基于GWR模型的土地覆盖与地表温度的关系——以京津唐城市群为例

基于Landsat TM土地覆盖分类数据和MODIS地表温度数据,探讨京津唐城市群不同土地覆盖的地表温度(7日),并采用常用的普通线性回归(OLS)和地理加权回归(GWR)方法分别拟合土地覆盖比例与地表温度的关系.结果表明: 研究区不同土地覆盖类型的地表温度差异明显,人工表面(40.92±3.49 ℃)和耕地(39.74±3.74 ℃)的平均温度较高,林地(34.43±4.16 ℃)和湿地(35.42±4.33 ℃)的平均温度较低;土地覆盖比例与地表温度显著相关,且两者之间的定量关系存在空间非稳定性,地理位置以及周围环境影响的差异是空间非稳定性产生的主要原因;GWR模型的拟合结果优于OLS模型(R_GWR²>R_OLS²),并且GWR模型可以量化土地覆盖比例与地表温度两者关系的空间非稳定性特征.     

黄河首曲湿地退化过程中植物群落组分及物种多样性的变化

黄河首曲湿地是黄河下游生态安全的重要屏障.通过实地调查,采用空间序列代替时间序列的方法,研究了黄河首曲湿地自然退化过程中植物多样性的变化,并用对比分析的方法研究了人工排水对植物多样性的影响.结果表明:在黄河首曲湿地自然退化过程中,经沼泽、沼泽化草甸、高寒草甸到草原化草甸,优势种向中生和旱生种演替,丰富度指数和多样性指数逐渐增大,即草原化草甸>高寒草甸>沼泽化草甸>沼泽,而优势度指数却逐渐减小,均匀度指数先降低后增加,植物物种多样性总体上表现为增加的态势.人为排水后,毒杂草在群落中的比例增加,导致丰富度指数和多样性指数增加,均匀度指数和优势度指数略有降低,群落相似性系数逐渐降低,主要是由于人工排水后,生境相对中生化,部分植物在群落内的零星分布导致多样性指数和丰富度指数增加,而均匀度指数下降.人工排水虽然增加了群落内的植物多样性,但增加的植物多为毒杂草,从而使湿地向杂草型退化方向演替.     

三峡库区典型次级河流河岸植被分布格局——以重庆东河为例

采用双向指示种分析法(TWINSPAN)和去趋势典范对应分析法(DCCA),以三峡库区典型次级河流澎溪河上游东河为研究对象,从植物种、植物群落与环境因子之间的相互关系,研究山地河流河岸植被的空间分布规律。结果表明:河岸植物群落包括4个森林类型、11个灌丛和灌草丛类型。海拔和人为干扰对河岸带植物群落空间分布具有主导作用。河岸植物群落具有明显的沿海拔梯度变化的垂直梯度格局;沿河流纵向和侧向梯度变化,河岸植物群落具有典型的\"斑块状、片段化\"分布格局;从流域整体看,河岸植物群落具有典型的次生性特征。     

不同类型镉积累水稻细胞镉化学形态及亚细胞和分子分布

利用水培试验结合亚细胞组分分级分离和凝胶过滤等技术,研究了水稻根和叶中镉的化学结合形态及其亚细胞和分子分布,比较了低镉积累品种“广源占No.3”和高镉积累品种 “珍桂矮”的差异.结果表明：随着营养液中镉浓度的升高,根和叶亚细胞镉含量显著上升,大部分镉积累在细胞壁（F_Ⅰ）和细胞可溶部分（F_Ⅲ）.高镉积累品种“珍桂矮”根和叶中可溶部分镉含量显著高于低镉积累品种“广源占No.3”.根和叶各种形态镉中,以氯化钠提取态占优势,其次是醋酸提取态,盐酸提取态镉含量最低.与“广源占No.3”相比,“珍桂矮”中迁移性较强的去离子水和乙醇提取态镉比例较高.凝胶过滤结果表明,两种类型的水稻可溶部分镉的出峰位置与样品流份中可溶性蛋白的出峰位置大致相同.可溶部分中的镉大多与分子量为3kD的物质结合,属于植物鳌合肽（PCs）或低分子量物质.“广源占No.3” 根系中镉与PCs配合的组分（Cd-PCs）含量远小于“珍桂矮”.“广源占No.3”细胞可溶部分较低的镉含量以及根系中较少的Cd-PCs形成量,降低了镉的移动及其向地上部转运的可能性.     

环京津城市群生态系统服务的时空演变与驱动因素

城市群已成为全球经济竞争的新空间单元,在促进城镇化建设,实现资源优质配置和发挥辐射带动作用等方面发挥着重要的功能。但剧烈的社会经济活动必然会对城市群生态系统服务造成破坏,因此开展城市群生态系统服务的时空演变研究,进而探索不同驱动因子对其的作用机制具有重要意义。目前,在已有的研究中缺少对城市群尺度和长时间跨度下的生态系统服务水平演变与驱动因素探究。为此,选取京津及环京津地区为研究区域,通过总结区域生态问题,构建起研究区域生态系统服务评价体系,并对2000-2018年生态系统服务进行计算,分析时空演变特征。然后,通过最小二乘法模型（Ordinary Least Squares,OLS）筛选出潜在的驱动因子,并导入地理加权回归模型（Geographically Weighted Regression,GWR）进行地理加权回归计算。最后,通过对结果分析,探讨自然和社会因子对生态系统服务的作用机制。研究结果表明：1）2000-2018年,研究区域生态系统服务呈现出先上升后下降,在2015年达到最高值的发展特征。2）在空间上,研究区域生态系统服务内总体上呈现燕山山脉及太行山山脉北部区域为生态系统服务的高值区域,坝上区域为低值区的空间分异特征。同时,生态系统服务演变在空间上呈现以燕山和太行山为界,燕山和太行山区域呈现先减弱后提升的趋势,西北区域整体呈现减弱趋势,东南区域从2015年起逐渐降低的空间演化特征。3）在驱动因素方面,自然环境和社会经济因素对生态系统服务的驱动作用从强到弱排列依次是：降雨量 > 土壤含沙 > 人口密度 > 温度 > 基础设施密度。4）其中,人口密度、土壤含沙量、基础设施呈较为明显的负相关驱动特征,降雨量呈较为明显的正相关驱动特征,温度则呈南部负相关,北部正相关,由东南向西北影响增强的趋势。本研究通过评估环京津城市群生态系统服务,分析区域生态系统服务的分析演变特征,并探索区域自然、社会因子对生态系统服务的驱动作用,为环京津城市群未来的生态环境保护和规划策略制定提供了科学指导和决策依据。     

基于地理加权模型的南设得兰群岛北部南极磷虾渔场空间分布影响分析

结合南极磷虾渔业科学观察员收集的渔业数据和海洋环境数据,本研究利用地理加权回归模型(GWR),分析了具有空间属性的虾群深度和离岸距离两个因子,以及海水表温对南设得兰群岛北侧水域南极磷虾渔场空间分布的影响.结果表明:各年南极磷虾渔业单位捕捞努力量渔获量(CPUE)在空间上的分布无显著的集聚性;2010和2013年,3个因子之间存在空间自相关性(正相关),而2012和2016年则无自相关性.GWR模型结果显示,3个因子对CPUE的空间分布具有不同程度的影响,影响程度大小依次为虾群深度>离岸距离>温度.拟合结果发现,南设得兰群岛东、西两侧水域中表温对CPUE空间分布的影响与其他两个因子具有相反的趋势.虾群深度和离岸距离对CPUE的空间效应主要表现为负相关,但存在着年际和区域性差异.本研究结果可为南极磷虾渔场形成机制研究提供方法上的参考.     

基于MODIS数据的天山区域地表温度时空特征

基于2001-2013年MODIS地表温度产品及TM影像遥感解译的土地利用类型数据,对天山区域地表温度时空特征进行分析.结果表明: 2001-2013年,研究区地表平均温度达1.73 ℃,呈东高西低的特点,西北部分地区的地表温度年际变化幅度明显高于其他地区,局部地区在0.55 ℃以上;地表温度呈逐年缓慢增加趋势,增加率为0.147 ℃·a^-1,季节性差异明显,冬季地表温度波动幅度较大,变异系数达12.7%,地表温度的差异白天大于夜晚,夏季明显高于其他季节;不同土地利用类型的地表温度之间存在差异,与对应像元的归一化植被指数之间存在不同的拟合效果.随着植被盖度的增加,林地、草地地表温度下降明显,归一化植被指数每下降0.1时,林地和草地的地表温度降幅为3.74、5.04 ℃;受人为活动影响较多的城镇用地和农地的地表温度与归一化植被指数之间的敏感性高于其他土地利用类型.     

城市群发展对区域热岛空间格局演变的影响

大量研究显示随着城市发展,城市热岛效应加剧。随着新型城镇化战略的实施,城市群逐渐成为我国城市化进程的主体形态。城市群发展,是否会引起区域热环境的改变,加剧城市热岛效应？城市群发展如何影响区域热岛的空间格局演变？这些问题关系城市群的可持续发展,亟需得到科学的解答。研究选择京津冀、长三角、长株潭和珠三角四个城市群为研究对象,基于2000—2020年夏季地表温度数据,提取城市群区域热岛斑块,进而探究区域热岛空间格局特征及其变化规律,并分析其与城市群不透水面占比的定量关系。研究发现:(1)2000—2020年,各城市群不透水面快速增加,城市群区域热岛面积显著上升。(2)区域热岛空间格局变化显著,其中京津冀、珠三角城市群区域热岛呈现集聚特征,表现为热岛斑块的平均斑块面积增加、平均最近距离减小;而长三角城市群、长株潭城市群则表现为热岛斑块的平均斑块面积增加,但平均最近距离也增加。(3)随着城市群发展,四个城市群区域热岛斑块连通性水平均显著上升。但城市群各城区间温度相似性水平变化存在差异。其中,随着长三角和长株潭城市群的发展,起初各城市间温度相似性水平快速上升,当城市群不透水面占比分别达到20%、4%时,各城区间温度相似性逐渐趋于稳定。研究对于深入理解城市群发展对区域热环境的影响具有重要意义,可为城市群热环境问题协同治理与缓解、区域的可持续发展提供科学依据。     

基于温度植被干旱指数的土库曼斯坦典型绿洲干旱遥感监测

针对目前中亚地区广泛存在的农业干旱问题,选取土库曼斯坦典型绿洲为研究区,利用2幅MODIS影像和同期过境的Landsat影像,获取归一化植被指数(NDVI)和地表温度(Ts),构建NDVI-Ts特征空间,计算得到2001和2011年2种温度植被干旱指数TVDITM和TVDIMODIS.利用较高分辨率的Landsat TM数据对MODIS数据反演结果进行验证.结果表明:2001年、2011年TVDITM和TVDIMODIS的绝对误差分别为0.0178和0.0228;均方根误差分别为0.0226和0.0279;相关系数分别为0.949和0.922,说明TVDI可有效反映区域土壤干旱情况.研究区内干旱区域占总面积的60％以上,旱情由绿洲中心向外围逐步严重.近10年来,研究区内土壤湿度低值区呈现扩大趋势,湿润和正常所占比例下降了5.32％,干旱和重旱的比例上升了14％,旱情情况总体加剧.因此,利用MODIS影像的温度植被旱情指数可有效地监测中亚地区干旱情况.     

退耕还林(草)工程对渭河流域生态系统服务的影响

退耕还林(草)工程作为中国启动的重要生态补偿项目,对维护国家生态安全起着关键作用,系统剖析退耕还林(草)工程对生态系统服务的影响,有助于为健全生态补偿制度提供借鉴。本研究以渭河流域为例,基于土地利用数据、气象数据等资料,在分析退耕还林(草)工程实施以来渭河流域土地利用和生态系统服务时空变化的基础上,运用Invest模型、地理加权回归等方法,探究退耕还林(草)工程对渭河流域水源涵养、土壤保持、碳储量、生境质量等生态系统服务变化的影响。结果表明: 退耕还林(草)工程实施以来,渭河流域林草覆盖率呈波动上升趋势,林草面积增加2704.49 km²。2000—2018年间,渭河流域水源涵养、土壤保持、碳储量、生境质量均呈波动上升趋势,其中,水源涵养和固碳服务增幅较大,生境质量和土壤保持增幅较小。退耕还林(草)工程有效提升了渭河流域的水源涵养、土壤保持、固碳、生境质量等生态系统服务,但对不同地域单元生态系统服务影响强度不同。     

比较逻辑斯蒂与地理加权逻辑斯蒂回归模型在福建林火发生的适用性

林火预测预报是科学有效进行林火管理的前提,是林业管理部门和科研工作者的广泛关注的领域。逻辑斯蒂回归(Logistic Regression,LR)是目前国内外广泛应用于森林火灾预测的模型方法,然而近年来有学者发现该方法没有充分考虑林火影响因子的空间相关性和异质性,从而导致模型拟合结果偏差。地理加权逻辑斯蒂回归(Geographically weighted logistic regression,GWR)模型考虑到了模型变量之间的空间相关性,有效提高的模型的拟合能力。为探讨GWLR模型在福建林火预测上的适用性,本研究应用LR和GWLR两种方法分别建立福建省森林火灾与气象因子的预测模型,通过模型拟合能力对比,判断在GWLR的适用性。研究以2000—2005年福建地区森林火灾卫星火点数据和每日气象因子为基础,将全样本分为60%的建模数据和40%的校验数据,并重复5次,建立5个样本组。选择在5个样本组中3个及以上表现显著的变量进入最终模型。研究结果表明GWLR在模型拟合度、模型残差、空间自相关性以及预测准确率等方面均优于LR模型,说明充分考虑模型变量的空间异质性有助于提高模型的预测精度,同时也验证了GWLR在福建地区林火预测上的适应性。此外,模型参数结果显示,\"日最高地表气温\"、\"日最低地表气温\"、\"日平均风速\"、\"24小时降水量\"、\"日最高本站气压\"、\"日照时数\"、\"日最高气温\"和\"日最小相对湿度\"8个因子对福建省林火发生有显著影响,研究结论为福建地区林火预测预报提供了新的方法。     

基于回归和地理加权回归Kriging的土壤有机质空间插值

基于地形因子与土壤有机质的相关分析,选取相对高程和汇流动力指数作为辅助变量.以普通克里格(OK)作对照,比较地理加权回归克里格(GWRK)与回归克里格(RK)在土壤有机质空间插值及制图上的精度与效果.结果表明:土壤有机质含量与相对高程呈显著正相关,与汇流动力指数呈显著负相关;经半方差分析,土壤有机质及其插值残差具有强烈的空间自相关;对验证集中98个样点的精度加以分析,RK法插值结果的平均误差(ME)、平均绝对误差(MAE)、均方根误差(RMSE)较OK法分别降低39.2％、17.7％和20.6％,相对提高度(RI)为20.63,GWRK法插值结果的ME、MAE、RMSE较OK法分别降低60.6％、23.7％、27.6％,RI为59.79.与OK相比,考虑了辅助变量的RK和GWRK明显提高了插值精度;GWRK考虑了样点位置,成图效果更加精细,对土壤有机质的局部模拟效果优于RK.     

基于MGWR模型的太行山脉自然保护地空间格局评价及空间优化

太行山脉自然保护地在生态系统修复、生物多样性保护和自然遗迹保护等方面发挥了重要作用;承担了中国华北地区生态文明建设的重要功能。本研究以太行山脉300个国家级及省市级自然保护地为对象;通过莫兰指数、多距离空间聚类、核密度分析等空间分析方法研究自然保护地数量和面积的空间格局;借助多尺度地理加权回归模型（MGWR）对影响因素进行空间异质性分析;为自然保护地空间优化提供科学依据。结果表明:（1）自然保护地数量在整体上显著聚集分布（I_全=0.9707）。湿地公园（I_湿=0.7130）和风景名胜区（I_风=0.5031）较其他自然保护地聚集程度更强。（2）自然保护地面积在空间上形成“双核一带”聚集格局。具体表现为以保定市（涞水县、易县）为中心的北太行东北高密度核心区、以石家庄市（灵寿县）、忻州市（五台县）为中心的西太行西北高密度核心区和以邢台县—壶关县—济源市为核心串联而形成的核心地带。（3）自然保护地面积空间格局的影响因素存在显著空间异质性。植被覆盖率和路网密度的正面影响最强;而海拔和建设用地面积的负面影响最强。因此;在自然保护地规划和建设中应区别各类保护地的属性特点;在强调提升自然保护地植被覆盖率的同时;对于城市化地区的自然保护地要关注路网密度的积极影响和建设用地的抑制作用;在高海拔地区规划与设立自然保护地要注意数量和规模适度。     

南方丘陵区耕地景观生态安全影响因素及其空间差异

构建耕地景观生态安全格局是抵御区域耕地生态风险,保障耕地生态质量的重要举措。研究以南方丘陵区典型县-奉新县为研究区,选取部分景观格局指数构建南方丘陵区耕地景观生态安全评价模型,分析了县域尺度耕地景观生态安全状况及其空间聚集特征,并尝试应用地理加权回归模型探究自然和社会经济因素对区域耕地景观生态安全影响作用的空间地域差异。结果表明：耕地景观生态安全处于\"危险\"状态的行政村占研究区总数的12.92%,区域耕地景观生态安全问题存在明显的空间聚集性;地理加权回归模型较传统全局回归模型有较好的拟合优度,可以较好地揭示影响因素作用的地域差异;自然,社会经济因素对耕地景观生态安全的影响具有显著的空间非平稳性,依据影响因素作用强度的地域差异可以将研究区划分为距居民点的距离、地形位指数、年平均降雨量负向影响区和人口密度正向影响区。研究为确定耕地景观生态安全干扰来源及探究耕地保护对策如何落实到空间地域上提供了参考依据。