《Remote Sensing》：Spatiotemporal Dynamics and Driving Factors of Carbon Storage in the Hei River Basin: A Coupled Spatial Modeling and GeoShapley Approach
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干旱内陆河流域对土地利用变化高度敏感，然而生态系统碳储量的空间异质性预测因子仍未得到充分理解。在本研究中，研究人员采用局部校准的InVEST（Integrated Valuation of Ecosystem Services and Trade-offs，生
干旱内陆河流域对土地利用变化高度敏感，然而生态系统碳储量的空间异质性预测因子仍未得到充分理解。在本研究中，研究人员采用局部校准的InVEST（Integrated Valuation of Ecosystem Services and Trade-offs，生态系统服务和交易的综合评估）模型估算了黑河流域2010年、2015年、2020年和2025年的碳储量。随后，研究人员应用CA–Markov（Cellular Automata-Markov chain Model，元胞自动机-马尔可夫链模型）在当前政策框架不变的假设下预测2030年的土地利用格局及相关碳储量。研究人员应用经GeoShapley解释的随机森林（Random Forest）模型量化了七个环境和人为预测因子的非线性及空间变化贡献。模拟的总碳储量从2010年的5.29181 × 108 t略微增加至2020年的5.33214 × 108 t，随后在2025年小幅下降至5.32310 × 108 t。该下降主要与模拟的草地碳储量减少有关。碳储量总体在流域南部和东部较高，特别是在祁连山区，而在北部和西部的沙漠地区较低。全流域模拟预测到2030年将增加4.34%，主要与预测的林地和草地扩张有关。预测因子重要性存在空间差异：高程在上游排名第一，NDVI（Normalized Difference Vegetation Index，归一化植被指数）在中游绿洲排名第一，人口密度在下游排名第一。NDVI是全流域最重要的预测因子，尽管其重要性部分反映了与土地覆被类型的空间协方差。这些发现证明了整合碳储量建模、土地利用模拟和空间显式模型解释对于干旱内陆流域差异化生态系统管理的价值。
研究背景与意义
陆地生态系统碳固存对于减缓全球气候变化和实现碳中和目标至关重要，土地利用变化是陆地碳固存动态的主要驱动因素，重塑区域碳储量格局并决定流域生态系统的整体碳汇能力。内陆河流域是干旱和半干旱地区的核心地理单元，其生态系统脆弱且碳循环过程复杂，碳储量的分布与变化为生态保护、土地利用优化及碳中和实现提供重要支撑。传统的实地碳储量监测受限于时空可扩展性，难以满足大规模动态流域碳评估需求。随着遥感和生态建模的发展，遥感数据与模型模拟结合已成为区域碳储量研究的主流范式。InVEST（Integrated Valuation of Ecosystem Services and Trade-offs，生态系统服务和交易的综合评估）模型可实现景观尺度碳储量核算，CA–Markov（Cellular Automata-Markov chain Model，元胞自动机-马尔可夫链模型）模型通过整合时间转移规则和空间分布特征实现土地利用演变的高精度时空模拟。现有国内外研究多集中于黄河流域、塔里木河流域等，黑河流域作为西北干旱区第二大内陆河流域的系统调查相对有限且多局限于全流域分析，且碳储量变化的非线性驱动效应及其空间异质性尚未被充分识别。因此，模拟黑河流域碳储量并考察其主要影响因素，对于深化干旱半干旱区碳循环理解及同类内陆河流域管理具有重要研究与实用价值。该研究发表于《Remote Sensing》。
主要关键技术方法
研究人员采用2010年至2025年多期土地利用数据集，耦合局部校准的InVEST碳储量模块与CA–Markov空间模拟模型开展动态评估，依据黑河流域特有水热特征修订全国统一碳密度参数，利用2020年七个涡度相关站点的净生态系统交换（NEE，Net Ecosystem Exchange）观测值作为独立初步一致性参考。驱动因子识别方面，集成随机森林（Random Forest）算法与GeoShapley机器学习技术，量化温度、降水、坡度、坡向、DEM（Digital Elevation Model，数字高程模型）、人口密度及NDVI（Normalized Difference Vegetation Index，归一化植被指数）等七类因子的非线性与空间变化贡献及交互耦合效应，所有空间数据重采样至1 km分辨率并在ArcMap中处理。
研究结果
3.1. Current Status and Changes in Land-Use in the Hei River Basin（黑河流域土地利用现状与变化）
2010年至2025年流域以未利用地和草地为主，草地主要分布于上游，耕地和建设用地集中于中游，未利用地广泛分布于西北中游及全下游。弦图分析显示未利用地是最大转出源，草地是主要转入类型，未利用地向草地转化6167.68 km2，草地与未利用地呈双向交换。上游以草地与未利用地互转为主；中游受人类活动影响强，未利用地转为耕地及建设用地持续扩张；下游未利用地转出占主导，草地双向交换显著，其他类型转变有限。
3.2. Spatiotemporal Distribution Characteristics of Carbon Storage（碳储量时空分布特征）
碳储量空间分布与土地利用类别
