土地利用/覆盖变化与气候变化定量关系研究进展

当前,以全球变暖为主要特征的气候变化对人类社会的可持续发展构成了严重威胁,如何有效适应气候变化成为人类面临的共同挑战。研究表明,全球变暖的主要驱动力是人类活动造成的温室气体排放和土地利用方式改变。过去,科学界致力于削减全球温室气体排放,而土地利用与气候变化的关系,以及如何适应气候变化,没有引起足够重视。论文重点阐述土地利用/覆盖变化对区域气候的生物地球物理影响机制,总结土地利用/覆盖与气候变化定量关系的研究进展,得出现阶段研究存在四点不足:①缺乏景观格局与气候过程关系的认识;②较少考虑人类活动对下垫面的影响;③区域气候模式存在局限;④适应气候变化的研究不足。针对上述问题,论文指出基于可持续性的土地系统设计是适应气候变化的有效途径,也是未来气候变化领域的研究重点。     

遥感技术与陆地生态系统碳循环研究

在人类社会日益关注全球环境问题的今天,大气中CO2和CH4等温室气体浓度升高诱发的全球气候变化已成为可持续发展的最严峻挑战。因此,针对各个陆地生态系统的碳循环研究成为气候变化和区域发展研究的重点和关键。陆地生态系统中土地利用方式、植被种类等的变化,通过时间和空间的尺度来影响着全球碳循环,而遥感技术具有宏观、速度快、周期短、信息量大、多时相等特点,因此在植被覆盖和土地利用分类、碳循环遥感模型等方面都有着重要的应用。     

广东省土地覆盖变化对植被净初级生产力的影响分析

理解土地利用/覆盖变化对植被净初级生产力（Net Primary Productivity,NPP）的影响对于全球碳循环和粮食安全具有重要意义。论文采用优化的CASA（Carnegie-Ames-Stanford Approach）模型估算广东省2000、2005和2010年NPP,分析NPP的空间格局和土地覆盖的时空动态,研究土地覆盖变化对NPP的影响。结果表明：1）广东省NPP空间分布不均,形成一系列高值区和低值区;总体上是粤中区最高,珠三角区最低。2）2000—2010年广东省土地覆盖变化程度增强,城市用地和耕地变化最大,主要集中在珠三角区和粤中区。3）在气候变化条件下,以城市扩张为主导的广东省土地覆盖类型变化整体上造成NPP的损失,损失量主要来自林地和耕地向低生产力土地覆盖类型的转换,尤其是被城市用地占用;不同生态区NPP损失差异显著,珠三角区和粤中区NPP损失较为严重;2005—2010年珠三角区NPP损失量有所降低,其他生态区均有所增加,体现了城市扩张对NPP影响的复杂性。     

土地利用和土地覆盖变化研究模型综述

本文综述了全球变化研究中土地利用和土地覆盖变化（ＬＵＣＣ）的主要模型,重点介绍了植被模型和引入社会驱动力的ＬＵＣＣ模型,并归纳出ＬＵＣＣ模型的以下发展趋势：①新一代的ＬＵＣＣ模型应该能够模拟ＬＵＣＣ的主要社会经济和自然驱动力,包括从ＬＵＣＣ到驱动力和全球变化的主要反馈关系；②具有明确的空间关系,能够以适当的空间分辨率,比较好地预测长期的（５０～１００ａ）土地利用和覆盖变化及有关的生物物理参数,如植被特征、资源的积聚和退化等；③能够更好地认识ＬＵＣＣ与其主要驱动力之间的关系在局地、区域和全球尺度上的动态和后果；充分考虑土地利用和覆盖变化对政策、技术进步、人口增长、经济发展、市场变化等社会变量的灵敏性,此外,还应注意意识、信仰等文化因素的影响；④发展新的ＬＵＣＣ建模方法,使ＬＵＣＣ模型能够与其它类型的全球变化模型,特别是气候模型建立联系。     

黄河三角洲土地利用/土地覆盖变化研究现状与展望

土地利用/土地覆盖变化是全球环境变化研究的3个核心主题之一。黄河三角洲是我国乃至世界造陆速度最快的河口三角洲之一。伴随着人口的不断增加,黄河流域经济的发展,河口地带油气的开发,黄河三角洲土地利用/土地覆盖发生了迅速的变化,从而引发了土壤盐渍化、水污染严重、湿地资源保护受到威胁等一系列生态环境问题。论文以黄河三角洲为典型样区,把其土地利用/土地覆盖变化的研究作为全球环境变化研究的一个缩影,为全球性土地利用/土地覆盖变化模型的建立提供依据。论文首先介绍了黄河三角洲概况,其次对该地区土地利用/土地覆盖变化探测方法、结果进行了对比、归纳,接着回顾了该地区对土地利用/土地覆盖变化的驱动力分析以及模型预测,然后介绍了土地利用/土地覆盖与环境变化交互作用等的研究状况,最后总结了目前黄河三角洲土地利用/土地覆盖研究所取得的成绩和存在的不足,同时为进一步开展该地区的研究工作提出了若干建议。     

国际土地利用/覆盖变化模型研究综述

国际上对土地利用/覆盖变化的研究由来已久,近年由于土地利用/覆盖变化对全球变化的贡献及响应,预测土地利用/覆盖变化成为必然。由此,越来越多的科学家致力于研究土地利用/覆盖变化模型,并取得了积极进展。论文介绍了目前国际上土地利用/覆盖变化模型的一些相关问题:①土地利用/覆盖变化模拟的尺度依赖性;②土地利用/覆盖变化模拟的数据问题;③预测土地利用/覆盖变化的位置与数量。回顾了已有的5种主要的土地利用/覆盖变化模型:①基于行为者的土地利用/覆盖变化模型;②经验统计模型;③最优化模型;④混合/综合模型;⑤动力模拟模型。最后总结了现有模型中存在的问题,并探讨了今后土地利用/覆盖变化模型发展的方向。     

土地利用变化对土壤有机碳的影响研究进展

研究土地利用变化对土壤有机碳及其动态变化规律,有助于掌握全球气候变化与土地利用变化之间的关系。本文分别从土地利用及其管理方式变化的角度,综合阐述了土地利用变化对土壤有机碳的影响过程与机理。     

气候变化对湿地景观格局的影响研究综述

气候变化是影响湿地景观格局变化的主要自然因素。文章从气候变化对湿地水资源面积、湿地土地利用格局、湿地植被空间格局及湿地生物多样性格局的影响研究等方面进行了综述,并对完善气候变化下湿地景观格局变化的研究方法和技术手段进行了探讨。指出:应用气候模型进行未来气候预测时,应合理选择气候变化情景,并确保不同模型的时空尺度匹配;应用"3S"技术提取湿地类型信息、观测湿地土地覆盖变化时要确保信息的精度,不同来源的数据必须采取制图综合等手段;实现气候变化下湿地景观结构与生态过程相结合的动态格局分析。     

农业对小冰期和现代我国七月气候的影响模拟

小冰期是数千年来最引人注目的一个冷期,也是近百年变暖的直接历史背景,该时期我国农业扩展范围已与现代相差无几。自然植被被农业植被替换,对区域水循环和气候变化都产生影响。比较冷暖时期该类影响之差别,有利于认识土地覆盖与气候的联系。文中利用全球和区域气候模式,考察小冰期和现代两种全球背景下我国区域土地覆盖变化对七月平均气候状况的影响。结果表明：小冰期夏季偏冷地区主要在北方,农业具有减缓小冰期大尺度降温的效应,而在较温暖且温度变化较小的华南和华中地区,农业则起一定的降温效应；农业对现代气候下的降水影响不大,但在小冰期背景下却导致降水减少     

华北地区植被覆盖变化及其影响因子的相对作用分析

利用GIMMS NDVI数据和气象数据,采用趋势分析、残差分析和相对作用分析对华北地区1981—2006 年植被覆盖时空变化特征进行了分析,并计算了气候变化和人类活动在植被覆盖变化过程中的相对作用.结果表明,1981—2006 年华北地区植被NDVI呈现显著上升趋势,其增加速率为0.009/10 a,但却存在着明显的空间差异,且植被NDVI退化区域面积大于改善区域面积;华北地区植被覆盖变化与干燥度指数和气温有很好的相关性,说明气候变化是影响植被覆盖变化的重要因素;此外,无论在华北地区植被改善区域还是退化区域,人类活动起到的作用都占据了主导地位.在植被改善区,人类活动的相对作用为68.10%,大于气候变化的相对作用(31.90%),在植被退化区,人类活动的相对作用为71.88%,也远大于气候变化的相对作用(28.12%),且气候变化和人类活动的相对作用大小在不同空间位置上表现不同.     

Attribution assessment and projection of natural runoff change in the Yellow River Basin of China

Climate variability and human activities are two driving factors in the hydrological cycle. The analysis of river basin hydrological response to this change in the past and future is scientifically essential for the improvement of water resource and land management. Using a water balance model based on Fu’ equation, the attribution of climate variability and land-use/land-cover change (LUCC) for natural runoff decrease was quantitatively assessed in the Yellow River Basin (YRB). With five general circulation model (GCM) s’ output provided by The Inter-Sectoral Impact Model Intercomparison Project (ISI-MIP), future runoff in the context of climate change was projected. The results show that (1) compared with other distributed hydrological models, the water balance model in this study has fewer parameters and simpler calculation methods, thus having advantages in hydrological simulation and projection in large scale; (2) during the last 50 years, the annual precipitation and runoff have decreased, while the mean temperature has increased in the YRB. The decrease of natural runoff between natural period (1961 to 1985) and impacted period (1986 to 2011) could be attributed to 27.1–49.8 and 50.2–72.9% from climate variability and LUCC, respectively. As the LUCC is the major driving factor of the decrease in the upper and middle reaches of the YRB, policymakers could focus on water resources management. While climate variability makes more contribution in the middle and lower reaches of the YRB, it is essential to study the impact of future climate change on water resources under different climate change scenarios, for planning and management agencies; (3) temperature and precipitation in the YRB were predicted to increase under RCP4.5. It means that the YRB will become warmer and wetter in the future. If we assume the land-use/land-cover condition during 2011 to 2050 is the same as that during 1986 to 2011, future annual average natural runoff in the YRB will increase by 14.4 to 16.8%. However, future runoff will still be lower than the average value during 1961 to 1985. In other words, although future climate change will cause the increase of natural runoff in the YRB, the negative effect of underlying surface condition variation is stronger. It is necessary to promote the sustainable development and utilization of water resources and to enhance adaptation capacity so as to reduce the vulnerability of the water resources system to climate change and human activities.     

长江流域植被净初级生产力对未来气候变化的响应

研究基于气象观测和B2气候变化情景数据,利用大气-植被相互作用模型(AVIM2)模拟了1981—2000年和2010—2050年两个时段内植被NPP的空间分布格局及其时间变化趋势并分析了其时空变化与气温和降水量的关系。研究表明1981—2000年流域内植被NPP的空间分布大致呈现自西向东、自北向南递增的趋势。未来长江流域气温将整体增加,但各地增温幅度不同。流域降水量有增有减,主要增加区域位于长江源头和上游及中游的江北地区。未来在气温增加幅度较小而降水量增加的区域,如长江源头和上游的青海、西藏、川西及云南的部分地区的植被NPP将增加。在气温增幅较大而降水量减少或者降水量增加不多的区域如长江中游和下游的广大地区植被NPP将减少。从植被类型来看,长江流域大部分森林、郁闭灌丛和农作物的NPP在B2气候变化情景下将减少,每年减少量分别在0~4.5 gC.m-2、0~2 gC.m-2和0~2.5 gC.m-2之间。高寒草甸、草地和稀疏灌丛的NPP将增加,每年增长量介于0~2 gC.m-2之间。     

西南地区陆地植被生态系统NPP时空演变及驱动力分析

研究西南地区陆地植被生态系统净初级生产力(NPP)的时空演变特征及其驱动力,对区域生态环境保护具有重要的现实意义.利用2000～2021年MODIS NPP、1999～2021年基于站点的气象数据和2000～2020年土地利用类型等数据,结合主成分分析、残差分析、Theil-Sen Median趋势分析和偏相关分析等方法,研究西南地区陆地植被生态系统NPP时空演变及其对驱动力的响应特征.结果表明,时间上,2000～2021年西南地区植被NPP呈波动上升趋势,速率为3.54g·(m²·a)^-1.气候变化和人类活动影响下,农田、草地和森林生态系统NPP均呈上升趋势,但农田生态系统NPP的上升趋势最为显著.空间上,西南地区植被NPP呈上升趋势的面积占比为89.06%,显著上升和极显著上升的区域主要分布在广西南部、四川东部、重庆西部,以及云南和贵州交界处.气候变化和人类活动对西南地区植被生长具有双重影响,气候变化和人类活动影响下农田生态系统NPP呈上升趋势的面积占比均高于草地和森林生态系统.西南地区植被NPP与各气象因子的相关性呈明显地域差异.区域尺...     

近30年玛纳斯河流域土地利用/覆被变化对植被碳储量的影响

天然植被退化,部分转变为人工植被和人类聚居区是干旱区绿洲过程的重要表现之一,而目前对土地利用变化影响植被碳储量的机制还不十分清楚。论文尝试采用CASA模型及1976—2007年4期9月份Landsat卫星影像估算玛纳斯河流域9种植被类型的净初级生产力,并通过植物枯损模型估算了流域内植被碳密度,进而估算出流域内各类型植被碳储量,最后分析土地利用/覆被类型间的转移对植被碳储量的影响。结果表明,在1976—2007年间,受农作物种植结构及品种变化影响,绿洲农田植被碳密度变化较大;同期流域植被碳储量共增加了50.50×104t C,其中林地被乱砍乱伐,灌木林地、天然牧草地退化为荒草地使得流域植被碳储量减少了1.21×104t;林地、农田、荒草地以及未利用地之间的转移使得流域植被碳储量总共增加了18.52×104t C。研究结果显示,流域内植被碳储量总体呈增加趋势,且农田是影响流域植被碳储量的主要因素。     

气候变化和人类活动对我国典型草原区植被恢复的影响

草原区作为影响我国陆地生态系统碳水循环和生态安全的重点区域,对气候变化和人类活动极为敏感.然而,有关气候变化和人类活动对该区域植被恢复相对贡献的认识尚存分歧.以生态系统净初级生产力(NPP)为评价指标,通过对比MODIS观测的实际NPP和基于Thornthwaite Memorial模型估算的潜在NPP的趋势差异,量化了2000～2020年气候变化和人类活动对我国典型草原区(北方温性草原区和青藏高原高寒草原区)植被恢复的相对作用.结果表明,研究区内93%的草地植被呈恢复趋势,NPP平均增加速率达(以C计)2.12 g·(m²·a)^-1(P<0.01),其中,近一半植被恢复区受气候变化和人为活动共同控制,约36%和10%植被恢复区分别受气候变化和人类活动的独立控制;此外,不同草地类型气候变化主导植被恢复的面积占比差异大,主要表现为高寒草地明显高于温性草地,气候条件越干旱,气候主导面积占比越大.人类活动不是北方温性草原区和青藏高原高寒草原区植被恢复的主要原因,但在气候条件恶化地区,人类活动可降低甚至抵消气候变化对植被的负面影响.未来需加强长...     

毛乌素沙地气候变化及其对植被覆盖的影响

利用1961—2007年毛乌素沙地气温、降水资料,对研究区近50 a来气温和水分资源各分量的时空变化进行了研究,并结合TM影像和中巴资源卫星影像,从气候变化和群落水分收支平衡的角度,对毛乌素沙地近20 a的植被覆盖变化及其原因进行了分析。结果表明:近50 a,沙地增温趋势显著,变化率为0.33℃/10 a。全区域年均温变化趋势的范围为0.16~0.5℃/10 a,且增温的程度存在西北部最强、东南部最弱的趋势。水分资源各分量时空分布极不均匀:东南部降水量P和可利用降水Δw多、陆面蒸散E强,西北部相反。P、E、Δw均呈现出逐年减少的趋势,并且大致经历了3个变化阶段。近20 a毛乌素沙地植被覆盖变化与气候变化密切相关。为适应不断变化的气候需要,在进行沙地治理与生态建设中,必须考虑人工植被建设的可持续性问题。     

A lake classification concept for a more accurate global estimate of the dissolved inorganic carbon export from terrestrial ecosystems to inland waters

The magnitude of lateral dissolved inorganic carbon (DIC) export from terrestrial ecosystems to inland waters strongly influences the estimate of the global terrestrial carbon dioxide (CO₂) sink. At present, no reliable number of this export is available, and the few studies estimating the lateral DIC export assume that all lakes on Earth function similarly. However, lakes can function along a continuum from passive carbon transporters (passive open channels) to highly active carbon transformers with efficient in-lake CO₂ production and loss. We developed and applied a conceptual model to demonstrate how the assumed function of lakes in carbon cycling can affect calculations of the global lateral DIC export from terrestrial ecosystems to inland waters. Using global data on in-lake CO₂ production by mineralization as well as CO₂ loss by emission, primary production, and carbonate precipitation in lakes, we estimated that the global lateral DIC export can lie within the range of \( {0.70}_{-0.31}^{+0.27} \) to \( {1.52}_{-0.90}^{+1.09} \) Pg C yr^?1 depending on the assumed function of lakes. Thus, the considered lake function has a large effect on the calculated lateral DIC export from terrestrial ecosystems to inland waters. We conclude that more robust estimates of CO₂ sinks and sources will require the classification of lakes into their predominant function. This functional lake classification concept becomes particularly important for the estimation of future CO₂ sinks and sources, since in-lake carbon transformation is predicted to be altered with climate change.     

区域土地利用变化对生态环境影响定量评估——以铜川市城郊区为例

区域土地利用变化对生态环境的影响,是地理学全球变化研究的重要内容,而生态服务价值则是目前生态学、生态经济学研究的热点问题。研究利用研究区地形、土壤、植被数据和近10年来每年的气候、土地利用数据,运用生态服务价值测算模型,计算了1994~2003年铜川市城郊区历年的生态服务价值,并模拟了无土地利用变化情景下的生态服务价值,提出了土地利用变化环境效应指数,并尝试性地运用该指数定量评价了城郊区土地利用变化对生态环境的影响。结果表明:①由于气候变化、人类活动尤其是土地利用变化等原因的影响,城郊区生态服务价值年际间变化很大,1994~2003年期间,在不考虑水域生态服务功能情况下（基于水域面积年际变化极小考虑）,城郊区生态服务价值在4.77×108~1.56×10⁹元间波动;②模拟了无土地利用变化情景下的生态服务价值,结果表明每年基于无土地利用变化情景下的生态服务价值明显低于基于土地利用变化情景下的生态服务价值;③运用土地利用变化环境效应指数计算模型计算了土地利用变化环境效应指数,结果表明都大于1,从1994年到2003年期间,土地利用变化环境效应指数除个别年份略有波动外,整体呈增加趋势,反映了土地利用变化对城郊区生态环境的影响是积极的。