试论河流地貌学的新进展和趋势

河流地貌学研究河流动力的侵蚀-搬运-堆积过程(源-汇系统)、河流地貌的时空演化,及其与地球内部构造活动和地球表层气候和环境之间的相互关系。介绍了河流地貌学与表层地球系统科学的关系、研究内容和发展趋势、前沿问题和研究机遇。河流侵蚀、搬运和堆积在构造-气候相互作用中起着重要的媒介作用,是地球内部和外部相互作用的重要纽带。随着高精度数字地形模型定量分析、地表侵蚀速率的定量测定、沉积物测年以及地貌演化数值模拟等新技术和新方法的应用,促进了不同时间和空间尺度流域地形、水系发育、河流地貌动力过程、河流地貌空间分布特征及其对构造、气候和人类活动等的响应和反馈的研究。未来除了更深入地理解流域尺度物质和形态的变化规律和机制外,加强河流地貌过程的定量表达,将流域地貌研究与表层地球系统的热点科学问题相联系,进一步开展学科交叉,服务于国家战略,才能提高河流地貌学、乃至地貌学科的竞争力。

基于DNA模型的城镇人地耦合框架及机理研究

针对城市人地系统紊乱、“三生”空间失衡、生态环境恶化等突出难题,文章借助DNA双螺旋模型,构建人类活动和区域空间螺旋交互耦合框架,通过理论类比揭示城镇人类活动与区域空间的格局和过程耦合机理,为人地关系研究提供新的视角和分析思路。结果表明:①人类活动与区域空间结构的合理配置支撑城镇人地系统运行,与DNA碱基互补配对决定生物的繁殖、遗传和变异具有较高相似性。②城镇发展过程中的人口变化、经济发展、资源利用与环境扰动等人类活动要素分别与生产空间、生活空间和生态空间等空间要素耦合,要素之间通过具有氢键作用的人流、物流、信息流、资金流等数据流连接。③城镇发展过程出现城市病的根本原因是人类活动要素与区域空间要素的不合理配置,类似“基因突变”。城镇化初期表现为要素缺失,城镇化中期表现为要素错配,城镇化中后期人地耦合从局地耦合向远程耦合转变,要素耦合逐渐协调。④新时代人地耦合研究可以借助大数据、机器学习等技术方法从内部要素耦合和系统交互耦合两方面开展定量测算。

黄土丘陵沟壑区现代沟道农业及其可持续发展

现代沟道农业是黄土丘陵沟壑区人地耦合发展形成的一种新兴农业地域类型,其可持续发展对于区域农业高质量发展、“三生”空间优化和乡村振兴具有重大现实意义。从人地系统科学认知出发,对现代沟道农业的内涵、可持续发展方向、典型发展模式和保障体系进行了探讨,并进行了相关研究展望,为系统认识黄土丘陵沟壑区沟道农业模式,推进农业可持续发展提供了理论参考。主要结论:①沟道农业是乡村地域系统的重要功能类型,具有多尺度、多层次的特点,其可持续发展应从微观、中观和宏观3个层面,协同解决土壤生态系统、农田生态系统和农业地域系统的可持续发展问题。②保障粮食安全和生态安全,积极推进农业结构调整,发展多功能农业,通过“3C”模式,即农业自身内循环、农业外循环、基于农业多功能的农业大循环,实现生产结构优化、产业链条延伸和城乡功能互补。③创新推广土地综合整治带动模式、农业结构调整带动模式、特色资源综合开发模式和土地流转规模生产模式,有助于农业提质增效和农业高质量发展。④拓展地理学与其他学科的交叉研究,深化“理论−实践”贯通式研究,探索建立涵盖技术研发与应用、人才培养、政策制度支撑等内容于一体的农业生产保障体系,全面提升沟道农业资源利用效率和综合生产效益,推动沟道农业现代化。

问题优先级判别:生态保护修复中的核心生态智慧之一

随着生态文明建设的推进,生态智慧在中国日趋重要,特别是在生态保护修复领域。然而现状生态保护修复实践存在一个难点:无数问题交叉在一起,如何在资源有限的情况下,判别生态问题优先级并依次推进保护修复是一个需要智慧的决策过程。针对这个瓶颈,立足国内外文献综述探究生态问题优先级判别的不同思路与方法。研究发现:(1)生态问题分析的主要方法包括生境质量评价、生态系统服务和生态安全格局;(2)国外生态保护修复问题优先级判别存在3个不同的时段与思路“生态重要性判定-投资收益判别-多目标优化决策”;(3)国内整体还是处于第一个生态重要性判定的阶段,对生境的强化不足,偶有学者提及多目标决策优化。立足研究,对生态保护修复过程中问题优先级判别提出了4点建议,以促使相关决策更具生态智慧。

河口海岸数字孪生建设与挑战(特邀)

河口海岸是人类生存的重要空间和经济发展的关键区域。然而,在气候变化和人类活动的双重压力下,河口海岸面临环境恶化、湿地生态受损和灾害风险增加等多重问题。为保障河口海岸可持续发展,本文以数字孪生概念为基础,结合河口海岸多圈层多界面的系统特征,提出了一个综合河口海岸立体监测和数据聚融、多过程耦合模型系统、数字孪生体和智能服务平台等关键要素的河口海岸数字孪生系统。此外,本文还详细介绍了构建河口海岸数字孪生系统所需的核心技术,涵盖监测物联网、模型耦合、大数据管理和智能分析,以及知识图谱等。尽管面临多学科全要素综合监测、人地海耦合模拟、跨领域跨行业协同、信息安全保障和服务标准制定等多重挑战,河口海岸数字孪生具有逼近真实、系统关联和提供智能服务等特点,能够提供监测、预报、预警、预演和预案等智能服务。这将有助于提高我们对河口海岸复杂系统演变、预测和应对的研究和应用能力,推动河口海岸学科群的发展,提升风险管理和综合治理水平,为河口海岸可持续发展提供强有力的支持。

黄河流域人地系统协调与高质量发展

科学解析黄河流域人地系统协调机理,寻求可持续发展途径,成为促进区域生态环境保护和高质量发展的关键。在新时代“一带一路”与黄河流域国家战略背景下,充分发挥多学科交叉综合优势,实施黄河流域人地系统协调与高质量发展科学计划,具有重要的理论价值和现实意义。该文梳理黄河流域人地系统面临主要问题,解析黄土高原“三生”空间演化及其耦合特征,探讨人地系统科学研究的重点领域和主要内容,提出了黄河流域人地系统研究范式和“土”字样带。通过黄河流域人地系统智能化模拟、高质量发展情景分析,揭示黄河流域人地系统结构功能时空格局及其演变规律,阐明国土空间生态保护与生态安全的关键因子及其驱动机制,为全面构建黄河流域资源能源节约与集约利用技术体系,深入推进生态环境保护和高质量发展战略决策提供参考依据。

快速城镇化地区农户生计策略与土地利用行为耦合协调度分析

为探讨农户生计策略与土地利用行为之间的相互作用关系,该文以上海市青浦区为例,从人地系统角度出发,将生计策略与土地利用行为分别作为子系统构建耦合协调度模型,分析二者之间的耦合关系和耦合协调关系,并借鉴强化理论探究农户土地利用行为对生计策略的反馈机理。结果表明:1)不同类型农户在生计策略与土地利用行为的耦合关系和耦合协调关系方面存在差异:耦合关系方面,4种类型农户的耦合度集中在0.4~0.5范围内,处于拮抗阶段,其中,专业农业型农户最高,为0.480 7;耦合协调关系方面,专业农业型农户耦合协调度为0.545 9,处于高度耦合协调阶段,其余3种类型农户耦合协调度集中在0.4~0.5范围内,处于中度耦合协调阶段。2)专业农业型和农业兼业型农户的耦合协调度和土地利用效应较高,其保持原有生计策略的户数比例小于50%;非农兼业型和传统农业型农户的耦合协调度和土地利用效应较低,其保持原有生计策略的户数比例大于50%。3)专业农业型的生计策略有助于提高农户生计水平和促进耕地资源的合理利用,对从事农业生产的农户吸引力较大。研究结果可为实现农户生计与土地利用的可持续发展提供重要的理论依据。

人地系统中人文因素作用的分析框架探讨

总结了人文科学理论和方法演变的一般规律,分析了人文科学理论和方法的思考范式。结合思考范式,阐述了当前人文因素研究方面主要的理论进展和评价分析方法。以环境影响评价为例,详细介绍了如何辨析人文因素及结构性成分之间的关系。最后以水资源管理为例,提出一个分析人地系统中人文因素作用的概念框架,并总结了这种思考范式所带来的启示。

人地系统可持续发展评价体系与方法研究

提出了人地系统可持续发展的评价体系和评价方法。评价体系的建立应遵循空间跨度和时间跨度相结合、简洁和区域分类的原则。人地系统的可持续性由社会经济的发展水平、资源环境的数量、质量状态及它们的协调度所决定。深圳和东莞人地系统可持续发展评价结果表明：深圳可持续性从１９８０年至１９９０年逐渐增强，但１９９１年开始下降；东莞可持续性从１９８０年以后逐渐增强；目前两市处于弱可持续阶段。

中国城市垃圾研究的典型实例──长春市垃圾普查与整治

根据垃圾在人地系统中具有的社会性、时空分异性和制约性等特点 ,认为中国城市垃圾研究只有在多学科综合研究的基础上 ,才能为解决日益紧迫的垃圾成灾问题寻找一条根治办法。以长春市为实例 ,开展了中国城市垃圾的研究。长春市城市垃圾在空间分布上具有丛聚性、成环性和自相似性的特点。垃圾的物质组成具有明显的时空变异特征 ,而且在很大程度上可受人为因素控制。追踪调查表明 ,大约有 3 / 4的垃圾量来源于非居民家庭。长春市垃圾回收缺乏再生行业支持。兴办垃圾产业可望成为整治城市垃圾并推动地区经济增长的一项有效措施。根据城市垃圾的基本特征并应用综合治理的理念 ,提出了符合长春市市情的 10项治理措施。

SARS空间传播模式及其在疫情监控信息系统设计中的应用

在中国控制SARS(SevereAcuteRespiratorySyndrome)疫情扩散与蔓延的大量科学实践活动基础上 ,从人地系统科学的理论和观点出发 ,提出了各种致病因子在人地互动过程中转移路径的逻辑模型 ,进而又提出了控制SARS疫情发展的人地互动逻辑模型。从后一个模型出发 ,把中国SARS疫情的发展规律归纳为 5种传播模式 ,即异类病毒转移传播模式、家庭和社区接触传播模式、医院和门诊感染传播模式、市内随机扩散传播模式和飞点跳跃跨区传播模式。其中 ,跨区传播模式的影响最广泛、危害最巨大、控制起来最艰巨、复杂 ,是建立中国突发公共卫生事件应急机制、增强应急能力需要解决的主要问题和关键内容。为此 ,作者对中国的疫情控制应急机制及其实现提出了一些具体的看法和建议 ,包括对现有疫情系统进行技术改造和创新的建议 ,在全新运作机制和高技术基础上建立应急疫情监测控制信息系统的概念结构等内容。

现代人地关系与人地系统科学

人地关系地域系统理论系统提出30 a来,对促进地理学综合研究、学科建设和服务国家重大战略决策发挥了重要的科学支撑与导向作用。深入解析了人地关系地域系统理论的科学内涵及时代价值,诠释了现代人地系统的类型与环境,提出了"人地圈"与人地系统科学研究的主要内容和前沿领域。初步研究表明:①现代人地系统具有复杂性、地域性和动态性特征,人-地交互作用过程、格局及其综合效应正在发生深刻变化,地球表层人地系统成为现代地学综合研究的核心内容和重要主题。②科学认知和有效协调人地关系,亟需深入探究人地系统耦合格局与机理,探明人地关系地域系统类型、结构及其动力机制。依据城乡关系将人地关系地域类型划分为城市地域系统、城乡融合系统、乡村地域系统。乡村地域系统可细分为农业系统、村庄系统、乡域系统、城镇系统等子系统,分别对应于作土关系、人居关系、居业关系、产城关系。③现代人类活动强烈地作用于地球表层人地系统,形成了人地系统耦合与交互作用的地表圈层-"人地圈",其实质是现代人类活动与地表环境相互联系、耦合渗透而形成的自然–经济–技术综合体或人地协同体。④人地系统科学或人地科学是研究人地系统耦合机理、演变过程及其复杂交互效应的新型交叉学科。它是现代地理科学与地球系统科学的深度交叉和聚焦,以现代人地圈系统为对象,致力于探究人类活动改造和影响地表环境系统的状态,以及人地系统交互作用与耦合规律、人地协同体形成机理与演化过程。人地系统耦合与可持续发展是人地系统科学的研究核心。传承创新人地关系地域系统理论和发展人地系统科学,更能凸显地球表层人类的主体性、人地协同的过程性和可持续发展的战略性,为人地系统协调与可持续发展决策提供科学指导。

绿洲地域系统及其演变规律的初步研究

绿洲地域系统是干旱区最重要的人地关系地域系统，但目前对绿洲系统的理论研究尚处在起步阶段。本文论述了绿洲、绿洲地域系统的概念、结构，讨论了绿洲可持续发展的优势和限制因素，研究了人类与自然两大系统的协调和融合，以及在自然条件约束下，人类在绿洲地区活动范围的空间变化规律。

关于人地系统研究的理论思考

人地系统正在由多学科研究走向跨学科研究 ,最终成为一门综合性的研究——人地系统科学 .综合研究的建立首先依赖于人地系统范型和科学共同体 ,在此基础上形成自上至下综合研究体系 .

区域人地系统的优化调控与可持续发展

区域人地系统的优化调控始终是现代地理学的重要任务,也是市场经济条件下中国实施可持续发展战略的理论基石。文章认为,区域人地系统优化调控的对象结构应从PRED系统改进为P_DR_DE_DE_DE_DS_D系统,人地系统优化调控的切入点与重点应坚持“以人为本”,而调控的重中之重应是人的意识建设,优化调控的目标点是追求和谐发展至上的目标。人地系统优化调控的动态机理在于模拟“人圈”与“地圈”的最佳距离,优化调控的空间结构包括核心区、发生区、支持区和作用区,各功能区相互竞争的结果形成区域定位与空间共生。协调优化和调控区域人地系统,不仅包括人地系统各要素之间以及各要素内部发展的动态协调与优化,而且包括区域之间人地系统的空间协调和优化,只有同时实现了区域之间人地系统的产业组织协调和空间组织协调,消除了区域盲目竞争与区域冲突,才能实现人地系统经济社会行为对空间区位的合理占据,才能真正实现区域之间的协调发展和空间共生。

人地系统科学及其在NSII建设中的应用

国家空间信息基础设施 (NSII)建设为我国各级政府机构管理决策和人民大众日常生活起居服务 ,有力地推动着人地系统科学领域的诞生和发展。这个领域是一个对人类和人类赖以生存、发展的地球所构成的矛盾对立统一系统 (简称人地系统 )及其矛盾双方相互作用、相互影响的行为特征、演化过程、分布规律、调控效果等进行动态监测、分析研究、模拟试验和因势利导的新生、交叉学科领域 ,具有极大的实用性、包容性和综合性。人地系统科学的发展 ,反过来又指导和推动着我国NSII建设的健康发展 ,减少盲目性、避免失误和损失。这种互动关系是贯穿本文始终的一条主要线索。文中前半部分论述了 :描述人地系统、子系统及其双方互动行为、内容、方式的概念模型 ;人地系统科学领域细分为区域、专题、实验和技术等四个人地系统学科分支的考虑以及人地系统科学的运作模式等内容。后半部分则具体说明了这个学科在解决我国NSII应用任务目标、工作边界圈定、数据共享途径以及组织分工协作等问题时的应用情况。

论地球能源演化与人类发展及碳中和战略

能源是人类发展的基础与社会进步的动力,“能”具有3种来源:地球外部天体能、地球自身能及地球与其他天体相互作用能。生命起源、能源形成与地球系统密切相关,具有3个尺度的协同演化关系:超长时间尺度上,日-地-月系统演化为地球系统的形成提供了能量来源和地外环境条件;长时间尺度上,地球系统演化为生命的诞生和人类的发展提供了能源资源等物质前提和适宜的圈层环境;短时间尺度上,人类文明发展使人类圈层突破了地球系统向地外文明拓展。伴随这一协同关系的演进,碳循环存在无机碳循环、短期有机碳循环、长期有机碳循环3种过程,人类对化石能源的无节制利用和全球化圈层改造活动打破了碳循环的自然平衡和闭环路径,导致温室气体增加和全球气候变化,影响人类幸福发展。能源转型势在必行,碳中和愿景必将实现,构建“绿色能源命运共同体”是碳中和目标下构建新型能源体系的根本举措。中国加快能源革命,建设能源强国,筑牢筑强化石能源安全供给“压舱石”,筑高筑大新能源绿色可持续发展“增长极”,依靠高水平科技自立自强,构建高质量的“清洁低碳、安全高效、独立自主”的绿色能源体系,实现中国能源生产与消费结构,从以化石能源为主的“一大三小”向以新能源为主的“三小一大”革命性转型。能源发展具有化石能源低碳化、新能源规模化、能源系统智慧化三大趋势,依靠绿色创新,贡献绿色能源,建设绿色家园,共享绿色生活。

人地协同论:可持续发展模型构建的基础

人地协同论是在陆地系统科学、非线性系统理论基础上建立起来的关于可持续发展的一个数理模型，它以社会与自然的交互作用、交界面性质及其演化规律为研究对象。本文根据系统生态学理论，提出了关于可持续生存的数学定义。

论区域持续发展的协调问题:(Ⅱ)原则与内容

首先阐述区域持续发展协调的整体性与层次性原则，功能结构性与开放协调性原则，综合集成与优化控制原则，公平与效率相结合原则．然后从宏观、中观和微观三个层次系统阐述了区域人地系统协调的内容．

基于系统动力学方法的人地系统优化调控研究

人地系统是地理学最为重要的研究内容,区域可持续发展有赖于人地系统的合理结构与优化模式以及人们对此系统的有效调控.县级区域是一个具有复杂系统结构与功能的人地关系地域系统,本文以黄陵县为例,结合实地调查资料和统计数据,分析县域人地系统中人口、资源、经济和社会等结构特征.运用系统动力学理论与方法,建立人地系统演变的动态调控模型,对该系统进行多种发展方案调控试验,比较优选出县域人地系统协调发展的优化调控模式,为地区可持续发展提供决策依据.