基于“源-汇”生态过程的景观格局识别方法——景观空间负荷对比指数

正确理解景观格局与生态过程的关系是进一步深化景观生态学研究的关键 ,但是由于景观格局和生态过程涉及到不同的研究尺度 ,并且随着尺度的变化而变化 ,加上面状生态过程监测数据无法直接获得 ,导致很难定量描述景观格局与生态过程之间的关系。本文以非点源污染作为研究的典型生态过程 ,通过分析不同景观类型及其空间分布格局在非点源污染形成过程中的地位和作用 ,借用洛伦兹曲线的理论 ,从距离、相对高度和坡度三个方面建立了不受尺度限制的景观格局评价模型——景观空间负荷对比指数。该指数可以较好地将具有面状特性的景观格局与点状监测数据有机地结合在一起 ,使定量研究流域景观格局与生态过程的关系成为可能。该评价模型的特点有以下几个 :1不受空间尺度的限制 ,具有跨尺度的功能 ;2适宜于环境背景 (降雨和土壤等 )相似的地区 ;3景观空间负荷对比指数具有相对比较意义 ,其值越大 ,表示该类景观空间格局对流域出口监测点的贡献越大 ,反之越小 ;4景观空间负荷对比指数不能用来预测流域出口监测点非点源污染或水土流失的值 ,但是可以通过比较计算不同流域景观空间负荷对比指数 ,来判断流域发生养分 (水土 )

电力系统短期负荷的特征指数相空间重构预测法

针对电力负荷变化的特点 ,提出一种采用特征指数的混沌预测方法 ,采用相空间重构和局域近似原理建立预测模型 ,较好地考虑了电力系统负荷波动的日周期性 ,具有良好的预测效果 ,最大负荷、最小负荷的预测精度较高 。

考虑小区发展不均衡的空间负荷预测分类分区法

小区面积和规模大小、投运年份先后、功能性质差异以及地理位置优劣等,都在一定程度上造成各小区负荷发展的不均衡。目前应用分类分区法进行空间负荷预测时,未考虑到或者很少考虑到影响各功能小区负荷发展的诸多因素。针对这一不足,根据实际规划中可收集到的数据资料将小区细分为5类:已知历史负荷的老城区,仅知投运年限的老城区,无任何数据的老城区,已知投运年份的新城区,投运年份未知的新城区。根据这5类小区的数据特点分别采用不同的方法预测其负荷分布。其中,对于仅知投运年份的老城区和未知投运年份的新城区分别引进了模板法和优先指数权重法。最后通过算例验证该方法的实用性和可行性。

两种基于相空间重构的电力系统短期负荷预测方法分析

短期负荷预测是电力系统调度运营部门一项重要的基础工作,预测精度的高低直接影响到电网运行的安全性、经济性以及电能质量。采用符合短期负荷特性的混沌理论对短期负荷进行预测,在相空间重构和混沌识别的基础上,建立短期负荷加权一阶局域多步预测模型和最大Lyapunov指数的预测模型,通过对一组实际的短期负荷数据进行预测,仿真结果表明:两种方法都能较准确地预测短期负荷,对于一周内的预测结果,最大Lyapunov指数预测模型的预测精度略高于加权一阶局域多步预测模型的预测精度。

基于负荷混沌特性的改进Lyapunov指数预测法

针对目前常用负荷预测方法多依赖主观经验,为了提高预测精度,从相空间重构理论出发,结合负荷序列的混沌特性,提出了一种计算最大Lyapunov指数的改进算法。改进算法中引入一种取舍规则,提高了最大Lyapunov指数提取精度。利用改进算法建立实际电力月负荷预测模型,实际应用结果表明该模型具有一定实用价值。

电力系统中长期负荷空间相关性的分析与预测

利用空间自回归模型对电力需求量与GDP之间的空间相关性进行了分析,同时建立了计及电力需求与GDP空间相关性的组合预测模型。实例计算结果说明全国30个省、直辖市和自治区电力需求和地区生产总值GDP都有显著的空间相关特征,电力需求量与GDP之间在空间上具有较大的正相关性;计及电力需求与GDP空间相关性的组合预测模型相对误差相对较小,适应性增强,是一种行之有效的预测方法。

自回归误差下的改进Lyapounov最大指数法在短期负荷预测中的应用研究

电力系统在国民经济发展中具有重要地位,保持电网的供需平衡是电力系统稳定运行的基础。由于当前的超大容量存储技术发展的还不够成熟,难以解决剩余电能的存储问题,所以,目前电能供给与需求还必须遵循供需平衡的原则。为了对供电系统日前调度进行更好的优化,针对Lyapounov最大指数法的嵌入维数提出了一个自回归误差算法,该算法克服了以往人为对嵌入维数进行取值造成的维数获取不准确问题。同时,提出的回归算法模型还可以解决人为因素造成的预测误差较大且误差具有随机性问题。因此,采用我们提出的算法进行负荷预测,能够使得电网发电机组备用计划制定更加合理,从而可以减少发电机组由于备用不合理带来的经济损失。最后,通过仿真对比分析可以得出采用本算法的相空间重构电力负荷短期预测值更加接近于真实值,而且得到的误差范围更小更稳定。同时,由仿真结果也验证了所提算法模型的有效性和可行性。

基于空间自回归模型的电力系统中长期负荷特性分析与预测

文中利用空间自回归模型对电力需求量与GDP之间的空间相依性进行了分析,同时建立了计及电力需求与GDP空间相关性的组合预测模型.实例计算结果说明全国30个省、直辖市和自治区电力需求和地区生产总值GDP都有显著的空间相关特征,电力需求量与GDP之间在空间上具有较大的正相关性;计及电力需求与GDP空间相关性的组合预测模型相对误差相对较小,适应性增强,是一种行之有效的预测方法.

基于“源-汇”原理的森林空间格局变化研究——以福建省为例

[目的]借助“源—汇”景观原理,明晰区域性的森林覆盖时空变化特征所蕴含的内在机制,为森林资源保护提供决策依据。[方法]利用福建省2010和2020年的土地利用/覆盖变化(LUCC)、数字高程模型(DEM)和道路交通数据集,将对森林丧失起到促进或阻止/延缓作用的景观分别视为“源”景观和“汇”景观,综合高程、坡度和距离3个景观空间要素计算得到综合景观空间负荷对比指数(LCI′),从省、市2种尺度对福建省森林丧失空间格局变化进行系统分析。[结果]省域尺度下,2010和2020年LCI′分别为0.117和0.152,“源”景观对森林丧失贡献较大,且景观空间要素的作用表现为:距离>坡度>高程;市域尺度下的LCI′计算结果存在差异,南平、三明、龙岩,LCI′相对较小(<0),福州、莆田、厦门、泉州、漳州地区的LCI′较大(>0);与2010年相比,2020年福建省各市LCI′均有小幅上升,其中福州市增长幅度最大(0.070),相对其他城市的森林丧失变化情况更为剧烈。[结论]近10 a来,福建省各区域存在不同程度的森林丧失,LCI′能够将景观格局与过程相结合,在一定程度上有效地反映2010—2020年福建省森林空间格局变化情况。

不同尺度景观空间分异特征对水体质量的影响——以深圳市西丽水库流域为例

由于景观格局对水体质量的影响是依赖于研究尺度、并且随着时间尺度和空间尺度的变化而变化的,因此探讨不同尺度上景观格局变化对水质的影响程度具有重要的研究价值。从深圳市水库流域水环境保护的需求出发,选择西丽水库及其汇水子流域为研究对象,以陈利顶等提出的景观空间负荷对比指数分析方法为基础,区分高度、坡度和距离3个空间要素计算了分区和累积景观空间负荷对比指数,继而利用该指数对比分析了不同时空尺度上"源""汇"景观空间分异特征变化对水质的影响程度。研究结果表明,不同尺度上的景观空间分异特征可以显著影响"源""汇"景观在非点源污染输出和削减方面贡献程度的对比关系,从而影响水体质量。由于不同尺度上景观空间分异特征的复杂性以及"源""汇"景观在数量和类型方面差异的显著性,景观空间负荷对比指数的对比关系并不能良好地反映不同空间尺度上景观空间分异特征对水质影响的差异状况,因此必须针对不同的研究尺度有选择的应用该方法来探讨景观空间分异特征对水质的影响程度。

城镇化流域“源-汇”景观格局对河流氮磷空间分异的影响——以天津于桥水库流域为例

随着流域城镇化的加速,流域城镇化景观格局对流域水质的影响逐渐加剧。以城镇化趋势明显的于桥水库流域为例,基于流域"源-汇"景观特征指数,并结合于桥水库流域2013、2014和2015年33个子流域的水质数据,采用空间分析、相关分析和冗余分析等方法,探讨了在城镇化影响下,于桥水库流域景观特征指数和水质指标的定量关系。结果表明:整个流域从上游到下游呈现"汇"景观面积减小,"源"景观面积增大的趋势,居民建设用地面积比在中下游子流域达34.6%,"汇"型景观中林地面积为33.5%;景观空间负荷对比指数(LWLI)全局Moran′s I的值为0.637,P<0.01,在空间上存在趋于集群的现象,LWLI高-高聚集区与城镇化集中区域具有一致性。LWLI与流域氮、磷空间分布存在极显著的相关性,平水期TN与LWLI的复相关系数R_2为0.811,丰水期LWLI与TP的复相关系数R_2为0.741;子流域所有水质参数NH_4^+-N、TN、NO_3^--N、TP及LWLI均集中在同一象限,与其它景观特征指数相比,LWLI对河流中氮、磷的影响最大。城镇居民用地与水质指标存在极显著的相关性,是流域水质污染重要的贡献源。流域城镇化发展中,建议提高村镇的景观连通性,便于污染物集中处理,同时增加林地、草地面积,改善流域的生态水文功能。

基于GIS的天水市秦州区樱桃园土壤重金属元素空间分布与污染评价

[目的]获取土壤重金属污染状况,为促进秦州区樱桃园产业的可持续发展提供科学依据,也为其他果树用地的土壤重金属污染防治提供借鉴。[方法]以天水市秦州区樱桃园主产区的6个镇(太京、玉泉、藉口、关子、牡丹、杨家寺)作为研究点,运用空间分析的方法,研究表层土壤中的重金属污染的空间分布特征,又运用尼梅罗综合污染指数法和污染负荷指数法对土壤重金属环境质量及潜在生态风险进行评价。[结果]通过应用GIS得到的空间分布图可知,秦州区樱桃园土壤重金属污染程度都较轻,东北部樱桃园土壤重金属污染较西南部污染严重。[结论]樱桃园土壤重金属污染程度突出元素为Pb,而Zn,Cr,Cu属轻度污染水平,Cd污染最轻,5种重金属元素之间含量差别较明显。土壤重金属污染主要集中在太京镇、玉泉镇、藉口镇,这些区域靠近城市中心,受交通、人为因素影响密切,污染严重。

基于混沌理论的电力系统短期负荷预测的局域模型

短期负荷预测是电力系统调度的基础,其预测精度直接影响系统运行的安全性和经济性。传统预测方法在对影响负荷的不确定因素的模拟方面主要采用概率方法和模糊集方法,有局限性。为此,仍然有必要探索新的、更合适的方法。在此背景下,考虑采用混沌时间序列来进行短期负荷预测。首先,利用混沌时间序列理论对负荷时间序列进行相空间重构,同时提取吸引子的分形维数,结果表明负荷时间序列具有混沌特性;并通过分析时间序列连续功率谱和计算最大Lyapunov指数,进一步证实了短期电力负荷时间序列具有混沌特性。之后,通过采用局域线性预测模型和广义自由度方法确定最近邻域点数,来进行短期负荷预测。最后,以某实际电力系统2007年3月1日至5月14日的负荷数据作为历史样本,对次日的负荷进行预测,说明了所提出的方法的基本特征。

三峡库区典型农业小流域溶解态养分输移对“源—汇”景观格局的响应

“源—汇”景观格局反映了流域土地利用配置与空间要素分布,导控流域能源流动与水沙过程,是影响小流域养分流失的重要因素。为探明景观格局对不同降雨类型下,农业小流域溶解态养分输移的影响,以三峡库区石盘丘小流域的传统农业型集水区与农林复合型集水区为研究对象,监测不同强度侵蚀性次降雨事件中,两个集水区出口断面处径流溶解态氮、磷浓度,利用航测数据结合最小累计阻力模型识别“源-汇”景观空间格局,引用景观空间负荷对比指数(Location-Weighted Landscape Index,LWLI)进一步分析小流域溶解态养分输移对“源—汇”景观格局的响应机制。结果表明:(1)传统农业型集水区内,“源”“汇”景观面积比为1.8︰1,以“源”景观为主,景观垂直分异性明显;农林复合型集水区内“源”“汇”景观比例约1︰1,且均衡分布,但高陡坡区域占比高、平均坡度大。(2)两种类型集水区内,溶解态氮、磷流失负荷均表现为暴雨>中雨>大雨,而不同降雨事件中,传统农业型集水区养分输出负荷及其变异系数均高于农林复合型集水区,养分输移波动性强,更易受到降雨强度变化的影响。(3)农业用地在两种集水区内均是主要的养分流失来源,但受坡度限制,其他林地可能是农林复合集水区中重要的养分迁出区域;传统农业型集水区的LWLI高达0.75,表征了该集水区的高氮、磷流失风险;农林复合型集水区LWLI为0.28,养分输出量低,这是合理的景观空间格局与农林复合经营模式共同作用的结果。“源—汇”景观格局对小流域养分流失影响显著,可通过“源—汇”景观空间负荷对比指数对小流域养分流失风险进行判别,并为“源—汇”景观格局优化及小流域面源污染防控提供依据。

供热负荷时间序列混沌特性识别及区间预报研究

对供热负荷时间序列进行了混沌特性分析,计算得到了吸引子维数和最大Lyapunov指数。在最大Lyapunov指数点预报法的基础上,提出了最大Lyapunov指数区间预报法,并给出了最大预报时间尺度。仿真结果表明,该方法可取得较高的预报精度和较高可靠度的预报区间。

电力短期负荷时间序列混沌特性分析的技术改进

电力短期负荷具有混沌特性。通过深入研究其混沌吸引子的形状、关联维数及最大Lyapunov指数,发现这些混沌特征数对电力短期负荷预测具有重要意义。在相空间重构的基础上,经研究发现电力短期负荷二维相图两坐标间延迟时间为8时,其混沌吸引子能得到最好的再现;对计算关联维数的G-P算法中关键参数的选取提出了简单易行的方法,使该算法更易于操作;对计算最大Lyapunov指数的小数据量方法做进一步改进,提出了一套固定参数,并用Henon系统数据验证了该方法的有效性。用上述改进方法进一步分析了电力短期负荷的混沌特性。

基于自回归误差的短期负荷预测中的应用研究

电力系统在国民经济发展中具有重要地位,保持电网的供需平衡是电力系统稳定运行的基础。为了更好的解决供电系统的日前调度问题,文章针对Lyapounov最大指数法嵌入维数提出了一个自回归误差算法,它克服了以往人为对嵌入维数取值造成的不准确问题。同时,通过提出的回归算法模型还可以解决由于人为因素造成的预测误差较大及误差具有随机性问题,能够使得电网发电机组备用计划制定更加合理,减少了发电机组由于备用不合理带来的经济损失。

基于混沌序列的电力系统短期负荷预测

短期负荷预测是电力系统负荷预测的重要组成部分,是能量管理和配电管理的基础,对电力系统日常发电计划和运行有着重要意义。本文所做的短期负荷预测是基于混沌理论进行的本文利用混沌理论完成了对郑州市短期的负荷预测。首先,采用C-C算法对重构相空间的参数嵌入维数和延迟时间进行了求解,使用小数据量法求出最大Lyapunov指数,从而进行负荷时间序列的混沌特性的判别及可预测时长范围的确定。最后,建立了基于最大Lyapunov指数预测模型,对某市的整点负荷进行了预测。

普者黑流域土地利用及“源-汇”景观的氮磷输出响应研究

以滇东南典型岩溶流域普者黑为研究对象,在将流域划分为26个子流域的基础上,以2018年3个水期各子流域的水质数据为依据,结合子流域内土地利用结构和景观格局特征,采用相关性分析、冗余分析和回归分析,探讨流域氮、磷输出与景观特征指数的定量关系。结果表明:丰水期氮、磷输出要高于枯水期和平水期,全流域从外围到中部呈"汇"景观逐渐减小,"源"景观逐渐增大趋势,耕地是流域氮、磷输出的主要"源"景观,水域具有改善水质的"汇"景观功能;耕地、水域面积比例和斑块密度、香农多样性指数与水质之间相互关系显著,说明农业活动是影响普者黑流域氮、磷输出的主要原因,景观的破碎化促使了这一生态过程的发展;3个水期景观空间负荷对比指数(LWLI)与TP、PO4^3--P和NH4^+-N均呈正相关,枯水期和丰水期时LWLI与所有水质指标均集中于同一象限,LWLI与丰水期TP的回归系数最大,R2为0.856,表明LWLI对水质指标的解释能力远大于传统景观指数,对水质评价及预测有重要意义。

基于格局-过程理论的非点源污染实证研究:以黄土丘陵沟壑区水土流失为例

非点源污染是影响地表环境的主要污染方式之一.针对黄土高原丘陵沟壑区水土流失这一典型的非点源污染问题,应用非点源污染的空间识别方法———景观空间负荷对比指数和景观坡度指数,对黄土高原泾河流域12个子流域进行了实证研究.结果表明,耕地、低覆盖度草地和各种林地的景观坡度指数和景观空间负荷对比指数对流域土壤侵蚀模数有显著的响应关系,对径流深度存在着一定的响应关系,而对径流变异系数和侵蚀变异系数没有明显的响应.说明景观空间负荷对比指数和景观坡度指数对流域水土流失具有一定的指示作用,可作为水土流失等非点源污染空间风险评价的1个有用方法.