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中国耕地撂荒的空间格局及气候效应

中国耕地撂荒的空间格局及气候效应

作者：赵彩杉哈尔滨师范大学

学位级别：硕士

土地利用是人类改变地表环境的主要方式之一,可引起一系列的气候、生态、水文等效应。其中,农林地相互转换是一种典型的土地利用/覆盖变化(LUCC)。在全球过去的几百年间,为满足不断增加的人口对粮食和纤维的需求,土地利用变化以农业开... 详细信息

土地利用是人类改变地表环境的主要方式之一,可引起一系列的气候、生态、水文等效应。其中,农林地相互转换是一种典型的土地利用/覆盖变化(LUCC)。在全球过去的几百年间,为满足不断增加的人口对粮食和纤维的需求,土地利用变化以农业开垦为主,耕地面积大幅度增加,林地面积大幅度减少;近年来,随着社会经济的发展,特别是第二产业和第三产业的兴起,农地的边际效益逐渐下降,农业从业人口减少,退耕现象日益普遍,耕地逐渐转换成林地。由于耕地与林地在地表反照率、叶面积指数、植被冠层高度等方面的差异,农林地转换对地表辐射能量平衡、水分收支、地表粗糙度等具有显著影响,从而具有重要的气候学意义。(1)本文首先揭示了我国耕地撂荒时空特征及形成因素的空间分布。撂荒地区共有163个县(市),分布于我国20余个省份,集中分布地区为我国南方山区,且分布格局呈近似于逆时针旋转90度的“T”字形,纵轴自北至南涵盖了甘肃、四川、重庆、贵州、云南;横轴位于长江中下游,自西向东涵盖了湖北、湖南、安徽。撂荒空间的形态——“T”字形的形成随时间而变化,东西向的横轴形成于2010年之前,南北向的纵轴形成于2010年之后。而撂荒形成的原因主要为农业效益低和劳动力不足。(2)针对撂荒典型区——长江流域及毗邻地区,本文基于Google Earth高清影像,在1km尺度上辨识了200对耕地与林地纯象元,进而利用MODIS陆地数据产品,对比分析了耕地与林地的地表温度(LST)、叶面积指数(LAI)、地表反照率(Albedo)之差。结果表明:研究区域内,LAI在夏季(6、7、8)月达到最大值,耕地普遍低于林地,峰值和谷值几乎同时出现;FVC与LAI相似,但高峰期比LAI滞后;可见光波段反照率表现为谷值出现在夏季,且耕地高于林地;耕地与林地近红外波段反照率最高值出现时间不同,错峰出现,其中耕地最高值出现再春季,而林地出现在秋季。(3)为进一步揭示撂荒后农地向林地转换的气候效应,本文将参数本地化,利用本地化后的WRF模式进行模拟试验,结果表明撂荒后的生态恢复对温度的致冷效应并不明显,对区域降水量和降水日数等也无明显的影响。但是对部分地区的降水强度有显著影响,如安徽中部地区的暴雨降水量增多,这将有可能增加灾害事件的发生概率。

关键词：撂荒时空特征荟萃分析气候效应农林地转换地表温度

21世纪气候变化情景下环北极地区植被生长季与活动积温变化

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气候与环境研究 2020年第5期25卷 543-554页

作者：陈嘉哲赵彩杉张学珍中国科学院地理科学与资源研究所陆地表层格局与模拟重点实验室北京100101 中国科学院大学北京100049

基于部门间影响模式比较计划(ISI-MIP,Inter-Sectoral Impact Model Intercomparison Project)对CMIP5中5个气候(地球)系统模式模拟结果的降尺度数据,利用多模式集合预估了气候变化情景下21世纪环北极地区植被生长季与活动积温变化。研... 详细信息

基于部门间影响模式比较计划(ISI-MIP,Inter-Sectoral Impact Model Intercomparison Project)对CMIP5中5个气候(地球)系统模式模拟结果的降尺度数据,利用多模式集合预估了气候变化情景下21世纪环北极地区植被生长季与活动积温变化。研究发现:1)多模式集合模拟能够基本再现观测的初、终霜日及无霜期长度与>10℃积温的空间分布特征以及1979~2004年各指标变化趋势的空间分布特征,但其对气候变化年际变率的模拟能力较弱;2)至21世纪末,终霜日最多将提前60 d,初霜日将推迟20~40 d,无霜期延长幅度最高可达100 d,积温将增加1000~1200℃。其中RCP8.5情景下,各指标变幅最大,RCP2.6情景下变幅最小;3)各指标变幅呈现出较大的空间差异,亚欧大陆中西部的变幅普遍较大,随着气候变暖,>10℃积温增加幅度表现出明显的纬度地带性,南部增幅较大,北部增幅较小。

关键词：气候变化多模式集合情景预估北极地区

基于Google Earth和MODIS陆地数据的农林地转换对地表温度的影响——以长江中下游及毗邻地区为例

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地理科学进展 2019年第5期38卷 698-708页

作者：赵彩杉曾刚张丽娟张学珍哈尔滨师范大学寒区地理环境监测与空间信息服务黑龙江省重点实验室哈尔滨150025 南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室南京210044 中国科学院地理科学与资源研究所中国科学院陆地表层格局与模拟重点实验室北京100101

揭示耕地与林地转换对地表温度的影响对于认识人类活动的气候与环境效应具有重要意义。基于卫星遥感数据的统计分析是揭示土地利用/覆盖变化对地表温度影响的重要手段。但是,在景观破碎度较高地区,混合像元问题成为使用这一技术手段的... 详细信息

揭示耕地与林地转换对地表温度的影响对于认识人类活动的气候与环境效应具有重要意义。基于卫星遥感数据的统计分析是揭示土地利用/覆盖变化对地表温度影响的重要手段。但是,在景观破碎度较高地区,混合像元问题成为使用这一技术手段的主要限制性因素,中国南方长江流域尤为典型。为突破这一限制,论文基于Google Earth高清影像,在1 km尺度上辨识了200对耕地与林地纯像元,进而利用MODIS陆地数据产品,对比分析了耕地与林地的地表温度(LST)、叶面积指数(LAI)、地表反照率(Albedo)之差。结果表明:耕地的LST高于林地,白天和夜间温度分别约偏高2.75℃和1.15℃,并且温差因季节而异,白昼温差呈双峰(分别是5月和10月,温差约3.18℃和3.33℃),夜间温差为单峰(7月,约2.46℃)。同时,温差因地而异,总体表现为西高东低,陕甘交界处的白昼温差最大,年平均约为3.83℃;安徽中南部温差最小,约为1.1℃。耕地与林地的LST之差主要由蒸散发的差异所致。林地的LAI较大,蒸散发较强,地表向大气的潜热通量较大,用于直接加热地表的感热相对偏少,因而LST相对偏低。上述结果表明近年来长江流域及毗邻地区的耕地转为林地通过增加蒸发产生了一定的致冷效应。

关键词：耕地与林地转换地表温度长江中下游地区

全球历史LUCC数据集新疆地区耕地数据可靠性评估

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生态环境学报 2022年第6期31卷 1215-1224页

作者：李美娇何凡能赵彩杉杨帆山西财经大学资源环境学院山西太原030006 中国科学院地理科学与资源研究所/中国科学院陆地表层格局与模拟重点实验室北京100101 中国科学院大学北京100049 河南大学黄河文明与可持续发展研究中心暨黄河文明省部共建协同创新中心河南开封475001

全球历史土地利用/覆被变化数据是开展长时段气候与生态效应模拟研究的科学基础,然而,现有全球LUCC数据集在区域尺度上仍存在较大不确定性。结合区域土地垦殖史实评估全球数据集的可靠性,是改进数据集质量的基础和前提。文章以中国学者... 详细信息

全球历史土地利用/覆被变化数据是开展长时段气候与生态效应模拟研究的科学基础,然而,现有全球LUCC数据集在区域尺度上仍存在较大不确定性。结合区域土地垦殖史实评估全球数据集的可靠性,是改进数据集质量的基础和前提。文章以中国学者利用区域历史文献和土地资源调查数据重建的清中后期(1776—1909年)奇台-吉木萨尔地区、清末民国时期(1909—1944年)玛纳斯河流域和建国以来(1960—2000年)新疆地区耕地数据为基准,结合清康乾时期(1716—1778年)区域屯田点数据,采用趋势对比、数量对比和空间格局对比相结合的方法,对全球数据集中新疆地区耕地数据的可靠性进行了评估。结果表明,HYDE 3.2和SAGE数据集中清代以来新疆地区的耕地数据与区域重建结果相比,虽然耕地变化趋势均呈增加态势,但数量上差异较大。其中,HYDE3.2数据集在奇台-吉木萨尔地区的耕地数据存在明显低估,仅为区域数据的0.04—0.56;而在玛纳斯河流域地区,HYDE3.2和SAGE中的耕地数据又存在明显高估,分别为区域数据的3.08—8.95和4.80—5.12;与之相比,1960年以来全球数据集中新疆地区的耕地数据与区域数据差异有减小趋势,分别为陈氏数据的0.67—0.75和0.71—1.05。从耕地空间分布格局看,清康乾时期新疆地区屯田点扩散过程及区域垦殖史实均表明该区土地垦殖经历了“从南到北,由东向西”逐步推进的历史过程,且在清前期北疆地区仍以游牧为主,而该时期全球数据集中北疆地区已有较多耕地分布,且分别占到区域耕地总量的42.84%和61.26%。可见,全球数据集中新疆地区耕地数据未能客观反映该区域耕地变化的过程与格局特征,而数据来源和重建方法的差异是造成不同全球与区域性数据集结果差异的主要原因。

关键词：土地利用/覆被变化历史耕地全球数据集可靠性评估新疆地区

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过去千年中国耕地网格化重建与时空特征分析

中国科学：地球科学 2023年第1期53卷 115-131页

作者：何凡能杨帆赵彩杉李士成李美娇中国科学院地理科学与资源研究所中国科学院陆地表层格局与模拟重点实验室北京100101 河南大学黄河文明与可持续发展研究中心暨黄河文明省部共建协同创新中心开封475001 中国科学院大学北京100049 中国地质大学(武汉)公共管理学院武汉430074 山西财经大学资源环境学院太原030006

重建具有“定时、定量、定位”属性的历史土地利用/覆被变化(LUCC)数据,不仅是长时间尺度气候变化与生态效应等模拟研究的重要需求,而且是深化理解人类土地利用活动改变地表景观过程和机理的科学基础.本文利用已重建的宋辽金以来的耕地... 详细信息

重建具有“定时、定量、定位”属性的历史土地利用/覆被变化(LUCC)数据,不仅是长时间尺度气候变化与生态效应等模拟研究的重要需求,而且是深化理解人类土地利用活动改变地表景观过程和机理的科学基础.本文利用已重建的宋辽金以来的耕地面积数据,通过对历史疆域与政区的协同,建立了一套基于现今国境、以省区为载体的千年耕地序列;并遴选海拔高度、地面坡度、气候生产潜力和土壤质地等因子,构建了土地宜垦性评估模型和耕地网格化分配模型,重建了北宋以来24个时点、10km分辨率的网格化耕地数据,再现了过去千年中国耕地分布的时空演变特征.结果表明:(1)过去千年中国耕地面积呈波动性增长的态势,大致经历了平稳波动(1000~1290年)、缓慢增长(1290~1661年)和快速增长(1661~1999年)三个阶段;耕地总量由1000年的5.57亿亩增至1999年的19.38亿亩,峰值(1980年)达20.25亿亩.(2)近千年中国土地垦殖呈现以黄河中下游、长江中下游等地区为中心,向周边丘陵山地乃至边疆地区拓展的态势;黄河中下游与长江中下游地区垦殖率分别增长了约1.4倍和0.8倍.(3)清中期以降,西南、东北等地区相继得到大规模开垦,垦殖率分别从1661年的2.13%、0.55%增至1999年的18.00%、26.61%;丘陵山地也得以拓垦,相较于1661年, 1999年分布于丘陵低山和中高山的耕地占比分别增加了55%和27%.(4)可靠性定量评估结果显示,差异绝对值小于10%的网格占比高达70.35%,而大于60%的网格占比仅为0.83%;表明重建方法具有较好的可行性,其结果能客观再现历史耕地的空间分布格局.

关键词：土地利用与覆被变化历史耕地网格化重建中国过去千年

10-18世纪美国大陆土地垦殖数据集的研发

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全球变化数据学报(中英文) 2022年第2期6卷 298-308,470-480页

作者：赵彩杉何凡能杨帆王亚非中国科学院地理科学与资源研究所中国科学院陆地表层格局与模拟重点实验室北京100101 中国科学院大学北京100049 河南大学黄河文明与可持续发展研究中心开封475001

区域历史LUCC重建既可为气候与生态等效应研究提供可靠的基础数据,也是充实和完善全球数据集的重要途径。本研究以今美国大陆为研究区,基于历史文献、前人研究成果,确定了以农业为主的印第安人数量、印第安人人均耕地面积、非印第安人... 详细信息

区域历史LUCC重建既可为气候与生态等效应研究提供可靠的基础数据,也是充实和完善全球数据集的重要途径。本研究以今美国大陆为研究区,基于历史文献、前人研究成果,确定了以农业为主的印第安人数量、印第安人人均耕地面积、非印第安人数量及各殖民地人均耕地面积,重建了10-18世纪美国大陆各区域耕地数量,并通过构建宜垦性评估模型和耕地分配模型,再现10-18世纪美国大陆耕地空间分布格局。结果表明:(1)美国大陆耕地数量呈波动性增长态势,由1000年的1.71×10^(3)km^(2)增长至1780年的4.74×10^(4)km^(2),可分为缓慢增长期(1000-1500年)、缓慢减小期(1500-1700年)、快速增加期(1700-1780年);(2)印第安时期的耕地主要分布在西南部和东部与平原相邻处。在殖民时期,耕地主要分布在东部沿海地区。

关键词：历史土地利用土地垦殖美国大陆 10-18世纪

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2016年佳木斯市气温变化特征分析

科技风 2019年第13期 124-124页

作者：赵彩杉哈尔滨师范大学地理科学学院黑龙江哈尔滨150025

利用2016年佳木斯市气象站点资料,分析了2016年佳木斯市的气温数据(包括平均气温、最高温和最低温)。结果表明,佳木斯市的最冷月和最热月紧跟在冬至、夏至后,春季温度大于秋季温度,且气温年较差较大。

关键词：佳木斯平均气温最高温最低温

Betatrophin与非酒精性脂肪性肝病

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实用肝脏病杂志 2023年第6期26卷 930-933页

作者：韩仕杉(综述) 赵彩彦(审校) 河北医科大学第三医院感染病科石家庄市050000

目的非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)是一种代谢应激性肝损伤。随着肥胖和代谢综合征(MetS)的流行,NAFLD已成为我国第一大慢性肝病。Betatrophin是一种新发现的与糖脂代谢和胰岛素抵抗(IR)等密切相关的分泌性糖蛋白,可能与NAFLD患者发病和病... 详细信息

目的非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)是一种代谢应激性肝损伤。随着肥胖和代谢综合征(MetS)的流行,NAFLD已成为我国第一大慢性肝病。Betatrophin是一种新发现的与糖脂代谢和胰岛素抵抗(IR)等密切相关的分泌性糖蛋白,可能与NAFLD患者发病和病情进展密切相关。本文就Betatrophin在NAFLD发生发展过程中的作用和潜在的临床应用价值做一综述。

关键词：非酒精性脂肪性肝病 Betatrophin 糖脂代谢胰岛素抵抗

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东北红豆杉愈伤组织诱导及组织培养研究

东北师大学报（自然科学版） 2002年第2期34卷 67-71页

作者：刘铁燕刘昀赵彩凤郑易之东北师范大学生命科学学院吉林长春130024

东北红豆杉扦插苗幼茎愈伤组织的诱导频率B5 -B组 ( 86.7% ) >MS -A组 ( 60 .2 % ) >MS -B组 ( 3 7.0 % ) .MS培养基中 2 ,4 -D和NAA同时存在时 ,愈伤组织诱导效果比不含NAA的要好 1 .5～ 2倍 .MS培养基是愈伤组织生长的适宜培养基 .经... 详细信息

东北红豆杉扦插苗幼茎愈伤组织的诱导频率B5 -B组 ( 86.7% ) >MS -A组 ( 60 .2 % ) >MS -B组 ( 3 7.0 % ) .MS培养基中 2 ,4 -D和NAA同时存在时 ,愈伤组织诱导效果比不含NAA的要好 1 .5～ 2倍 .MS培养基是愈伤组织生长的适宜培养基 .经过几代的继代培养 ,愈伤组织的生长周期由 3 5～ 4 0d缩短为 1 5～ 1 8d .红豆杉树与扦插苗间、树的不同个体间 ,甚至同一树不同部位的幼茎在愈伤组织诱导及生长方面都存在较大差异 .

关键词：东北红豆杉愈伤组织组织培养