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Spatial identification and scenario simulation of the ecological transition zones under the climate change in China

Journal of Geographical Sciences 2021年第4期31卷 497-517页

作者： fan zemeng State Key Laboratory of Resources and Environmental Information System Institute of Geographic Sciences and Natural Resources ResearchCASBeijing 100101China College of Resources and Environment University of Chinese Academy of SciencesBeijing 100049China Jiangsu Center for Collaborative Innovation in Geographical Information Resource Development and Application Nanjing 210023China

Explicitly identifying the spatial distribution of ecological transition zones(ETZs)and simulating their response to climate scenarios is of significance in understanding the response and feedback of ecosystems to global climate *** this study,a quantitative spatial identification method was developed to assess ETZ distribution in terms of the improved Holdridge life zone(iHLZ)*** on climate observations collected from 782 weather stations in China in the T0(1981–2010)period,and the Intergovernmental Panel on Climate Change Coupled Model Intercomparison Project(IPCC CMIP5)RCP2.6,RCP4.5,and RCP8.5 climate scenario data in the T1(2011–2040),T2(2041–2070),and T3(2071–2100)periods,the spatial distribution of ETZs and their response to climate scenarios in China were simulated in the four periods of T0,T1,T2,and ***,a spatial shift of mean center model was developed to quantitatively calculate the shift direction and distance of each ETZ type during the periods from T0 to *** simulated results revealed 41 ETZ types in China,accounting for 18%of the whole land *** temperate grassland/humid forest and warm temperate arid forest(564,238.5 km~2),cold temperate humid forest and warm temperate arid/humid forest(566,549.75 km~2),and north humid/humid forest and cold temperate humid forest(525,750.25 km~2)were the main ETZ types,accounting for 35%of the total ETZ area in *** 2010 and 2100,the area of cold temperate desert shrub and warm temperate desert shrub/thorn steppe ETZs were projected to increase at a rate of 4%per decade,which represented an increase of 3604.2,10063.1,and 17,242 km~2 per decade under the RCP2.6,RCP4.5,and RCP8.5 scenarios,*** cold ETZ was projected to transform to the warm humid ETZ in the *** average shift distance of the mean center in the north wet forest and cold temperate desert shrub/thorn grassland ETZs was generally larger than that of other ETZs,with the mean center moving to the n

关键词： ecological transition zone mean center spatial identification model scenario simulation China

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Simulation of land-cover change in Jing-Jin-Ji region under different scenarios of SSP-RCP

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Journal of Geographical Sciences 2022年第3期32卷 421-440页

How to simulate land-cover change,driven by climate change and human activity,is not only a hot issue in the field of land-cover research but also in the field of sustainable urbanization.A surface-modeling method of land cover scenario(SSMLC)driven by the coupling of natural and human factors was developed to overcome limitations in existing land-cover *** on the climatic scenario data of CMIP6 SSP1-2.6,SSP2-4.5,and SSP5-8.5 released by IPCC in 2020,which combines shared socioeconomic paths(SSPs)with typical concentration paths(RCPs),observation climatic data concerning meteorological stations,the population,GDP,transportation data,land-cover data from 2020,and related policy refences,are used to simulate scenarios of land-cover change in the Jing-Jin-Ji region using SSP1-2.6,SSP2-4.5,and SSP5-8.5 for the years 2040,2070 and 2100,*** simulation results show that the total accuracy of SSMLC in the Jing-Jin-Ji region attains 93.52%.The change intensity of land cover in the Jing-Jin-Ji region is the highest(plus 3.12%per decade)between 2020 and 2040,gradually decreasing after ***-up land has the fastest increasing rate(plus 5.07%per decade),and wetland has the fastest decreasing rate(minus 3.10%per decade)between 2020 and *** change intensity of land cover under scenario SSP5-8.5 is the highest among the abovementioned three scenarios in the Jing-Jin-Ji region between 2020 and *** impacts of GDP,population,transportation,and policies on land-cover change are generally greater than those on other land-cover *** results indicate that the SSMLC method can be used to project the change trend and intensity of land cover under the different *** will help to optimize the spatial allocation and planning of land cover,and could be used to obtain key data for carrying out eco-environmental conservation measures in the Jing-Jin-Ji region in the future.

关键词： scenario of surface modeling in land cover SSP-RCP scenarios land-cover scenarios spatiotemporal simulation Jing-Jin-Ji region

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“三生空间”视角下贵州省景观生态安全评价及其耦合特征分析

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水土保持研究 2024年第3期31卷 432-442页

作者：邹永偲兰安军范泽孟陶倩钱方艳贵州师范大学地理与环境科学学院贵州贵阳550025 中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室京100101

[目的]探究喀斯特生态脆弱区景观生态安全格局演变规律,对喀斯特区域生态文明建设和生态风险防控具有指导意义。[方法]以贵州省为研究对象,从“三生空间”视角出发,基于景观生态学理论,借助耦合协调模型,分析了贵州省近20年景观生态安... 详细信息

[目的]探究喀斯特生态脆弱区景观生态安全格局演变规律,对喀斯特区域生态文明建设和生态风险防控具有指导意义。[方法]以贵州省为研究对象,从“三生空间”视角出发,基于景观生态学理论,借助耦合协调模型,分析了贵州省近20年景观生态安全时空变化机理和耦合协调特征。[结果](1) 2000—2020年,贵州省以林地生态空间为主,占国土空间总面积53%以上,工业生产和城镇生活用地快速增长,导致城乡生活空间向外扩张挤占农业生产和林地生态空间。(2) 2000—2020年期间贵州省景观生态安全整体处于向好发展,南部景观生态安全等级总体优于北部地区。(3) 2000—2020年贵州省景观生态安全的Moran′s I值分别为0.340,0.400,0.414,空间相关性显著,“高—高”和“低—低”值为主要空间集聚模式,局部空间自相关分布格局与景观生态安全分布有较高的一致性。(4)贵州省“生产—生活—生态”空间景观生态安全的耦合协调度水平良好,在空间上呈现出“西高东低,北高南低”的分布特征。[结论]人类经济活动和城镇化的快速推进会改变区域土地利用格局,从而影响区域景观生态安全及耦合协调性,因此需要优化区域生产—生活—生态空间格局,提高土地资源使用效率,促进贵州省生态安全建设和土地资源可持续发展。

关键词：喀斯特 “三生”空间景观生态安全耦合协调度贵州省

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贵州省北盘江流域经济贫困与生态脆弱性的空间耦合关系研究

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贵州师范大学学报（自然科学版） 2024年第1期42卷 36-44页

作者：钱方艳兰安军范泽孟朱娜陶倩邹永偲贵州师范大学地理与环境科学学院贵州贵阳550025 中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室北京100101

为研究北盘江流域经济贫困与生态环境之间的空间耦合关系,揭示其空间格局,基于遥感数据及统计资料,构建北盘江流域乡镇单元的经济贫困与生态脆弱性的评价体系,采用耦合协调度模型,对经济贫困与生态脆弱性的空间格局及耦合特征进行综合... 详细信息

为研究北盘江流域经济贫困与生态环境之间的空间耦合关系,揭示其空间格局,基于遥感数据及统计资料,构建北盘江流域乡镇单元的经济贫困与生态脆弱性的评价体系,采用耦合协调度模型,对经济贫困与生态脆弱性的空间格局及耦合特征进行综合分析。结果表明:1)研究区中度贫困以上的乡镇占全部乡镇的40.54%,贫困程度较重的乡镇主要分布于东南部、中部及六盘水一带的西北部地区,有一定聚集性。2)生态脆弱性等级空间分布差异明显,由东至西生态脆弱程度愈加严重。中度以上脆弱性的乡镇仅占全部乡镇的30.41%,生态脆弱程度处于偏低水平,各类型分布具有明显的集中性。3)耦合协调类型占全部乡镇的83.24%,处于优良的耦合协调状态,耦合协调差异类型分布连片且集中,失调差异类型主要分布于研究区东部。研究可为区域经济发展与环境改善提供一定理论支持,为区域可持续发展提供科学参考。

关键词：经济贫困生态脆弱性空间格局耦合关系北盘江流域

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典型喀斯特区域土地利用变化对生态系统服务价值的响应情景模拟

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水土保持研究 2024年第4期31卷 308-315,325页

作者：王丹兰安军范泽孟邹永偲李文艳王仁儒贵州师范大学地理与环境科学学院贵阳550025 中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室北京100101 中国科学院大学资源与环境学院北京100039

[目的]模拟喀斯特地区土地利用变化引起的生态系统服务价值变化,分析土地利用变化对生态系统服务价值的响应关系,为区域可持续发展和生态安全保护提供科学依据。[方法]以生态环境脆弱的喀斯特地区贵州省为例,基于2000年、2010年及2020年... 详细信息

[目的]模拟喀斯特地区土地利用变化引起的生态系统服务价值变化,分析土地利用变化对生态系统服务价值的响应关系,为区域可持续发展和生态安全保护提供科学依据。[方法]以生态环境脆弱的喀斯特地区贵州省为例,基于2000年、2010年及2020年3期土地利用数据,通过PLUS模型预测了不同情景下土地利用情况,并进一步从空间分布上分析了多情景下ESV的变化特征。[结果](1)4种预设情景中,自然发展情景耕地面积与林地面积呈现大量减少的趋势,分别减少了101676,208481 hm^(2);(2)在4种预设情景下,研究区2030年ESV耕地与生态双保护情景(488.694亿元)>生态保护情景(488.524亿元)>自然发展情景(486.435亿元)>耕地保护情景(479.087亿元)。(3)在4种预设情景下,研究区2020年及多情景模拟下单位面积ESV的空间分布特征较为相似。但自然发展情景下其ESV在空间分布上高值区域明显减少。[结论]ESV与土地利用变化息息相关,对未来土地利用进行合理规划是保证良好的生态环境质量最直接的原因,从可持续发展角度来看,耕地与生态保护情景下的经济发展才是土地利用的最佳模式。

关键词：生态系统服务情景模拟土地利用 PLUS模型贵州省

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Explicating the mechanisms of land cover change in the New Eurasian Continental Bridge Economic Corridor region in the 21st century

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Journal of Geographical Sciences 2021年第10期31卷 1403-1418页

作者： fan zemeng LI Saibo fanG Haiyan State Key Laboratory of Resources and Environmental Information System Institute of Geographic Sciences and Natural Resources ResearchCASBeijing 100101China College of Resources and Environment University of Chinese Academy of SciencesBeijing 100049China Jiangsu Center for Collaborative Innovation in Geographical Information Resource Nanjing 210023China Key Laboratory of Water Cycle and Related Land Surface Processes CASBeijing 100101China

Land cover change has presented clear spatial differences in the New Eurasian Continental Bridge Economic Corridor(NECBEC)region in the 21 st century.A spatiotemporal dynamic probability model and a driving force analysis model of land cover change were developed to analyze explicitly the dynamics and driving forces of land cover change in the NECBEC *** results show that the areas of grassland,cropland and built-up land increased by 114.57 million ha,8.41 million ha and 3.96 million ha,and the areas of woodland,other land,and water bodies and wetlands decreased by 74.09 million ha,6.26 million ha,and 46.59 million ha in the NECBEC region between 2001 and 2017,*** and other land were mainly transformed to grassland,and grassland was mainly transformed to woodland and ***-up land had the largest annual rate of increase and 50%of this originated from ***,since the Belt and Road Initiative(BRI)commenced in 2013,there has been a greater change in the dynamics of land cover change,and the gaps in the socio-economic development level have gradually *** index of socio-economic development was the highest in western Europe,and the lowest in northern Central *** impacts of socio-economic development on cropland and built-up land were greater than those for other land cover *** general,in the context of rapid socio-economic development,the rate of land cover change in the NECBEC has clearly shown an accelerating trend since 2001,especially after the launch of the BRI in 2013.

关键词： land cover change driving forces spatiotemporal dynamic probability model integrated analysis model New Eurasian Continental Bridge Economic Corridor

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Scenarios of land cover in Eurasia under climate change

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Journal of Geographical Sciences 2020年第1期30卷 3-17页

作者： fan zemeng BAI Ruyu YUE Tianxiang State Key Laboratory of Resources and Environment Information System Institute of Geographic Sciences and Natural Resources ResearchCASBeijing 100101China University of Chinese Academy of Sciences Beijing 100049China Jiangsu Center for Collaborative Innovation in Geographical Information Resource Development and Application Nanjing 210023China

The method for surface modelling of land cover scenarios(SMLCS)has been improved to simulate the scenarios of land cover in *** the basis of the observation monthly climatic data observed from 2127 weather stations in Eurasia during 1981-2010,the climatic scenarios data of RCP26,RCP45 and RCP85 scenarios released by CMIP5,and the land cover current data of Eurasia in 2010,the land cover scenarios of Eurasia were respectively *** results show that most land cover types would generally have similar changing trends in the future,but with some difference in different periods under the three scenarios of RCP26,RCP45 and *** needleleaf forest,mixed forest,shrub land,wetlands and snow and ice would generally decrease in Eurasia during *** and ice would have the fastest decreasing rate that would decrease by 37.42%on *** land would have the slowest decreasing rate that would decrease by 5.65%on *** bodies would have the fastest increasing rate that would increase by 28.78%on *** or sparsely vegetated land would have the slowest increasing rate that would increase by 0.76%.Moreover,the simulated results show that climate change would directly impact on land cover change in Eurasia.

关键词： SMLCS climate change land cover scenarios Eurasia

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Sensitivity studies of a high accuracy surface modeling method

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Science China Earth Sciences 2014年第10期57卷 2386-2396页

作者： ZHAO Na YUE TianXiang ZHAO MingWei DU ZhengPing fan zemeng CHEN ChuanFa State Key Laboratory of Resources and Environmental Information System Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research Chinese Academy of Sciences Geomatics College Shandong University of Science and Technology

The sensitivities of the initial value and the sampling information to the accuracy of a high accuracy surface modeling(HASM) are investigated and the implementations of this new modeling method are modified and enhanced. Based on the fundamental theorem of surface theory, HASM is developed to correct the error produced in geographical information system and ecological modeling process. However, the earlier version of HASM is theoretically incomplete and its initial value must be produced by other surface modeling methods, such as spline, which limit its promotion. In other words, we must use other interpolators to drive HASM. According to the fundamental theorem of surface theory, we modify HASM, namely ***, by adding another important nonlinear equation to make it independent of other methods and, at the same time, have a complete and solid theory foundation. Two mathematic surfaces and monthly mean temperature of 1951–2010 are used to validate the effectiveness of the new method. Experiments show that the modified version of HASM is insensitive to the selection of initial value which is particular important for HASM. We analyze the sensitivities of sampling error and sampling ratio to the simulation accuracy of ***. It is found that sampling information plays an important role in the simulation accuracy of ***. Another feature of the modified version of HASM is that it is theoretically perfect as it considers the third equation of the surface theory which reflects the local warping of the surface. The modified HASM may be useful with a wide range of spatial interpolation as it would no longer rely on other interpolation methods.

关键词： HASM spatial interpolation initial value sensitivity accuracy temperature

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中国生态过渡带分布的空间识别及情景模拟

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地理学报 2021年第3期76卷 626-644页

作者：范泽孟中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室北京100101 中国科学院大学资源与环境学院北京100049 江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心南京210023

在全球变化及其生态环境效应研究中,如何对生态过渡带的空间分布格局及变化情景进行空间定量识别和模拟分析,对揭示气候变化和人类活动对全球变化的响应及反馈具有指示性意义。在对HLZ模型进行修正和拓展的基础上,建立了生态过渡带类型... 详细信息

在全球变化及其生态环境效应研究中,如何对生态过渡带的空间分布格局及变化情景进行空间定量识别和模拟分析,对揭示气候变化和人类活动对全球变化的响应及反馈具有指示性意义。在对HLZ模型进行修正和拓展的基础上,建立了生态过渡带类型的空间识别方法。并基于1981—2010年的全国782个气候观测站点数据,在实现全国生态过渡带类型及分布的空间识别基础上,结合3种气候情景数据CMIP5 RCP 2.6、RCP 4.5和RCP 8.5,实现了T0(1981—2010年)、T1(2011—2040年)、T2(2041—2070年)和T3(2071—2100年)4个时段内全国生态过渡带的空间分布格局及其未来情景模拟。另外,引入平均中心空间分析模型,对全国生态过渡带平均中心的时空偏移趋势进行了定量分析。结果显示:在T0~T3时段内,全国共出现41种生态过渡带类型,约占全国陆地面积的18%;冷温带草原/湿润森林与暖温带干旱森林过渡带(564238.5 km^(2))、冷温带湿润森林与暖温带干旱/湿润森林过渡带(566549.75 m^(2))、北方湿润/潮湿森林与冷温带湿润森林过渡带(525750.25 km^(2))是最主要的3种生态过渡带类型。面积占到全国生态过渡带总面积的35%;2010—2100年期间的冷温带荒漠灌丛与暖温带荒漠灌丛/有刺草原过渡带的增加速度最快,在3种情景RCP 2.6、RCP 4.5和RCP 8.5下,其面积将分别增加3604.2 km^(2)/10a、10063.1 km^(2)/10a和17242 km^(2)/10a;寒冷型生态过渡带类型总体上呈向暖湿型过渡带类型增加的趋势;北方潮湿森林与冷温带湿润/潮湿森林过渡带的平均中心偏移幅度最大,在4个时段内整体向东北方向偏移,其偏移幅度将超过150 km。另外,随着气温的逐渐上升和降水量的增加,中国北方的生态过渡带整体呈向北偏移趋势,南方生态过渡带则逐渐减少且平均中心呈现逐渐向高海拔地区退缩的趋势,气候变化对青藏高原区生态过渡带时空格局的影响日益显著。

关键词：生态过渡带平均中心空间识别模型情景模拟中国

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基于SSP-RCP不同情景的京津冀地区土地覆被变化模拟

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地理学报 2022年第1期77卷 228-244页

如何实现自然与人文双重驱动下的特大城市群地区土地覆被变化的情景模拟,不仅是当前土地覆被变化研究领域的热点问题,也是城镇化可持续发展研究的核心主题之一。本文在对现有土地覆被变化情景模型缺陷进行分析和修正的基础上,构建了自... 详细信息

如何实现自然与人文双重驱动下的特大城市群地区土地覆被变化的情景模拟,不仅是当前土地覆被变化研究领域的热点问题,也是城镇化可持续发展研究的核心主题之一。本文在对现有土地覆被变化情景模型缺陷进行分析和修正的基础上,构建了自然要素与人文要素耦合驱动的土地覆被情景曲面建模(SSMLC)方法。结合IPCC 2020年发布的共享社会经济路径(SSPs)与典型浓度路径(RCPs)组合的CMIP6 SSP1-2.6、SSP2-4.5和SSP5-8.5的气候情景数据,以及人口、GDP、交通、政策等人文参数,分别实现了SSP1-2.6、SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下的京津冀土地覆被变化的情景模拟。模拟结果表明:SSMLC对京津冀地区土地覆被变化模拟的总体精度为93.52%;京津冀地区的土地覆被在2020—2040时段内的变化强度最高(3.12%/10a),2040年以后的变化强度将逐渐减缓;在2020—2100年间,建设用地增加速度最快,增加率为5.07%/10a。湿地的减少速度最快,减少率为3.10%/10a。2020—2100时段内的京津冀土地覆被在SSP5-8.5情景下的变化强度整体高于在SSP1-2.6和SSP2-4.5情景下的变化强度;GDP、人口、交通和政策等人文因子对京津冀地区耕地、建设用地、湿地和水体的影响强度高于对其他土地覆被类型的影响强度。研究结果证实了SSMLC模型能够有效模拟和定量刻画京津冀地区土地覆被空间分布格局在未来不同情景的时空变化趋势和强度,模拟结果可为京津冀协同一体化的国土空间优化配置与规划、以及生态环境建设提供辅助依据和数据支撑。

关键词：土地覆被情景曲面建模 SSP-RCP情景土地覆被变化情景时空模拟京津冀

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