处是长江上游生态脆弱区,也是天然林保护工程和退耕还林工程等的重点实施区。基于2001~2010年MODIS-NDVI数据,以及同时期的气象数据和其他辅助数据,利用最大值合成法(MVC)、趋势分析法以及线性相关分析等方法研究了攀枝花市植被覆盖时空变化及其与气候因素和人类活动的关系。研究结果表明:攀枝花市植被覆盖整体较高,属于高植被覆盖区域,年际尺度上,植被覆盖呈上升的趋势,增长速率为0.02/10 a;从年内来看,9月NDVI达到最大值,NDVI最小值出现在3月;植被覆盖在水平空间上呈"南低北高"的分布特征,并在垂直空间上呈现出显著的差异性,研究区植被覆盖分别在海拔2 000~3 000 m、坡度30°~40°达到最大值;受水热条件的影响,阴坡(0°~45°,315°~360°)植被覆盖高于阳坡(135°~225°),而平地(-1°)植被覆盖度最低;就整个研究区而言,植被退化的面积与增加的面积分别占0.7%和44.4%,增加的面积远大于退化的面积;年际尺度上植被受气温的影响高于受降水的影响;大规模生态工程建设是研究区植被覆盖增加的主要驱动因素。     

基于MODIS NDVI的攀枝花市植被覆盖变化及其驱动力#br#

攀枝花市位于金沙江与雅砻江的交汇处是长江上游生态脆弱区，也是天然林保护工程和退耕还林工程等的重点实施区。基于2001~2010年MODIS NDVI数据，以及同时期的气象数据和其他辅助数据，利用最大值合成法（MVC）、趋势分析法以及线性相关分析等方法研究了攀枝花市植被覆盖时空变化及其与气候因素和人类活动的关系。研究结果表明：攀枝花市植被覆盖整体较高，属于高植被覆盖区域，年际尺度上，植被覆盖呈上升的趋势，增长速率为0.02/10 a；从年内来看，9月NDVI达到最大值，NDVI最小值出现在3月；植被覆盖在水平空间上呈“南低北高”的分布特征，并在垂直空间上呈现出显著的差异性，研究区植被覆盖分别在海拔2 000~3 000 m、坡度30°~40°达到最大值；受水热条件的影响，阴坡（0°~45°, 315°~360°）植被覆盖高于阳坡（135°~225°），而平地（-1°）植被覆盖度最低；就整个研究区而言，植被退化的面积与增加的面积分别占0.7%和44.4%，增加的面积远大于退化的面积；年际尺度上植被受气温的影响高于受降水的影响；大规模生态工程建设是研究区植被覆盖增加的主要驱动因素。 关键词： 植被覆盖变化；归一化植被指数；气候变化；人类活动；攀枝花市     

三江源地区人类活动对植被覆盖的影响

基于1999-2010年SPOT VEGETATION旬值NDVI数据,并结合偏相关分析、线性趋势等方法对三江源地区影响植被覆盖变化的主要气候因素进行了判断,从而利用主要气候因子进行线性拟合,进而得到残差趋势来反映人类活动对植被覆盖的影响。结果表明:①1999-2010年三江源地区平均植被覆盖由东向西逐渐减小。12年间,植被覆盖呈改善趋势,平均变化率为0.047/10a。山地草原改善最为明显,其次为高寒草甸、高寒草原和常绿针叶林,亚高山、高山植被,矮半灌木荒漠改善趋势最不明显。黄河源区变化率最高,其次是长江源区和澜沧江源区,高寒荒漠草原区改善效果最差。②三江源地区大部分区域植被覆盖主要受气温影响,其次在黄河源区北部、长江源区中东部分布有降水影响区以及水热共同影响区。常绿针叶林受水热共同影响,高山、亚高山以及高寒植被主要受气温影响,山地草原主要受降水量影响。③1999-2010年,三江源地区平均残差趋势为0.018/10a,表明人类活动对三江源地区的植被覆盖变化呈正影响。人类活动对山地草原的正影响作用最强烈,其次是山地常绿针叶林,其他由大到小依次为高寒草甸、高寒草原、高山植被、亚高山植被和高寒匍匐矮半灌木荒漠。黄河源区和澜沧江源区受人类活动的正影响作用较强且相当,其次为长江源区,高寒荒漠草原区受人类活动影响最小。     

Policy sciences contributions to analysis to promote sustainability

The policy sciences, in offering the most comprehensive approach to policy analysis and the sociopolitical processes that shape policy outcomes, is particularly appropriate for guiding the analysis required to promote sustainability. This article presents the main components of the policy sciences framework and demonstrates its potency in the crucial task of deepening the problem definitions required to select and enact policies to promote sustainability. As such, it provides background for the policy sciences articles of this special feature.

Thyroid disruption at birth due to prenatal exposure to beta-hexachlorocyclohexane

OBJECTIVE: Thyroid hormones play an important role in human brain development, and some organochlorine compounds (OCs) act as thyroid disruptors. The objective of the present study was to evaluate the association between prenatal exposure to organochlorine compounds and thyroid function in newborns from a general population birth cohort in Menorca, with an a-priori specific focus on beta-HCH. METHODS: Levels of polychlorinated biphenyls (PCB congeners 28, 52, 101, 118, 138, 153 and 180), hexachlorobenzene (HCB), beta-hexachlorocyclohexane (beta-HCH), dichlorodiphenyl dichloroethylene (p'p'-DDE) and dichlorodiphenyl trichloroethane (p'p-DDT) in cord serum, and thyrotropin (TSH) concentration in plasma three days after birth were measured in 387 newborns from Menorca. The TSH concentration was categorized (high or low), except for 27 children whose TSH levels were quantified. RESULTS: Levels of beta-HCH and PCB-153 were positively related to TSH concentrations (gestational age-adjusted coefficient (p-value): 0.26 (p = 0.006) and 0.31 (p = 0.050), respectively). CONCLUSIONS: beta-HCH is potentially a new thyroid disrupting compound, deserving special interest in future studies given its high body burden in humans.     

A new approach to quantifying and comparing vulnerability to drought

In this study we develop an “inference modeling” approach to compare and analyze how different disciplines (economics, political science, and behavioral science/environmental psychology) estimate vulnerability to drought. It is thought that a better understanding of these differences can lead to a synthesis of insights from the different disciplines and eventually to more comprehensive assessments of vulnerability. The new methodology consists of (1) developing inference models whose variables and assertions incorporate qualitative knowledge about vulnerability, (2) converting qualitative model variables into quantitative indicators by using fuzzy set theory, (3) collecting data on the values of the indicators from case study regions, (4) inputting the regional data to the models and computing quantitative values for susceptibility. The methodology was applied to three case study regions (in India, Portugal and Russia) having a range of socio-economic and water stress conditions. In some cases the estimates of susceptibility were surprisingly similar, in others not, depending on the factors included in the disciplinary models and their relative weights. A new approach was also taken to testing vulnerability parameters by comparing estimated water stress against a data set of drought occurrences based on media analysis. The new methodologies developed in this paper provide a consistent basis for comparing differences between disciplinary perspectives, and for identifying the importance of the differences.

“地球工程”作为减缓气候变化手段的几个关键问题

减缓气候变化可以在大的地理尺度上以工程技术手段来实施。地球工程包括所有能源生产和消费以外的、不涉及工业生产过程管理的,在较大的地球尺度或规模上,去除大气中的CO2或直接控制太阳辐射而降温的各种人为的工程技术手段,主要包括三大类:绿色生物技术手段、碳捕获与埋存技术和太阳光辐射额度控制管理技术。这一类地球工程手段有着一系列经济、技术、环境、伦理、安全和不确定性含义。本文就近年来国际上关于地球工程作为减缓气候变化可能技术选择的几个关键问题开展了分析和讨论,涉及概念界定、技术特点、可能影响、治理构架等。作者认为,对于直接作用于碳的地球工程手段,如绿色生物技术手段和碳捕获与埋存技术,风险小、可操控;太阳光辐管理技术,通过人为排放到大气的SO2和气溶胶等的降温效应,来控制地球气温的上升,尽管使用的经济成本可能不高,具有实际操作可能,但其巨大的不确定性和可能的安全含义,需要引起足够的重视。从伦理上看,当代人是否有权来开展太阳光辐管理技术这类具有巨大科学不确定性的地球工程存在争议,在科学不确定的情况下采取任何行动,就失去了伦理学基础。从法律上看,人工干预太阳辐射,即使是科学实验或研究,由于其影响超出了国界,超出了当代人,也超出了人类社会,如果有人采取行动,也存在法律依据上的质疑。人工干预太阳辐射的研究和实施,需要一个国际治理构架。为了防止其他国家单独行动,需要"相互约束"的治理构架——"自我约束"以换取他国同意"自我约束"。鉴于气候变化和光辐管理在科学上的不确定性,目前不宜实施,短期内也不会提上议事日程。太阳光辐管理技术影响的复杂性和气候变化风险的迫切性,需要我们加大科学研究力度,为科学决策提供依据。中国作为一个新兴经济体,世界第一大CO2排放国,地域空间气候条件存在巨大差异性。从减排成本的角度,从气候影响的空间差异性,开展地球工程的科学研究,有着科学、政策和国际气候外交的积极意义。但是,相关的科学研究需要国际制度构架。由于气候变化框架公约及其谈判尚未涉及,需要开展系统科学、技术、经济、法律和国家安全等方面的相关研究,提高科学认知度,为国际谈判和政策选择提供决策依据。     

全球CO_2排放研究趋势及其对我国的启示

近几年,全球气候变暖已经成为国际社会的共识,由此而引发的温室气体减排计划也陆续在主要发达国家开始实施,有关CO_2排放问题的研究也成为全球的学术焦点.通过对全球CO_2排放研究趋势的总结发现:首先,国际社会有关CO_2排放的核算方法不断完善,从IPCC(1995)到IPCC(2006),内容更加完善,方法更趋合理;其次,排放责任的区分日益公平合理,随着"碳转移"和"碳泄露"问题研究的深入,有关排放责任区分方法的研究逐渐在从生产视角向消费视角转变;第三,排放因素分解逐步深入,分解公式包括KAYA公式和投入产出公式,分解方法从指数法到平均对数法再到微积分法,分解模型日趋成熟和多元化;第四,排放预测模型也不断综合化、长期化,自上而下模型和自下而上模型逐渐相互借鉴和融合.在此基础上,笔者对我国CO_2排放研究提出了几点启发,即加快排放因子数据库建设,重视责任排放和结构分析研究,提高自主建模的水平和完善我国技术环境数据库等.以期提高我国对温室气体排放现状和历史的认识,在国际气候变化领域发挥积极的作用.     

How to assess exposure of aquatic organisms to manufactured nanoparticles?

Ecological risk of chemicals is measured by the quotient of predicted no-effect concentrations and predicted exposure concentrations, which are hard to assess for manufactured nanomaterials (NMs). This paper proposes modifications to currently used models, in order to make them suitable for estimating exposure concentrations of NMs in the aquatic environment. We have evaluated the adequacy of the current guidance documents for use with NMs and conclude that nano-specific fate processes, such as sedimentation and dissolution need to be incorporated. We have reviewed the literature on sedimentation and dissolution of NMs in environmentally relevant systems. We deduce that the overall kinetics of water-sediment transport of NMs should be close to first order. The lack of data on dissolution of NMs under environmentally realistic conditions calls for a pragmatic decision on which rates to be used in modeling. We find that first order removal kinetics for dissolution seems adequate. Based on limited data from literature, probable removal rates range from 0 to 10(-4)s(-1) for sedimentation, and from 0 to 10(-5)s(-1) for dissolution. Further experimental data at environmentally relevant conditions for sedimentation and dissolution of NMs is needed.     

Correction to: Opportunities to reduce nutrient inputs to the Baltic Sea by improving manure use efficiency in agriculture

While progress has been made in reducing external nutrient inputs to the Baltic Sea, further actions are needed to meet the goals of the Baltic Sea Action Plan (BSAP), especially for the Baltic Proper, Gulf of Finland, and Gulf of Riga sub-basins. We used the net anthropogenic nitrogen and phosphorus inputs (NANI and NAPI, respectively) nutrient accounting approach to construct three scenarios of reduced NANI-NAPI. Reductions assumed that manure nutrients were redistributed from areas with intense animal production to areas that focus on crop production and would otherwise import synthetic and mineral fertilizers. We also used the Simple as Necessary Baltic Long Term Large Scale (SANBALTS) model to compare eutrophication conditions for the scenarios to current and BSAP-target conditions. The scenarios suggest that reducing NANI-NAPI by redistributing manure nutrients, together with improving agronomic practices, could meet 54–82% of the N reductions targets (28–43 kt N reduction) and 38–64% P reduction targets (4–6.6 kt P reduction), depending on scenario. SANBALTS output showed that even partial fulfillment of nutrient reduction targets could have ameliorating effects on eutrophication conditions. Meeting BSAP targets will require addressing additional sources, such as sewage. A common approach to apportioning sources to external nutrients loads could enable further assessment of the feasibility of eutrophication management targets.

     

Using fuzzy set theory to address the uncertainty of susceptibility to drought

This paper presents the technical aspects of a new methodology for assessing the susceptibility of society to drought. The methodology consists of a combination of inference modelling and fuzzy logic applications. Four steps are followed: (1) model input variables are selected—these variables reflect the main factors influencing susceptibility in a social group, population or region, (2) fuzzification—the uncertainties of the input variables are made explicit by representing them as ‘fuzzy membership functions’, (3) inference modelling—the input variables are used to construct a model made up of linguistic rules, and (4) defuzzification—results from the model in linguistic form are translated into numerical form, also through the use of fuzzy membership functions. The disadvantages and advantages of this methodology became apparent when it was applied to the assessment of susceptibility from three disciplinary perspectives: Disadvantages include the difficulty in validating results and the subjectivity involved with specifying fuzzy membership functions and the rules of the inference model. Advantages of the methodology are its transparency, because all model assumptions have to be made explicit in the form of inference rules; its flexibility, in that informal and expert knowledge can be incorporated through ‘fuzzy membership functions’ and through the rules in the inference model; and its versatility, since numerical data can be converted to linguistic statements and vice versa through the procedures of ‘fuzzification’ and ‘defuzzification’.