黄土高塬沟壑区水–碳–粮协同优化的植被恢复机理

生态服务协同格局形成是半干旱区脆弱生态系统恢复的重要特征。黄土高塬沟壑区植被恢复和生态功能变化均存在明显分异过程,从社会–生态视角探索植被恢复对生态服务协同潜力的驱动机理与路径,对半干旱区生态恢复建设与生态服务可持续供应具有指导意义。以塬面–沟谷系统整体为研究对象,在不同时空尺度上开展水–碳–粮协同过程研究,阐明协同格局形成的植被恢复响应过程及社会–生态因素作用机理,通过构建水–碳–粮协同格局形成的机制模型,厘清植被恢复的社会–生态要素互馈机制,揭示基于生态服务协同原理的植被恢复设计对塬面–沟谷系统水–碳–粮协同供给的潜在影响。研究在统筹调控塬面–沟谷系统关键社会–生态过程对植被恢复功能演化的作用机制和对可持续发展目标贡献方面具有科学支持作用。The formation of synergistic patterns of ecosystem services is an important feature of the restoration of vulnerable ecosystems in semi-arid areas. There is a clear differentiation process in vegetation restoration and ecological function changes in the Loess Plateau gully region. Exploring the driving mechanisms and pathways of vegetation restoration on the potential for ecosystem service synergy from a socio-ecological perspective has guiding significance for ecological restoration construction and sustainable supply of ecosystem services in semi-arid areas. Taking the plateau-gully system as the research object, this study conducts research on the synergistic processes of water, carbon, and grain at different spatiotemporal scales, clarifies the vegetation restoration response process and the mechanism of action of socio-ecological factors in the formation of synergistic patterns, and by constructing a mechanism model for the formation of water-carbon-grain synergistic patterns, it clarifies the mutual feedback mechanism of socio-ecological factors in vegetation restoration, revealing the potential impact of vegetation restoration design based on the principle of ecosystem service synergy on the synergistic supply of water, carbon, and grain in the plateau-gully system. The research provides scientific support for the coordinated regulation of key socio-ecological processes in the plateau-gully system on the functional evolution of vegetation restoration and its contribution to sustainable development goals.

基于RS和GIS的张掖市土地利用景观格局变化及驱动力

以张掖市2000,2005年Landsat TM影像为源数据,运用景观生态学方法研究土地利用景观格局动态变化,并从自然和人文角度探讨驱动力.结果表明:研究区呈现以草地景观为基质,未利用土地、林地和耕地景观为主体的交错分布格局;各类景观均有变化,2005年草地景观面积21 189.12 km^2,较2000年下降1.39%,林地3818.13 km^2,较2000年增加11.40%,未利用土地景观面积和缀块数增加明显;自然条件是土地利用景观格局变化的前提,指导人类对区域土地利用;人文因素是主因,表现为黑河分水政策、区域人口增长和人地矛盾加剧,主导景观类型的改变.在社会经济发展的同时,对土地利用和开发应做到科学合理.

基于LUCC的生态系统服务空间化研究——以张掖市甘州区为例

生态系统服务(ES)评价为减缓或阻止人类活动导致的各种复杂生态问题提供了一种可能的方法,同时也有助于解决日益增加的各种土地利用冲突。以张掖市甘州区为例,运用一种新的空间化方法开展生态系统服务研究,并注重实现与土地利用研究的集成分析。首先根据研究区不同的群落生境和土地利用类型划分生态系统服务类型,然后检验不同土地利用类型和方式对各类生态系统服务供给的影响,最后分析该方法和数据的不确定性。结果表明:1)在灌区和甘州区两个尺度上,4类ES生产能力值均表现为:文化服务>支持服务>调节服务>供给服务;2)2000—2009年,4类ES供给都呈递减趋势,同时,城镇用地、路网建设等人类活动驱动的土地利用方式迅速增加,整个绿洲农业区处于过度开发状态;3)该方法可操作性强,多学科的数据和知识分析是ES研究的难点。

2000—2019年中国农业塑料污染的时空变化评估

农业塑料污染产生严重的生态环境问题,但农业塑料的空间分布格局及其时序变化的影响因素缺乏精细化的评估与归因。基于一种可用的指数模型,本文反演评估我国2000—2019年以塑料薄膜、化肥袋与农药瓶为主的农业塑料污染源的时空变化特征,并筛选9种关键的社会-生态影响指标,结合最小二乘法、地理加权模型与随机森林方法,对农业塑料废弃物变化进行整体-局部尺度的归因分析。结果发现,全国上述农业塑料数量呈现增加-平稳-下降的变化趋势,其空间聚集性和区域差异性在研究期内逐步减弱。影响整体农业塑料污染的因子按重要性由大到小排序为:农业机械总动力、降水、粮食作物播种面积、第一产业增加值、日照时数、国内专利申请受理量和乡村人口。局部尺度农业塑料污染的影响因子系数与整体尺度的因子空间分布特征类似,但其空间聚集特征随时间变化明显减弱。研究结果对实施农业塑料污染的动态监测、影响评价与防控策略等具有科学参考价值,可以提供数据支持。

基于夜间灯光辐射数据的张掖市甘州区GDP空间分布建模

尽管近年来统计数据的生成技术有了很大提高,但可用的详细GDP空间分布数据始终难以得到满足.以夜间灯光辐射数据、官方统计数据和已有空间化人口分布数据构建了一种GDP空间化建模方法,得到张掖市甘州区2000年的GDP空间分布.首先,分析基于乡镇单元的GDP与对应的夜间灯光辐射数据DN值之间的关系,得到GDP模拟模型;然后结合人口空间分布数据和三次产业的比例,得到基于500m×500m栅格的GDP空间分布图.各乡镇的GDP平均值为372×104元,标准差为34×104元.

基于LUCC和夜间灯光辐射数据的张掖市甘州区人口空间分布建模

尽管近年来统计数据的生成技术有了很大提高,但可用的详细人口数据始终难以得到满足.在一些自然-人文要素耦合的建模研究中,如生态经济集成建模、环境和健康分析等都需要基于区域尺度的栅格人口分布建模方法.随着GIS和RS技术的发展,上述建模方法已有较大进步.利用GIS技术,基于夜间灯光辐射数据和LUCC在象元栅格水平上构建张掖市甘州区人口空间分布.首先对DM-SP夜间灯光辐射数据进行重采样,通过普通克里金插值获得灯光数据;然后与LUCC叠加分析,利用回归分析的方法获取研究区土地利用、灯光辐射指标和人口统计数据之间的定量关系,完成空间化.并在乡镇尺度上进行模型检验,模型总体的调整R2为0.88,标准误差为400,为下一步开展时空变化分析提供支持.

基于系统动力学的黑河中游地区FAO Penman-Monteith模型评价研究

研究利用系统动力学软件STELLA构建FAO Penman—Monteith模型，进行系统动力学建模与生态建模相结合的尝试。研究发现，实际太阳辐射模拟值与GIS空间插值结果基本吻合，变化趋势一致；潜在蒸散发量估算值与SEBS模型估算值接近，基于时间序列的变化趋势基本相同，较好地反映了逐日蒸散发量的时间异质性；敏感性分析发现潜在蒸散发量对反照率、回归常数、辐射系数和研究区纬度值（取值范围为37°～39°）变化不敏感；系统动力学在分析复杂系统动态、模拟不同条件下系统N子之间相互作用以及响应过程中具有明显优势；STEL—LA本身强大的建模功能及友好图形界面在生态学及相关研究领域中有广阔前景；多学科方法、多时空尺度、多物理过程相耦合的研究将是以后该领域研究的重点和趋势之一。

基于SPOT-5卫星影像的灌区作物识别

高分辨率卫星影像是作物精确分类和评估的重要数据源,在农作物种植规划、估产等领域具有重要的应用价值。本研究利用分辨率为2.5m的SPOT-5影像分析张掖市盈科灌区的作物分布状况,同时分别生成分辨率为10和30m的影像,用于尺度验证。最终得到研究区作物分类图,所用方法主要有最小距离法、马氏距离、最大似然法、光谱角制图仪(SAM)和支持向量机(SVM)。Kappa系数分析表明,最大似然法和SVM的分类效果好于其它分类器,分别为0.871 9和0.862 5,但这两种方法的统计量无明显区别;分类图精度评价表明,基于最大似然法的分类图总体精度最高,为90.6%;随像元空间尺度的增加,分类精度未产生明显变化。研究结果表明,最大似然法和SVM技术可以与SPOT-5影像结合,用于作物类型识别和作物面积估算。

基于GIS的降水多元回归模型在黑河干流山区的应用

结合GIS和统计学方法,利用21个站点气象数据和DEM(基于5个因子:高程、坡度、坡向、经度和纬度)在黑河干流山区构建一种多元非线性回归模型,用以模拟研究区降水量空间分布,并分析了全年、湿季和干季3种情景及3种不同空间分辨率数据相互耦合下的雨量变化。结果表明,该模型可解释研究区74.5%的年降水空间变异,对湿季降水量解释效果要好于全年和干季两种情景;100 m分辨率下的3种降水模型效果均为最好;降水量空间分布不均匀,100 m分辨率下,由西北部不足200 mm增加至东南部700 mm左右,降水量分界线呈西北-东南走向;500 m分辨率的降水量分界呈带状,有一定程度上移;1 000 m分辨率的降水量分布误差大。本研究采用的建模方法有较强移植性,可在其他山区开发类似模型,利用其模拟结果进行更深入的研究,今后在建模中加入空间化的风速变量有可能进一步提高模型精度。

生态系统服务与景观格局集成研究综述

生态系统服务是综合科学和政策应用的有效工具,可用于应对人类干扰下的景观和生态系统服务的快速退化等复杂生态环境问题。综述生态系统服务与景观格局集成的学科发展、基础理论和模型开发的进展与存在的问题,建立可用的集成建模框架,并提出知识集成的概念框架:1)在要素层,"政策-决策—景观—生态系统服务—社会经济系统"的跨学科知识反馈环是集成理论基础; 2)在模型层,结构化、多层次的集成模拟模型是核心方法; 3)在数据层,多源数据集成是模拟模型的数据基础。集成生态系统服务与景观格局为区域生态环境治理实践提供了科学参考,能更好地应对生态系统服务科学与应用的挑战。

森林-农业景观格局变化的社会-生态系统模拟模型方法进展

社会-生态系统(SES)模拟模型是景观格局分析和决策的有效工具,能表征景观格局变化的社会-生态效应及景观决策的复杂反馈机制。文献综述了森林-农业景观格局的SES模型方法进展发现:(1)多数模型对景观过程与社会经济决策的反馈关系分析不足;(2)应集成多种情景模拟和景观效应分析方法,完善现有SES模型的理论方法基础;(3)通过集成格局优化模型和自主体模型会有效改进SES模型功能,具体途径包括:集成情景-生态效应的景观格局模拟方法、完善景观决策的理论基础、加强集成模型的不确定性分析、降低模型复杂性和综合定性-定量数据等。研究结果有助于理解多尺度森林-农业景观格局在社会-生态系统中的重要作用,能更好地支持跨学科集成模型开发与应用。

高校网络在线课程系统接受度调查研究——以武汉理工大学地理科学专业为例

以武汉理工大学2015级地理科学专业86名学生为调查对象,文章分析了学生对基于地理科学概论课程的网络教学综合平台系统的接受度,并构建结构方程模型定量分析影响学生接受度的多种因素及其之间的关系。数据通过调查问卷收集,结果显示,学生行为倾向会直接影响其对网络教学系统的易用性认知和娱乐性认知。这表明易用性和娱乐性决定了网络教学系统推广的可接受度和可用性功能。

可持续性发展能力教育在地理学高等教育课程体系中的作用分析

培养学生可持续性发展能力是高等教育改革的核心议题之一。以13所“双一流”高校143门地理学硕士专业课为例,定性分析可持续性发展能力教育在课程体系中的作用,发现系统性思维能力、愿景能力、战略性思维能力、规范性能力和人际关系能力等已普遍应用于地理课程设计,但使用频次差异明显;认为多元思维、多元方法和自主学习等潜在可持续性发展能力应纳入课程设计优化环节;建议加强可持续性发展能力理论的应用途径分析,完善其对地理学可持续性学科功能的支撑作用,为地理学硕士课程改革提供理论参考。

基于生态系统服务的适应性社会–生态系统管理评估

生态系统服务评估是社会–生态系统管理的重要基础,但制定生态系统服务管理策略时存在复杂性和方法挑战。以甘肃省庆阳市为例,本文利用生态系统服务动态评估框架和社会调查方法开发了一个可用的适应性社会–生态系统管理矩阵。发现:1) 矩阵集成了利益相关者对生态系统服务的多元认识;2) 适应性矩阵具有动态更新功能,会减少生态系统服务动态评估的不确定性;3) 庆阳市应以提升文化服务和加强水土资源调节为优先调控方向,推进文旅产业和生态修复系列工程措施的深入实施。本研究有助于促进当地多种生态系统服务供需关系平衡和社会–生态系统的可持续发展。

生态保护领域的跨学科野外数据集成监测研究进展

面向生态环境保护的野外数据集成监测正成为地理学、生态学等学科交叉领域的研究热点,集成监测技术有助于提高多时空尺度的生态系统“格局–过程–功能”研究和生态保护水平。以文献计量分析为基础,综述遥感、地面部署和数据融合等代表性野外监测技术在生态环境保护领域的应用,并总结多源数据采集和集成管理方法。发现:1) 多数监测技术具有开源和低成本特征,满足监测的经济性和可推广性的应用需求;2) 多尺度、长时序的野外数据监测和分析对认识生态系统多种胁迫因素及复杂反馈机制起到支撑作用,有助于促进特定尺度的科学新认识和生态系统集成管理。

基于遥感生态指数的武汉市生态环境质量评估

生态环境质量是影响城市宜居水平的一项重要内容,基于遥感技术可以对生态环境质量进行快速评价,为城市生态环境保护和治理提供科学依据.从遥感影像中提取归一化植被指数、湿度指数、地表温度、归一化建筑物-裸土指数表示绿度、湿度、干度、热度4大生态要素,然后利用主成分分析的方法将其耦合,建立遥感生态指数(RSEI)综合评价模型,对武汉市2005-2015年的生态环境质量进行评估.结果表明:研究期间武汉市遥感生态指数等级一般及以上区域面积占比均达80%左右,体现武汉市整体生态坏境质量较好,植被覆盖度较高,生物多样性较丰富.2005、2010年和2015年,武汉市的RSEI指数均值分别为0.60、0.55、0.53,生态质量为优良等级的区域面积所占比例从2005年的54.40%,下降到2010年的47.63%和2015年的42.44%,全市生态环境质量随着城镇化进程有所下降,但下降趋势逐步放缓,说明武汉市的生态环境保护工作取得一定成效.在空间上,武汉市生态质量差或者较差的区域主要集中在中心城区,且有沿长江和汉江不断向外扩张的趋势,与遥感影像中城市建设用地扩张方向相吻合.

集成CFD与Kalman滤波的微尺度风电场风功率预报方法

基于Kalman滤波的风功率预测方法难以捕获风电场的风力空间分布特征,集成计算流体力学CFD模型和Kalman滤波能将风资源分布纳入风力发电预报框架,对提高微尺度风能利用率有重要意义。以黄土高原沟壑区的中国华电集团公司甘肃省环县南湫风电场为研究区,首先利用CFD模拟风电场风速分布特征和划分风区,再利用Kalman滤波订正BJ-RUC模式预报的各风区长时间序列风速变化,并对比不同风区的订正效果,最终基于发电能力评估风电场的风功率预报效果与效益。结果表明:(1)风电场内部的风机均不同程度地受到复杂地形的影响,围绕"马蹄形"山梁和山谷形成明显的"阶梯式"风区,风速差最高达2.78 m·s^(-1);(2)CFD与Kalman滤波的集成订正方法使风速预报准确率由BJ-RUC的20%~30%提高到90%以上,并使风功率预报准确率达到80%以上,显著提高了微尺度沟壑区风速-风功率预报精度;(3)风电场容量因子C_P平均在12.4%~16.8%之间,弃风率η为5.5%~17.5%,表明该电场的风功率预报精度明显受其发电效益制约;(4)还讨论了风电机组监控数据采集控制系统SCADA的数据质量、CFD计算效率和能源部门决策等不确定性因素对风速分区及风功率预报的影响。

基于GIS的兰州及其周边河谷型地区气候舒适度评价

以河谷型城市兰州及其周边区域为研究区，基于GIS技术和风环境特征开展研究区气候环境综合分析评价，建立适于河谷型地区的气候评价体系，并将研究结果分为6个分级指数，研究区划分为4类区域。结果表明：（1）分级指数为2和3时，气候特征为相对湿度〈45％、年均风速1．5—2．5m／s、温度7～11℃，海拔高度2000～2500m，包括兰州市城东区、榆中南部、东乡大部分地区及临洮西南部地区，该区域舒适度较差；（2）分级指数为1时的区域为暖舒适地区，温度、风速及相对湿度较为适宜，风流通性较好，其中兰州西部大部分地区、永登西北及榆中北部地区风速较高、温度较低；（3）分级指数为0的区域为兰州城西部、乐都东南部和北部地区、东乡大部分地区及临洮西北部地区，该区域海拔高度适宜、植被覆盖较好、气候凉爽、属于非常舒适地区；（4）分级指数为一1和一2的区域为榆中兴隆山和马衔山地区、民和及乐都大型山岭的山顶地区，属于偏冷的稍舒适地区。气候舒适度的研究结果可为应对区域气候变化、制定城镇规划及生态环境保护规划提供科学参考和理论支撑。

BJ-RUC模式的低层风场预报产品质量检验——以甘肃省当金山风电场为例

利用2013年甘肃华电阿克塞当金山49.5 m W风电场风机监控数据采集系统的观测数据,对BJ-RUC模式的低层风场预报产品进行质量检验。结果表明:(1)总体上有效风速区在各季节预测效果较满发风速区好,且这2个风速区秋季预报效果最好,冬季预报效果最差;(2)年尺度上,观测值的Weibull分布众值偏右,形态相对接近正态分布,而预测值的Weibull分布众值偏左,形态相对偏离正态分布。月尺度上,除1月外,其余各月实况和预测的Weibull分布与全年的基本一致,且各月预测风速形状参数k值接近2,为中性风,说明BJ-RUC模式模拟强阵性风速有局限性;(3)模拟的主导风向与实测的风向有较大偏差,仅对接近满发风速区的风向模拟得较准确,表明BJ-RUC模式对风向模拟有待提高。

武汉市武昌区公共自行车需求热度分析及站点优化——基于签到数据的实证研究

机动车数量的快速增长影响了居民出行方式,零排放特点的公共自行车开始广泛用于机动公交系统和非机动交通间的接驳换乘。公共自行车网络需要大量自行车数量支持,且遍布市区的服务站点选址复杂,亟需发展面向公共自行车网络可持续经营的新评价方法和站点优化方法。本文提出了基于签到数据的公共自行车需求热度分析及站点优化方法,并以武汉市武昌区为例开展实证研究,结果表明:1)人们更愿意基于休闲娱乐为目的的公共自行车出行,有49.43%的居民表示愿意使用公共自行车去公共花园;2)武昌区新增43个站点可以较好地满足当前居民需求;3)本文提出的方法具有可移植性,可以开展类似研究区的对比研究。