聚类分析视角下的中国省域碳排放时空格局及驱动因素分析

中国碳排放的时空格局对全球气候治理极为重要,其驱动机制是"减排"的关键所在。对中国省域碳排放时空特征和驱动模式进行聚类研究,揭示不同省域的模式相似性与差异性,对于各省域的 "双碳"目标达成和路径安排具有重要影响和现实支撑。研究采用1997-2019年碳排放量及社会经济数据,从聚类分析角度探讨了中国省域碳排放的趋势及驱动模式,基于偏最小二乘法(PLS)模型的归因结果,识别不同省域碳排放的驱动因素的贡献度和敏感性,进一步探寻省域减排方案。研究表明:①研究期内中国碳排放以499.25mt/a的速率上升,呈低位平缓波动-大幅上升-高位缓慢波动的趋势变化,省域碳排放呈北高南低、东高西低格局。②省域碳排放模式具有差异性,北京、天津等为低起点低速发展类,趋势呈扁平"S"型;吉林、新疆等为低起点高速发展类,呈上升"S"型;河南、广东等为中起点高速发展类,呈扩张"S"型。山东、山西为高起点超高速发展类,呈指数"S"型。③中国省域碳排放驱动因子的贡献度和敏感性存在空间差异。经济发展、产业结构、城市化水平与能源消耗等对碳排放的贡献度较高,其中地区GDP、人均GDP、第二产业占比GDP、年底非农人口比例、地区能源消耗总量等是碳排放的主要贡献因子。碳排放对产业结构、科技发展、环境规制的敏感性较强。④中国省域碳排放驱动模式的分异性较为明显,同类驱动模式省域多在地理空间范围内形成"集聚"现象。因此,不同省域政府减排策略的落实应考虑其碳排放的发展规模及驱动机制的差异,实现地区发展和减排 "两手抓"的同时利用地区优势,资源互通、交流合作,加强省域间碳排放的"共治",进一步促进高质量发展。     

川渝地区马先蒿属物种丰富度空间分布格局及其影响因素

对川渝地区马先蒿属植物的物种多样性分布格局进行了较为系统的研究,川渝地区共有马先蒿属植物181种,分属于11个群70个系,其物种多样性在川渝地区呈现西高东低的分布格局,物种多样性水平在海拔3500～4000m最高。在SPSS软件的支持下,运用因子分析法和相关分析法定量分析川渝地区148个单元格内主要环境因素与马先蒿属物种多样性分布之间的关系,表明熊蜂物种丰富度、海拔高度和≥15℃的积温依次是影响川渝地区马先蒿属物种多样性分布格局最重要的生态环境因子。熊蜂物种丰富度和海拔高度与马先蒿物种丰富度呈正相关,熊蜂对马先蒿属植物的繁殖成功与否起着关键的作用;诸多温度因子中,≥15℃积温对马先蒿属物种多样性分布影响最大,与马先蒿属物种丰富度呈负相关,这与它喜好高海拔地区寒冷的环境相一致。     

中国西部地区归化植物时空分布特征研究

归化是外来植物越过一系列障碍成为入侵植物的基本前提,对归化植物的种类组成及分布规律进行研究,有助于预防和管控植物入侵.该文基于文献报道和标本记录,对中国西部地区共12省(区)126个地级市的归化植物进行统计(包含所有维管束植物),并分析了这些植物的组成和时空分布特征.结果表明:(1)西部地区共有归化植物826种,分属1...     

四川省自然保护区时空分布与影响因素

自然保护区是为保护具有代表性的生态系统和濒危动植物而划分的特定区域,在涵养水土,防风固沙、净化空气、保护生物多样性等方面发挥着重要作用。四川省有自然保护区166处,类型丰富多样,是中国自然保护地体系的重要组成部分,其保护对象涵盖珍稀动植物,保护功能涉及物种、水源和生态环境,与国家地质公园、湿地公园、森林公园等共同维系着中国西南地区,乃至青藏高原东缘的生态系统。因此,研究四川省自然保护区的空间分布格局及其影响因素具有重要的价值和意义。运用地理空间分析方法对1963-2018年间四川省自然保护区的空间分布和影响因素进行了研究。研究发现:①四川省自然保护区空间分布的总体特征以集聚为主,呈现集聚-随机-集聚的变化特征,且前期变化幅度大,后期变化幅度小,总体发展明显分为1963-1998年的单核形成与发展阶段和1998-2018年的双核阶段;②四川省自然保护区主要分布在成都平原向川西高原的过渡区域,其均衡度类型在时间上表现出由"差距悬殊"到"差距较大"的演变特征;③四川省自然保护区的重心活动范围相对较小,基本稳定在阿坝州南部。标准差椭圆的长短半轴和面积均变化强烈,总体呈现出大幅度的增长,空间分布由南-北向演变为东北-西南向;④自然保护区受到自然因素和社会因素的双重影响,高密度区域分布在地势适中、气候温和、河流众多、土壤肥沃、人口稀少的阿坝州南部与东部地区。未来,四川省生态功能建设应该立足国家公园、自然保护区和自然公园的特点、分布状况,对自然保护区分布较少的川西北、川东北和川南部分地区进行优化布局,以加强这些地区的生态功能建设。同时,探索自然保护区的发展模式,实现自然保护区与周边区域社会经济的协调发展。     

我国自然保护区地区分布特征及影响因素

自然保护区的建立与发展受自然和社会经济条件等诸多因素的影响,目前我国自然保护区的地区分布差异极大,为寻找影响我国自然保护区的地区分布特征及影响因素,采用主成分分析法(PCA)和回归分析法对影响我国自然保护区地区分布特征的因素进行了提取。结果表明,我国自然保护区的地区分布主要受城市发展状况综合因子、资源禀赋综合因子和农村发展状况综合因子的影响,农村发展状况对我国自然保护区数量分布的影响达到显著水平,而城市发展状况和资源禀赋对自然保护区面积和覆盖率的影响达到显著水平,据此对我国自然保护区发展趋势做出预测,并提出相关对策建议。     

近17年新疆干旱时空分布特征及影响因素

新疆是我国西北区重要的粮食和商品棉生产基地,受地理环境的影响,干旱频发,给社会经济及农业生产造成了巨大的损失。基于MODIS遥感数据和气象数据,估算温度植被干旱指数(Temperature Vegetation Dryness Index, TVDI),分析新疆2000—2016年干旱的年际、年内时空变化特征及其与气象因子的关系,结果表明:1)TVDI可以有效地描述新疆的干旱状况,适用于对该地区进行干旱监测;2)2000—2016年间新疆TVDI空间分布具有较强的地域分异性,呈现为天山山脉以北及昆仑山脉地区较湿润,塔里木盆地地区较干旱,新疆TVDI多年均值为0.751,整体上处于中旱状态。年内TVDI季节空间分布差异显著,不同季节的干旱程度大小为:夏季>春季>秋季>冬季;3)新疆各地州TVDI年内月变化整体上呈现为先增加后降低的趋势,最小值在1月(0.267),最大值在6月(0.930),在14个地州中,伊犁哈萨克、阿勒泰和博尔塔拉多年间基本处于无旱状态;4)17年间不同土地利用类型干旱程度表现为林地<草地<建筑用地<耕地,干旱类型转移的主要特点为无...     

关中-天水经济区生态足迹变化驱动因素

揭示影响关中-天水经济区生态足迹变化的驱动因素,对建立节能型产业结构,寻求经济与环境、生态与社会的协调发展具有重要意义。应用生态足迹和偏最小二乘法,在计算2005至2014年关中-天水经济区生态足迹的基础上,确定偏最小二乘法变量投影重要性和标准偏最小二乘法系数,比较了驱动因素的重要程度。结果显示,影响生态足迹变化较为重要的驱动因素有第三产业增加值、国内生产总值和社会消费品零售总额。相比之下,常用耕地面积与全区人口数对关中-天水经济区生态足迹驱动作用不显著。为此提出将优化产业结构与优化能源结构有机结合起来、转变能源利用方式、提升能源利用率、提高土地利用率、加强土地保护、提高土地生态承载力、引导低碳消费行为、推行低碳生活方式等对策建议。     

秦岭地区林地与草地景观格局变化及其驱动因素

以1980—2015年土地利用数据集为数据源,利用GIS空间分析、景观格局指数和主成分分析法,研究了秦岭地区林地与草地景观格局时空变化特征,并探讨其演化的驱动因素。结果表明:(1)林地和草地是秦岭地区主要景观类型,约占研究区总面积的72%,其中有林地为优势景观类型,其次为高覆盖度草地和中覆盖度草地,其他林地和低覆盖度草地分布面积相对较少。(2)35年来,林地和草地总面积整体呈减少趋势,净减少了309.44km²,其中草地减少占主导地位;空间变化上,损失严重的区域主要分布于以西安市为中心的周边区域,主要向建设用地和耕地转移。(3)林地和草地景观破碎化程度逐渐增加,连通性降低,景观异质性增强且景观形状更为复杂,草地较林地变化明显;空间分布上,林地和草地景观格局指数空间分布特征明显,在地形因子作用下呈现一定的地形梯度性,尤其与海拔的相关性最好。(4)人为活动干扰是影响秦岭地区林地和草地景观格局变化的主要驱动因素,气候因素次之,同时国家宏观政策起着重要的导向作用。减缓人为活动对秦岭地区的过度影响,维护林地和草地的平衡性及完整性,是实现该区生态系统科学管理和资源的可持续利用...     

川渝地区NDVI动态特征及其对气候变化的响应

四川、重庆位于我国西南、长江上游地区,地形条件复杂,区内生态环境对气候变化较为敏感,作为我国现代农业发展区和长江中上游重要生态屏障,探究区域植被覆盖与气候变化之间的关系对该地区生态文明建设与农业可持续发展具有重要意义。基于归一化差值植被指数（NDVI）和气象数据（气温、降水）,采用Sen趋势分析、MK检验和偏相关分析法,以农业地貌分区视角分析1999-2018年川渝地区植被覆盖的时空变化特征,以及植被NDVI与气温和降水之间的时空响应。研究结果表明：（1）川渝地区及各农业地貌分区植被NDVI在近20年均呈显著上升趋势,增长速率为盆周山地区（0.0073/a）>四川盆地区（0.0063/a）>川西南山地区（0.0050/a）>川西高山高原区（0.0026/a）,整体年际变化率为0.0047/a。（2）川渝地区91.51%的NDVI像元值变化为正,空间上呈现出东高西低的总体分布格局,其中盆周山地区NDVI值最高为0.60,川西高山高原区NDVI值最低为0.44。（3）川渝地区整体上NDVI与气温和降水呈正相关,且气温（r=0.707,P<0.01）强于降水（r=0.535,P<0.05）,空间上植被NDVI与气温和降水呈显著正相关区域分别占39.31%、18.92%。（4）不同农业地貌区植被生长与气候变化的响应关系呈现出明显差异。在川西高山高原区NDVI与气温呈显著的正相关关系,但与降水的关系不明显,其中阿坝-若尔盖-红原等高平原地区及西北部石渠等丘状高原地区受气温的显著正效应驱动尤为明显;在四川盆地区和盆周山地区NDVI与气温和降水均呈正相关,特别是东北部平行岭谷及低山丘陵区受气温和降水的正效应影响显著。研究有助于进一步理解川渝地区植被与气候变化的响应机制,并为促进川渝地区生态建设及发展提供参考依据。     

中国县域碳汇时空格局及影响因素

以全国1300个县级行政单位作为研究对象,利用全国县域尺度土地利用数据和社会经济数据,核算了1990—2015年间中国县域碳汇总量,并结合标准差椭圆、空间自相关、冷热点分析和地理加权回归分析方法,探析中国县域碳汇的时空分异特征及影响因素,旨在为优化国土空间开发格局,实施差异化减排路径及推动生态文明建设提供参考。研究表明:(1)时空变化上,1990—2015年中国碳汇总量呈波动下降趋势,由13307.79×10⁴t下降至13198.27×10⁴t;林地为主要碳汇类型,其余碳汇类型比例结构基本不变;在空间分布上,中国县域碳汇呈现"西部>东北>南部>中部"的"西高东低"格局。(2)在空间分异和聚集上,碳汇空间分布中心向西南移动,分布范围呈收缩态势,西南地区对整体碳汇空间格局影响作用加强;1990—2015年中国县域碳汇总量的冷热点集聚程度呈现波动稳定特征,空间集聚程度呈现高值与低值聚集,高-低区域零星分布的特征。(3)从影响因素分析来看,2015年经济发展、产业结构、土地利用程度对碳汇产生影响并存在空间异质性。建议通过合理规划县域...     

近30年来京津冀地区湿地景观变化及其驱动因素

湿地是水陆生态系统的转换区,是地球上生物多样性和生产力最高的生态系统之一。在快速城镇化和社会经济发展的推动下,京津冀地区湿地生态环境面临较大地威胁。利用1980年代末到2015年7期土地生态遥感解译数据,运用GIS空间分析和主成分分析方法,分析了京津冀地区湿地景观时空变化及其驱动力。研究结果表明:(1)1980s末—2015年期间,京津冀地区湿地面积的变化呈现从略微增长到快速减少趋势,近十年减少趋势略有减缓。湿地总面积减少了2695.05 km2,较1980s末年减少了20.08%;河北省湿地面积减少最多,且天然湿地减少占据主导地位,其次是天津市和北京市。(2)湿地面积损失较为严重的区域主要分布在环渤海区域、北京市和河北省张家口市和唐山市。湿地受损主要是水田和滩涂向非湿地转换引起的。(3)水田和水库坑塘构成的人工湿地是京津冀地区优势景观类型。湖泊、河渠、滩地破碎度增加,且空间分布离散,连通性差。(4)选取9个驱动因素指标进行主成分分析,人类活动是影响湿地景观格局变化的主要因素,城市扩张和农业发展是侵占湿地的主要表现形式,此外气候和政策等因素也对湿地变化存在一定影响。     

甘肃省生态安全时空演变特征及影响因素解析

生态安全是维持经济社会与生态可持续发展的重要保障。西部大开发与"一带一路"倡议实施以来,西部城镇发展迅速,经济效益大幅提高,生态环境却面临极大挑战。因此,以西北地区重要生态屏障区甘肃省为研究对象,基于"省公顷"概念改进传统生态足迹模型,评价2005—2015年甘肃省生态环境演变特征和生态安全状况,定量解析其驱动因素。结果表明:(1)2005—2015年甘肃省人均生态足迹与人均生态承载力分别由0.51 hm²/人和0.22 hm²/人增加至0.69 hm²/人和0.47 hm²/人,生态承载力增加速度较快,但自然资源依旧呈"供小于求"的状态。(2)甘肃省人均生态赤字由-0.20 hm²/人变化至-0.33 hm²/人,生态恶化程度不断加深。生态压力也由2.07升至2.74,生态安全处于很不安全状态,总体"西北高、东南低"的格局与城镇化布局相一致。(3)各影响因素对生态安全变化的决定力存在明显差异,其中人均GDP对生态安全扰动最强,其余因素影响程度依次为"人均...     

食块茎水鸟及水位对沙湖沉水植物冬芽分布的影响

分别于2012—2013、2013—2014年度越冬期候鸟越冬前(10月份)与越冬后(4月份)采用样方法调查沙湖沉水植物冬芽的种类、密度及生物量,分析不同水位条件的2个年度鄱阳湖碟形子湖沉水植物冬芽的分布及其对食块茎水鸟食物贡献的差异性,探讨越冬水鸟取食与水位变化对沉水植物冬芽分布的影响。结果表明:刺苦草(Vallisneria spinulosa)和罗氏轮叶黑藻(Hydrilla verticillata var.rosburghii)2种沉水植物的冬芽同域分布。2013年10月2种植物冬芽的密度与生物量均显著低于2012年同期,主要原因是鄱阳湖水位年际间变化剧烈,并对水质有显著影响:与2012年相比,2013年丰水期(4—9月)沙湖与主湖区连通的时间和日平均水深显著减小,但水体浊度显著增加,不利于沉水植物生长发育。2012—2013年度越冬水鸟迁出后2种冬芽的密度和生物量均明显下降,而2013—2014年度越冬期水鸟迁出后与迁入前相比两种植物冬芽的密度和生物量均无显著变化,很可能与食块茎水鸟的取食活动和高水位对食物可利用性的负面影响有密切关系。湖泊剧烈的水位变化导致越冬水鸟的食源具有年际波动的特征,而食块茎水鸟对鄱阳湖子湖的食物利用率受越冬季冬芽丰富度和食物可及性(accessibility)的共同影响。研究结果对鄱阳湖乃至长江中下游流域沉水植被恢复、越冬水鸟保护以及生态系统功能评估具有指导意义。     

中蒙俄经济走廊荒漠化时空格局变化及其驱动因子

针对如何定量揭示中蒙俄经济走廊荒漠化的时空变化规律及其驱动因子的影响作用,在构建荒漠化程度判别标准和指标体系的基础上,基于Google Earth Engine云计算平台,在对分类回归树(CART)、支持向量机(SVM)、随机森林(RF)和Albedo-NDVI 4个模型精度进行对比分析的基础上,选取精度最高的CART模型实现中蒙俄经济走廊区域2000—2015年的荒漠化的时空变化分析。另外,在拓展线性趋势法的基础上,构建荒漠化驱动因子定量评估模型,实现气候变化和人类活动对荒漠化驱动效应的定量测度。结果表明:1)CART模型在中蒙俄经济走廊区域荒漠化信息提取精度最高,总体精度和Kappa系数分别85%和0.754;2)极重度荒漠化区域主要分布在中国内蒙古自治区西部,蒙古国的南戈壁盟、东戈壁盟和中戈壁盟;3)2000—2015年间,中蒙俄经济走廊荒漠化总体呈扩张趋势,但极重度、重度和中度荒漠化面积呈缩减趋势。其中,中国的荒漠化面积呈明显缩减趋势,荒漠化程度净改善面积为15.18万km²,而蒙古国和俄罗斯的荒漠化现象在加重。另外,中蒙俄经济走廊荒漠化恢复区域的气候变化...     

辽宁省潜在蒸散时空变化特征与成因

潜在蒸散量是衡量变化环境下区域水热资源演变的重要参数,探究其历史变化规律及制约因素对预测农业用水走势乃至合理制定相关决策都至关重要。基于辽宁省23个气象站点1966—2015年的逐日气象数据,采用FAO推荐的Penman-Monteith模型与偏相关性检验法辨识辽宁省近50年潜在蒸散量的时空特征及其影响因素。结果表明:辽宁省各监测站年平均潜在蒸散量为453—1043 mm,多年变化趋势以1.43 mm/a的速度递减,并于2003年发生突变。此外,其时空差异性较为显著。在年代际尺度上表现为,辽西北至辽西南逐次降低;在季节尺度上表现为,夏季潜在蒸散量最高、春秋季节次之、冬季最低;日最高气温、日最低气温和日照时数的减少共同导致过去50年辽宁省潜在蒸散量在整体上表现出减少的趋势。该研究成果可以为水资源的优化配置,评价区域干湿程度等提供一定的理论支撑。     

退耕还林背景下黄土高原蒸散量时空演变特征及归因

受气候变化和人类活动影响,近几十年黄土高原地表环境和水碳通量发生显著变化,对区域水资源和生态系统格局产生深刻影响。基于植被界面过程(VIP)遥感蒸散发模型,对退耕还林(草)工程实施以来黄土高原蒸散量(ET)时空变化格局进行模拟研究,揭示了近20年黄土高原水碳通量时空演变特征及其原因。结果表明:(1) 2000-2019年黄土高原ET总体呈显著上升趋势(P < 0.05),倾向率为3.77 mm/a,其中黄河中游黄土丘陵沟壑区ET增长最为显著,而陕西关中平原东部、宁夏银川平原南部等农业区则呈显著下降趋势,倾向率为-5.68 mm/a;(2) 气候变量和归一化植被指数(NDVI)对ET显著上升区的区域平均贡献分别为14.7%和78.6%(其中人类活动贡献为70.5%),而对ET显著下降区的区域平均贡献分别为-58.4%和-31.5%(其中人类活动贡献为-31.6%),表明人类活动和气候变化分别主导了ET显著上升区和ET显著下降区的蒸散变化;(3) 在气候变化主导区域,气温和降水量分别为能量受限区和水分受限区ET增加的主导气象因子,而气溶胶浓度升高导致的日照时数和地表风速下降对作物碳同化和蒸腾具有显著的抑制作用,成为农业区ET下降的主导气象因子。     

黄淮海地区耕地复种指数的时空格局演变

耕地复种指数是土地利用强度的重要表征,时空动态特征有助于理解人类活动与生态环境的耦合作用。以黄淮海地区2001—2015年MODIS(Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer,中分辨率成像光谱仪)NDVI(Normalized Difference Vegetation Index,归一化植被指数)遥感影像为数据源,使用Savitzky-Golay滤波对时间序列曲线平滑重构后,结合研究区物候信息设置含有阈值的二次差分算法提取复种次数,最后在R环境下绘制复种指数空间分布图。结果表明:(1)河南省复种指数最高(169.3%),山东省次之,天津市最小;(2)各省市年际变化趋势大体一致,经历了升高-降低-升高的过程;从空间分布特征来看,耕地复种指数具有明显的地域性差异,二熟制主要集中于南部,东部和北部受地形和纬度影响,主要以一熟制为主。研究结果对于黄淮海农耕区的土地利用强度辨识、人类活动方式确定具有参考价值,同时也证明了该方法具有更大尺度推广的潜力。     

基于综合气象干旱指数的1961—2012年阿勒泰地区干旱时空演变特征

基于阿勒泰地区7个气象站1961—2012年的逐日气温、降水等气象资料,运用趋势分析法、M-K突变检验法、小波分析法并结合ArcGIS软件,探究了阿勒泰地区干旱的时空演变特征.结果表明： 综合气象干旱指数能较好地反映阿勒泰地区干旱状况.研究期间,阿勒泰地区虽然年和四季的干旱频次和不同等级干旱覆盖范围都呈减少趋势,但是旱情仍较为严重,年和季节的干旱发生频繁,且多年存在重旱和特旱发生在整个阿勒泰地区;秋季和冬季的干旱频次分别在1997和1983年发生减少突变,夏季的干旱频次首先在1962年发生增加突变,随后在1991年发生减少突变,年均和春季的干旱频次无突变发生;年和四季的干旱频次都存在明显的周期性.干旱频次和不同干旱等级在空间上的分布表明,东部清河县旱情较为严重,中部阿勒泰市、富蕴县、布尔津县、福海县旱情次之,西部地区的哈巴河和吉木乃县的旱情较轻.