基于Markov-FLUS模型的饶河流域土地利用多情景模拟分析

流域在不同发展目标定位下的土地利用需求有所不同,科学合理调控土地利用变化是实现流域土地资源高效利用、生态-社会-经济协调发展的重要基石。以饶河流域为例,基于Markov-FLUS耦合模型综合考虑自然人为两方面,选取12类驱动因子,以2005年土地利用数据为初始值,利用2010、2015年实际土地利用类型数据进行验证改正模型,结合惯性发展、耕地保护、生态优先等情景设置,对2035年饶河流域土地利用进行模拟分析,以满足流域不同发展目标导向下的国土空间优化配置。研究结果表明：(1)该模型在饶河流域的适用性较强,模型总体精度达到98.01%,Kappa系数为0.9627,大于0.80,为今后该区域的土地利用模拟提供了方法借鉴。(2) 3种情景设置基本满足饶河流域不同发展诉求,针对不同发展目标,流域土地利用结构变化明显,其中耕地、建设用地变化显著。(3)惯性发展情景、耕地保护情景、生态优先情景下,建设用地扩张趋势分别为39%、16%、12%,表明落实耕地保护、生态优先政策需要加强约束建设用地扩张,进一步调整用地结构以提高土地利用效率。综上所述,基于Markov-FLUS模型对饶河流域土地利用进行...     

基于FLUS与InVEST模型的北京市生态系统碳储量时空演变与预测

城市地区虽然只占世界陆地面积的2%,却产生了全球约75%的碳排放,而科学合理的土地利用和管理方式可以重新固定大约60%-70%已耗损的碳。因此基于土地利用类型核算碳储量并探究城市土地利用变化其对碳储量的影响,能够揭示碳储量时空变化规律,为双碳目标下国土空间规划提供科学依据。基于1990-2018年北京市土地利用数据,利用InVEST模型测算1990-2018年北京市碳储量变化,再利用FLUS模型,分别测算自然演变情景、人口疏解城市发展情景、绿色集约生态保护情景3个城市发展情景下的土地利用变化,接着采用InVEST模型预测2035年3种情景下的碳储量变化,最后借助空间自相关模型对其进行分区管理研究,并基于此提出北京市未来城市发展与低碳城市建设规划建议。基于研究得出以下结果：（1）2000-2010年是碳流失较严重时期,碳储量下降了4.3%,而2010年后碳流失相对缓和,且在2015年后得到明显改善,2010年至2018年碳储量提升了3.5%。（2）除自然演变情景外,两种情景下的未来碳储量预测值均会进一步增加,且绿色集约生态保护情景的碳储量预测值最高,为16.39×10⁶ t,比最低的自然演变情景高出7.5×10⁵ t。（3）局部空间自相关分析结果显示,3种情景下的碳储量值在空间分布上具有相似性,碳储量高值区域在城市北部、西北部及西部区域出现集聚,低值区域则在中心城区聚集。     

晋北典型矿农城复合区生态系统服务价值权衡与协同

受到人类剧烈活动的影响,矿农城复合区的土地利用类型在短时间内转换频繁,进而对生态系统服务价值的变化产生显著影响,严重威胁区域生态系统的稳定性和可持续发展。分析和预测矿农城复合区生态系统服务价值（Ecosystem Service Value,ESV）时空演变特征、权衡与协同关系,对协调区域生态功能和人类需求具有重要意义。以晋北典型矿农城复合区为例,基于未来土地利用模拟（Future Land Use Simulation,FLUS）和价值当量表估算法,分析并预测了1990-2026年土地利用类型及ESV变化,同时结合相关性指数分析2026年不同情景下生态系统服务间的权衡与协同关系。结果表明：（1）2018-2026年研究区土地利用格局变化显著,主要表现在农用地、损毁地以及其他地类的相互转换上。在不同的发展情景下,2026年研究区的ESV存在较大的差异。自然、经济及生态发展情景的ESV总量依次为1.87亿元,1.69亿元和2.01亿元。（2）1990-2018年间,矿区土地复垦为研究区带来ESV增量1.95亿元。其中,第一阶段和第二阶段带来的ESV增量分别为1.86亿元和0.09亿元。相较于第一阶段,土地复垦第二阶段虽然数量少,但占比不断增加,有较大的发展潜力。另外,草地转林地和耕地转林地是第二阶段ESV增量的主要来源,其增值分别为430.03万元和404.61万元。（3）各项生态系统服务协同关系明显,受到人类扰动较少的西南区域和人类扰动剧烈的矿区均表现为协同关系,仅有少数地区表现为权衡关系,且调节-文化服务的权衡关系较为明显。本文可为矿农城复合区的生态系统服务管理提供一定的支撑。     

中国西南地区土地覆盖情景的时空模拟

气候植被类型的空间分布与土地覆盖类型的空间分布在时空层次上具有很好的相关性和一致性。在运用HLZ生态系统模型获得CMIP5的3种气候情景RCP26、RCP45、RCP85情景下西南地区未来90a(2011—2100年)HLZ生态系统时空分布情景数据的基础上,结合2010年土地覆盖现状数据,构建了土地覆盖情景的空间分析模型,并在此基础上,实现了西南地区未来90a土地覆盖情景的时空模拟分析。模拟结果表明:3种气候情景下,西南地区未来90a的落叶针叶林、落叶阔叶林、草地、耕地、冰雪、荒漠及裸岩石砾地等土地覆盖类型面积将呈逐渐减少趋势;常绿针叶林、常绿阔叶林、混交林、灌丛、湿地、建设用地、水体等土地覆盖类型面积则呈逐渐增加趋势。其中,湿地增加速度最快(平均每10a增加5.28%),荒漠及裸岩石砾地减少速度最快(平均每10a减少2.34%)。     

欧亚大陆植被生态系统平均中心时空偏移的情景模拟

欧亚大陆复杂多样的植被生态系统在全球气候变化的驱动下,其时空分布格局将发生系列的偏移变化,进而对欧亚大陆"一带一路"沿线国家和地区的生态环境产生重要影响。如何从全球气候变化驱动的角度来实现欧亚大陆植被生态系统时空偏移趋势的模拟分析,已成为"一带一路"沿线国家和地区生态环境研究的热点科学问题之一。在对HLZ生态系统模型进行改进和构建植被生态系统平均中心时空偏移分析模型的基础上,基于欧亚大陆的气候观测数据(1981—2010年)和CMIP5 RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5三种情景数据(2011—2100年),实现欧亚大陆植被生态系统平均中心时空偏移趋势的模拟分析。结果表明:欧亚大陆植被生态系统平均中心主要分布在欧亚大陆的中部和南部地区;3种气候情景下,欧亚大陆的亚热带干旱森林、暖温带湿润森林、亚热带有刺疏林、亚热带潮湿森林、冷温带潮湿森林、寒温带湿润森林、冷温带湿润森林、亚热带湿润森林、暖温带干旱森林、亚极地/高山湿润苔原和极地/冰原等植被生态系统的平均中心偏移幅度大于其他植被生态系统类型;欧亚大陆植被生态系统在RCP8.5情景下的植被生态系统平均中心偏移幅度大于其他两种情景;在2011—2100年期间,3种气候变化情景下,欧亚大陆植被生态系统平均中心整体上将呈向北偏移的变化趋势。     

情景分析及其在生态系统研究中的应用

生态系统是一种具有多稳态机制、自适应的复杂系统,其未来往往难以准确预测。情景分析方法针对影响系统的关键不确定性,通过对系统发展的几种可能性进行探索而构建一组不同的未来景象,改变现有心理模型,激发广泛参与,提高决策有效性。近年来,情景分析方法在生态系统研究中得到了越来越多的关注。本文阐述了情景及情景分析的概念及其发展,介绍了两种典型的情景分析步骤,分析了情景分析与传统生态预测方法的区别及其优越性,回顾了情景分析在生态系统研究中应用的经典案例,最后对情景分析其方法本身的发展和在生态系统中的应用进行了总结和展望。     

SWAT模型辅助下的生态恢复水文响应——以陇西黄土高原华家岭南河流域为例

生态环境问题受到了日益广泛的关注,生态恢复也在各地蓬勃开展,但生态恢复工程的开展迫切需要相关理论研究的指导.采用假定生态恢复情景的方法,在遥感和地理信息系统的支持下,利用分布式水文模型SWAT(Soil and Water Assessment Tool)对陇西黄土高原的典型流域--华家岭南河流域进行了多种生态恢复情景模型的设计,并模拟了不同生态恢复情景下径流和蒸散发的响应情况.得出:在南河流域草地比森林植被涵养水源的作用更强,模拟年均径流深比林地低9.1%,而蒸散发却高2.2%,所以南河流域生态恢复过程中种草是十分必要的.结果同时表明,应用SWAT模型进行流域尺度的生态恢复水文响应研究是可行高效的.     

基于MaxEnt模型预测未来气候变化情境下红树秋茄(Kandelia obovata)在中国潜在适生区的变化

红树秋茄为自然分布于我国南方热带与亚热带潮间带的木本植物群落,是淤泥质滩涂上特有的植被类型,由其构成的红树林生境在维持海岸生态系统平衡、湿地生物多样性等方面具有重要作用。全球气候变化影响了红树秋茄的地理分布范围,尤其是其分布北界的变化一直是当前红树研究领域的争论焦点之一。基于MaxEnt模型,筛选了141个秋茄现有分布点,并结合筛选后的14个陆地气候变量和2个海洋表层海洋环境因子,模拟了秋茄种群在不同碳排放情景下的潜在适生分布区域。分析了影响秋茄自然分布的主要环境因子,揭示了其在中国大陆分布北界的演化趋势。根据模型结果,当前模拟的潜在分布区与现有分布范围吻合度较高,受试者工作特征曲线下面积(AUC值)为0.990,预测结果优良。通过广义加性模型回归验证表明,主要环境因子与秋茄的生境适生性指数呈显著相关,整体方差解释率为94.7%(R²=0.915),说明MaxEnt模型预测结果可靠稳定。基于环境变量贡献率和刀切法的结果表明海洋表层平均水温、等温性、最暖季度降水量、年平均气温、最热月份最高温度等可能是影响秋茄分布的主要环境因子;等温性(bio＿03)为23.43—3...     

基于净生产力生态足迹模型的工业碳排放效应、影响因素与情景模拟

以不同类型城市东营和滨州为例,采用基于净生产力的生态足迹模型测度2005—2014年两市工业碳排放效应,利用弹性系数模型对工业碳排放生态足迹及其影响因素进行对比,通过情景模拟分析了基准和低碳情景下两市的可持续低碳发展潜力。研究结果显示:(1)东营碳排放总量和碳排放强度明显高于滨州,两市的碳排放生态足迹总体上都处于上升趋势,年均增长率分别为12.79%和6.16%,这与两市工业化发展阶段不同有关;(2)2005—2008、2008—2011和2011—2014,东营工业碳排放生态足迹当量主导影响因素组合变化为"耕地面积-土地城镇化率-能源结构系数"转化为"耕地面积-人口规模-能源结构系数"到"耕地面积-人口规模-第二产业比重";滨州2005—2014年的主导因素组合一直为"人口规模-土地城镇化率-能源结构系数";(3)通过情景模拟分析2020年东营、滨州的低碳发展潜力:基准和低碳情景下,滨州生态赤字分别为东营的10倍和2.6倍;就"减排"潜力而言,滨州远远高于东营,但实现低碳情景是工业GDP增长从现阶段20.6%骤降到6.5%为代价,对产业结构调整升级要求很高。对东营而言,低碳情景的实现不仅要将能源利用效率提高一倍,更要保证大量重要"碳汇"资源的恢复与重建。     

基于情景分析的区域能源-经济-环境耦合研究-以甘肃省为例

区域发展目标是减少人类活动对于生态环境的胁迫,实现区域社会经济活动的非物质化,即在实现一定的经济增长目标的同时尽可能地减少进入经济系统的物质和能量流动.本研究以甘肃省为案例,基于情景分析方法,分别以地区生产总值表征经济,以CO₂排放表征环境影响,研究了区域能源经济系统要素之间的耦度关系,探析了实现解耦过程的具体路径.研究结果表明区域能源经济环境系统的三要素之间呈现紧密关联性,如果维持现有的发展方式,虽然其生产效率在不断提高,但对环境保持较大的胁迫.在区域可持续发展的能源供应设计中,应积极探索以建立可再生能源为主要目标导向的能源供应系统,只有同时实现了经济活动、资源利用、环境影响之间的系统“解耦”,才能实现区域可持续发展的目标愿景.