自然资源统一调查监测技术体系（简称《技术体系》）的构建与应用,是建立健全自然资源监管体制、推动资源集约节约利用、促进人与自然和谐共生的一项重要举措,也是一项内容众多、复杂艰巨的科技工程。本文根据自然资源统一调查监测的任务与要求,从调查监测信息过程的整体性特征和工程化业务实施的系统性特征出发,分析了《技术体系》构建所面临的基本问题,提出了基于整体性的《技术体系》的总体架构;继而以协同化数据感知、自动化信息处理、精细化场景管理、智能化知识服务等为主线,论述了《技术体系》的发展方向;然后根据先进性与适用性相结合的要求,分析了《技术体系》的数智化实现路径,提出了“空天地海网”一体化协同感知网络体系构建、信息自动处理平台研发、时空场景模型构建、自然资源时空知识服务系统研发、工程化技术重构等主要研发任务。为了切实地做好该技术体系的构建与推广应用,今后还应进一步加强战略需求分析,推动关键技术创新,促进跨学科交叉研究。
持续地开展国家尺度土地利用/覆盖变化遥感监测对于新时代国土空间规划和“美丽中国”蓝图绘制具有重要的科学价值。本文采用Landsat 8 OLI、GF-2等卫星遥感数据,融合遥感大数据云计算和专家知识辅助人机交互解译方法,研发了中国土地利用变化（2015—2020年）和2020年土地利用现状矢量数据（CLUD 2020）,建立了完整的30 a（20世纪80年代末—2020年）每隔5 a的30 m分辨率中国土地利用动态数据库。基于CLUD 2020数据,从全国和区域两个尺度揭示了2015—2020年中国土地利用变化的总体规律、区域分异和主要特征。研究表明：将遥感大数据云计算生成的30 m分辨率植被覆盖变化和地表类型变化检测信息融入到人机交互遥感解译方法,可有效地提高大范围土地利用变化遥感制图的效率和变化图斑辨识的准确性;精度评价表明,CLUD 2020一级类型制图的综合精度达95%。总体上,全国范围内国土空间开发强度与2010—2015年比较进入相对稳定状态。期间全国耕地面积仍保持减少态势,空间分异特征为耕地南减北增,东北松嫩平原及其与三江平原交界区大规模的旱地向水田转移,西北新疆南部开垦和北部退耕/撂荒并存;全国城乡建设用地持续增加,空间分异特征表现为由以往的沿海地区和超大、大城市集聚转向中西部地区的大中小城镇周边蔓延为主。全国范围的林草自然生态用地面积持续减少,但强度与2010—2015年比较有所下降;受气候变化的持续影响,青藏高原地区的河流湖泊等水域面积显著增加。以上土地利用变化格局与“十三五”期间国家高质量发展、生态文明建设宏观战略和气候变化的影响密切相关。
随着区域间的连通性不断增强,土地资源通过商品和服务贸易的间接使用在土地资源利用中扮演着越来越重要的作用,然而目前有关研究仍处于起步阶段,且研究成果十分匮乏。本文利用多区域投入产出模型,从区域贸易的视角核算了中国2012年30个省份和8大区域的隐含土地的使用情况,并进一步分析了隐含土地流动的空间格局特征。结果显示,中国区域间贸易所占据的隐含土地量占全国土地总量的21.39%,各省平均38.54%的土地需求是通过其他省份土地满足的,其中北京、天津和上海80%以上的土地资源消耗来自外省。黑龙江、内蒙古、新疆和河北分别是最大的耕地、林地和牧业用地、渔业用地和建设用地净流出省份（流出量占全省相应土地类型面积的42.26%、27.53%、38.66%和35.28%）,而广东、山东和浙江是主要的土地净流入省份。农业土地（耕地、林地、牧业用地及渔业用地）的流动总体上呈现由西向东和由北向南的趋势,东北和西北地区的农业用地流失规模最大,其主要流入华东和华南区域;此外,中国8.43%的耕地、7.47%的林地、6.41%的牧业用地、6.88%的渔业用地和18.35%的建设用地都通过国际贸易供给国外使用。本文的分析为解决中国土地利用与生态保护之间的矛盾及实现土地可持续发展提供可行的思路和理论基础。
深入研究1978年改革开放以来粤港澳大湾区城镇用地空间格局类型,探索土地城镇化多维和交互驱动机制,对推进粤港澳大湾区建设,打造世界级城市群具有重要意义。本文基于模糊聚类,从规模、形态和分布3个维度划分和定义粤港澳大湾区城镇用地空间格局类型,利用地理探测器测度城镇用地空间格局多维变化驱动力及其交互作用。结果表明：① 粤港澳大湾区城镇用地空间格局类型包括分形/复杂大面积型、分形小面积型、复杂小面积型、简单小面积型和散布型5种类型,城镇用地规模和形状复杂性具有一定的正相关性,2010年后用地规模趋于稳定,形态的规则性和紧凑性得到优化,分布集中。② 人口、GDP、地方财政收入、固定资产投资额和路网密度等社会经济因素对城镇用地面积和形态变化影响显著,核心城市对城市群发展的牵引作用在2000年后得以显现。2010—2020年各影响因子对城镇用地面积、分布和类型变化的作用差异有所减弱,但社会经济因素对形状特征的影响力上升。③ 城镇用地面积特征变化的影响力交互作用最为多样,表现有非线性增强、协同增强、单因子减弱和非线性减弱4种类型;对形状、分布和空间格局类型变化的影响力交互作用主要表现为协同增强和非线性增强。核心城市牵引力、路网密度、河网密度与多数因子交互产生“1+1>2”的效果,反映出城市群核心区位、交通优势对城镇用地扩展的强烈推动作用。
遥感对地观测为理解陆地植被动态与全球环境变化规律提供了数据基础,基于卫星观测的全球植被遥感数据产品近年来层出不穷,但缺乏基于数据使用者视角的系统梳理。本文回顾了全球植被遥感数据产品的发展历程,梳理了相关卫星计划及对应数据产品,分析了从植被光谱指数到生物物理特征参量、传统光学遥感反演到叶绿素荧光及星载微波反演产品、从单一传感器生产到多数据源—多数据集融合产品的发展脉络,阐述了全球植被遥感数据产品的来源、特征与关联关系。认为当前全球植被遥感数据产品的生产与应用存在一定脱节,遥感产品精度制约了对地球系统的深入理解。全球植被遥感数据产品正从宏观状态监测向专业化、精细化、标准化转变,建议未来制备全球遥感数据产品应充分利用目前已积累的长时序观测数据,融合多源观测资料,提升现有数据集的时空分辨率、精度及连续性;注重提高特殊区域与特定类型生态系统的反演精度,加强多维植被特征的一体化监测;建立全球植被产品数据共享平台,提供标准的全流程数据处理与分发服务,将数据不确定性信息高效、清晰提供给用户。
本文使用1961—2016年NCEP1再分析资料和GPCC全球降水分析资料,确定了亚洲夏季风北部边缘带的空间范围,分析了季风边缘带的南北边界位置、降水、面积的相互关系和年代/际变化特征,讨论了造成季风边缘带夏季降水异常的影响因子。主要结论如下：亚洲夏季风北部边缘带平均位置位于青藏高原中部经黄土高原和中国东北地区向亚洲东岸延伸的带状区域上,根据下垫面性质、区域生态环境和气候特征,将季风北边缘带划分为青藏高原区（85°E~105°E）、黄土高原区（105°E~115°E）和中国东北区（115°E~135°E）3段,季风边缘带降水的年际变化与其南边界位置有显著的正相关,青藏高原季风边缘带面积变化与其南界位置显著负相关,黄土高原季风边缘带和东北季风边缘带面积与北边界位置显著正相关,且3段季风边缘带的位置、面积、降水均有明显的年际、年代际变化特征。季风边缘带夏季降水偏少与欧亚中高纬对流层上层自西向东传播的欧亚（EU）遥相关波列密切相关,季风边缘带夏季降水偏少时期,亚洲低纬度地区对流活动偏弱、非洲东岸近赤道地区200 hPa异常辐合可能造成索马里急流和亚洲夏季风强度整体偏弱,200 hPa亚洲急流强度弱且位置偏北,500 hPa中国北方受西风带异常高压控制,东亚夏季风降水主要集中在中国南方地区,季风边缘带夏季降水异常偏少。季风边缘带夏季降水偏多与欧亚中高纬对流层上层沿亚洲急流向东传播的丝绸之路（SRP）波列密切相关,200 hPa、500 hPa环流形势与季风边缘带夏季降水偏少时期基本相反,东亚夏季风降水空间分布呈北多南少特征,季风边缘带夏季降水异常偏多。
全球升温导致区域干湿格局转变,千年尺度中全新世暖期和百年尺度中世纪暖期可以为探究现代的气候趋势提供历史相似型。通过湖相沉积、冰芯、孢粉、树轮等古气候记录和PMIP3/CMIP5计划的古气候模型模拟数据对比分析,结果表明,祁连山地区中全新世暖期（7.2—6.0 ka BP）东亚夏季风强盛,降水较多,气候温暖湿润;中世纪暖期（950—1250 AD）与小冰期表现为暖干—冷湿气候机制。现代观测数据显示,祁连山地区呈现暖湿化,但现代的气候机制与自然因子主导下暖期的响应机制差异较大,表明了人类活动对自然发展下气候环境的影响。因此,自然因素与人类活动共同作用是准确预测研究区未来干湿格局的基础。
黄河流域水资源严重短缺,对地表水面积（SWA）开展动态监测有助于明晰地表水资源时空变化规律及其驱动机制。本文基于Google Earth Engine云平台技术,综合利用混合指数规则集、线性斜率、多元线性回归和偏微分分解等方法,揭示了黄河流域SWA的年际变化及其空间分异规律,厘定了降雨、温度、植被叶面积指数、前一年SWA和水利水保措施与人类用水活动等其他因素对SWA的影响量和相对影响率。结果表明：① 地表水体总体识别精度为97%。1986—2019年全流域永久性SWA年际增长速率49.82 km2/a,其中主河道区贡献83.2%,且2001年为SWA变化由减小到增加的转折点;季节性SWA年际减小速率-79.2 km2/a,其中子流域区贡献61.8%。② 除红碱淖SWA呈显著持续减小外,其他主要天然湖泊SWA均较为稳定;6个主河道大型水库中,小浪底和龙羊峡水库SWA增加趋势最为显著;在86个子流域中,50个子流域SWA呈增加趋势,主要分布于流域中下游。③ 非气象要素对SWA的影响均大于气象要素影响作用。降雨对SWA的增加作用最小,温度上升造成中游地区SWA减小,但却导致源区SWA增加。植被叶面积指数增加导致主河道区和子流域区SWA变化斜率分别增加10.12 km2/a和7.26 km2/a。其他因素对子流域区SWA增加呈负作用,这表明子流域内剧烈用水活动对SWA的减小作用大于水利水保措施对SWA的增加作用,但是分布于主河道中的大型梯级水库调蓄功能可显著提升其对主河道区SWA的增加作用。
最新一些研究结果强调了全新世期间的长期增温趋势,综合全球平均海平面、大陆冰盖面积、大气温室气体和太阳辐射证据来看,这比传统观点所认为的全新世期间的长期降温趋势,更具有合理性。回顾历史,结合最新的一些研究进展,发现支持“中全新世大暖期”和“晚全新世降温趋势”的证据存在明显的不确定性,最核心的问题为晚全新世加强的人类活动对代用指标或者证据的强烈扰动,使得其不能准确地反映真实的气候变化过程。鉴于目前全新世温度历史争论的核心关键在于晚全新世,因此有必要加强晚全新世温度变化研究。在人类活动影响较小的地区,或者利用对人类活动不敏感的代用指标开展研究,有望可以获得更可靠的晚全新世温度历史重建结果,为准确认识中华数千年文明的长期温度变化背景,进而理解期间的“人地关系”演化历史,并最终客观认识现今面临的以全球变暖为主要特征的气候环境问题,提供一定的科学基础。
本文以广西防城港市江平镇巫头剖面（21°32′8.25″N, 108°06′59.9″E）晚全新世厚393 cm含风暴沉积层的风成沙—潟湖相—弱成壤沉积序列为研究对象,结合野外观测的风暴层沉积特点,在6个AMS-14C、OSL测年数据和沉积物粒度、重矿物分析的基础上重建了广西北部湾沿海千年来风暴潮演化史。分析结果显示,风暴沉积层平均粒径粗、分选差,重矿物成熟度高、稳定度低,是海岸后滨沙丘向陆一侧受风暴潮增水影响快速堆积的产物;千年来巫头剖面记录的9个风暴潮高发期主要集中于1400 AD之后的小冰期内,风暴潮高发期与西太平洋SST、ENSO活动趋势呈反相关,其中一些风暴潮高发期和历史文献记录的4次“海溢”事件与太阳黑子活动曲线有近乎同步的变化趋势。这意味着巫头剖面风暴潮高发期除受西太平洋暖池、ENSO的影响外,可能还在相当程度上受到太阳活动的强迫。
华北平原晚冰期以来气候环境演变研究对该地区社会发展、灾害风险评估和科学应对未来全球增温背景下极端降水和洪涝事件具有重要意义。本文以华北平原中部白洋淀地区高阳剖面（BG-2019）为研究对象,通过高精度AMS14C、OSL定年技术和高分辨率孢粉组合、粒度组分分析,恢复和重建了白洋淀地区晚冰期以来（距今13710 a—今）区域植被演替和气候环境变化历史。结果显示：BG-2019剖面在距今10270~13710 a和距今4630~5400 a发育湖相沉积,距今3470~3700 a发育沼泽相沉积;距今7130~8000 a发育河流—入湖三角洲相沉积,距今3700~4630 a和距今3230~3470 a发育河流相沉积;距今8000~10270 a和距今5400~7130 a存在明显的沉积间断/地层缺失;表明采样剖面所在位置缺乏连续的湖相地层。晚冰期白洋淀为局地小湖沼;中全新世湖沼较发育、范围广,但也不是连续广袤的湖相沉积;晚全新世湖泊范围收缩。晚冰期和全新世白洋淀流域植被景观存在显著差异;晚冰期气候寒冷干燥,平原发育以蒿属、藜亚科、禾本科和菊科等为主的草地,周围山地森林覆盖度低;中全新世气候温暖湿润,平原大部仍发育以蒿属、藜亚科和禾本科为主的草地,湖区水蕨和水生植物繁盛,周围山地生长松属、栎属为主的针阔混交林,森林覆盖度增高;晚全新世气候温和偏干,平原仍是以蒿属、藜亚科和禾本科等为主的草地,西部山地生长以松属为主的针阔混交林,森林覆盖度较高。
青藏高原及横断山区位中国西南部,地貌类型复杂,地质灾害频发,严重威胁到西南地区人民生命财产安全,尤其影响进藏交通线的通达度。系统研究该区地质灾害易发区空间格局及驱动因子,可为青藏高原及横断山区地质灾害风险防范及地质灾害的防灾减灾救灾提供重要理论支撑。研究结果表明,基于随机森林构建的判识模型对于灾害点的判识精度均高于80%,甚至达到91%,可准确模拟与预测研究区各分区的地质灾害点。研究区地质灾害易发点主要分布在横断山区南部与东北部以及青藏高原中南部地区,且以小型及中型规模地质灾害为主（占比为87%）。综合分区Ⅰ~Ⅲ的地质灾害易发区面积分别为17.5万km2、17.4万km2与27.5万km2。各综合分区地质灾害驱动因子研究表明,横断山区南部区域（综合分区Ⅰ内）小型及中型地质灾害的主要驱动力为道路建设导致的沿途坡面稳定性变化（贡献率为20.2%）;横断山区东北部区域及青藏高原地区（综合分区Ⅱ~Ⅲ）小型及中型地质灾害的主要驱动力为植被覆盖状况的变化对于坡面稳定性的影响（贡献率分别为23.6%与27.3%）。此外,综合分区Ⅱ~Ⅲ内影响小型及中型地质灾害空间格局的第二个驱动因子为道路建设导致的沿途坡面稳定性的变化（贡献率为15.7%）与河流对于周边坡面的侵蚀作用（贡献率为17%）。
山区因其人文自然交互过程具有显著的地域性、时空分异性与不确定性,成为典型的过渡性地理空间,其类型量化识别与分异特征的解析可为山区乡村振兴背景下国土空间高质量发展提供决策依据。本文基于地理不确定性的概念构建时空变率指数,识别出中国山区过渡性地理空间分布与分区,并运用地理探测器解析其地理时空变率的驱动力谱。结果发现：中国山区过渡性地理空间总面积为238.32×104 km2（约占中国陆表面积的1/4）,其地理时空变率从第一阶梯到第三阶梯呈递减趋势;全国山区过渡性地理空间可分为12个分区,其中昆仑—祁连山分区面积最大;人文驱动因子对人口与土地利用的时空变率解析力最强,基础地形因子对植被覆盖时空变率与地理时空变率指数的解析力最为显著,各因子中海拔与夜间灯光的解析驱动力最强。整体而言,人文要素的时空动态均对东南山区过渡性地理空间具有显著的塑造性,而西北山区过渡性地理空间主要受到自然要素的时间变化和人文要素的空间变化所驱动。本文为山区过渡性地理空间的不确定性、多样性与人地关系地域性的定量研究提供了新的见解与启示。
人类活动强度与地表温度的时空关联研究对于充分认识气候变化的成因和机制、积极适应气候变化、合理开发及保护生态环境等均具有重大意义。本文以地处西北干旱区且对气候变化极为敏感的天山北坡为研究区,基于MODIS数据反演地表温度,以夜间灯光数据、人口分布数据及土地利用数据等共同表征人类活动强度,分析2000—2018年人类活动强度与地表温度的演变特征,并进一步探究二者的时空关联性。研究结果显示：① 2000年以来天山北坡平均人类活动强度（0.11）较低,整体呈阶梯式缓慢上升趋势（0.0024 a-1）,其中人类活动强度较建设用地和人口规模增加滞后1~2 a。② 天山北坡年均地温为7.18 ℃且呈显著升温态势,变化率（0.02 ℃·a-1）约为全球的2.33倍,春季显著增温（0.068 ℃·a-1）对整体升温的贡献最大;受高程和植被覆盖度等下垫面性状的显著影响,研究区地温空间上呈南低北高特征。③ 天山北坡人类活动区人类活动强度与地表温度显著正相关,呈东强西弱分布特征,其空间分异与相关性的表达受到人类活动范围、表现形式及土地利用变化等因素的综合影响,农林种植、城市绿化和植树造林等与植被相关的人为干预能够有效减弱人类活动造成的地表增温。本文不仅为人类活动强度的精细刻画提出了新思路,更可为区域人地协调和统筹发展等提供科学参考。
生态资源资产化、生态资产资本化是实现“两山”转化的一个重要途径,开展生态资产及其损益核算有助于生态系统的有效保护、科学管理和可持续利用。本文在借鉴国内外生态资产相关研究的基础上,构建了县域尺度生态资产及其损益核算技术体系,分析了1990—2018年中国县域生态资产的时空变化特征,明晰了造成生态资产损益的影响因素及作用机制,并针对具有不同生态资源类型、损益状况、驱动要素特征的县域提出了差异化的优化提升路径。结果表明：① 以农田、森林生态资源为主的县域数分别约占县域总数的45%和37%;1990—2018年中国县域生态存量资产的质量整体呈波动中上升趋势,而生态流量资产的变化趋势差异显著,近70%县域水源涵养量减少。② 生态流量资产价值呈现损与益态势的县域数分别约占44%和37%,空间分布呈现与“胡焕庸线”一致的分割特征,即西北广大地区县域明显增益,而东部和南部县域有所减损。③ 1990—2018年中国超过70%县域生态资产变化受气候变化与人类活动共同驱动,人类活动对生态资产增益县域的平均作用率约80%,而气候变化对生态资产减损县域的平均作用率约为60%。④ 综合分析,可将全国县域分为适应、减缓气候变化和生态资源修复、保护、管理5种类型,采用差异化的生态资产优化提升路径。
重点生态功能区提供着源源不断的生态系统服务,在保障国家生态安全和社会可持续发展方面,有着不可或缺的基础作用。但是,以生态系统服务权衡与协同关系为视角,进而探讨分析重点生态功能区保护特征的研究案例相对较少。本文以秦巴重点生态功能区为评估分析区域,选择自然地理条件相似度极高的秦巴山区为参照单元,以生态系统供给服务与调节服务为核心内容,在定量分析2000—2019年期间的生态空间变化特征基础上,分析评估生态系统服务权衡与协同关系。结果表明：秦巴山区生态状况逐渐变好,重点生态功能区划定之后,生态系统趋于稳定;重点生态功能区服务能力呈逐渐增强的趋势,平均净初级生产力、土壤保持总量和水源涵养总量比重点生态功能区外分别高出了25.95 gC/m2、5.81亿t和24.95亿m3;土壤保持服务和生态系统供给服务的协同关系与生态状况改善呈正相关;由于受到降水的影响,2010年之后的水源涵养服务与生态系统供给服务的协同关系变差。总体来看,秦巴重点生态功能区的划定带动了区域生态空间“量的增长”和生态系统服务“质的提升”,但生态系统服务之间关系的“协调性”仍然不足,甚至从“协同”转为“权衡”关系,这要求未来国家需要制定更有针对性的生态系统保护管理决策,提高生态系统总体效益,支撑区域生态系统服务的可持续供给。
