GIS遥感与生态研究
研究背景与意义
全球气候变化和人类活动加剧了干旱区的生态压力,表现为草地退化、干旱频发和生物多样性丧失,尤其在干旱区城市群,由于水资源短缺、快速城市化和高资源依赖,生态脆弱性问题更为突出,严重威胁环境稳定和可持续发展目标的实现。生态脆弱性评价是诊断生态系统稳定性和敏感性的关键工具,但目前在指标选取和应用尺度方面存在不确定性,缺乏统一的概念框架。传统模型(如PSR、DPSIR、SRP 等)在大尺度、高分辨率和长时间序列数据处理上存在局限,指标冗余和多重共线性也削弱了评价结果的稳健性。遥感技术的发展为大尺度时空动态监测提供了可能,但针对干旱区城市群的综合脆弱性研究仍不足,尤其缺乏对土壤盐渍化和生物多样性等关键指标的纳入。同时,现有研究在多因素非线性作用机制和交互阈值识别方面不足。机器学习方法虽能捕捉复杂关系,但解释性有限;而SHAP 方法为揭示因子贡献、方向和交互效应提供了新思路。因此,构建适用于干旱区城市群的综合生态脆弱性评价框架,不仅有助于完善理论方法,也能为区域生态治理和可持续发展提供科学支撑。
研究内容
本研究以中国典型干旱区的呼包鄂榆城市群为例,围绕干旱区城市群生态脆弱性展开,主要研究内容包括:
框架构建:
基于 IPCC 的 VSD 框架,结合遥感数据,简化并构建适用于干旱区的生态脆弱性指数(DEVI)。
时空演变分析:利用长时间序列数据(1986—2024),揭示研究区生态脆弱性的时空动态特征。
驱动机制探索:采用 XGBoost 与 SHAP 方法,定量解析自然与人类活动因素对生态脆弱性的贡献、阈值效应及交互作用。
应用拓展:
提出生态治理分区和差异化管理建议,为干旱区生态恢复与可持续发展提供技术支撑。
研究结果
方法创新:提出DEVI 框架,融合干旱度、盐渍度、植被指数、生物多样性、地表温度和湿度等关键指标,利用PCA
降低冗余与共线性,相较传统方法更具客观性、细节捕捉能力和可解释性。
时空特征:1986—2024年间,研究区生态脆弱性先升后降,总体改善约14%,主要得益于水土保持、造林等生态修复工程。但鄂尔多斯高原西南部和内蒙古高原北部等地仍存在高脆弱性,凸显空间治理不平衡。
驱动因子:土地覆盖因子贡献最大(46.59%),其次是社会经济因子(27.01%)和气候因子(15.03%)。
作用机制:识别出关键驱动因子的阈值和交互效应,揭示了生态脆弱性的复杂驱动机制。
治理启示:提出新型生态治理分区和差异化修复建议,强调因地制宜的管理策略,为干旱区城市群生态保护和治理提供科学依据。
https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/15481603.2025.2528302?af=R#abstract