中国历史时期土地覆被数据集地理空间重建进展评述

重建长时间序列具有空间属性的土地覆被数据集,对研究历史时期土地利用/土地覆被变化及其气候和生态效应具有重要意义。近年来,国内外学者就定量重建中国区域历史土地覆被数据集进行了积极探索。但由于历史时期土地利用数据来源多元、重建方法多样、验证方式各异等原因,不同学者的重建结果迥异,其中重建方法是导致差异形成的重要原因之一。本文从重建思路、假设和方法、结果验证等方面对覆盖中国区域的主要空间数据集进行了综合评述,结果表明：①基于历史记录的还原法和基于地理空间模型的重建法是历史土地覆被空间重建的主要方法,而根据建模过程,后者又可进一步分为“自上而下”的配置模型和“自下而上”的演化模型法。②基于数量重建进行空间重建是当前历史土地覆被数据集重建的主流,在缺少充分、客观历史数据的条件下,对基础数据、分布控制因素和限制因子进行合理假设是取得合理结果的重要条件。③为提高研究成果的解释力,需要对重建结果进行检验,直接验证法虽较为准确,但受时空尺度限制,具有显著的局限性,间接验证法可作为有效的补充。     

黑河流域历史时期水资源利用空间格局重建

黑河流域水资源开发利用的空间格局历史演变在中国西北干旱区具有典型性和代表性,对其进行复原并总结经验教训,对现代水资源开发具有宝贵的借鉴意义。利用历史文献、古今地图、遥感影像等资料,结合实地考察,在地理信息系统技术的支持下,对黑河流域历史时期水资源利用的空间格局进行重建,并分析其演变过程。结果表明: 该区域大规模的农业水资源利用开始于汉代,其范围覆盖流域中下游沿河平原和三角洲的大部分地区。魏晋南北朝时期虽然总体上承袭了汉代的格局,但局部地区萎缩明显。隋唐时期,中游地区灌区规模较大,但随着唐中叶吐蕃的入侵而遭破坏。宋元时期,水资源开发利用仅在主要绿洲的核心区有所分布。明、清直至民国时期,中游地区渠系增加,密度增大,灌区出现沿河向上的溯源扩展和由近岸向两侧的外延扩展,一些地势较高的山前绿洲也被开垦,水资源利用强度持续增加、规模扩大,最终奠定了现代水资源开发利用的空间格局。但是,此时的下游却处于游牧状态,无大规模开发活动。可以发现,明代以前水资源开发利用波动频繁,兴废不定;而明代以来,中游灌区规模稳定扩大和下游萧条情况形成鲜明对比。水资源利用引起尾闾湖萎缩、土地盐渍化、沙漠化等生态问题逐渐显现。     

基于分层分区法的中国历史耕地数据的网格化重建

网格化历史耕地数据集能为历史时期耕地变化研究提供更精确的支持,并且为全球环境气候变化研究模型模拟提供驱动数据。本文综合考虑了中国历代土地利用开发的特点及自然人文因子对耕地的影响,设计了一套对中国耕地先分区再分层分配的网格化方法。基于国内3个主流区域耕地数据研究成果,采用上述方法建立了1820年（清仁宗嘉庆二十五年）和1936年（民国二十五年）中国10 km×10 km分辨率的耕地数据集,并绘制了分布图。本文还利用国内具有代表性的区域数据集对重建结果进行对比验证。结果表明,该方法可以保证耕地数量的权威性,并且建立具有区域性的高精度历史耕地数据集。     

中国西部地区历史草地面积重建的方法——以甘宁青新区为例

历史草地面积重建作为历史土地利用与土地覆被变化研究的重要组成部分,可为区域乃至全球环境变化研究提供重要的基础数据。但受研究客体特性与重建资料多寡的制约,目前无论是数量估算上还是空间格局重建上均非常薄弱。本文试图在客观把握中国西部地区历史草地变化趋势与特征的基础上,利用现代遥感土地利用数据和潜在植被数据,确定土地垦殖前草地植被潜在分布范围;并结合历史耕地网格数据,构建以间接扣减为核心的草地面积重建方法;重建甘肃、宁夏、青海和新疆等省区过去300年的草地网格数据。结果表明：土地垦殖前,案例区草地覆被率高达40.87%。受土地垦殖的影响,在过去300年草地面积呈持续减少的态势。草地面积由1661年的1.11亿 hm²下降到1980年的1.03亿 hm²,并经历了1661—1724年的急剧减少、1724—1873年的缓慢减少和1873—1980年的快速减少三个时段,草地年均减少量分别为4.76万 hm²、0.75万 hm²和3.38万 hm²。在空间上,研究时段内草地垦殖区呈现出由甘肃、宁夏向青海、新疆转移的特点。以历史文献资料和1980年遥感草地网格数据为基础,对重建的草地数据开展了可靠性评估。评估显示,重建结果能够较好的再现草地变迁过程。本文构建的重建方法可被用于中国西部地区长时段的草地面积重建。     

中国传统农区历史耕地数据网格化方法

建立具有空间属性的历史时期土地覆被数据集有助于更好地模拟土地覆被变化的气候 与生态效应。根据我国历史时期土地开发利用的特点, 深入分析了影响我国历史时期土地开 发利用的主导因子, 量化了海拔高度、坡度、人口分布等自然及人文要素与耕地分布的关系, 并以此为依据设计了一套将我国传统农区历史耕地数据网格化的方法与算法模型, 计算各网 格(分辨率为60 km×60 km) 耕地面积占整个农区耕地总面积的比重、以及各网格的耕地面 积与垦殖率; 同时利用基于《嘉庆重修一统志》重建的中国传统农区历史耕地资料, 采用上 述方法与算法建立了研究区内1820 年(清嘉庆二十五年) 60 km×60 km 空间尺度的耕地数据 集, 并绘制了分布图。重建结果与册载府级田亩数据的比较分析表明: 该方法与算法可以有 效地将以行政区域为统计单元的中国历史耕地数据量化为具有统一且更高空间分辨率的网格 化数据集。     

20世纪中国耕地格网化数据分区重建

针对中国国家尺度层面耕地历史数据集的缺乏,提出了分区建模的方案.首先,将中国定性划分为四大区域,即传统农区、东北地区、西北地区、青藏地区;在此基础上,分别量化地形、人口要素与耕地分布之间的关系,构建空间格网化模型.利用该方案,重建了中国1913、1933、1950、1970、1990 和2000 年6 个时间断面空间分辨率为10 km的格网化耕地数据.对比1990 年的重建结果与遥感解译结果,发现无论是县域尺度,还是栅格尺度,数据集的准确性都较高.对重建的耕地数据集进行分析发现,近百年来中国的耕地面积出现先增后减的趋势,拐点大体在20 世纪后期,不仅是耕地总量的先增后减,而且垦殖强度也是先增后减,但区域之间并不一致,其中变化较大的是东北和西北地区.     

土地利用现状数据缩编的质量评价方法

土地利用现状数据缩编是为了满足土地管理工作中不同级别的行政区需求对不同尺度的土地利用数据进行的简化、分类、归纳、符号化等工作,缩编应能使不同尺度的数据表达的土地利用信息保持最大程度的一致,缩编的质量直接影响缩编结果可用性.本文提出了缩编结构相似度指数、缩编布局相似度指数、缩编罔斑适宜度指数辅助传统的相关性统计指标,用来...     

利用约束性CA重建历史时期耕地空间格局——以江苏省为例

历史时期耕地空间格局重建是土地利用/土地覆被变化研究(LUCC)的重要组成部分,受到了国内外学术界的广泛关注。已有研究多采用基于总量进行空间分配的方法。考虑到耕地连续性分布及相关空间约束特点,基于约束性元胞自动机提出重建历史时期空间格局的方法,给出了模型建立、参数识别和结果验证的方法,结合数据可获得性,以江苏省为例进行了模型应用。通过与空间分配方法进行对比,结果表明该方法能较为客观地反映历史时期耕地空间格局的演变过程,可为历史耕地研究提供新的方法借鉴。     

土地利用变化数据的误差特性

土地利用变化数据,主要由不同时点的土地利用数据通过统计、对比、空间叠置分析等途径派生而来;而不同时点的土地利用数据主要来源于遥感数据、土地调查数据、历史图件数据以及统计数据。由于这些数据来源本身不可避免地带有不同程度的误差,由此派生的变化数据也就具有不同的精度。现有的文献中通常会给出时点数据的误差,但很少关注土地利用变化数据的误差。本文首先建立变化数据的误差分析方法,然后举例分析了土地利用类型变化幅度、时点数据误差及其不同组合对变化数据误差的影响。最后得出如下结论：时点数据的高精度并不能完全保证变化数据的高精度,还要看误差的方向是否一致;土地利用变化幅度越小,时点数据的误差对变化数据的精度影响越大,精度水平越难保证。这些结论提醒我们,土地利用变化研究中要对数据误差问题给以足够的重视,并应从数据源质量、数据获取方式、数据分析方法等方面提高数据的精度水平。     

物候学方法在历史气候变化重建中的应用

利用历史物候记录重建的气候变化结果,显著地增进了人类对过去气候变化特征的认识。但现有研究在历史物候记录的提取与处理、重建方法的选择、重建结果的精度评估等方面需要进一步总结梳理。通过归纳历史物候记录的资料源以及在历史物候记录预处理过程中需要解决的物种鉴别和物候期确定问题,对现有重建方法进行总结,发现较早的研究采用了古今对比法,而近年来的研究多采用更为复杂的回归和过程模型法。上述物候学方法的重建结果对认识中世纪暖期、小冰期和近百年等典型时段的历史气候变化特征提供了重要依据,同时物候学方法重建结果与其他代用资料重建结果往往表现出较高的一致性。未来研究可在历史物候记录的整编与利用、重建方法的准确性评估与改进以及不同重建结果比对等方面,进一步深入开展工作。     

明代省域耕地数量重建及时空特征分析

基于明代册载田亩、屯田和人口数据,以及相关赋役制度和土地制度等史料,考察了明代册载田亩和屯田数据的合理性,辨识了导致明代册载数据失实的主要因素,重建了明代典型时点省域耕地面积。结果表明：① 册籍讹误、官民田和卫所屯田的分类统计及山、塘、湖、荡等非耕地的登册起科,是导致洪武和万历年间册载数据失实的主要原因。② 洪武年间河南和湖广册载田亩数据人均耕地面积畸高,其原因为“册籍讹误”,订正后的数值分别为41万今亩和18万今亩;该时期研究区阙载的屯田总额约为5620万今亩。③ 非耕地的登册起科主要出现在南方地区,且洪武和万历年间浙江、南直隶、江西、湖广等省的册载田土数据中非耕地占比分别为24.7%、23.3%、4.4%、3.7%和28.9%、16.2%、19.2%、11.6%。④ 洪武二十六年（1393年）至万历十一年（1583年）,研究区耕地总量由49 550万今亩增至75 430万今亩;省域土地垦殖变化呈现明显的区域差异,河南和山东两省垦殖率增量超过15个百分点,湖广和四川超过3个百分点,而其余各省增量低于1个百分点。区域历史时期土地利用/覆被变化数据重建,不仅是区域生态环境效应模拟的客观需求,也可为充实和完善全球数据集提供参考。     

中国石油资源空间流动的驱动机制分析

采用重心分析方法、指示克里金内插方法和空间相关系数,探讨了中国石油资源空间流动的驱动机制,结果表明：① 多数年份内,汇地系统重心演变受经济发展的影响更大;而2003 年以后经济重心对源地系统重心的影响也在逐渐加强。② 从源地系统空间相关分析来看,石油生产-进口量的区域差异,决定了源地系统与国内油田和国内油田-石油进口港（口岸） 的空间相关程度;而石油流动要素的空间分布及演变,对空间相关系数的数值变化产生一定影响,这使得源地系统在1985 和1995 年主要由单一国内油田驱动机制所决定,在1999、2003 和2009 年则由国内油田-进口石油港（口岸）的双重驱动机制所决定。③ 对汇地系统来说,国内炼厂的资源需求是汇地系统空间格局演变的重要驱动力。     

Land Use Change in New Spain: A Three-Dimensional Historical GIS Analysis

The introduction of European livestock into the New World resulted in extensive land use changes. Studying the spatiality of these changes as they actually transpired in a three-dimensional landscape can enhance our knowledge of the environmental transformations that accompanied colonization. This article focuses on a case study area in New Spain, roughly equivalent to present-day Mexico, wherein forty-seven sheep ranches were established through viceregal land grants between 1535 and 1610. An integration of fieldwork, textual analysis of land grants, and imagery analysis enables these ranches to be mapped in a three-dimensional geographic information system (GIS) environment. Once mapped in a GIS, the spatial statistics of each ranch's elevation, slope, and aspect (slope orientation) can be calculated to identify spatio-temporal patterns of land use change. These spatio-temporal patterns can be interpreted within the highly localized contexts of land granting to amplify our understanding of human–environment interaction in New Spain. This article's key findings are that grantees harbored a persistent preference for south-facing land; ranches clustered most heavily on isolated elevations; viceregal ordinances were effective at keeping livestock away from low-lying, agriculturally productive zones; and, as a consequence of native population decline and forced native resettlements, the midelevations experienced a land use change from semiterraced agriculture to ranching. These results offer a fresh perspective on the local-scale processes of land use change that resulted from the European colonization of the New World.     

清代西南地区耕地空间格局网格化重建

本文以现代耕地分布格局为基础, 通过量化地形(海拔、坡度)、气候生产潜力(光照、温度、水分)和人口密度等因子与耕地空间分布的关系, 重建了清代西南地区6 个时点分辨率为10 km×10 km的耕地数据。结果表明:①就整体而言, 清代西南地区耕地空间格局的变化表现在两个方面:一是垦殖范围的扩张, 1661-1911 年土地垦殖率在0~10%的网格占比减少了约24%, 主要分布在四川盆地和云贵高原;二是垦殖强度的提高, 1661-1911 年垦殖率大于30%的网格占比提高了10.3%, 最为显著的是四川盆地和云南中东部地区。②就清代西南地区耕地数量增减来看, 整个时段可划分为3 个阶段:前期(1661-1724 年) “复原性”垦殖, 60 多年间土地垦殖率在0~10%的网格占比减少了11.4%;中期(1724-1820 年)缓慢“拓展性”垦殖, 全区垦殖率在0~10%的网格占比下降约7%, 在30%以上的网格占比提高约7%;后期(1820-1911 年)局部抛荒与再垦, 垦殖率在0~10%的网格占比从75.0%降至72.2%, 在30%以上的网格占比从9.1%提高至10.9%。相关分析表明, 本文网格化重建的清代西南地区的耕地空间格局具有一定的合理性。     

The regional types of China’s floating population: Identification methods and spatial patterns

With the rapid increase of the number and influence of floating population in China, it is urgently needed to understand the regional types of China’s floating population and their spatial characteristics. After reviewing the current methods for identifying regional types of floating population, this paper puts forward a new composite-index identification method and its modification version which is consisted of two indexes of the net migration rate and gross migration rate. Then, the traditional single-index and the new composite-index identification methods are empirically tested to explore their spatial patterns and characteristics by using China’s 2000 census data at county level. The results show: (1) The composite-index identification method is much better than traditional single-index method because it can measure the migration direction and scale of floating simultaneously, and in particular it can identify the unique regional types of floating population with large scale of immigration and emigration. (2) The modified composite-index identification method, by using the share of a region’s certain type of floating population to the total in China as weights, can effectively correct the over- or under-estimated errors due to the rather large or small total population of a region. (3) The spatial patterns of different regional types of China’s floating population are closely related to the regional differentiation of their natural environment, population density and socio- economic development level. The three active regional types of floating population are mainly located in the eastern part of China with lower elevation, more than 800 mm precipitation, rather higher population densities and economic development levels.     

The temporal and spatial patterns and potential evaluation of China’s energy resources development

The issue of China’s energy supply security is not only the key problem which affects China’s rapid and sustainable development in the 21st century, but also the one which international attention focuses on. Based on the notable characteristic of spatial imbalance between energy production and consumption in China, this paper takes the evolution of China’s primary energy resources development(excluding hydropower) from 1949 to 2007 as the study object, with the aim to sum up the evolutive characteristics and laws of China’s energy resources development in the past nearly 60 years. Then, based on comprehensive considerations of coal’s, oil’s and natural gas’s basic reserves, qualities, geological conditions, production status, and ecological service function of every province, this paper adopts development potential index (DP)to evaluate the development potential of every province’s energy resources, and divide them into different ranks. Conclusions are drawn as follows: (1) Generally speaking, China’s gross energy production was increasing in waves from 1949 to 2007. From the viewpoint of spatial patterns, China’s energy resources development has shown a characteristic of “concentrating to the north and central areas, and evolving from linear-shaped to “T-shaped” pattern gradually since 1949. (2) The structure evolution of China’s energy resources development in general has shown a trend of “coal proportion is dominant but decreasing, while oil and gas proportions are increasing” since 1949. (3) At the provincial scale, China’s energy resources development potential could be divided into large, sub-large, general and small ranks, four in all. In the future, the spatial pattern of China’s energy production will evolve from “T-shaped” to “Π-shaped pattern”. These conclusions will help to clarify the temporal and spatial characteristics and laws of China’s energy resources development, and will be beneficial for China to design scientific and rational energy development strategies and plans, coordinate spatial imbalance of energy production and consumption, ensure national energy supply, avoid energy resources waste and disorderly development, and promote regional sustainable development under the globalization background with changeful international energy market.     

珠三角快速城镇化地区国土调查典型试点探索与实证——面向第三次全国国土调查

选择东莞市4个镇（街）作为珠三角典型高度城镇化地区和第三次全国国土调查试点,针对试点内容设置、试点典型性选择、试点方法、成果和质量控制等全过程进行了总体策划和设计。从调查底图层面提出了数据源精选类别,形成了3套数据组合配置思路。从调查技术层面阐述了内业分析判读、外业调查核实和内业录入整理的3个关键方法实施路径。通过试点：形成了丰富的专题报告、专题报表、专题图和专题库等实验成果,以土地利用现状调查为例分析了各试点区历经快速城镇化后的土地利用差异性和空间格局特征,提出了在涉密基础数据使用、不一致图斑举证、细碎图斑处理、地类认定标准、多源数据空间不套合和标识码核心关联等7个问题环节的具体先验经验和未来需要深入探索提升的方向。试点成果可作为试点区土地精细化管理之用,试点经验可供快速城镇化地区参考之用。     

空间数据挖掘与发展趋势探讨

基于空间数据挖掘的含义,分析空间数据挖掘的特点、主要方法分类和面临的主要问题;结合空间数据的特点,提出一种空间数据挖掘体系结构,并分析空间数据挖掘的基本过程,阐述了当前空间数据挖掘面临的主要问题并展望其发展趋势。     

Reconstruction of cropland spatial patterns and its spatiotemporal changes over the 20th century on the Songnen Plain,Northeast China

We initially estimated the cropland area at county level using local historical documents for the Songnen Plain (SNP) in the 1910s and 1930s. We then allocated this cropland area to grid cells with a size of 1 km × 1 km, using a range of cultivation possibilities from high to low; this was based on topography and minimum distances to rivers, settlements, and traffic lines. Cropland areas for the 1950s were obtained from the Land Use Map of Northeast China, and map vectorization was performed with ArcGIS technology. Cropland areas for the 1970s, 1980s, 1990s, 2000s, and 2010s were retrieved from Landsat images. We found that the cropland areas were 4.92 × 10⁴ km² and 7.60 × 10⁴ km², accounting for 22.8% and 35.2% of the total area of the SNP in the 1910s and 1930s, respectively, which increased to 13.14 × 10⁴ km², accounting for 60.9% in the 2010s. The cropland increased at a rate of 1.18 × 10⁴ km² per decade from the 1910s to 1970s while it was merely 0.285 × 10⁴ km² per decade from the 1970s to 2010s. From the 1910s to 1930s, new cultivation mainly occurred in the central SNP while, from the 1930s to 1970s, it was mainly over the western and northern parts. This spatially explicit reconstruction could be offered as primary data for studying the effects of changes in human-induced land cover based on climate change over the last century.