基于GlobeLand30的缅甸地表覆盖变化及驱动因素分析

受缅甸国内局势影响和国际环境制约,加上缺乏中高分辨率地理信息资料,外界对其地理环境研究甚少,尤其是缺乏对其地表覆盖变化及驱动因子的了解和认知。利用我国研制的世界上首套全球两期（2000和2010年）30米地表覆盖信息产品GlobeLand30,分析2000—2010年缅甸全国地表覆盖的空间分布与变化,并结合社会经济统计数据,从政策调控、政治环境、经济发展、民族文化等方面综合研究了地表覆盖变化的驱动因素。研究发现,十年间缅甸地表覆盖变化较大,时空差异明显。具体为：①林地呈东增西减,总量增加迅速,新增林地中心向东南、东北集中并有不断增长的趋势,靠近“金三角”的缅东南、德林达依海岸的各省邦成为林地高速增长区;②全国范围内耕地减少,在伊洛瓦底河谷区集中依然明显,伊洛瓦底江中下游以西和掸邦耕地减少最多,林地和人造地表侵占显著,农业特许经营和替代种植影响显著;③人造地表增长迅速,以伊洛瓦底江三角洲为重心,向河谷中游和东部蔓延,人口较多的缅族和掸族聚居区成为人造地表高速增长区;④就地表覆盖变化的驱动因素而言,十年间自然灾害对南部地区地表覆盖有明显的影响,但农业政策、政治格局、经济驱动是主要驱动因素。     

2000-2010年西伯利亚地表覆盖变化特征——基于GlobeLand30的分析

西伯利亚是全球环境变化的重要敏感性区域,但以往缺乏该区域中高分辨率地表覆盖数据,对其地表覆盖的整体分布与变化缺乏深入的认识。本文利用中国新近研制的2000、2010年两期30 m分辨率地表覆盖数据产品Globe Land30,对2000-2010年西伯利亚地表覆盖的空间分布格局、变化幅度、区域差异及主要地类的变化原因进行了综合分析。研究发现:1西伯利亚地表覆盖的空间分布现状具有明显的地带性特征。210年间,西伯利亚地区地表覆盖整体变化幅度较大,其中林地及草地呈显著缩减、湿地呈较大幅度增加、耕地呈微弱减少、人造地表呈增加态势。310年间,西伯利亚地表覆盖变化具有显著的区域差异性。变化最显著的为西西伯利亚地区,其中以湿地增加最明显,主要分布于鄂毕河—叶尼塞河流域,林地、草地及耕地减少集中于西伯利亚西南部。4人类活动和气候变暖是引发西伯利亚地表覆盖变化的主要原因。大规模林地砍伐导致林地减少;冰冻层消融,林地、草地和水体向湿地的转化是湿地增加的主要原因;耕地的人为废弃和撂荒导致耕地面积有所减少。     

基于GlobeLand 30的南亚各国人造地表变化时空特征分析

以南亚各国为例,基于2000、2010和2020年三期GlobeLand30数据,通过空间扫描统计法、景观扩张指数和洛伦兹曲线对2000—2010年和2010—2020年两个时段南亚各国的人造地表扩张情况进行统计分析,研究南亚各国人造地表的时空变化和空间结构的发展特征。结果表明：（1）南亚人造地表面积持续扩张,扩张率由2000—2010年的0.42%增长到2010—2020年的2.59%。（2）近20年来,印度人造地表面积扩张量最大,不丹的扩张率最快,南亚在人造地表扩张的过程中出现了显著的空间热点区域,并且在不同时段表现出空间热点的迁移现象。（3）巴基斯坦西部、斯里兰卡中部、孟加拉国西北部以及印度东部和南部飞地式斑块增加,人造地表呈现出分散凌乱的扩散特点;印度北部、斯里兰卡东部和孟加拉国东南部的新增斑块类型由飞地式转化为填充式和边缘式,表现出从扩散式阶段发展到趋于紧凑的聚合式阶段的变化趋势。（4）南亚各国人造地表的扩张在不同规模的城市尺度上存在很大差异,导致人造地表扩张过程表现出明显的不均衡性。     

2000—2018年内蒙古长爪沙鼠疫源地地表景观特征及变化

鼠疫疫源地的环境变化对鼠疫的传播扩散具有重要影响。本文基于2000年、2005年、2010年、2015年及2018年五期土地利用和年最大化合成NDVI数据,选取斑块面积占比、景观形状指数、最大斑块比例和斑块破碎度、周长面积分维数、蔓延度指数、多样性指数、均匀指数及聚集指数,定量分析了内蒙古长爪沙鼠疫源地土地利用格局和植被格局的结构特征及演变规律。结果表明：① 2000—2015年,内蒙古长爪沙鼠疫源地内土地利用整体稳定,变化较小,2015年后变化较大,主要表现为不同草地之间的转换。② 2000年、2005年、2010年、2015年NDVI介于（0.056,0.37]的草地在疫源地内占据主体地位,面积占比分别为77.45%、83.61%、83.03%和82.47%。到2018年,该类草地面积显著减少,面积占比下降到48.44%。与之对应,2000—2015年,NDVI介于（0.37,0.83]的草地面积占比为22.54%、16.39%、16.96%和17.4%,而2018年,该类草地的面积显著增加到51.34%。③ 2000—2015年,各草地类别表现出类内高聚集分布,类间分界明显的特征。到2018年,各类别草地向多个方向扩散,并在整个疫源地内趋于均衡分布,植被类内连通性增加,类间分界逐渐平滑。该变化使得内蒙古鼠疫流行风险呈增加态势。本研究对厘清长爪沙鼠疫源地地表景观和生态环境的变化、预测鼠疫潜在风险、预防人间鼠疫暴发具有科学参考价值。     

2000—2017年中国区域地表反照率变化及其影响因子

在全球气候变暖的背景下,地表反照率已成为地表辐射平衡和气候研究的重要参数之一。利用中国陆地生态系统研究网络（Chinese Ecosystem Research Network,CERN）提供的34个站点辐射数据、GLASS地表反照率产品、ERA-Interim再分析资料、MODIS EVI（MOD13A3）和中国气象数据共享网提供的气象数据,基于Sen's Slope趋势分析方法,分析不同生态系统地表反照率的变化特征;利用全子集回归和分层分解方法计算地表反照率与各要素之间的相关性和相对重要性;探讨各气候因子对地表反照率的影响。结果表明,2000—2017年裸土地和裸岩砾石地变化率最大,冬季斜率达-0.083% yr^-1。生长季地表反照率与降水、增强型植被指数（Enhanced Vegetation Index,EVI）、土壤水分和气温显著相关的像元分别占总像元的73%、79%、56%和86%。EVI是干旱和半干旱地区地表反照率变化的主导因素,其对地表反照率变化的独立贡献率分别为41%和56.18%。7月东北地区降水量和气温对地表反照率的影响大约滞后2个月;内蒙古沙漠地区和长江中下游平原土壤水分对地表反照率的影响大约滞后1~2个月。     

基于改进的地表温度-植被覆盖特征空间估算地表蒸散

地表温度-植被指数特征空间被广泛应用与地表蒸散估算和土壤湿度监测,而利用散点图直接拟合干边会造成很大的不确定性。本研究采用改进的地表温度-植被覆盖特征空间进行地表通量的计算。该方法是基于能量平衡公式进行干边定位,从而减少干边确定过程中的不确定性。我们选取的17天的MODIS数据以及相应气象数据进行地表蒸散计算,并采用郑州的LAS观测站验证显热通量计算值,估算结果均方根误差（RMSE）、偏差（Bias）和相关系数平方（R^2）分别为44.06Wm^-2、36.99Wm^-2和0.71。总体来讲,通过能量平衡公式确定的理论干边相比通过散点图拟合的实测干边更合理。     

2000—2019年秦岭南北实际蒸散发时空变化特征

基于遥感数据全面认识复杂地形单元实际蒸散发时空规律,对区域可持续水资源管理具有重要的意义。论文基于MODIS实际蒸散发(ET)数据,对2000—2019年秦岭南北ET时空变化特征进行分析,探究不同分区ET对植被变化的响应关系,进而识别ET趋势和年代变化的高相关海气环流因素。结果表明：① 在变化趋势上,以1000 m等高线为界,即秦岭地区北亚热带和山地暖温带的分界线,低海拔河谷地带为ET显著增加区,山地高海拔地区为ET下降区;② 除城市、乡镇周边地区,研究期间秦岭南北下垫面相对稳定,转为生态用地的活跃区主要分布在山地1000 m过渡带,其是ET与NDVI变化显著相关区,而1000 m以上高海拔地区两者相关性较低;③ ENSO、青藏高原北部气压异常,与秦岭山地、汉江谷地ET的趋势变化和年代波动显著相关,而西太平洋副热带高压与ET的趋势显著相关,与年代波动特征相关较弱。即发生中部型厄尔尼诺事件时,西太平洋副热带高压偏强,对流层低层形成异常反气旋,导致中国东部雨带北移,秦岭山地和汉江谷地降水偏少,气温偏高,ET往往偏大。研究结果启示：秦岭南北科学适应气候变化时,应关注秦岭山地、汉江谷地ET变化显著相关的环流信号;应深刻理解秦岭高海拔地区蒸散发下降趋势对区域水资源管理的影响。     

山地城市土地覆盖变化对地表温度的影响

针对山地城市复杂的城市地貌和下垫面类型,本文使用TM、DEM、ETM⁺等遥感影像资料,提取了重庆市土地利用覆盖类型;借助TM、MSS等遥感数据的红外波段,反演出1988年和2000年的地表温度。分析了重庆市近十年的土地覆盖变化及其对地表温度的影响,结果表明,在1988~2000年间,研究区土地覆盖变化明显,特别是城市土地覆盖面积有显著增加。土地覆盖类型的变化会改变地表温度的空间分布,尤其是城市土地的扩展会提高地表温度。对山地、丘陵、平坝、陡坡四种耕地的地表温度进行了深入分析与研究,结果表明:山地城市土地覆盖变化引起了植被覆盖度的变化,而植被覆盖度的变化又相应地影响了地表温度的变化,植被覆盖度每下降10%,地表温度上升0.49K。     

2000-2011 年三江源区植被覆盖时空变化特征

基于MODIS-NDVI 数据,辅以线性趋势分析、Hurst 指数及偏相关系数等方法,本文从三个尺度分析了近12 年三江源区植被覆盖时空变化特征、未来趋势及其驱动因素。结果表明:(1) 近12 年三江源区植被覆盖呈现增加趋势,增速为1.2%/10a,其中长江源区、黄河源区植被均呈增加趋势,而澜沧江源区植被呈下降趋势。(2) 三江源区植被覆盖具有显著的区域差异,且NDVI频度呈现“双峰”结构。(3) 近12 年三江源区植被覆盖呈增加趋势和减少趋势的面积分别占64.06%和35.94%,且表现为源区北部增加、南部减少的空间格局。(4) 三江源区植被变化的反向特征显著,植被变化由改善趋势转为退化趋势的区域主要分布在长江源区和黄河源区的北部,而由退化趋势转为改善趋势的区域主要分布在澜沧江源区。(5) 三江源区植被对降水和潜在蒸散的响应存在时滞现象,而对气温的响应不存在时滞现象。(6) 三江源区植被覆盖的增加主要归因于气候暖湿化以及生态保护工程的实施。     

2000-2014年秦巴山区植被覆盖时空变化特征及其归因

利用MODIS-NDVI数据,辅以趋势分析、Hurst指数及偏相关分析等方法,本文探讨了2000-2014年秦巴山区植被覆盖时空变化特征及未来趋势,并对其驱动因素进行分析。研究发现:1近15年秦巴山区植被覆盖呈显著增加趋势,增速为2.8%/10a,其中2010年之前植被覆盖呈持续增加趋势,增速为4.32%/10a,而2010年之后呈连续下降态势,降速为-6.59%/10a;2空间上,植被覆盖格局呈现"中间高、四周低"的分布特征,高值区主要分布在陕西境内的秦岭山地和大巴山山地;3秦巴山区植被覆盖呈增加和减少趋势的面积分别占81.32%和18.68%;然而,分段结果表明,2010-2014年有71.61%的区域植被覆盖呈下降趋势;4秦巴山区植被覆盖变化的反向特征强于同向特征,其中46.89%的区域将由改善转为退化,而持续改善地区仅占34.44%;5植被覆盖变化主要归因于降水的减少,同时拉尼娜年的植被覆盖整体好于厄尔尼诺年;6人类活动对植被覆盖造成双重影响,是植被覆盖变化的另一重要影响因素。     

2000-2010年中国退牧还草工程区土地利用/覆被变化

在3S技术支持下,结合景观格局定量分析方法,基于30 m分辨率的土地利用/覆被数据,对中国退牧还草工程区2000-2010年土地利用/覆被时空分布特征进行研究。通过利用土地利用转移矩阵和动态度来判定土地利用变化的速度和区域差异,并在斑块类型和景观水平上分析研究区景观格局特征,探讨土地利用格局变化的生态效应。结果表明：①近10年来,研究区土地利用/覆被类型以草地和其他类用地为主,整体内部结构稳定少动。草地变化面积仅占2000年草地总面积的0.37%;林地、湿地、耕地和人工表面的面积均有所增加;其他类用地面积有所减少。②全区土地综合动态度均小于0.1%,土地利用/覆被变幅较小,除人工表面较活跃外,其他各类型变化相对缓慢,且各省土地利用区域差异较小。③研究区内景观基质未发生改变,区域景观破碎度递减,景观多样性水平上升,景观聚集度和连续性微弱下降,景观整体保持较完整态势。退牧还草工程的实施使土地利用/覆被结构和景观格局均得以优化。     

基于多期数据集的中亚五国土地利用/覆盖变化分析

针对目前中亚地区土地利用变化和分布格局方面的信息相对匮乏,现有资料较为陈旧且零散,无法满足中亚生态与环境变化研究需求的现状,利用全球的UMD, DISCover,GLC2000,GlobCover2005和GlobCover2009的5期土地覆被遥感数据集,提取中亚地区长时间序列土地覆被信息。并针对上述4个土地覆被分类系统无法进行直接对比和变化分析的问题,分别将其综合为4类土地覆被类型：耕地、自然植被、水体和其他,以分析近30 a中亚土地利用/土地覆被变化趋势。中亚土地利用类型多样,草地、裸地、农田、灌丛占绝对优势。自前苏联解体以后,20世纪90年代初至2000年期间,耕地面积大幅度减少,至2010年尽管有所恢复,但仍无法达到20世纪90年代初水平。而自然植被表现出了相反的趋势,这说明在此时间段内,由于社会政治制度的变化和市场经济的建立,耕地发生了较大规模的弃耕,弃耕地通常转换为草地、灌丛等自然植被。近10 a由于社会经济条件的变化,前苏联解体后所弃耕的土地又被收复和重新开发为耕地。90年代初至2000年期间,水体呈现先减少后增加的趋势。利用全球基于多期不同信息源获得的中亚土地覆被数据,尽管分类体系不统一,但均可较好地表征当时地表覆被状况。这在一定程度上弥补了中亚地区土地覆被数据不足的现状。通过对耕地、自然植被、水体及其他土地覆被类型进行大类合并,可基本体现中亚土地覆被的宏观特征和变化趋势。     

北京地区土地利用/覆盖变化研究

本文利用1975、1984、1991和1997的LandsatTM/MSS数据,对北京地区改革开放以来22年的土地利用/覆盖变化进行了研究。结果表明从1975～1997年,北京地区发生了快速城市化背景下的大规模土地利用/覆盖变化,表现出城镇用地通过大量占用平原区耕地扩展,非城镇用地间结构变化明显的基本特征。同时土地利用/覆盖变化区域差异明显,近郊区和远郊区的土地利用/覆盖变化强度发生了逆转,远郊区土地利用/覆盖变化强度在90年代已经超过近郊区,而且该区高密度城镇用地的重心也向西北方向发生了一定程度的移动,显示出同期北京城镇用地向西北方向扩展的趋势     

1990-2018年土地利用/覆盖变化研究的特征和进展

土地利用/覆盖变化（LUCC）是地表综合集成研究的一个学科基础和前沿领域。本文利用定性与定量相结合的方法对1990—2018年的LUCC研究进展进行了系统综述。在回顾LUCC研究历程的基础上,结合文献分析,详细总结了不同LUCC研究阶段的基本特征和主要进展。进而阐述了当前LUCC研究面临的主要挑战,提出了未来LUCC研究的主要发展方向。1990年以来LUCC研究关注度不断提升,相关英文论文发文量和引文量呈指数增长趋势。LUCC研究正从1990—2004年间的过程研究阶段和2005—2013年间的影响研究阶段迈向2014年以后的可持续性研究阶段。当前LUCC研究正面临着如何借鉴可持续科学框架、整合新兴技术和支撑国土空间规划等挑战。未来LUCC研究需要与景观可持续科学和地理设计紧密结合,积极面向国土空间规划主战场,为建设美丽中国和落实联合国可持续发展目标服务。     

中国可持续发展问题与土地利用/覆被变化研究

土地利用 /覆被变化 (LUCC)研究 ,已成为全球环境变化和可持续发展领域前沿的核心问题。中国是世界上人多地少、生态与环境问题较为突出的发展中国家 ,目前中国可持续发展所面临的许多问题 ,都与土地利用及其变化有着内在的、必然的联系。因此 ,面向可持续发展战略的实施 ,开展土地利用 /覆被变化的系统研究 ,具有重要的科学价值与战略意义。本文重点对土地利用 /覆被变化与可持续发展重点问题的关系 ,以及面向可持续发展问题的LUCC研究目标、主要内容和技术方法等进行了讨论     

The climatic impacts of land use and land cover change compared among countries

Land use and land cover change (LULCC) strongly influence regional and global climate by combining both biochemical and biophysical processes. However, the biophysical process was often ignored, which may offset the biogeochemical effects, so measures to address climate change could not reach the target. Thus, the biophysical influence of LULCC is critical for understanding observed climate changes in the past and potential scenarios in the future. Therefore, it is necessary to identify the mechanisms and effects of large-scale LULCC on climate change through changing the underlying surface, and thus the energy balance. The key scientific issues on understanding the impacts of human activities on global climate that must be addressed including: (1) what are the basic scientific facts of spatial and temporal variations of LULCC in China and comparative countries? (2) How to understand the coupling driving mechanisms of human activities and climate change on the LULCC and then to forecasting the future scenarios? (3) What are the scientific mechanisms of LULCC impacts on biophysical processes of land surface, and then the climate? (4) How to estimate the contributions of LULCC to climate change by affecting biophysical processes of land surface? By international comparison, the impacts of LULCC on climate change at the local, regional and global scales were revealed and evaluated. It can provide theoretical basis for the global change, and have great significance to mitigate and adapt to global climate changes.     

Cultivated land change in the Belt and Road Initiative region

The Belt and Road Initiative (BRI)–a development strategy proposed by China – provides unprecedented opportunities for multi-dimensional communication and cooperation across Asia, Africa and Europe. In this study, we analyse the spatio-temporal changes in cultivated land in the BRI countries (64 in total) to better understand the land use status of China along with its periphery for targeting specific collaboration. We apply FAO statistics and GlobeLand30 (the world’s finest land cover data at a 30-m resolution), and develop three indicator groups (namely quantity, conversion, and utilization degree) for the analysis. The results show that cultivated land area in the BRI region increased 3.73×10⁴ km² between 2000 and 2010. The increased cultivated land was mainly found in Central and Eastern Europe and Southeast Asia, while the decreased cultivated land was mostly concentrated in China. Russia ranks first with an increase of 1.59×10⁴ km² cultivated land area, followed by Hungary (0.66×10⁴ km²) and India (0.57×104 km2). China decreased 1.95×10⁴ km² cultivated land area, followed by Bangladesh (–0.22×10⁴ km²) and Thailand (–0.22×10⁴ km²). Cultivated land was mainly transferred to/from forest, grassland, artificial surfaces and bare land, and transfer types in different regions have different characteristics: while large amount of cultivated land in China was converted to artificial surfaces, considerable forest was converted to cultivated land in Southeast Asia. The increase of multi-cropping index dominated the region except the Central and Eastern Europe, while the increase of fragmentation index was prevailing in the region except for a few South Asian countries. Our results indicate that the negative consequence of cultivated land loss in China might be underestimated by the domestic- focused studies, as none of its close neighbours experienced such obvious cultivated land losses. Nevertheless, the increased cultivated land area in Southeast Asia and the extensive cultivated land use in Ukraine and Russia imply that the regional food production would be greatly improved if China’ “Go Out policy” would help those countries to intensify their cultivated land use.