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量化气候和土地利用变化对生态资产变化的相对贡献——以房山区为例

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生态学报 2024年第8期44卷 3213-3222页

作者：王鹤潭巩贺黄玫张远东孙玮顾峰雪中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所农业农村部旱作节水农业重点实验室北京100081 中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室北京100101 中国林业科学研究院森林生态环境与自然保护研究所国家林业和草原局森林生态环境重点实验室北京100091

生态资产与人类福祉密切相关,开展生态资产评估并定量区分气候和人类活动对生态资产变化的相对贡献,对于评估区域生态文明建设成效、生态补偿、干部离任的自然资产审计等均具有重要意义。在单位面积价值当量因子方法的基础上,重新定义... 详细信息

生态资产与人类福祉密切相关,开展生态资产评估并定量区分气候和人类活动对生态资产变化的相对贡献,对于评估区域生态文明建设成效、生态补偿、干部离任的自然资产审计等均具有重要意义。在单位面积价值当量因子方法的基础上,重新定义了标准生态服务价值当量因子,并构建了一个能够定量区分气候变化和土地利用变化对生态资产变化相对贡献的方法,以北京市房山区为例,分析了2000年至2019年房山区生态资产的变化,以及气候变化和土地利用变化对生态资产变化的相对贡献,结果表明:(1)房山区2019年生态资产总价值177.14亿元。森林、草地、农田和湿地的生态资产分别占生态资产总价值的82.33%、11.76%、5.25%和0.095%。(2)房山在2000—2019年期间,生态资产总价值增加了2.275亿元,气候变化使得房山区的生态资产总价值增加了2.689亿元,而土地利用变化使得生态资产总价值减少了0.414亿元。(3)房山区生态资产西高东低,其中霞云岭乡生态资产总价值最高;琉璃河镇的生态资产增加最多,而拱辰街道下降最显著。过去20年是房山区社会经济快速发展的时期,由于气候变化和生态保护与修复使得生态资产增加,抵消了由于建设用地扩张所带来的生态资产损失。

关键词：生态资产气候变化土地利用变化相对贡献

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冬季非均匀增温与积雪及光周期变化对温带植被物候影响研究进展

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地理科学进展 2024年第8期43卷 1666-1680页

作者：王笑影周玉科李荣平贾庆宇蔡福温日红谢艳兵赵先丽邹旭东汪宏宇中国气象局沈阳大气环境研究所沈阳110166 中国科学院地理科学与资源研究所北京100101

气候变化速率在日尺度和季节尺度上表现出差异性,并且呈现出非均匀增温的特点。特别是在北半球中高纬度地区,夜间的升温速度超过白天,而冬季的升温速度超过夏季。准确评估非均匀增温对陆地生态系统结构和功能的影响,是全球变化研究领域... 详细信息

气候变化速率在日尺度和季节尺度上表现出差异性,并且呈现出非均匀增温的特点。特别是在北半球中高纬度地区,夜间的升温速度超过白天,而冬季的升温速度超过夏季。准确评估非均匀增温对陆地生态系统结构和功能的影响,是全球变化研究领域一项重大挑战。论文通过文献综述,系统地分析了冬季非均匀增温、积雪变化以及光周期对春季植被物候特征的影响,同时探讨了这种影响存在的物种特异性、地理位置异质性以及季节补偿效应。研究认为,当前对非均匀增温影响的研究在观测实验能力方面存在明显不足,对光照、温度和水分耦合作用的理解和认识尚不充分,且模型模拟能力有待提高。因此,未来研究应重视开发新型观测和实验方法,例如精心设计控制实验,以深入探究温带地区光照、温度和水分对植物物候的潜在调控机制。这将有助于加强对非均匀增温影响机制的认识和理解,并将这些影响因素纳入模型模拟中,从而提升对季节性气候变化如何塑造植被动态过程的认知和理解。

关键词：非均匀增温积雪光周期冬季植被物候

西北干旱区主要乔灌树种适宜植被盖度及空间分布

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中国科学：地球科学 2024年第5期54卷 1526-1543页

作者：张中典贾小旭祝萍黄明斌任利东邵明安信阳师范大学地理科学学院信阳464000 中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室北京100101 中国科学院大学资源与环境学院北京100190 中国科学院黄河三角洲现代农业工程实验室北京100101 西北农林科技大学黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室杨凌712100

植被建设是干旱区土壤侵蚀防控和退化生态系统修复的有效途径.然而,植被盖度过高会导致水分过度消耗和可用水量减少,进而威胁生态系统健康及其服务功能.确定适宜植被盖度是维持干旱区植被生长与水分消耗之间平衡的关键,但仍缺乏对整个... 详细信息

植被建设是干旱区土壤侵蚀防控和退化生态系统修复的有效途径.然而,植被盖度过高会导致水分过度消耗和可用水量减少,进而威胁生态系统健康及其服务功能.确定适宜植被盖度是维持干旱区植被生长与水分消耗之间平衡的关键,但仍缺乏对整个西北干旱区的定量研究.本文以西北干旱区主要外来乔木(刺槐和樟子松)和灌木(柠条和沙棘)树种为对象,利用改进的Biome-BGC模型,模拟了246个气象站点长时段(1961~2020年)实际蒸散量(ETa)、净初级生产力(NPP)和最大叶面积指数(LAImax)的动态变化,采用多年平均LAImax表示适宜植被盖度.改进后的模型采用Richards方程模拟多层土壤非饱和水流,基于ETa观测资料对土壤和植物生理生态参数进行校验.结果表明,改进后的模型能较好地模拟四种植物ETa的动态变化.各树种多年平均ETa、NPP和LAImax空间分布格局与年均降水量(MAP)相似.黄土丘陵沟壑区(MAP:210~710mm)刺槐和沙棘适宜植被盖度分别为1.7~2.9和0.8~2.9,风沙区(MAP:135~500mm)樟子松、柠条和沙棘适宜植被盖度分别为0.3~3.3、0.5~2.6和0.6~2.1,西北荒漠区(MAP:90~500mm)沙棘适宜植被盖度为0.4~1.7.将模拟的LAImax与遥感观测的实际LAImax对比,发现近51%的乔灌林地实际LAImax超过了适宜植被盖度,表明这些地区的植被可能存在过度种植,尤其在黄土丘陵沟壑区较为严重.本研究为西北干旱区生态恢复提供了关键的植被盖度阈值,在植被超载地区应谨慎开展进一步的植树造林,并采取措施对超载植被进行科学管理,以维持干旱区可持续的生态水文环境.

关键词：适宜植被盖度水分平衡叶面积指数 Biome-BGC模型干旱区

基于SWOT卫星模拟数据的青藏高原湖泊水位与面积测量精度评估

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测绘学报 2024年第5期53卷 823-834页

作者：韩潇然柯樱海于金媛赵孟杰张国庆中国科学院青藏高原研究所青藏高原地球系统与资源环境国家重点实验室北京100101 中国科学院大学北京100049 首都师范大学城市环境过程与数字模拟国家重点实验室培育基地北京100048 首都师范大学水资源安全北京实验室北京100048 首都师范大学资源环境与旅游学院北京100048 西藏大学生态环境学院城市与资源学系遥感与国情监测实验室西藏拉萨850000

青藏高原作为“亚洲水塔”,密集分布着众多高山湖泊,其湖泊数量与面积约占我国湖泊的一半。青藏高原湖泊作为气候与环境的“指示剂”,在时间序列上监测这些湖泊的水位与水量变化至关重要。2022年12月发射的地表水与海洋地形(SWOT)卫星... 详细信息

青藏高原作为“亚洲水塔”,密集分布着众多高山湖泊,其湖泊数量与面积约占我国湖泊的一半。青藏高原湖泊作为气候与环境的“指示剂”,在时间序列上监测这些湖泊的水位与水量变化至关重要。2022年12月发射的地表水与海洋地形(SWOT)卫星将以前所未有的高时间分辨率和面状测高模式监测近乎全球的地表水动态。在数据正式向科学界公开前,有必要对SWOT卫星的性能及测量精度进行评估。本文使用SWOT卫星模拟观测生成器,实现了青藏高原部分湖泊水位与面积的模拟观测,并结合水位计数据,对SWOT卫星在时间失真、测高误差和面积误差方面的测量精度评估。结果表明,不同数据采集间隔的时间失真平均百分比误差小于4.1%,测高误差平均小于3 cm,面积误差小于湖泊面积的7%。该研究的开展为SWOT卫星在青藏高原湖泊上的应用奠定了基础,将更好地理解未来湖泊变化对气候变化的响应。

关键词： SWOT卫星湖泊水位湖泊面积青藏高原

基于YOLO的遥感影像目标快速检测轻量化网络研究

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遥感技术与应用 2024年第3期39卷 547-556页

作者：王伟程勇周玉科张文杰王军何佳信顾雅康南京信息工程大学自动化学院江苏南京210044 南京信息工程大学软件学院江苏南京210044 中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室北京100101 南京信息工程大学地理科学学院江苏南京210044 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

基于高分辨率遥感影像的目标识别技术被广泛应用于国土资源监测和情报收集等领域,精确、快速的目标检测方法是目前遥感图像研究的热点与难点。然而,许多检测方法过于追求提升检测精度却忽略了检测速度。为此,基于YOLOX提出一种改进型轻... 详细信息

基于高分辨率遥感影像的目标识别技术被广泛应用于国土资源监测和情报收集等领域,精确、快速的目标检测方法是目前遥感图像研究的热点与难点。然而,许多检测方法过于追求提升检测精度却忽略了检测速度。为此,基于YOLOX提出一种改进型轻量化网络,以实现检测速度和精度权衡。首先,针对特征提取主干模块,提出一种Mobilenetv3tiny网络,进行轻量化改进,通过减少网络参数量,提高检测速度;其次,在特征金字塔结构中引入Ghost网络,在保证检测精度的前提下,降低网络复杂性;最后,使用Alpha-IoU和VariFocal_Loss优化损失函数,提高网络收敛速度和定位精度。在NWPU VHR-10数据集进行消融实验,结果表明改进网络较基础网络,检测精度提升0.76%,速度提升19.72%,权重为11 M(Mega)且参数量减少65.66%,网络整体效果较好。此外,对DIOR数据集进行对比实验,在保证较高检测精度的同时,检测速度提高26.88%,证明了改进网络的有效性。因此,改进网络能够有效权衡检测速度和精度,易于设备部署,适用于遥感图像目标实时检测应用场景。

关键词：高分辨率遥感影像目标检测单阶段算法轻量化网络

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西南喀斯特关键带结构及其水文过程研究进展

应用生态学报 2024年第4期35卷 985-996页

作者：张君陈洪松聂云鹏付智勇连晋姣王发罗紫东王克林中国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态过程重点实验室长沙410125 中国科学院环江喀斯特生态系统观测研究站广西环江547100

中国西南地区是世界上喀斯特出露面积最大的区域,也是长江和珠江上游重要的生态安全屏障区。区别于非喀斯特关键带,由溶蚀性孔隙网络结构交织而成的表层岩溶带是喀斯特关键带的核心区,水则是参与和联系关键带内部物质循环、能量流动过... 详细信息

中国西南地区是世界上喀斯特出露面积最大的区域,也是长江和珠江上游重要的生态安全屏障区。区别于非喀斯特关键带,由溶蚀性孔隙网络结构交织而成的表层岩溶带是喀斯特关键带的核心区,水则是参与和联系关键带内部物质循环、能量流动过程最活跃的因子。本文从关键带结构刻画、土壤-表层岩溶带系统水文过程以及模型模拟3方面回顾和总结了西南喀斯特地区开展的相关研究以及存在的问题,并对潜在的研究热点进行了展望。多尺度、多方法综合观测以及多学科交叉是开展系列研究的主要途径,精准刻画植被-土壤-表层岩溶带耦合系统的生态水文过程是未来研究的主要趋势和重点。本文旨在为深化喀斯特关键带水文过程研究和区域水文水资源管理提供科学参考。

关键词：喀斯特关键带表层岩溶带氢氧稳定同位素基岩水分降雨-径流阈值行为渗透系数

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南京梅雨降水同位素组成从事件到年际尺度的变化特征

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应用生态学报 2024年第4期35卷 951-960页

作者：张昊肖薇谢成玉胡勇博楚淏然王晶苑李旭辉南京信息工程大学中国气象局生态系统碳源汇重点开放实验室大气环境中心南京210044 生态环境部卫星环境应用中心北京100094 中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室北京100101 耶鲁大学环境学院美国纽黑文06511

梅雨降水量占季风区全年降水量的40%~50%,为了厘清梅雨降水同位素从事件到年际尺度上的变化特征及其影响因素,本研究分析了2015—2022年南京梅雨期间降水同位素特征,使用具有比湿分析的混合单粒子拉格朗日综合轨迹模型(HYSPLIT)分析了... 详细信息

梅雨降水量占季风区全年降水量的40%~50%,为了厘清梅雨降水同位素从事件到年际尺度上的变化特征及其影响因素,本研究分析了2015—2022年南京梅雨期间降水同位素特征,使用具有比湿分析的混合单粒子拉格朗日综合轨迹模型(HYSPLIT)分析了南京梅雨降水同位素的水汽来源和影响因素。结果表明:1)南京大气降水同位素组成夏季贫化、冬季富集,氘盈余(d_(x))夏低冬高,梅雨降水同位素组成较全年平均水平更为贫化;2)梅雨降水δ^(2)H和δ^(18)O与局地气象条件无显著相关关系;但雨量较小的降水事件中d_(x)较低,反映出云下二次蒸发的影响;梅雨降水量较多的年份,梅雨期间平均d_(x)明显较高;3)低纬度南海源区和西太平洋源区为梅雨提供水汽,水汽源地的转换会导致连续降水过程中同位素信号的突变。本研究能为季风区降水同位素研究提供数据支持,并为深入理解梅雨降水机理和研究东亚季风区大气环流季节变化提供参考。

关键词：降水同位素梅雨水汽源地氘盈余二次蒸发

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末次冰盛期以来基于孢粉定量重建的植物多样性变化研究进展

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第四纪研究 2024年第3期44卷 837-846页

作者：梁琛李家胜李泉河北地质大学河北石家庄050031 中国科学院地理科学与资源研究所陆地表层格局与模拟院重点实验室北京100101

植物多样性变化及其对气候的响应机制是未来全球变化模拟和生物多样性保护决策的科学基础。对过去长时间尺度植物多样性变化的研究,可为预测未来类似幅度增温场景下生态系统的变化提供依据。国内外众多学者已在基于化石孢粉记录的过去... 详细信息

植物多样性变化及其对气候的响应机制是未来全球变化模拟和生物多样性保护决策的科学基础。对过去长时间尺度植物多样性变化的研究,可为预测未来类似幅度增温场景下生态系统的变化提供依据。国内外众多学者已在基于化石孢粉记录的过去植物多样性重建方面开展了大量工作。文章综述了多种孢粉多样性量化指数、末次冰盛期以来全球各地植物多样性变化趋势以及植物多样性的影响因素等。孢粉多样性重建指数可分为固有指数(丰富度和均匀度)和差异性指数(β指数),分别从多个侧面度量了多样性变化。末次冰盛期以来植物多样性变化可划分出5个阶段,总体呈上升趋势的背景下表现出明显的空间分异。影响过去植物多样性变化的因素主要来自气候等自然因素和人类活动等非自然扰动,表现为长时间尺度变化受到气候变化的主控,晚全新世日益增强的人类活动对植物多样性的影响已经极大地超过了气候变化驱动下的自然变率。人类世以来观测记录显示的生物多样性减少、甚至生物灭绝的主要原因应是人类活动,而非全球变暖。

关键词：古植物多样性孢粉多样性末次冰盛期多样性变化机制

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关于“气候智慧林业”研究的思考

林业科学 2024年第7期60卷 1-7页

作者：朱教君王高峰张怀清高添中国科学院沈阳应用生态研究所森林生态与保育全国重点实验室(中国科学院)辽宁清原森林生态系统国家野外科学观测研究站沈阳110016 美国克莱姆森大学林业与环境保护系克莱姆森29634 中国林业科学研究院资源信息研究所北京100091

气候智慧林业于2020年之后兴起,是集智慧林业、气候林业和生态林业于一体的协同发展新组合。气候智慧林业是利用智能化和数字驱动的新一代信息与人工智能(AI)技术,通过改变传统的林业科学科研与管理范式,更好地理解森林生态系统与气候... 详细信息

气候智慧林业于2020年之后兴起,是集智慧林业、气候林业和生态林业于一体的协同发展新组合。气候智慧林业是利用智能化和数字驱动的新一代信息与人工智能(AI)技术,通过改变传统的林业科学科研与管理范式,更好地理解森林生态系统与气候变化相互影响的机制;在此基础上,提出基于自然的气候解决方案,实现森林生态系统功能的高效、稳定、可持续目标,最终达到人与自然和谐发展。与传统林业和生态林业相似,气候智慧林业也需要强大的科学研究基础。气候智慧林业研究需要回答的核心科学问题是森林生态系统与气候变化相互影响的机制,其研究方向包括:(1)森林生态系统碳汇的监测、计量与核算,以及碳汇对减缓气候变化的时间效应;(2)森林生态系统韧性(抵抗力、恢复力、适应力)的形成及其对气候变化和自然干扰的响应机制;(3)森林生态系统碳汇的形成、维持与提升机制,包括管理措施和木材生产利用对碳汇的影响、碳汇与其他功能之间的平衡;(4)人工智能和多源遥感驱动的森林智能数据采集系统;(5)基于信息化+AI和专家决策的气候智慧林业管理系统。加强上述研究,有利于增强森林生态系统韧性,以更好适应气候变化或减缓气候变化的负面影响,提升森林缓解气候变化的能力,为增强森林的多种生态功能与林产品供给能力提供科技支撑。

关键词：气候智慧林业气候变化碳汇人工智能数字孪生森林经营