中国科学技术信息研究所--国家工程技术数字图书馆

[学位论文] 张婷中国矿业大学(江苏) 2019年博士导师: 陈龙乾共180页

摘要 : 人类活动引起的温室气体排放，尤其是二氧化碳的排放是造成全球气候变暖的主要原因。目前，安徽省正处于工业化快速发展阶段，工业经济发展迅速，但由于大量消耗化石能源，工业用地碳排放量显著增加，“节能减排”的形势十分严峻。在此背景下，本文以... 展开人类活动引起的温室气体排放，尤其是二氧化碳的排放是造成全球气候变暖的主要原因。目前，安徽省正处于工业化快速发展阶段，工业经济发展迅速，但由于大量消耗化石能源，工业用地碳排放量显著增加，“节能减排”的形势十分严峻。在此背景下，本文以安徽省工业用地碳排放为研究对象，首先，系统分析了安徽省工业用地碳排放量和碳排放效率的时空演变特征；其次，通过构建数学模型研究了安徽省工业用地碳排放的影响因素；最后，对2017-2030年安徽省工业用地碳排放量进行了不同场景的模拟和比较。取得以下主要研究结果和结论： (1)建立了“省域层面-市域层面-企业层面”的多级研究结构体系，分析了安徽省工业用地碳排放的时空演变规律。在时间上，从省域层面看，安徽省工业用地碳排放量从2000-2016年呈现先快速增加后减少的趋势，碳排放强度呈下降趋势；从企业层面看，企业数量与碳排放量之间空间关系不显著。在空间上，从市域层面看，安徽省工业用地碳排放格局总体呈现南北方向增加量高于东西方向，空间格局以南北向扩张为主。皖南地区总体工业增长速率快于皖北地区，而碳排放中心却呈向皖北移动的趋势。 (2)基于用地、经济、环境、技术效率视角构建了安徽省工业用地碳排放效率三阶段EBM-DEA模型，测算了安徽省工业用地碳排放效率，分析了工业用地碳排放的技术效率时空特征。时间演化上，安徽省工业用地碳排放技术效率呈先高后低趋势；空间分布上则表现出“南高北低、西高东低”、皖中地区＞皖南地区＞皖北地区的格局分布特点。 (3)构建了扩展的STIRPAT模型，揭示了各影响因子对安徽省工业用地碳排放的影响程度和作用机理。驱动因子中有5个为正相关关系，表现为产业结构调整＞经济增长与人民消费水平＞能源消费结构＞用地结构与效率＞FDI投资；而区域产业转移、区域产业集聚、能耗强度和经济开放度4个因子与工业用地碳排放呈负相关关系。 (4)基于STIRPAT和系统动力学模型，建立了情景模拟体系，对多场景下的碳排放进行了模拟预测。未来安徽省工业用地碳排放呈现增长趋势；政府征收高碳税和收缩化节约集约工业用地政策对减少碳排放有利；粗放型经济增长方式，缺乏能源消费、能源结构等环境控制政策会大幅增加碳排放；调整招商引资结构和数量会在一定程度上控制碳排放量增长。收起

关键词 : 工业用地碳排放时空演变情景模拟

2. 基于土地利用变化的生态系统服务价值及生态补偿标准研究

[学位论文] 胡赛中国矿业大学(江苏) 2020年博士导师: 陈龙乾共177页

摘要 : 土地利用变化对生态系统的结构和功能产生显著影响，随着人类活动不断增强，生态问题频发，经济发展与生态环境保护之间的不平衡性逐渐突显。在此背景下，本文以安徽省为研究对象，首先，系统分析了1995-2018年的土地利用动态变化特征及主要驱动因素；... 展开土地利用变化对生态系统的结构和功能产生显著影响，随着人类活动不断增强，生态问题频发，经济发展与生态环境保护之间的不平衡性逐渐突显。在此背景下，本文以安徽省为研究对象，首先，系统分析了1995-2018年的土地利用动态变化特征及主要驱动因素；其次，利用修正的评估模型估算并分析了生态系统服务价值的时空分异特征；然后，对生态约束下的未来土地利用布局进行了模拟；最后，通过构建生态系统服务多元价值理论体系，测算了研究区16市生态补偿的优先级和补偿标准。通过研究，取得以下主要研究成果与结论：（1）基于遥感影像分析了土地利用时空变化特征及主要驱动力。遥感影像解译总体精度都在85%以上，Kappa系数都大于0.8；水田和旱地是最主要的土地利用类型，占研究区总面积的比重都在25%以上；土地利用程度综合指数持续增长；水田和旱地向建设用地转化是最主要的地类转化类型；经济、科技及人口是主导驱动因素；水田、旱地和建设用地对主成分得分的影响都在0.05的显著性水平，且得分与耕地呈负相关关系，而与建设用地呈正相关关系。（2）基于空间异质性视角修正了生态系统服务价值评估模型，并估算了安徽省1995-2018年的生态系统服务价值。安徽省23年来的生态系统服务总价值减少了225.41×107元，变化率为-0.75%；其中水域的生态系统服务价值最大，约占研究区总价值的40%；生态系统服务价值的高值区出现在中南部，并集中分布在湖泊及河流沿线，而低值区主要分布在淮河以北，且集聚特征都较为显著。（3）基于土地利用变化模拟估算了安徽省未来时期的生态系统服务价值。灰色预测模型对土地需求量的预测精度相对较高；基于GeoSOS-FLUS模型的土地利用空间布局模拟的总体精度为91.75%，Kappa系数为0.8935。以生态系统服务价值确定了生态约束条件，构建了土地利用变化的生态优化情景，模拟得到2025年和2030年的土地利用空间布局，在此基础上估算了安徽省2025年和2030年的生态系统服务价值，结果显示未来时期的生态系统服务价值呈增长趋势。（4）构建了生态系统服务多元价值理论体系，确定了安徽省生态补偿范围，测算了生态补偿优先级和生态补偿标准。西南部及南部城市的生态环境与经济发展协调性相对较高，中部的合肥以及淮河流域以北的城市协调性相对较低；生态补偿优先级最高的是黄山和池州，最低的是淮北；生态补偿标准最高值出现在安庆，从2000年的313634.15×105元减少到2030年的35174.16×105元，最低值出现在淮北，从2000年的1672.14×105元减少到2030年的110.48×105元。收起

关键词 : 土地利用生态系统服务价值补偿机制

3. 长三角地区土地压力时空演变与传导效应研究

[学位论文] 于子棋中国矿业大学(江苏) 2023年博士导师: 陈龙乾共164页

摘要 : 土地是人类赖以生存和发展的重要物质基础，是人类延续不可替代的生产资料。然而，经济社会的快速发展给土地资源带来了巨大的压力，随着人类对土地资源的需求日益激增，人地矛盾逐步凸显且不断加剧，土地资源的稀缺性和社会发展需求之间的不平衡逐渐... 展开土地是人类赖以生存和发展的重要物质基础，是人类延续不可替代的生产资料。然而，经济社会的快速发展给土地资源带来了巨大的压力，随着人类对土地资源的需求日益激增，人地矛盾逐步凸显且不断加剧，土地资源的稀缺性和社会发展需求之间的不平衡逐渐成为制约区域可持续发展的关键因素。为了协调好长三角地区人类活动与土地之间的矛盾，实现经济发展与土地资源可持续利用的双赢，进行长三角地区土地压力研究具有重要意义。本文综合运用多源多尺度数据，以长三角地区41个城市为研究区域，首先，基于土地生产-生活-生态的视角，系统地建立了土地压力评价方法体系，对长三角地区1995年、2000年、2005年、2010年、2015年和2020年1km网格分辨率的土地压力综合水平进行了评价，揭示了25年来长三角地区土地压力的时空演变特征。在此基础上，运用力学平衡模型，探索了土地生产、生活、生态压力之间的协同/权衡作用，识别了土地生产、生活、生态压力失调区并提出差异性调控策略。为了进一步探索土地压力驱动因素的作用，建立了重心-GTWR模型，明晰了驱动力各因素的贡献程度。最后，考虑城市间相互作用，基于修正的引力模型建立了土地压力空间关联网络，通过社会网络分析法剖析了土地压力空间网络结构特征，探究了长三角地区土地压力传导效应，识别了土地压力传导路径。取得的主要研究成果与结论如下：（1）基于土地生产-生活-生态的视角，建立了土地压力评价方法体系。在明确土地压力的内涵特征以及土地“三生”压力相互作用关系的基础上，从土地生产、生活、生态压力的角度，系统地建立了融合网格尺度与行政区尺度的土地压力评价方法体系。为明确土地压力评价结果的可靠性和有效性，通过蒙特卡洛模拟对土地压力评价方法进行了检验，检验结果显示土地压力评价结果可靠性较高，建立的土地压力评价方法可以有效反映长三角地区的土地压力水平。（2）基于土地压力评价体系，揭示了长三角地区土地压力时空演变特征。结果表明，长三角地区土地压力在空间上呈现“东高西低、南高北低”的总体格局；土地生产压力水平呈现下降趋势，土地生活和生态压力水平呈现上升趋势，土地生产压力空间分布与土地压力空间分布保持一致，土地生活压力呈现东南和省会城市高、西北较低的特征，土地生态压力由西北和中东部生态压力高，转变为北部普遍高于南部。土地“三生”压力协调度由9.68增加为11.77，协调水平在磨合和拮抗之间波动；土地“三生”压力之间的不协调性在逐渐加剧，主要表现为协调、磨合以及拮抗向失调的转变，协同地区所占比例由70.34%降为49.73%，权衡地区所占比例由29.66%上升为50.27%；不同协调度水平的空间单元具有明显的分异特征，拮抗和失调区主要分布在安徽省南部、江苏省南部以及浙江省大部分地区。（3）基于重心-GTWR模型明晰了长三角地区土地压力驱动因素的分异格局。首先，对不同模型进行评估，发现重心-GTWR模型的R2为0.96，高于其他回归分析模型，证明了重心-GTWR模型在长三角地区土地压力驱动力分析中的可行性，优化了解析土地压力驱动力的方法；其次，研究发现，长三角地区城市建设用地重心逐渐向经济发展更快的东南地区转移；城市空间扩展、人口状况、经济发展规模、居民消费水平和生态状况等方面的驱动因素在影响长三角地区土地压力时，时空异质性显著，且作用强度和方向因城市而异。（4）基于构建的空间关联网络分析法揭示了长三角地区土地压力传导效应。研究发现，长三角地区土地压力的网络密度下降了5.97%，网络效率提高了6.21%，网络关联度保持在1，网络效率保持在0，表明长三角地区土地压力的空间关联结构相对稳定，发展均衡，但区域协调性仍有待提高。在建立土地压力疏解机制时，应考虑南京、上海、苏州、杭州和常州作为节点城市的重要桥梁纽带作用，从更全面的区域协同中减轻土地压力；长三角地区东部城市从其他城市吸收资源来满足自己的需求，南部城市通过资源要素的溢出缓解了其他城市的土地压力，西部和北部城市在土地压力空间关联网络中起到了桥梁的作用，促进了资源要素的流动和城市间的交流与合作；长三角地区土地压力传导效应打破了地理限制，呈现出由沿海向内陆延伸的趋势，即由发达城市向欠发达城市传导，具有由中心城市向周边扩散趋势及层级传导性特征。收起

关键词 : 土地压力时空演变传导效应网格尺度空间关联性

4. 长三角地区PM2.5浓度遥感估算及城镇化相互影响研究

[学位论文] 成量中国矿业大学(江苏) 2021年博士导师: 陈龙乾共159页

摘要 : 自20世纪80年代以来，中国经济蓬勃发展，城镇化建设快速推进。然而，短期快速的城镇化发展给生态环境带来了一定的负面影响，近年来以细颗粒物（FineParticulateMatter，PM2.5）为主要污染物的雾霾污染，逐渐成为制约我国城市健康发展的环境问题。长... 展开自20世纪80年代以来，中国经济蓬勃发展，城镇化建设快速推进。然而，短期快速的城镇化发展给生态环境带来了一定的负面影响，近年来以细颗粒物（FineParticulateMatter，PM2.5）为主要污染物的雾霾污染，逐渐成为制约我国城市健康发展的环境问题。长三角地区作为我国城镇化建设与经济发展的先行区，工业污染排放负荷大，雾霾问题较为突出。为协调好长三角地区城镇化与PM2.5污染之间的矛盾，推动该区域由高速发展向高质量发展转型，有必要厘清PM2.5浓度与城镇化之间的相互关系。本文以长三角地区41个城市为研究区域，从PM2.5浓度估算出发，在对中分辨率成像光谱仪（ModerateResolutionImagingSpectroradiometer，MODIS）气溶胶光学厚度（AerosolOpticalDepth，AOD）数据进行融合的基础上，构建了顾及时间异质性和空间异质性的线性混合效应（LinearMixedEffect，LME）+地理加权回归（GeographicallyWeightedRegression，GWR）两阶段模型，实现了对历史PM2.5浓度数据的精确估算；运用数理统计和GIS空间分析等方法，揭示了2003-2018年PM2.5浓度与城镇化的时空演变特征；考虑空间溢出效应，建立了空间杜宾模型（SpatialDurbinModel，SDM），定量评估了城镇化对PM2.5浓度的影响，揭示了其影响机理；构建面板向量自回归模型（PanelVectorAutoregressive，PVAR），明晰了PM2.5浓度与城镇化的双向互动关系，并探究了PM2.5浓度对城镇化的反作用机理。取得的主要结果与结论如下：（1）构建了基于MODISAOD融合数据的线性混合效应+地理加权回归（LME+GWR）两阶段日均PM2.5浓度估算模型。在对四种MODISAOD数据进行逐日线性回归融合的基础上，构建了两阶段PM2.5浓度估算模型，第一阶段采用线性混合效应模型反映PM2.5浓度与AOD、气象条件、植被覆盖等变量之间关系的时间异质性，第二阶段采用地理加权回归模型反映PM2.5浓度与社会经济、地形要素等变量之间关系的空间异质性。验证结果表明，两阶段模型的交叉验证R2为0.82，高于多元线性回归模型（交叉验证R2=0.41）和地理加权回归模型（交叉验证R2=0.52），且该模型可以用于季尺度和年尺度上的历史PM2.5浓度估算。（2）揭示了PM2.5浓度与城镇化的时空演变特征。PM2.5浓度时序演变分析结果表明，PM2.5浓度在像元尺度上仅有18.83%的面积变化趋势显著，且表现为下降趋势，在城市尺度和区域尺度上则表现出“上升-波动变化-下降”趋势。从空间格局演变上来看，各年PM2.5浓度均呈现出“由北向南递减”的特点，且16年间PM2.5浓度重心始终位于南京市内。城镇化时空演变分析结果表明，人口密度、城镇化率、建成区面积比例和人均GDP均随时间平稳增长，各指标的高值区主要集中在上海、江苏苏南城市和浙江的环杭州湾城市，低值区的空间分布差异较大。与人口密度、建成区面积比例和人均GDP相比，PM2.5浓度重心与城镇化率重心距离最近，说明两者在空间格局特征上最为相似。（3）建立空间杜宾模型揭示了城镇化对PM2.5浓度的影响机理。研究发现，各城市间PM2.5浓度存在显著的正向空间溢出效应；人口城镇化对PM2.5浓度的影响大于经济城镇化，土地城镇化的影响则不显著；人口城镇化水平的提高会引起本城市和相邻城市的PM2.5浓度增加，经济城镇化水平的变化也同时对本城市和相邻城市的PM2.5浓度产生影响，且经济城镇化水平与PM2.5浓度呈显著的倒“U”型曲线。基于空间杜宾模型估计结果，揭示了城镇化对PM2.5浓度的影响机理。（4）应用面板向量自回归模型探究了PM2.5浓度对城镇化的反作用机理。结果显示，人口城镇化和经济城镇化是PM2.5浓度变化的重要原因，PM2.5浓度对经济城镇化也会产生显著的反作用；随着人口和经济城镇化水平的提高，PM2.5浓度均迅速增加，且其对人口城镇化的响应强度呈先增加后减小的趋势，对经济城镇化的响应强度呈波动减小的趋势；在反作用上，PM2.5浓度增加对人口和经济城镇化水平的提高具有抑制作用，但抑制作用具有滞后性；人口、经济城镇化对PM2.5浓度变化的贡献度高于PM2.5浓度变化对人口、经济城镇化的贡献度。基于面板向量自回归模型估计结果，揭示了PM2.5浓度对城镇化的反作用机理。收起

关键词 : PM2.5浓度气溶胶光学厚度遥感估算城镇化

5. 基于ATI和TVDI模型改进的黄土高原土壤湿度反演阈值优化与模拟研究

[学位论文] 袁丽娜中国矿业大学(江苏) 2021年博士导师: 陈龙乾共151页

摘要 : 本文针对获取大尺度区域较高时空分辨率土壤湿度数据的实际需要，首先在对温度植被干旱指数（TVDI）模型改进的基础上，提出了基于表观热惯量（ATI）和改进TVDI模型阈值优化的土壤湿度反演方法。然后，利用MODIS数据和土壤湿度站点观测数据为数据源，... 展开本文针对获取大尺度区域较高时空分辨率土壤湿度数据的实际需要，首先在对温度植被干旱指数（TVDI）模型改进的基础上，提出了基于表观热惯量（ATI）和改进TVDI模型阈值优化的土壤湿度反演方法。然后，利用MODIS数据和土壤湿度站点观测数据为数据源，应用该方法反演了黄土高原2017年每8天500m×500m的土壤湿度，在此基础上，按照逐像元平均法合成黄土高原2017年月、季和年度土壤湿度。为了进一步提高土壤湿度覆盖度，并探究研究区土壤湿度时空变化特征及影响土壤湿度变化的要素特征，以模型反演得到的2017年月、季和年度土壤湿度为目标变量，建立了黄土高原土壤湿度多要素模拟模型。最后，对比研究了模型反演和多要素模拟的土壤湿度。取得的主要成果与结论如下：土壤湿度是陆地表面水循环过程的关键参数，准确及时地获取区域时空连续的土壤湿度信息能更好地理解地表与大气之间能量与水分的交换过程，高时空分辨率的土壤湿度遥感反演为干旱洪涝灾害预警、气候预测、精准农业生产与灌溉管理提供数据基础，特别是位于干旱半干旱地区的黄土高原。目前应用光学热红外遥感数据在小区域尺度土壤湿度监测研究中建立了众多反演模型，但单独使用某一种模型进行土壤湿度的反演忽略了反演模型的适用范围且精度较低，也不适用于大尺度研究区土壤湿度遥感监测。（1）改进的TVDI模型提高了土壤湿度反演精度。改进的TVDI即舍弃传统NDVI-LST特征空间中干扰干湿边计算的散点，通过引入并优化参与干湿边拟合的最小NDVI值（阈值NDVI0）使NDVI-LST特征空间更接近理论边界。黄土高原2017年每8天的干湿边拟合结果显示，与每期最高的干湿边拟合决定系数相对应的NDVI0都大于0。在迭代循环NDVI0计算TVDI反演土壤湿度的基础上，各期最终选择的最优NDVI0不固定且呈无规律波动变化，只有极少期（3/43期）的最优NDVI0为0。与传统TVDI值的计算相较，应用最优NDVI0使TVDI更好地表征土壤湿度变化机理，进而提高了TVDI模型反演土壤湿度的精度。（2）基于ATI和改进TVDI模型阈值优化方法反演了黄土高原土壤湿度。考虑到ATI和TVDI模型的适用范围，本文提出并应用了基于ATI和改进TVDI模型阈值优化的方法反演了黄土高原土壤湿度。研究结果表明，与对整个研究区应用单一模型反演土壤湿度相比，应用ATI和改进TVDI模型反演的土壤湿度值和站点土壤湿度观测值相关性最高且差值最小。通过对比分析三个子区参与合成各期土壤湿度的频率和相关系数均值大小发现，联合ATI和改进TVDI模型即ATI/TVDI子区使用频率（40/45期）和准确率（r?高达0.82±0.007）高于其他两个单独应用ATI模型或TVDI模型的子区，说明联合模型反演土壤湿度优势明显，比单一模型适用性更强精度更高。在优化选择NDVI阈值方面，十次十折交叉建模验证的结果为NDVI阈值优化提供参考，确保了最优NDVI阈值的有效性和可靠性，从而提高了土壤湿度反演的准确性。（3）基于模型反演的土壤湿度，建立了黄土高原土壤湿度反演的多要素模拟模型。通过整理MODIS、地形、土壤和气象等多源数据并提取了34个候选变量，经过逐步多元回归变量筛选后模拟并验证了黄土高原2017年土壤湿度结果显示，多要素回归模拟的土壤湿度能达到较高的准确率且覆盖率明显提升（除了1月和2月）。其中，黄土高原2017年12月多要素模拟的土壤湿度精度验证的相关系数高达0.969（均方根误差RMSE=0.761%）。根据各期建立的多要素模拟土壤湿度模型可知，在34个候选变量中，数值变量降水、夜间温度，类别变量壤土、海拔高度为0-500m和2000-2500m的区域是显著且持续影响土壤湿度变化的变量。（4）基于多要素模拟模型揭示了黄土高原土壤湿度时空变化特征。在时间尺度上，黄土高原2017年平均土壤湿度月际变化呈现两个由升到降的变化周期。第一个周期为1-7月，其中，1-4月不断上升，4月达到峰值（13.98%），4-7月波动下降；第二个周期为7-12月，其中，土壤湿度均值于7和8月迅速上升，8月达到全年的峰值（高达18.61%），8-12月波动下降。与降水在季节内分布的规律一致，黄土高原土壤湿度季节特征明显，夏季和秋季的平均土壤湿度全年最高约为13.81%。在空间尺度上，黄土高原2017年土壤湿度变化自东南向西北呈明显递减趋势，与年总降水量、年均空气湿度、年均蒸散发量、昼夜温差和土壤质地的空间分布规律一致。整体来看，黄土高原西部、南部和东南部区域4至8月（春季和秋季）较其他区域更为湿润，黄土高原西北部的毛乌素沙漠地区全年较干旱，而研究区南部区域土壤湿度值全年较高。收起

关键词 : 土壤湿度黄土高原 ATI模型 TVDI模型阈值优化

6. 巢湖流域土地利用演变的生态响应与优化模拟研究

[学位论文] 王秉义中国矿业大学 2018年博士导师: 陈龙乾共147页

摘要 : 土地作为自然经济综合体，不仅是人地系统的重要组成部分，也是生态文明建设的主要空间支撑。土地利用变化是全球环境变化及可持续发展研究的核心领域，影响和改变着生态经济系统的结构和功能。目前，我国经济已由高速发展转向高质量发展，土地要素的... 展开土地作为自然经济综合体，不仅是人地系统的重要组成部分，也是生态文明建设的主要空间支撑。土地利用变化是全球环境变化及可持续发展研究的核心领域，影响和改变着生态经济系统的结构和功能。目前，我国经济已由高速发展转向高质量发展，土地要素的科学配置是支撑高质量发展的关键。2010年以来，巢湖流域社会经济发展和城镇化高速推进，建设占用耕地规模显著上升，土地资源空间配置利用效率不高，生态安全和保障能力下降，局部地区面临环境污染、生物多样性降低和土地退化等问题。为推进该区域土地资源优化利用与生态建设，有必要对其土地利用演变的生态响应与优化模拟进行研究。本文在构建土地利用变化生态响应与优化模拟理论框架和概念模型的基础上，以巢湖流域2000、2005年Landsat5TM和2010、2015年HJ-1B遥感数据为主要数据源，采用最大似然监督分类法对遥感数据进行了解译和土地利用分类；从结构变化特征、程度变化特征、类型转移特征和景观格局特征四个方面，运用空间自相关和数理统计等方法，分析了土地利用时空演变的特点和驱动机制；基于遥感数据提取了绿度、湿度、干度和热度四种生态要素指数，构建了土地利用变化生态响应模型，改进遥感生态指数的计算方法，定量分析了区域生态环境质量的变化状况；提出了土地利用类型转换限制规模的算法，将生态环境质量损益引入约束函数，基于不同情景构建了土地利用结构优化模型，采用多目标遗传算法，对研究区2030年的土地利用结构进行了优化模拟；从自然地理、土壤环境、区位交通和社会经济四个方面选取土地利用变化驱动因子并进行主成分分析，计算了土地利用类型空间适宜性概率分布，并以土地利用结构优化和土地生态适宜性评价结果为约束条件，构建了不同情景的土地利用空间模拟模型，运用Dyna-CLUE模型，对研究区2030年的土地利用格局进行了动态模拟。取得的主要结果与结论如下：（1）土地利用变化生态响应与模拟分析框架是响应系统分析框架的延伸和应用，由界定生态响应内容、分析生态响应作用、创建响应约束条件、构建响应协调机制和实施土地利用优化模拟5个递进式结构组成；该框架下的土地利用变化生态响应与模拟概念模型揭示了土地利用变化模型、生态响应模型、结构优化模型和空间模拟模型的耦合关系和约束机制。（2）采用最大似然监督分类法对四期遥感影像进行土地利用分类，分类精度较高，总体精度大于85%，Kappa系数大于0.83。土地利用变化分析发现：研究区土地利用程度较高且呈上升趋势，空间正相关性和集聚性显著，但高-高值聚集“热点区”逐渐减少；土地利用景观破碎化程度加剧，建设用地集聚趋势加强；水田转换为建设用地是土地利用类型转移的主要方式，经济增长和人口增加是土地利用变化的直接动力。（3）改进的遥感生态指数的计算方法和构建的土地利用变化生态响应模型，较好地实现了研究区土地利用变化生态响应的定量评价。研究结果显示：研究区生态环境质量总体较好，但呈下降趋势；2000-2015年间呈先急速下降后缓慢上升的U型变化；土地利用变化对生态环境的负效应显著，1km2水田转换为建设用地将导致遥感生态指数下降142.51；提出的土地利用类型转换限制规模算法操作简便，能直观地反映生态响应对土地利用类型转换的限制作用。（4）基于研究区强生态安全和高质量经济发展的要求，采用象限分析法，设置了生态紧约束、中约束和宽约束三种情景；在不同情景下构建了以地区生产总值和生态服务价值最大化为目标函数，以经济发展、生态保护和社会保障指标为约束函数的土地利用结构优化模型。研究结果显示：优化后的土地利用结构符合相关规划和地区实际；生态约束降低时，经济效益增长和生态效益下降幅度基本相同，但经济效益变化量更大。（5）采用主成分分析和Logistic回归模型计算土地利用类型空间适宜性概率分布，不仅减少了因子间的共线性，也提高了Logistic回归模型的解释能力；建立的基于最小累计阻力模型的土地生态适宜性评价体系，对于划定生态保护区具有较强的指导意义；基于不同情景的以土地利用结构优化和土地生态适宜性评价结果为约束条件的空间格局模拟模型，模拟精度较高，Kappa系数为0.8176，模拟结果较为科学、合理，可作为研究区国土规划的参考依据。收起

关键词 : 土地利用生态响应空间适宜性分布特征

7. 基于本底变化的沿海地区土地利用规划环境影响评价方法研究

[学位论文] 杨小艳中国矿业大学 2018年博士导师: 陈龙乾共140页

摘要 : 土地利用规划方案的实施主要包括土地利用结构的调整和布局的优化，而土地利用变化会对生态环境产生影响，进而影响到人类自身。然而，传统的土地利用规划环境影响评价（LUPEA）忽视了土地利用自然变化下的环境影响改变，极易导致LUPEA结果不准确甚至... 展开土地利用规划方案的实施主要包括土地利用结构的调整和布局的优化，而土地利用变化会对生态环境产生影响，进而影响到人类自身。然而，传统的土地利用规划环境影响评价（LUPEA）忽视了土地利用自然变化下的环境影响改变，极易导致LUPEA结果不准确甚至相反的结论，达不到LUPEA工作的目标。沿海地区承载人口数量大、土地利用/覆被（LUC）变化较为剧烈，从而对区域生态环境质量产生了较大压力。本文以我国沿海快速城市化区域连云港市为研究对象，提出并构建了土地利用规划环境影响本底评价（NPD-LUPEA）模型，在遥感与地理信息系统（GIS）的支持下，研究构建了沿海地区LUC分类方法和DEM数据修正方法，从而为LUPEA提供更高精度的基础数据；随后基于NPD-LUPEA模型评价了连云港市土地利用规划的环境影响。结果表明：（1）土地利用本底变化是指在土地利用规划环境影响评价中，因自然及社会经济等非土地利用规划因素驱动与限制下导致的土地利用变化。相应地，非土地利用规划因素则称之为本底因素，基于土地利用本底变化的土地利用规划环境影响评价即为土地利用规划环境影响本底评价。土地利用规划环境影响本底评价模型通过剔除非规划因素引起土地利用变化的环境作用，能够真实的反映出土地利用规划方案实施对于环境的影响。土地利用规划环境影响本底评价模型可以基于SIS框架模型构建，并可与GIS技术集成，从而实现基于空间的评价工作。（2）根据连云港市各季节遥感影像分类及精度评价结果，冬末总体分类精度最低，春末及秋季分类精度相对较高；应用基于规则的多季节影像分类方法进行连云港市土地利用/覆被信息提取最终结果总体分类精度较各季节分类结果有很大的提高，表明通过系统分析土地利用/覆被的季节及其他时相变化并构建相应的分类规则，能够有效提高土地利用/覆被分类精度，减少应用单一影像分类时因同物异谱和异物同谱出现的错分现象，能够满足土地利用规划环境影响评价所需基础数据的质量要求；（3）土地利用类型综合反应了地形、植被及人类活动的特征，这会对GDEM数据的精度产生影响。连云港市GDEM数据质量评价结果显示：不同土地利用类型对ASTER GDEM数据精度的影响不同。草地、水田、旱地、采矿用地等垂直误差相对较小，但是水平相对误差较大，而裸地、林地、园地、风景特殊用地等正好相反。GDEM数据修正结果表明一元和多元线性回归方法均能够有效的提高GDEM数据的精度。但是相比多元线性回归分析方法，一元线性回归方法需要数据类型更少，因此一元线性回归方法可操作性相对更高。基于土地利用类型和一元线性回归分析的GDEM数据修正方法流程简单、思路清晰，可以有效的提高GDEM数据的精度，从而为LUPEA提供重要的基础数据；（4）基于NPD-LUPEA的连云港市LUPEA结果显示：全市规划模式下质量相比2010年度有一定程度的提高，在本底模式下2020年度环境质量改善程度更加明显。由于本底模式下2020年度环境质量评价结果更好，连云港市规划方案的实施实际上具有一定程度的环境不利作用。这也充分表明了LUPEA中应充分考虑土地利用本底变化对LUPEA的影响作用。应用层次分析法结合熵值综合确定的权重中，PM10浓度指标、SO2浓度指标、地均COD排放指标等3项与污染物直接相关的指标权重较大，而林地比重指标和水域用地比重指标在其余指标中权重相对较高，表明其对生物多样性的影响受到更多的重视。因此在制定相应的环境减缓措施时，应根据不同指标的基本特性制定出切实可行的具体方案，以进一步提高规划实施对环境的有利作用，减缓其不利影响。收起

关键词 : 土地利用规划环境影响评价本底变化精度分析

8. 基于Sentinel-2A数据的徐州城市植被分类及生物量反演研究

[学位论文] 周希胜中国矿业大学(江苏) 2019年硕士导师: 陈龙乾共132页

摘要 : 城市植被分类及生物量反演研究，不仅是城市景观规划与管理的基础，还可为城市植被生态调节、环境保护等研究提供数据基础和技术支撑。本文基于Sentinel-2A遥感影像和实地样方调查数据，以徐州三环路范围内城市植被为研究对象，探究了城市植被分类方法... 展开城市植被分类及生物量反演研究，不仅是城市景观规划与管理的基础，还可为城市植被生态调节、环境保护等研究提供数据基础和技术支撑。本文基于Sentinel-2A遥感影像和实地样方调查数据，以徐州三环路范围内城市植被为研究对象，探究了城市植被分类方法及生物量反演模型的构建。在变量筛选的基础上，根据参与分类的变量类型不同，设计了4组不同的分类特征变量组合并利用五种不同的分类器进行分类。在城市植被生物量反演模型构建方面，结合实地样方生物量调查结果，利用一元回归模型（SR）、多元线性回归模型（MLR）以及逐步回归模型（Both-SRA），针对不同类型植被分别构建生物量反演模型。根据模型精度验证结果，结合2017年不同月份的6期遥感影像，对研究区生物量分布及年度变化特征进行了分析。主要研究成果和结论如下：（1）提取了城市植被端元信息。通过最小噪声分离（MNF）、植被端元“初步筛选”和“纯化”等步骤，最终得到三种植被端元，分别为低矮植被、阔叶林和针叶林。通过完全约束最小二乘法（FCLS）计算得到三种植被组分丰度图，其均方根（RMS）为0.019，混合像元分解结果精度较好。（2）探讨了城市植被分类方法。在相同分类特征变量组合下，五种分类器中SVM分类器的分类精度最高，RF、ANN和QUEST分类器分类精度次之，MLC分类精度最低。对于同一分类器可以发现，随着参与分类的变量数量的增加（即由M1到M4），分类精度都有所提高。在基于五种分类器的所有分类模型中，SVM_M4模型的分类结果最优，总体精度为89.86%，Kappa系数为0.83，低矮植被、阔叶林和针叶林分类精度依次为86.76%，90.41%和91.43%。（3）构建了城市植被生物量反演模型。三种建模方法中Both-SRA模型拟合和反演精度最高，低矮植被、阔叶林和针叶林模型拟合度（Rnh2）依次为0.853、0.821和0.838，模型决定系数（Ryz2）依次为0.7679、0.7318和0.7860。此外，区分植被类型所得到的模型在拟合度和模型精度上均优于未区分植被类型的生物量反演模型。（4）揭示了徐州城市植被生物量变化特征。利用Both-SRA模型反演研究区不同植被生物量，结果表明，2017年7月三种植被中针叶林生物量最高，为1.30×105t；阔叶林生物量次之，为6.20×104t；低矮植被生物量最低，为2.64×104t，总生物量为2.18×105t。年度生物量研究结果显示，全年1月和12月生物量最低，9月生物量最高。该论文有图33幅，表31个，参考文献210篇。收起

关键词 : 城市植被遥感监测生物量反演模型

9. 采煤塌陷地泥浆泵复垦土壤微生物多样性及土壤酶活性研究

[学位论文] 李媛媛中国矿业大学 2015年博士导师: 陈龙乾共132页

摘要 : 土壤微生物多样性对于反映土壤肥力状况及生态环境演变具有重要的指示作用，一直是土壤生态学研究中的热点。国内外学者对矿区复垦土壤的物理、化学性质演变规律已进行了广泛而深入的探讨，但是对矿区复垦土壤微生物多样性的研究相对欠缺。本文... 展开土壤微生物多样性对于反映土壤肥力状况及生态环境演变具有重要的指示作用，一直是土壤生态学研究中的热点。国内外学者对矿区复垦土壤的物理、化学性质演变规律已进行了广泛而深入的探讨，但是对矿区复垦土壤微生物多样性的研究相对欠缺。本文将传统的微生物培养方法和454焦磷酸测序的非培养方法相结合，从土壤微生物数量、土壤酶活性和微生物群落多样性三个方面，系统地研究了泥浆泵复垦影响下土壤微生物多样性与土壤酶活性的演变规律，揭示了土壤微生物多样性与土壤理化性质之间的相互关系，探明了复垦土壤微生物多样性演变的影响因素。主要研究结果如下： (1)土壤微生物在三种土壤类型中的数量大小顺序为：对照土壤>复垦土壤>塌陷土壤，差异性显著(P<0.05)。采煤塌陷造成土壤微生物数量的显著下降，泥浆泵复垦显著增加了微生物数量，但与对照土壤相比仍然较少。相关分析表明，采煤沉陷及复垦改变了土壤有机质、总氮及速效磷含量，造成了微生物在不同类型土壤间的数量差异。在垂直分布上，微生物数量在对照土壤与复垦土壤均随土层深度的增加而递减。对照土壤剖面的微生物数量呈较明显的层次性，差异性显著(P<0.05)。复垦土壤各层的微生物数量差异不显著，这是因为泥浆泵复垦初期，土壤结构的剖面分异特征不明显、养分的剖面分布不均匀。塌陷土壤剖面的微生物数量呈无规律分布特征，表明采煤沉陷造成土壤微生物在垂直分布上的异质性。 (2)脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶活性在不同类型土壤中的大小顺序为：对照土壤>复垦土壤>塌陷土壤。复垦土壤中的酶活性较塌陷土壤显著提高，且逐渐接近对照农田水平。在垂直分布上，对照与复垦土壤的酶活性均随土层深度的增加而递减，反应了土壤酶的表聚性。塌陷土壤中酶活性的垂直分布规律因酶而异，表明采煤沉陷造成土壤酶活性在垂直分布上的复杂性。相关分析表明，土壤酶活性与土壤有机质、全氮、速效磷、含水量呈显著或极显著相关(P<0.05，P<0.01)；土壤微生物数量与土壤脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶呈显著正相关(P<0.05)。土壤酶活性可敏感地指示复垦土壤理化性状和与土壤养分转化有关的微生物活性状况。 (3)基于宏基因组学和454高通量测序技术，获得土壤细菌16SrRNA V2-V3区的优化基因序列共76135条。比较三种土壤类型中的细菌遗传多样性指数、稀疏性曲线及Shannon-Wiener曲线发现，对照农田的细菌多样性水平最高，塌陷地最低。相关分析表明，土壤有机质、全氮和速效磷是影响土壤细菌遗传多样性的主要因素。采煤沉陷造成水土流失、土壤肥力退化，减少了土壤养分和能量对细菌群落的供给，使得细菌结构由复杂变为简单，多样性水平亦相应下降。复垦后，土壤有机质及土壤养分的改善，促进了细菌的繁殖，提高了细菌多样性水平。但复垦土壤细菌多样性仍低于对照农田。 (4)基于系统分类学，获得了细菌的29个门、54个纲、87个目、164个科、383个属。细菌的优势门类为:Proteobacteria(alpha-8.83%，beta-6.09%，gamma-10.28%,delta-4.47%)、Chloroflexi(14.85%)、Actinobacteria(9.60%)、Acidobacteria(8.11%)及Planctomycetes(7.01%)。优势菌群的相对丰度在不同类型土壤中存在明显差异，并与土壤理化性质密切相关。这体现出细菌群落的生态多样性以及与土壤环境的相互选择性，可以作为检测矿区土壤质量变化的生物学指标。 (5)细菌群落结构在塌陷土壤、复垦土壤和对照土壤中存在明显差异。聚类分析、主成分分析、Heatmap分析及FastUniFrac的群落差异性分析表明，塌陷土壤与对照土壤之间的差异显著。对照土壤的细菌群落结构较为复杂且菌种丰富，塌陷土壤的细菌菌种单一且分布不均匀。复垦改善了土壤细菌群落结构，与对照土壤具有一定相似性，但两者间仍存在差异。相关性分析和冗余分析表明，采煤塌陷及复垦引起土壤有机质、总氮和含水量等的变化，是造成细菌群落结构演变的主要原因。 (6)复垦土壤的微生物数量及酶活性具有明显的季节变化特征：夏、秋季的微生物数量较多、酶活性较高；春、冬季的微生物数量较少，酶活性较低。复垦土壤中，细菌多样性和细菌群落结构的季节变化特征不明显：细菌丰富度指数在夏、秋季较大，春、冬季较小；细菌多样性指数在春、秋季较大，夏、冬季较小。 (7)采煤塌陷使矿区农田土壤退化严重，破坏了微生物群落结构及多样性。泥浆泵复垦后土壤微生物数量与正常农田相比仍旧较少，酶活性及细菌群落多样性水平仍然较低。采煤塌陷地泥浆泵复垦应从改善土壤理化性状、提高土壤有机质和养分含量着手，并与土壤改良、植被修复等技术相结合，以恢复土壤肥力水平和微生物群落多样性。收起

关键词 : 采煤塌陷地泥浆泵复垦土壤微生物土壤酶活性高通量测序

10. 城市绿地生物量时空变化特征及固碳潜力研究

[学位论文] 肖珏中国矿业大学(江苏) 2023年硕士导师: 陈龙乾共122页

摘要 : 绿地是城市的生态本底和天然屏障。掌握城市绿地的动态变化规律、量化城市绿地生物量及固碳潜力，对于优化城市绿地管理至关重要。本文以徐州市城区为例，应用2016-2021年哨兵系列（Sentinel-1/2）卫星影像、SRTM数据以及野外地面调查等数据资料，实现... 展开绿地是城市的生态本底和天然屏障。掌握城市绿地的动态变化规律、量化城市绿地生物量及固碳潜力，对于优化城市绿地管理至关重要。本文以徐州市城区为例，应用2016-2021年哨兵系列（Sentinel-1/2）卫星影像、SRTM数据以及野外地面调查等数据资料，实现了基于影像对象的城市绿地类型制图；构建并测试了不同类型城市绿地的多元线性回归及逐步回归生物量模型；使用优选模型，并通过整合各类绿地生物量遥感反演结果，获得了徐州城市绿地生物量分布及变化信息；由此进一步探究了绿地碳储量和固碳潜力。主要研究成果和结论如下：（1）明确了城市绿地的分布及结构组成。以光谱、纹理特征等为依据，依次实现了多源遥感影像的多尺度分割、分类网络搭建、分类器训练测试，将徐州城市绿地细分为阔叶林、针叶林以及灌-草植被，总体分类精度约86.59%，总体Kappa系数约0.78。徐州城市绿地南多北少，总面积随时间推移呈现波动递减的趋势；城区灌-草植被分布最广，阔叶林绿地数量大于针叶林绿地数量。（2）揭示了城市绿地生物量时空分异特征。按照绿地类型分别建立生物量估算模型，测试并比较Sentinel-1与Sentinel-2两大数据源及其组合在绿地生物量估测方面的有效性。对比单源数据所支撑的模型，多源的生物量逐步回归模型精度高（Rpj2≥0.75、RMSEpj≤35.95ton/ha），用之进行生物量反演。结果表明，城市绿地生物量总值持续增长，生物量密度先降后增；夏、冬两季，城市绿地生物量密度之差约为20ton/ha，总值季节变化率约36%。生物量热点区域集中分布在西南部，并且其扩张速度缓慢；各环路间绿地生物量总体水平均有所提高；海拔、坡度等方面，生物量的梯度特征较明显。（3）估算了城市绿地碳储量及固碳潜力。城市绿地碳储量连续五年保持稳步增长态势，东南、西南部地区是主要贡献区域。碳密度固定区间内，阔叶林碳储量增长态势最显著，针叶林碳储量变化较为复杂，灌-草植被碳储量年际变化不明显。采用最大值法、分类定级法估算得到徐州城市绿地固碳潜力分别达到1.22、0.61TgC，其中，阔叶林的贡献率最高（65.70%、75.97%），针叶林最低（3.79%、5.73%）；基于城市绿地植被生长和面积转移的情景假设，预测到本世纪中叶，固碳潜力将达到0.40TgC。收起

关键词 : 城市绿地生物量固碳潜力时空特征遥感反演