近一个多世纪以来,全球生态环境发生了剧烈的变化,例如植被退化、水资源短缺、荒漠化日趋严重等问题,对人类的生存环境产生了深远的影响。科尔沁沙地属于半干旱温带大陆性季风气候区,处在农牧交错带,自然环境变化和人类活动十分频繁,造成了该地区生态环境脆弱,土地沙化急剧发展,成为我国四大沙地之一。对科尔沁沙地生态环境进行长时间序列的动态监测,为该地区调整土地利用结构和改善生态环境提供可靠的基础数据。本文以GRACE卫星重力数据、监测点水井数据、Landsat MSS/TM/ETM+/OLI卫星影像数据、气象数据和社会经济数据为主要数据源,以GRACE数据处理方法、CPC水文模型、GLDAS水文模型、监督分类方法、分类后处理变化检测方法、重心迁移模型等为主要方法,以科尔沁沙地1980s～2016年近35年的生态环境变化过程为研究对象,在归纳总结国内外研究成果的基础之上,阐明科尔沁沙地的区域特征,探索该地区水资源变化过程,掌握土地利用动态变化过程,揭示景观格局的演变特征。主要研究内容和结果如下:(1)阐明科尔沁沙地的自然地理特征和社会经济特征,为分析和评价该地区生态环境变化的过程奠定背景基础。从自然地理特征分析,科尔沁沙地土质松散;降雨量少,且年内降雨不均和年际降雨量波动性大;年平均气温不断攀升;大风天气频繁。从社会经济特征分析,该地区人口数量稳步上升;牲畜存栏量不断增加;地区生产总值和农牧民人均纯收入提高;不同时期,国家和地方政府制定了一系列的鼓励垦荒和移民政策。(2)建立GRACE数据与GLDAS水文模型、CPC水文模型、监测点水井数据和给水度信息等多源数据联合的科尔沁沙地水资源监测体系,反演科尔沁沙地陆地水储量变化和地下水储量变化,探索当地气象条件和农业模式与科尔沁沙地水储量变化的响应关系。GRACE反演结果表明,2003.07～2010.12年期间,科尔沁沙地陆地水储量和地下水储量均处于下降趋势,下降速率分别为-13.2±2.6 mm/yr和-13.5±1.9 mm/yr。该结果分别与CPC水文模型得到的陆地水储量变化结果和监测点水井数据得到的地下水储量变化结果进行对比分析,验证了数据结果的可靠性。通过分析科尔沁沙地水储量变化的驱动力,发现了干旱和地下水的大量抽取是科尔沁沙地水资源消耗的关键因素。(3)解析长时间序列下的科尔沁沙地土地利用动态变化过程,探明科尔沁沙地不同时期间各土地利用类型的空间格局、空间转移特征、重心迁移轨迹和迁移速率。从土地利用状况分析,科尔沁沙地的土地利用类型主要以植被、水体、建筑用地、沙地和耕地为主,植被主要分布在科尔沁左翼后旗、库伦旗的西北部以及奈曼旗的中东地区;水体主要以西辽河流域为主,全区散布着各种小湖泊、河流等;建筑用地主要分布在各旗县市的城区以及耕地和草地覆盖的区域;沙地主要分布在科尔沁左翼中旗、科尔沁左翼后旗、以及库伦旗和奈曼旗北部地区;耕地主要分布在西辽河流域两侧以及科尔沁沙地南部地区。从土地利用类型面积变化分析,1980s～2016年期间,科尔沁沙地建筑用地和耕地的面积稳步提升;水体面积持续性减少;植被和沙地面积波动性较大,总体上均减少,两者呈现出负相关的变化趋势。从土地利用空间转移特征分析,不同时期间,各土地利用类型间转入转出频繁,植被和沙地的流失量最大,耕地和建筑用地的净增量最大,水体主要转出为耕地。从土地利用重心迁移特征分析,植被和沙地的重心分别向西北和西南方向迁移,迁移速率分别为64.6m/a和148.3m/a;水体重心向东南方向迁移,迁移速率为389.3m/a;建筑用地和耕地的重心均向东北方向迁移,迁移速率分别为53.6m/a和148.3/a。通过全面的分析科尔沁沙地近35年间土地利用动态变化过程,揭示了科尔沁沙地生态环境的不稳定性和脆弱性。(4)在土地利用动态变化分析的基础上,构建能够反映生态环境变化的景观格局指数集,阐明长时间序列下的科尔沁沙地景观格局的演变特征。从景观类型水平上分析,1980s～2016年期间,科尔沁沙地建筑用地景观和耕地景观格局变化趋势一致,两者的破碎度减弱、斑块形状复杂程度增强以及优势度提高;植被景观和沙地景观的斑块形状复杂程度和优势度均降低,植被景观破碎度增强,沙地景观破碎度降低;水体景观破碎度降低、斑块形状复杂度增强、优势度降低。从景观水平上分析,科尔沁沙地景观格局简单化,景观类型失去平衡,耕地景观和植被景观的支配地位越来越高,水体景观的优势度越来越低。