基于优化的MaxEnt模型预测气候变化下松褐天牛在我国的潜在适生区

【目的】预测松褐天牛在我国最新的潜在适生区及其对气候变化的响应,为松褐天牛的传播风险分析及其精准防控提供理论依据。【方法】利用松褐天牛650个分布点数据和20个环境变量,基于优化的MaxEnt模型和ArcGIS 10.7软件,预测当前和未来气候情景下松褐天牛在我国的潜在适生区分布及其空间格局变化。【结果】模型优化结果显示,当特征组合选取线型、二次型、铰链型、乘积型,调控倍频设置为1.5时,模型为最优模型,准确度最高;Jackknife检验表明,温差月均值、年降水量、最干月降水量、最暖季度降水量和海拔是影响松褐天牛分布的主导环境变量;在当前气候情景下,松褐天牛在我国的适生区主要分布于黄河以南地区;在未来气候情景下,松褐天牛的适生区面积呈显著增加趋势,新增适生区主要集中于陕西省、河南省、甘肃省、山东省和辽宁省。【结论】优化后的MaxEnt模型能够准确预测松褐天牛在我国的潜在适生区分布;温度和降水是影响松褐天牛分布的主导环境变量;气候变化会引起松褐天牛适生区迁移。

基于优化的MaxEnt模型预测赤水蕈树的潜在适宜区

赤水蕈树(Altingia multinervis)具有较高的经济和药用价值,但由于气候变化和人类活动的强烈干扰,使其野生种质资源已近枯竭,被列为国家二级保护植物。为重建末次间冰期以来赤水蕈树地理分布格局变化过程、了解环境因子对潜在适宜区的制约机制,为赤水蕈树及其周围野生动植物的栖息地保护和引种栽培提供可靠的科学依据,该文运用MaxEnt模型结合地理信息系统ArcGIS软件模拟赤水蕈树潜在适生区及其空间变化格局,利用贡献率(PC)、置换重要值(PI)和刀切图评估制约现代地理分布的主导因子。结果表明:(1)优化的MaxEnt模型预测精度极高,AUC值大于0.97;赤水蕈树现代潜在适生区主要集中分布在贵州、四川和重庆交界的长江流域周围,其中以贵州赤水河流域为最佳适宜区;昼夜温差月均值(bio2)、年降水量(bio12)、降水季节性变化(bio15)和温度年较差(bio7)四个关键环境因子影响赤水蕈树的地理分布。(2)现代赤水蕈树潜在中高适生区面积2.6926×10^(4)km^(2),末次间冰期、全新世中期、未来时间段(2041—2060年、2061—2080年)低浓度(RCP2.6)和高浓度(RCP8.5)的中高适生区面积分别是2.2773×10^(4)、2.8310×10^(4)、2.1596×10^(4)、2.6051×10^(4)、2.3304×10^(4)、2.4604×10^(4)km^(2)。(3)在未来4种排放情景下,赤水蕈树新增的面积集中在四川和贵州区域,而在过去的全新世中期则集中分布在重庆区域。综上结果表明,赤水蕈树分布范围狭窄,而赤水河流域独特的地形优势可能是其避难的主要场所。

基于优化的MaxEnt模型预测青海省祁连圆柏潜在分布区

【目的】预测祁连圆柏在青海省的潜在分布区,为祁连圆柏林的经营管理和保护修复提供理论依据。【方法】利用气候、地形、土壤、生态系统类型和人类活动强度5类环境变量,基于R语言Kuenm程序包优化后的MaxEnt模型预测祁连圆柏在青海的潜在分布区,并探讨影响祁连圆柏地理分布的主导环境因子及其适宜区间,同时应用2018—2020年青海省祁连圆柏林现地调查数据对预测结果进行准确性验证。【结果】预测的祁连圆柏潜在分布区主要分布在青海东部、东北部和北部,适生区面积为3.20万km^(2),用于验证的现地调查小班均落入预测的适生区。祁连圆柏适宜生长的环境条件:气候(最热月份最高温15~22℃、最冷月最低温-23~-15℃、年平均降水量300~600 mm、等温性<39%、降水季节性变异系数88~103),地形(海拔2800~3950 m、坡度12°~18°、坡向(阳坡、半阳坡及半阴坡)),土壤(土壤有效水含量>0.4 mm/m、0~30 cm土层硫酸盐含量<0.2%),生态系统类型(农田、林地和草地生态系统);祁连圆柏适宜分布区人类足迹指数>10。【结论】优化后的MaxEnt模型可准确反映祁连圆柏的潜在适宜区分布情况。祁连圆柏地理分布是由地形、气温、降水、生态系统类型、土壤和人类活动等多种因素综合影响的结果,海拔是影响祁连圆柏在青海分布的主导环境因子。研究结果可为祁连圆柏造林适宜空间选择提供可靠的理论依据和实施方向,同时,分布区适宜性等级划分结果可为祁连圆柏林的经营管理和保护修复决策提供参考。

基于优化MaxEnt模型的我国淫羊藿潜在适生区预测研究

目的 预测当前气候条件下淫羊藿在我国的潜在适生区,为淫羊藿资源可持续利用及生产规划提供依据。方法 基于经筛选后的267个淫羊藿物种分布数据及8个环境因子,利用R语言kuenm包优化最大熵(MaxEnt)模型参数,分析影响淫羊藿分布的主要环境因子,并预测其潜在分布范围。结果 优化后模型运行结果遗漏率=0.044 8、Akaike信息量准则=6 409.884 5、曲线下面积=0.986,说明模型准确度较高。基于环境因子贡献率与刀切法表明,当前影响淫羊藿分布的关键环境因子主要有7月份平均降水量、2月份平均最高气温、9月份平均降水量、最冷季度降水量、降水量变异系数、温度季节性变化标准差及最暖季度降水量。模拟结果显示,当前气候条件下我国淫羊藿总适生区面积约221.14×10^(4)km^(2),集中分布在我国中部及中南部地区。其中高适生区面积约23.13×10^(4)km^(2),中适生区面积约73.78×10^(4)km^(2),低适生区面积约124.22×10^(4)km^(2)。结论 本研究可为淫羊藿资源人工栽培规划及可持续利用提供参考。

基于优化MaxEnt模型的濒危植物海南风吹楠生境适宜性评价

【目的】海南风吹楠为中国湿润热带雨林的标志性物种,由于其自身生物学特性和人为破坏、盗伐而处于濒危状态。预测当代时期海南风吹楠在中国的潜在适生区,分析影响其适生区分布的主要环境因子,探究未来气候情景下其适生区的分布格局变化,可为海南风吹楠种质资源的保护和恢复提供理论依据。【方法】基于海南风吹楠的37个种群分布点和11个环境因子数据,利用经过R语言优化的MaxEnt模型以及GIS软件预测该物种的适生区的分布及未来变化趋势,探讨影响其分布的主要环境因子。【结果】优化的MaxEnt模型预测精度高,平均AUC值为0.960;最冷月份的最低温度、年平均温度差、归一化植被指数是影响海南风吹楠适生区分布的主要环境因子,其中,最冷月份的最低温度适宜值范围为9.7~14.7℃,年平均温度差适宜值范围小于20.7℃,归一化植被指数适宜范围大于211;当代时期海南风吹楠的适生区分布于中国南部的广西、云南和海南3省区,总面积为20.71×10^(3)km^(2),其中高适生区面积为8.63×10^(3)km^(2),低适生区面积为12.08×10^(3)km^(2);在未来3个时期4种情景下,海南风吹楠适宜生境面积呈整体扩大趋势,生境分布质心位置将向高纬度迁移,表现为向北部变化的趋势。【结论】优化的MaxEnt模型可较准确预测海南风吹楠潜在适生区。海南风吹楠在当代时期仍有较大范围的潜在适生区,主要受温度相关因子影响。随着气候变化,未来海南风吹楠适宜生境面积增大,适生区向北迁移。

基于优化的Maxent模型预测桔梗在中国的潜在适生区

桔梗Platycodongrandiflorum(Jacq.)A.DC.作为最常用的大宗药材,在药用、食用和化妆品领域中都有着重要价值,市场需求量逐年增多,具有良好的开发前景。本研究以中国境内桔梗为研究对象,基于403条分布点和8个环境因子变量,运用参数优化后的Maxent模型探究未来气候条件下桔梗的适生分布情况。研究表明Maxent参数在特征组合(featurecombination,FC)为LQPH(L:线性特征;Q:二次型特征;P:片段化特征;H:乘积型特征),调控倍频(regularizationmultiplier,RM)为2.1时,模型模拟效果最佳,受试者曲线下面积(areaundercurve,AUC)为0.901;模型预测显示在当前气候条件下,桔梗广泛分布于中国的28个省份,适生区面积达2337419.98km^(2);在未来气候变化影响下,桔梗的适生区面积呈现降低趋势,分布中心整体呈现向北和向东偏移的趋势;当前三大主产区内桔梗的分布面积受气候变化影响的变化趋势不同,总体表现为在内蒙古赤峰的未来适生分布面积增加,而在共享社会经济路径5-8.5(shared socioeconomicpathways,SSP)排放情景下山东淄博和安徽亳州、太和县的未来适生分布面积减少甚至消失。建议维持和保护好适宜桔梗生长的保留区的生态环境和种质资源,增加在桔梗扩增区中的栽培研究,为后续拓展桔梗种植打下基础,由此促进桔梗资源的保护和可持续发展。

以地理模拟与优化系统(GeoSOS)模型进行的升金湖湿地景观模拟与演变预测

以升金湖国际重要湿地为研究区,根据2010—2020年Landsat系列遥感影像,分析该湿地景观变化特征及驱动因素,利用地理模拟与优化系统(GeoSOS)模型对2025年该湿地在不同发展情景(自然情景、耕地保护情景和生态保护情景)进行景观模拟与预测,探究该湿地景观的未来演变趋势,并提出相关规划建议。研究表明:(1)2010—2020年间,草地面积略微减少,滩涂和水体面积有部分增加,景观结构趋于复杂化,主要受到年降水(自然因素)及GDP(人文因素)的影响;(2)GeoSOS模型中,人工神经网络-元胞自动机(ANN-CA)算法的模拟精度最高,总体精度达到63.28%,Kappa系数达到0.503,品质因数(FoM)达到0.122,适用于湖泊湿地景观模拟与预测;(3)根据2025年不同发展情景湿地景观预测结果,采取生态保护策略最能有效保障自然湿地面积,维持湿地景观的多样性与稳定性。

基于RHT本构模型的连续装药预裂爆破孔距优化研究

为解决北衙金矿在使用预裂爆破技术时整体爆破效果不佳的问题,基于RHT损伤本构模型,利用ANSYS/LS-DYNA数值模拟软件,开展了不同孔距下预裂爆破的数值模拟研究。结果表明:当预裂孔炮孔间距为120 cm时,孔间裂纹存在较为明显的分叉,且裂纹扩展范围较大;当炮孔间距为130 cm时,裂纹向四周扩展的范围减小,且炮孔周围岩石的损伤程度明显降低;当炮孔间距增加至140 cm时,相邻预裂孔连线上的裂纹仅在局部连通,无法实现孔间贯穿。上述结果说明,130 cm的炮孔间距在降低预裂爆破自身对岩体的扰动与实现有效爆破成缝之间达到了平衡。基于数值模拟试验结果开展了现场试验,爆破效果良好。研究结果可为矿山的预裂爆破设计和施工提供参考。

应用优化最大熵模型的珍稀濒危玉兰属物种适生区预测

依据中国9种珍稀濒危玉兰属(Yulania spach)物种的地理分布数据及37个环境因子数据,利用R语言ENMeval包优化最大熵模型(MaxEnt)的正则化乘数(RM)和要素组合(FC)参数,提高模型模拟精度,以便更好的预测出各物种在基准期和未来3种气候情景的潜在适生区分布趋势,并分析影响其分布的主要环境因子。结果表明:(1)最大熵模型优化后,各珍稀濒危玉兰属物种的受试者工作特征曲线(ROC)下面积(AUC)值均在0.95以上,表明模型模拟效果极好,可用于中国珍稀濒危玉兰属物种地理分布模拟;(2)影响珍稀濒危玉兰属潜在分布的主要环境因子,贡献率从大到小依次为,最冷月最低温(BIO6,46.38%)、等温性(BIO3,13.83%)、坡度(SLO,8.03%)、最暖季降水量(BIO18,7.57%)、最干月降水量(BIO14,6.78%),其中,对各物种潜在适生区分布影响最大的影响因子为最冷月最低温,在存在概率最高时,各物种的最冷月最低温均在0℃左右;(3)在未来2061—2080年3种不同的气候情景时,光叶玉兰、青皮玉兰、凹叶玉兰及紫玉兰总适生区面积呈扩大趋势,增加面积在7 398~879 439 km^(2);景宁玉兰、罗田玉兰、天目玉兰、宝华玉兰、滇藏玉兰总适生区面积呈缩减趋势,减小面积在1 605~669 830 km^(2)。

基于MaxEnt生态位模型预测当前气候条件下顶羽菊在中国的潜在适生区

顶羽菊Rhaponticum repens(L.)Hidalgo又称匍匐矢车菊,为我国进境植物检疫性有害生物,是一种繁殖力、抗逆性强且难以防除的杂草,可对农作物及牧草等造成危害。本研究基于顶羽菊在全球范围内的地理分布数据,以及当前条件下影响物种分布的环境因子,利用MaxEnt生态位模型预测顶羽菊在我国农田和草地区域的潜在分布。结果表明,影响顶羽菊潜在分布的主要环境变量为最干月份降水量、年平均温度、昼夜温差与年温差比值、最暖季度平均温度、最湿月份降水量、降水量季节性变异系数、最热月最高温度以及最干季度降水量。预测结果表明,顶羽菊在我国36°N-48°N,75°E-108°E范围高度适生,包括新疆西部、甘肃、宁夏、内蒙古三省交界处及周边地区;新疆东北部、宁夏南部、甘肃东南部、内蒙古中部、陕西和山西大部分地区、云南、西藏、四川、辽宁、黑龙江少许地区为中适生区。此外,顶羽菊对我国农田潜在危害面积达4.536万km^(2),占我国农田总面积的25.34%,对我国草地潜在危害面积达8.875万km^(2),占我国草地总面积的29.05%。综上所述,建议将我国内蒙古、宁夏、甘肃、新疆等地区列为顶羽菊高风险重点监测区,尽早采取防控措施,防患于未然。

大语言模型赋能场景生成和双层优化的多农业园区供电-灌溉-蓄水耦合运行

传统农灌负荷的使用具有集中性和无序性,显著加剧电力系统的供需不平衡与运行成本。为提升农业园区运行的经济性和光伏资源的消纳能力,通过刻画农灌负荷特性,结合作物生长用能需求,提出一种基于大语言模型(largelanguagemodel,LLM)场景生成和双层优化的多农业园区优化调度模型。该模型利用LLM时序分析能力进行光伏短期发电功率预测,然后通过LLM知识推理能力构建农业用水知识图谱,知识图谱中丰富的语义关系辅助LLM推理和预测,生成更符合实际情况的农业供电-灌溉-蓄水场景。双层优化调度模型在生成场景基础上,以园区经济运行为优化目标,对多农业园区供电-灌溉-蓄水进行耦合优化调度。最后,通过仿真验证,本文所提出的方法显著提升了农业园区电力系统运行稳定性,并有效降低了系统运行成本。

基于AquaCrop模型的水稻多目标灌溉制度优化研究

【目的】优化现有水稻灌溉制度,节约灌溉用水量,减少稻田氮磷流失量以降低面源污染风险。【方法】构建了基于AquaCrop模型和NSGA-Ⅱ算法的水稻灌溉制度模拟优化模型,利用水稻田间试验数据,开展以产量最大、氮磷流失量最小、灌水次数最少的3种目标组合(产量-氮磷流失量(Y-TNP)、产量-灌水次数(Y-N)、产量-氮磷流失量-灌水次数(Y-TNP-N))下的灌溉制度优化模型研究,提出适应不同生育期降水年型的稳产-控污-提效灌溉制度。【结果】(1)与常规灌溉相比,Y-TNP灌溉制度优化水稻产量下降2.14%,氮磷流失量减少23.09%;Y-N灌溉制度优化水稻产量下降1.76%,灌水次数减少53%;Y-TNP-N灌溉制度优化水稻产量下降2.64%,氮磷流失量减少22.83%,灌水次数减少2次。(2)不同典型年以Y-TNP-N为目标优化的稳产-控污-提效灌溉制度水稻产量介于7.74~7.78 t/hm^(2),同时大幅度减少灌水量进而降低氮磷流失量。【结论】AquaCrop模型可模拟试验区水稻的生长发育过程,本文构建的模拟-优化耦合模型可用于优化不同生育期降水年型下稳产-控污-提效的灌溉制度。

基于曲面耕作半径与MaxENT模型的哈尼梯田区聚落格局优化

乡村聚落格局优化是土地整理的一项重要工作,对缓解区域人地矛盾,解决“三农”问题,实现区域可持续发展具有重要意义。该文以红河哈尼梯田世界文化遗产所在地元阳县为研究区,采用曲面距离法计算耕作半径,以景观连接度和缓冲区法计算耕地重叠区(耕作强度),再结合耕作通勤时间计算得到哈尼梯田区的适宜耕作半径。然后依据遗产保护要求与适宜耕作半径识别出聚落格局整理区,引入生态模型MaxENT,以气候、地质地貌及社会经济等4大类的11个因子为数据源模拟得到新增聚落的空间位置,提出聚落格局优化建议。结果表明:1)基于曲面距离和耕作重叠计算得到的全县最适宜耕作半径为1041m。2)依据遗产保护和适宜耕作半径分析识别出需要进行聚落格局优化的区域为遗产核心区的新街镇、小新街乡,其余地区为聚落低密度区。3)通过MaxENT模型分析影响聚落分布的因子表明,遗产区为气候因子即降水和气温、小新街乡为气温和旅游中心距离,聚落低密度区则为海拔和岩性。4)MaxENT模型模拟的新增聚落空间位置及格局优化表明,遗产区内潜在适宜聚落区面积为18.42 km^2,其中核心区内聚落根据遗产保护条例整体保留,新增人口可外迁至缓冲区(沙拉托乡)内的潜在适宜区;小新街乡内潜在适宜聚落用地面积为9.26 km^2,区内聚落就近迁入潜在适宜区;其余聚落低密度区内的潜在适宜居住面积为92.26 km^2,在潜在适宜区内选址聚集为2~3个聚落群。该文研究结果可为哈尼梯田基本农田改造、撤村并点、遗产保护规划、聚落空间结构调整提供科学参考。

基于遗传算法的磨削力模型系数优化及验证

在磨削力模型求解问题中,目前大多使用分段计算法或列方程组直接计算各个待求系数,不仅计算量大且其精度也无法保证。另外,传统的回归模型容易陷入局部最优,难以描述非线性关系。为此,将遗传算法引入到非线性优化函数参数优化中,基于外圆横向磨削力模型、平面磨削力模型、外圆纵向磨削力模型等现有的模型数据,开展磨削力理论模型的系数优化方法研究。相关性分析结果表明:通过计算得到的3种模型磨削力的预测精度提高了14.69%~42.54%,且3种模型所预测的法向磨削力的平均误差分别为5.9%、9.13%、3.23%,切向力平均误差分别为6.78%、8.36%、3.69%。经对比知,优化后的模型拟合度较好,模型预测精度显著提高。遗传算法优化后的非线性优化函数GA-LSQ算法更适合磨削力模型的求解,可对磨削力的预测及实际加工生产中的参数优化提供参考。

基于Vague集和响应面模型的注塑工艺多目标优化

针对注塑工艺多目标优化问题,以塑件的翘曲变形量、顶出时体积收缩率和缩痕深度作为优化目标,选取熔体温度、模具温度、注射时间、保压压力、保压时间等工艺参数为试验因素,采用中心复合试验设计结合模流分析建立试验样本,利用Vague集方法计算各优化目标相似度,通过指标相关性的指标权重确定(CRITIC)法确定各优化目标影响权重,得到综合相似度;建立综合相似度与各工艺参数之间的响应面模型,运用灰狼算法进行工艺参数寻优,得到最优工艺参数组合。结果表明,将Vague集和响应面模型相结合的优化结果显著,为实际生产过程提供了有益参考。

无烟煤分子模型构建及优化方法研究

为了认识煤的分子结构特征,采用元素分析、^(13)C-核磁共振、傅里叶变换红外光谱等测试方法构建无烟煤大分子模型。研究结果表明:大分子模型中芳香碳以C的2、3环结构为主,确定其模型分子式为C_(193)H_(138)N_(2)O_(7);结构和退火优化后,其分子模型越发紧凑,键角更加弯曲,添加周期边界条件后其体系能量迅速降低,这是由于价电子能中的键伸缩能和非成键能中的范德华能降低所导致的,通过密度模拟得到无烟煤大分子最优模型的密度为1.45 g/cm^(3)。研究结果可为构建煤大分子模型提供参考。

基于改进潜能模型的城市公园绿地可达性评价与优化布局研究——以重庆市江津区为例

城市公园绿地空间布局因城市的自然条件和社会经济条件不同而具有差异性.当前国内外研究多聚焦发达地区和大城市,而小城市和典型城市的公园绿地可达性研究鲜见,且在案例代表性和数据精度方面还有一定的局限性.选择西南山地类型的重庆市江津区中心城区为案例,以居民小区出入口与公园绿地出入口为研究主体,构建改进潜能模型和网络分析方法,揭示其空间特征和存在问题,参考位置分配模型与调研结果,得出优化布局方案并检验.结果表明,江津区中心城区城市公园绿地布局与服务水平空间差异明显.提出拟新建7个游园与5个社区公园,并将部分公园绿地进行合并扩建或新增出入口.

基于MaxEnt模型的中国白刺属植物种群动态分析

目的:了解气候变化情景下白刺属植物在中国的潜在分布和种群动态,为白刺属在中国的保护与恢复提供理论依据。方法:利用144个分布点和9个环境因子,通过MaxEnt模型,模拟白刺属在不同时期(末次冰盛期、末次间冰期、当代和未来)在中国的适生区及迁移路线,并分析影响其分布的气候因素。结果:最暖季度的降水量(bio18)、年均温(bio1)、温度季节性变化标准差(bio4)和最冷季平均温(bio11)对白刺属分布有重要影响,其适宜范围分别为:50~250 mm、11~22.5℃、600~1400和-12.5~-2.5℃。当代气候情景下,白刺属适生区在中国西北各地区均有分布,在陕西和山西也有少量分布,适生区总面积为277.17×10^(4)km^(2),高适生区为68.92×10^(4)km^(2),中适生区为90.03×10^(4)km^(2),低适生区为118.22×10^(4)km^(2)。相比当代,末次冰盛期、末次间冰期和未来3个时期的高、中、低适生区面积均有所减少,另外,从末次冰盛期到末次间冰期,白刺属适生区总面积有所扩张。质心分析表明,在未来,白刺属有向低海拔处迁移的趋势。结论:在未来全球气候变暖的大背景下,白刺属植物将面临生存风险,应加强白刺属植物的保护和利用。

基于体验记忆模型的服务触点优化策略研究

目的将体验记忆模型应用于服务触点的优化研究,结合体验与记忆两个因素筛选需优化服务触点(即威胁触点),建立基于体验记忆模型的服务触点优化策略。方法首先,基于特定服务系统梳理并确定用户群,建立用户画像。基于行为追踪获取服务触点,并采取量表法对服务触点进行体验评价。其次,根据艾宾浩斯遗忘曲线确定记忆评分的3个时间点,选取定量用户并分别对服务触点进行记忆评分,结合服务触点体验评价构建体验记忆分区图,明确服务系统中的威胁触点。最后,结合用户需求,提出威胁触点的优化建议,并最终完成服务触点原型输出。结果以公园骑行服务触点优化为例证,验证了该策略的可靠性。结论体验记忆模型可有效筛选服务触点,提高设计效率,降低服务优化成本。

基于灵敏度分析与响应面模型的机床主轴箱优化设计

针对机床主轴箱结构优化设计中模型复杂及计算量大的问题,提出一种将灵敏度分析与响应面模型相结合的优化办法。以箱体壁厚和筋板尺寸为输入参数,主轴箱质量、最大变形、最大应力、1阶固有频率作为目标参数进行灵敏度分析,筛选出6个关键尺寸作为优化参数;采用最佳填充空间设计法和Kriging函数法构建主轴箱响应面模型,通过多目标遗传算法对响应面模型进行求解计算。最后对优化后的主轴箱进行有限元分析来验证求解的准确性,优化后的主轴箱质量减轻了13.58%。