基于CA-Markov和InVEST模型的城市景观格局与生境质量时空演变及预测

由人类活动引起的城市景观格局变化是影响陆地生态系统的重要因素之一,城市景观格局分布对区域生物多样性服务功能的影响极大.为研究城市景观格局和生境质量演化及其变化原因,以武汉市作为典型区,基于武汉市2005、2010和2015年3期景观类型信息,使用马尔柯夫模型分析其景观格局时空变化特征;采用CA-Markov模型模拟预测武汉市2020年自然增长情景下的景观格局发展方向;使用Logistic回归模型分析景观变化的驱动力;结合InVEST模型评价3期景观格局分布下的生境质量分布和变化,以及2020年模拟情景下的生境质量分布特征,探究景观格局变化与人类活动之间的关系.结果表明: 2005—2015年间,研究区景观类型变化以耕地和人工表面为主.耕地面积呈现逐年减少的趋势,主要转变为人工表面.人工表面面积不断增多,主要由水田和旱地转变而来.研究区整体景观生境质量级别下降,大量高生境质量级别的景观向低生境质量级别转化.整体景观生境质量指数减少,生物多样性服务功能降低,生境质量发生退化.2015—2020年间,武汉市景观格局和生境质量继续保持2005—2015年的变化趋势,表现为人工表面增加、景观生境质量指数减少、生物多样性服务功能降低、生境质量退化.研究区景观格局变化的主要驱动因子是国内生产总值变化和地区财政收入变化.人类社会经济活动是影响研究区景观格局变化和生境质量下降的重要驱动力,城镇化扩张和填湖造地是武汉市生态景观变化的主要原因.     

1990-2020年三峡库区植被物候时空格局及其演变机制

作为长江上游生态屏障的核心区,三峡库区特殊的地理位置使其在推动长江经济带发展和生态文明建设中肩负着重大使命。三峡库区的生态环境在蓄水前后发生了较大改变,其变化能通过植被物候的变动体现,研究三峡库区植被物候时空演变特征及其驱动力,对于区域生态可持续发展和长江经济带生态文明建设具有重要意义。借助动态阈值法提取物候参数,整合多源遥感物候参数提取结果,分析1990-2020年三峡库区植被物候时空格局;结合Theil-Sen Median趋势分析与Mann-Kendall检验等方法,定量分析三峡库区蓄水前后植被物候时空演变特征;运用地理加权回归分析、Pearson相关性分析以及主成分分析等方法,定量探究三峡库区植被物候时空演变的影响因素。结果表明:(1)近31年来,三峡库区植被的生长季开始时间(Start of Growing Season, SOS)主要出现在60 DOY(Date of Year),生长季结束时间(End of Growing Season, EOS)主要出现在301 DOY,生长季长度(Length of Growing Season, LOS)总体为248 d。在空间上,SOS与EOS均呈现出从库首至库尾逐渐提前的趋势,LOS的空间异质性较小。(2)库区植被物候表现出SOS提前、EOS推迟和LOS延长的特征,SOS提前的平均幅度为0.3 d/a,库首区域最为典型;EOS推迟的平均幅度为0.8 d/a,库尾区域尤为明显;LOS延长的平均幅度为1.7 d/a,库尾区域更加突出。植被物候对库区蓄水的响应表现出一定的滞后性。(3)人为因素与间接人为因素(水位、人口和水域面积等)是影响库区植被物候时空分异的主要因素。     

近10年湖北省植被指数时空变化特征及其驱动力

为了明确湖北省植被长势变化特征及其影响因子,研究利用Landsat影像提取2005年、2010年以及2015年湖北省景观类型信息,分析近10年来景观时空变化特征;基于2005-2015年夏季MODIS/NDVI数据,采用一元线性回归、Theil-Sen median趋势、Mann-Kendall检验等分析方法对NDVI时空变化特征及其显著性进行探讨;采用最小二乘法对NDVI与气候之间的相关关系进行分析。使用DMSP/OLS和NPP/VIIRS夜间灯光数据探讨NDVI与人类经济活动之间的关系。结果表明：研究区景观类型变化以建设用地和耕地为主。耕地面积呈现逐年减少的趋势,主要转变为建设用地。建设用地面积不断增多,主要由耕地和林地转变而来,集中在武汉、荆州、襄阳城市圈;研究区NDVI值整体上表现为西高东低,以林地为主的十堰、恩施等地区NDVI值较高,以建设用地为主的武汉、襄阳、荆州等地区NDVI值较低;整体上NDVI变化呈轻微改善趋势,局部地区下降明显,鄂西北、鄂西南等地区NDVI稍有上升,武汉城市圈植被呈退化趋势;NDVI与降水量、气温的相关性均较弱,气候因子不是该区NDVI变化的主导因子;NDVI与夜间灯光亮度值呈显著负相关,相关系数达-0.8030,整体上人类经济活动与NDVI呈负相关关系,且有着分区性的特点,在武汉、襄阳等以建设用地为主的地区人类经济活动对NDVI起抑制作用,而在恩施、十堰等林地为主的地区人类活动对NDVI起促进作用。人类社会经济活动是影响研究区景观格局和植被变化的重要驱动力,城镇化扩张是湖北省植被变化的主要原因。     

三峡库区典型流域“源”“汇”景观格局时空变化对侵蚀产沙的影响

以三峡库区王家桥流域为研究对象,基于五期遥感影像(1995、2000、2005、2010和2015)提取流域景观格局,采用马尔科夫模型研究"源""汇"景观格局时空变化,并结合野外多年实测数据建立景观格局指数与产沙量之间的关系,分析景观格局对流域侵蚀产沙的影响。结果表明:1995—2015年,王家桥流域景观格局时空变化明显,呈破碎化发展趋势。"源"景观面积持续下降,"汇"景观面积持续增长。在降雨量时序曲线相似的条件下,斑块类型尺度的景观指数对侵蚀产沙量的解释能力高于景观尺度。斑块类型尺度,"源""汇"景观指数与径流输沙量的复相关系数分别为0.946和0.903,均显著相关。对于"源"景观而言,相似邻近百分比(PLADJ)与斑块结合度(COHESION)是影响流域侵蚀产沙的重要指标。径流输沙量与PLADJ和COHESION指数呈正相关关系,输沙量随指数的增大而增大。对于"汇"景观而言,斑块密度(PD)、边界密度(ED)、景观形状指数(LSI)是影响流域侵蚀产沙的重要指标,径流输沙量与PD和LSI呈负相关关系,输沙量随着指数的增大而减小。斑块类型尺度上,流域景观格局时空变化对泥沙输出影响显著。研究结果可为建立其他流域景观格局变化与土壤侵蚀响应关系提供参考。