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基于PLUS-SD耦合模型的黑河流域中游甘临高地区土地利用研究

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干旱区研究 2022年第4期39卷 1246-1258页

作者：蒋小芳段翰晨廖杰宋翔薛娴中国科学院西北生态环境资源研究院沙漠与沙漠化重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049 中国科学院西北生态环境资源研究院干旱区盐渍化研究站甘肃兰州730000

土地利用/覆被变化(Land Use and Cover Change,LUCC)是全球环境变化的重要组成部分。数量-空间耦合模型因能有效模拟土地利用斑块数量及其在空间上的快速变化,成为近年来土地利用研究的主要手段。本研究首先对比斑块生成土地利用变化... 详细信息

土地利用/覆被变化(Land Use and Cover Change,LUCC)是全球环境变化的重要组成部分。数量-空间耦合模型因能有效模拟土地利用斑块数量及其在空间上的快速变化,成为近年来土地利用研究的主要手段。本研究首先对比斑块生成土地利用变化模拟模型(Patch-Generating Land Use Simulation Model,PLUS)、未来土地利用模型(Future Land Use Simulation Model,FLUS)和小尺度土地利用变化及其空间效益模型(Conversion of Land Use and Its Effects at Small Regional Extent,CLUE-S)模拟2015年黑河流域中游甘临高地区(张掖市甘州区、临泽县和高台县)土地利用结构,筛选出最适合研究区的空间模拟模型;然后将其与系统动力学模型(System Dynamics,SD)进行耦合,形成数量-空间耦合模型;最后利用耦合模型预测2030年研究区在经济发展(Economic Development,ED)、生态保护(Ecological Protection,EP)和协调发展(Harmonious Development,HD)情景下的土地利用结构,并进行对比评价。研究结果表明:(1)在同一像元尺度下,PLUS模型的质量系数(Figure of Merit,FoM)高于FLUS和CLUE-S模型,且3个模型的数量Kappa系数(K_(no))和位置Kappa系数(Klocation)从高至低为:PLUS、CLUE-S和FLUS模型,说明PLUS模型在本研究区的空间拟合效果最优;(2)PLUS-SD耦合模型预测的不同情景表明,ED情景中建设用地和耕地迅速扩张但森林覆盖率较低,EP情景中的森林覆盖率明显提高,但经济发展水平偏低,HD情景中城市化水平提高的同时生态环境呈良性发展。本研究验证了PLUS-SD耦合模型的显著优势,凸显了PLUS模型有效的土地利用空间模拟能力与SD模型强大的数据处理功能。该结果可为土地规划政策的制定提供参考。

关键词：黑河流域中游耦合模型土地利用/覆被变化情景预测

基于DEM的科尔沁沙地沙漠化土地时空分布特征

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干旱区资源与环境 2018年第8期32卷 74-79页

作者：段翰晨薛娴中国科学院西北生态环境资源研究院沙漠与沙漠化重点实验室兰州730000

选取科尔沁沙地为研究对象,以Landsat TM/ETM/OLI影像和ASTER GDEM数据为主要数据源,在遥感(RS)和地理信息系统(GIS)技术支持下,利用人机交互目视解译方法对研究区2000~2015年不同程度沙漠化土地信息进行了提取,并分析了不同程度沙漠化... 详细信息

选取科尔沁沙地为研究对象,以Landsat TM/ETM/OLI影像和ASTER GDEM数据为主要数据源,在遥感(RS)和地理信息系统(GIS)技术支持下,利用人机交互目视解译方法对研究区2000~2015年不同程度沙漠化土地信息进行了提取,并分析了不同程度沙漠化土地在不同高程、坡度、坡向上的分布特征及变化趋势。结果表明:研究区沙漠化土地主要分布在海拔小于500m、坡度小于7°的平地和缓坡地区,即高程和坡度的第1和第2等级;沙漠化土地面积随高程的增加逐渐减少,但随坡度的增加急剧下降。就坡向而言,沙漠化土地主要分布在阳坡和阴坡区域,且阳坡分布比例大于阴坡;阳坡沙漠化土地面积呈逆转趋势,而阴坡沙漠化土地面积有所扩张。

关键词：数字高程模型(DEM) 沙漠化土地时空分布科尔沁沙地

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黄河景电灌区土壤盐渍化反演的多模型对比

中国沙漠 2023年第5期43卷 18-30页

作者：蒋小芳徐青霞段翰晨廖杰郭平林黄翠华薛娴中国科学院西北生态环境资源研究院沙漠与沙漠化重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院西北生态环境资源研究院干旱区盐渍化研究站甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049 民勤县水务局甘肃民勤733300

位于中国西北干旱区东部的景电灌区是黄河景泰川电力提灌二期工程覆盖的重要地区。不合理的水资源利用和区内排水不畅导致该区成为次生盐渍化发生的重点区域。为更好地预测景电灌区的土壤盐渍化问题,服务盐渍化防治和盐渍土改良的国家需... 详细信息

位于中国西北干旱区东部的景电灌区是黄河景泰川电力提灌二期工程覆盖的重要地区。不合理的水资源利用和区内排水不畅导致该区成为次生盐渍化发生的重点区域。为更好地预测景电灌区的土壤盐渍化问题,服务盐渍化防治和盐渍土改良的国家需求,基于地表实测高光谱反射率和土壤电导率数据,从模型稳定性、噪声问题、共线性问题和准确度4个方面对比分析了深度神经网络(Deep neural network,DNN)、分布式随机森林(Distributed random forest,DRF)和梯度提升机(Gradient boosting machine,GBM)3个模型在景电灌区土壤盐分预测方面的适用性。结果表明:(1)实测高光谱反射率数据与土壤电导率之间存在较强的相关性,高光谱数据为土壤盐分预测研究提供了便利;(2)DNN模型的稳定性高,对噪声和共线性问题的处理能力更强,模拟准确度相对较高,而DRF和GBM模型模拟结果差别较小。DNN模型更适于景电灌区土壤盐分预测研究,这在模型适用性方面为该区域的土壤盐渍化研究提供了参考。

关键词：高光谱反射率 DNN DRF GBM 盐渍化景电灌区

基于多模型的黑河中游甘临高地区土地利用情景模拟

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农业机械学报 2022年第9期53卷 178-188页

作者：蒋小芳段翰晨廖杰宋翔薛娴中国科学院西北生态环境资源研究院沙漠与沙漠化重点实验室兰州730000 中国科学院西北生态环境资源研究院干旱区盐渍化研究站兰州730000

混合元胞自动机(Mixed-cell cellular automata,MCCA)模型改进了传统的元胞自动机(Cellular automata,CA)模型,基于现实复杂土地结构引入混合元胞,实现了从定性、静态模拟到定量、动态模拟的跨越。本文首先探究MCCA模型在黑河中游甘临... 详细信息

混合元胞自动机(Mixed-cell cellular automata,MCCA)模型改进了传统的元胞自动机(Cellular automata,CA)模型,基于现实复杂土地结构引入混合元胞,实现了从定性、静态模拟到定量、动态模拟的跨越。本文首先探究MCCA模型在黑河中游甘临高地区(甘州区、临泽县和高台县)的适用性;之后分别采用多目标线性规划(Multiple-objective programming,MOP)模型、普通线性回归模型预测得到2035年可持续发展(Sustainable development,SUD)情景、基本发展(Basic development,BAD)情景中不同地类面积数值,然后将面积输入MCCA模型中进行不同情景的土地利用空间结构可视化,并开展对比研究。结果表明:各项精度评价指标均表明MCCA模型的模拟精度较高,Kappa系数、混合元胞质量系数(Mixed-cell figure of merit,mcFoM)和平均相对熵(Relative entropy,RE)分别为0.886、0.261和0.508,优于基于纯净元胞的斑块生成土地利用变化模拟(Patch-generating land use simulation model,PLUS)模型,因此MCCA模型适用于研究区土地利用结构模拟。2035年SUD情景中林地范围明显高于BAD情景,生态效益较BAD情景增速快,建设用地和耕地适度扩张,综合效益增速较快。该结果表明耦合MOP和MCCA模型模拟的土地利用优化配置方案能够更好地协调经济与环境的关系,既有利于经济快速发展,又能保护生态环境和维持社会稳定。

关键词：黑河中游土地利用变化情景模拟混合元胞自动机模型多目标线性规划模型

石羊河流域植被指数时空变化及荒漠化遥感监测

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吉林大学学报（地球科学版） 2012年第S1期42卷 415-422页

作者：文星段翰晨廖杰薛娴中国科学院寒区旱区环境与工程研究所沙漠与沙漠化重点实验室兰州730000

利用SPOT VGT NDVI数据对石羊河流域1999—2010年期间植被覆盖的时空变化进行了研究,并基于像元二分模型求算植被覆盖度,以植被覆盖度为指标对研究区荒漠化程度进行定量监测与评价。结果表明:12年来石羊河流域植被覆盖度整体呈增加的趋... 详细信息

利用SPOT VGT NDVI数据对石羊河流域1999—2010年期间植被覆盖的时空变化进行了研究,并基于像元二分模型求算植被覆盖度,以植被覆盖度为指标对研究区荒漠化程度进行定量监测与评价。结果表明:12年来石羊河流域植被覆盖度整体呈增加的趋势,增加速率为0.003 2 a-1。植被改善的面积远大于植被退化的面积,植被改善区域的面积为11 130 km2,占研究区总面积的26.45%,主要分布在金昌、永昌、民勤、武威东部以及古浪的西北部地区;植被退化区域的面积为3 546 km2,占研究区总面积的8.43%,主要分布在天祝藏族自治县的东部和古浪南部的乌鞘岭地区。荒漠化土地面积整体呈下降的趋势,极重度荒漠化土地明显减少,转化为重度荒漠化;非荒漠化土地的增加主要以绿洲的扩张为主。

关键词：石羊河流域植被指数荒漠化遥感监测

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基于历史文献记载的关中地区中世纪干旱过程

干旱区资源与环境 2012年第3期26卷 83-87页

作者：文星廖杰段翰晨薛娴中国科学院寒区旱区环境与工程研究所兰州730000

基于关中地区公元900-1199年的历史文献资料,采用旱涝等级和比值法对关中地区中世纪的降水变化进行了分析。研究结果表明:在400年间,不同程度的干旱事件共发生169次,占总年数的42.25%,水涝事件发生83次,占总年数的20.75%,干旱是该时期... 详细信息

基于关中地区公元900-1199年的历史文献资料,采用旱涝等级和比值法对关中地区中世纪的降水变化进行了分析。研究结果表明:在400年间,不同程度的干旱事件共发生169次,占总年数的42.25%,水涝事件发生83次,占总年数的20.75%,干旱是该时期气候的大背景。除此之外,作者还对研究区公元800-1199年的旱涝等级序列进行线性拟合和10年滑动平均分析,结果表明本区的干旱化过程自10世纪初开始,而公元856年为湿润期向干旱期的转折点。这次干旱过程也得到了来自黄土地层记录和其他研究的支持。

关键词：历史文献关中地区中世纪干旱事件干旱化过程

1975—2010年石羊河流域绿洲时空演变研究

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中国沙漠 2013年第2期33卷 478-485页

作者：文星王涛薛娴段翰晨廖杰中国科学院寒区旱区环境与工程研究所沙漠与沙漠化重点实验室甘肃兰州730000

应用RS和GIS技术,以石羊河流域绿洲为研究对象,对1975—2010年流域绿洲的时空动态变化进行了监测,并结合气候变化、地表径流量和人类活动等资料探讨了绿洲变化的原因。结果表明:近35年来,石羊河流域绿洲整体规模呈波动变化的趋势,1975、... 详细信息

应用RS和GIS技术,以石羊河流域绿洲为研究对象,对1975—2010年流域绿洲的时空动态变化进行了监测,并结合气候变化、地表径流量和人类活动等资料探讨了绿洲变化的原因。结果表明:近35年来,石羊河流域绿洲整体规模呈波动变化的趋势,1975、1990、2000年和2010年,流域绿洲总面积分别为7 563.06、7 730.62、7 131.56km2和7 459.43km2。通过分析绿洲与荒漠面积之间的转化发现绿洲主要经历了"绿洲化-荒漠化-再绿洲化"的过程,绿洲面积缩小了103.63km2。绿洲内部耕地、城镇居民地和水域面积增加,而林地和草地面积缩小。绿洲的变化受自然因素和人类活动的共同作用,但人口数量的增加、经济的发展以及地表径流的变化对绿洲演变的影响更为显著。

关键词：绿洲遥感监测动态变化石羊河流域

基于RS与GIS的科尔沁沙地沙漠化时空演变

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中国沙漠 2013年第2期33卷 470-477页

作者：段翰晨王涛薛娴孙家欢杨林海中国科学院寒区旱区环境与工程研究所沙漠与沙漠化重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院研究生院北京100049

以2000年ETM+影像、2005年和2010年TM影像为数据源,在遥感(RS)与地理信息系统(GIS)技术的支持下,通过人机交互解译,对科尔沁沙地的沙漠化土地分布状况及其动态变化进行了分析研究。结果表明:①2000—2010年研究区沙漠化土地总体呈逆转... 详细信息

以2000年ETM+影像、2005年和2010年TM影像为数据源,在遥感(RS)与地理信息系统(GIS)技术的支持下,通过人机交互解译,对科尔沁沙地的沙漠化土地分布状况及其动态变化进行了分析研究。结果表明:①2000—2010年研究区沙漠化土地总体呈逆转的趋势,且从严重沙漠化土地向轻度沙漠化土地逐级逆转,沙漠化土地总面积从2000年的31 762.11km2减少到2010年的30 198.87km2,净减少量1 563.24km2,减少速率为156.32km2.a-1。从沙漠化类型来看,除轻度沙漠化土地增加外,其他类型沙漠化土地面积均明显下降;②2000—2010年沙漠化土地持续逆转区域主要集中分布在治理强度较大的奈曼旗、库伦旗和扎鲁特旗;③严重沙漠化土地比较稳定,中度和轻度沙漠化土地重心空间迁移比较明显,2000—2010年中度沙漠化土地重心向西北方向移动23.65km,轻度沙漠化土地重心向南移动19.31km。

关键词：科尔沁沙地沙漠化时空演变逆转重心迁移

科尔沁沙地沙漠化时空演变及其景观格局——以内蒙古自治区奈曼旗为例

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地理学报 2012年第7期67卷 917-928页

作者：段翰晨王涛薛娴郭坚文星中国科学院寒区旱区环境与工程研究所兰州730000 中国科学院研究生院北京100049

利用1975年MSS影像,1992年、2006年、2010年TM影像和1999年ETM+影像等5个时期遥感影像为数据源,提取奈曼旗35年来沙漠化土地动态变化信息,并在此基础上,探讨了区域沙漠化土地景观格局时空演变特征,旨在为科尔沁地区沙漠化治理和区域生... 详细信息

利用1975年MSS影像,1992年、2006年、2010年TM影像和1999年ETM+影像等5个时期遥感影像为数据源,提取奈曼旗35年来沙漠化土地动态变化信息,并在此基础上,探讨了区域沙漠化土地景观格局时空演变特征,旨在为科尔沁地区沙漠化治理和区域生态环境恢复与重建提供参考。结果表明:(1)35年来,奈曼旗沙漠化土地面积总体呈逆转的趋势,沙漠化总面积减少了123.43km2,沙漠化土地主要经历了先增加后减少的过程;(2)景观格局呈波动性变化,1999年以前,景观形状指数和多样性指数增加,蔓延度和聚集度减小,破碎化程度加强,沙漠化程度上升,沙漠化主导类型为中度和重度沙漠化,1999年以后破碎化程度变弱,沙漠化程度明显下降,沙漠化主导类型转变为中度和轻度沙漠化;(3)1975-2010年间轻度和中度沙漠化土地重心迁移最为明显,轻度沙漠化土地重心向东北方向偏移了6.35km,中度沙漠化土地重心向西南方向偏移了7.24km。

关键词：科尔沁沙地沙漠化景观格局奈曼旗