试论山地系统科学(英文)

根据山地研究现状和相关学科发展,提出山地系统科学概念、科学问题、研究方法,建立山地系统科学的框架.山地系统科学,以地球系统科学理论作为理论指导,以"3S"集成等新方法和技术体系为支撑,从时间序列、空间结构、动态过程和耦合关系等多维度入手,对山地系统的动态过程、演变规律、形成机制、耦合关系等展开全方位的研究.从时间序列上,重点研究不同时期自然及人为作用下山地系统的环境演变与山地资源灾害的时空响应机理,辨识环境演变与资源灾害过程的驱动力,揭示山地环境演变过程和山地灾害的成因机理;从空间结构上,开展山地系统结构、功能及成山过程研究,深入探讨不同类型山地环境、资源与灾害的空间分异规律;在时空耦合界面上,探讨重大山地环境和灾害问题,建立评价和区划指标体系,研究山地系统的调控与管理,以及生态经济环境质量综合评估,地质———生态环境演变趋势预测,人———山系统的调控与管理体系,提出合理地开发自然资源和有效地减轻自然灾害的理论和技术措施,推进山地可持续发展.鉴于研究对象复杂性和多学科交叉性,山地系统科学必须把许多相关理论熔合出自身理论体系,形成统一观点和普适方法,同时为西部大开发和贫困山区跨越式发展提供科学基础.

金沙江流域高原山地系统分异规律的分析研究

该文根据长江上游金沙江流域高原山地具有山高坡陡 ,土壤侵蚀面广、侵蚀量大 ,支流和干流落差大 ,搬运能力强 ;气候条件恶劣、生态环境严重恶化 ,植被恢复难度大 ;经济发展普遍滞后 ,贫困面大等突出特点 .利用金沙江流域高原山地系统具有地域分异的规律性这一基本原理 ,在充分调查分析了该流域内云南 4 7个县、市、区自然生态、社会经济条件的基础上 ,按照高原山地空间层次结构的多样性 ,对构成金沙江流域这一极为复杂的开放性景观生态系统的地貌、气候、森林植被、社会经济、土壤侵蚀等多级子系统的分异规律进行分析研究 ,以求得实现系统恢复与功能需求的一致性 。

头塘山地系统防护林体系空间配置

针对金沙江流域山地系统特点，在分析头塘小流域山地系统结构及其与土壤侵蚀相互关系的基础上，提出了山地系统防护体系的空间配置原则和依据。依此，配置了头塘试验区的防护林体系。

干旱区山盆体系物质能量及信息的耦合关系——以塔里木盆地周边山地系统为例

塔里木盆地与周边的天山、昆仑山等山地构成了干旱区典型的山盆体系 ,山地系统的地质地貌特征 ,热量、气候与水文以及植被与土壤等的特殊性 ,决定了其物质循环、能量转化和信息传递的过程和方式 ,也决定了山地系统的宏观生态景观格局。山地为盆地提供了丰富的粒状物质 ,它们是绿洲土壤重要的成土母质 ;同时 ,山地向盆地输送了大量地表水和地下水 ,从而决定了天然绿洲的规模及范围 ,影响了人工绿洲的发展潜力 ,也造就了干旱区绿洲与荒漠既相互矛盾 ,又协调共生的宏观格局。在全球变化的背景之下 ,从山地系统内部及其与荒漠系统和绿洲系统之间物质流、能量流及信息流的相关性出发 ,掌握山地系统的变化特征及演变趋势 ,利用现代科学技术的成就 。

金沙江山地系统典型小流域水文效应监测方法

在分析金沙江流域山地系统径流和土壤侵蚀特点的基础上，以典型的头塘小流域为监测点，运用森林生态学、系统工程学、水土保持学等学科的理论，探讨了闭合小流域的水文效应监测方法。

山地系统灾变行为自组织临界性研究

为了研究山地系统宏观动力学的整体规律,基于戴维斯地貌发育理论,提出处于地貌发育阶段幼年晚期的河谷及壮年期的山地具有自组织临界性(self organized criticality,SOC)的内禀属性,并建立了基于斯特拉勒积分的大流域地貌发育阶段判别方法.以地震触发崩塌滑坡为切入点,通过震区实震资料分析、元胞自动机模拟、振动台沙堆模型实验,提出不同烈度区地震触发崩塌滑坡分布的演化规律:在Ⅶ度、Ⅷ度、Ⅸ度区,崩塌滑坡规模与出现频率之间存在良好的负幂律关系,在Ⅹ度区,幂律关系弱化,在Ⅺ度区,这一关系转为对数正态分布.通过3个案例介绍了SOC理论在岩土体地震扰动深度评估、泥石流防治工程设计径流量极值计算、基于地震活动性参数b值在地应力评估中的应用.

北京山地系统的土地利用控制与景观生态环境建设规划

在分析北京山地系统的三大景观生态区域的现状和土地利用特点以及存在的生态环境问题基础上提出北京市景观生态环境建设的规划分区原则 ,那立北京市的三个一级规划分区和 8个类型区 ,指出各区的土地利用调整和类型区的景观生态环境建设方向。本文建立土地利用控制分区与生态环境建设相结合的规划模式 ,体现两个《规划》的基本要求 ,从而将人类经济活动、土地资源利用和生态环境建设融合在一起 ,实现土地利用规划“一保吃饭 ,二保建设 ,三保生态环境”的原则。

云南省头塘山地系统侵蚀结构景观分析

对头塘山地系统的侵蚀结构的景观生态学分析，表明Ｈ，Ｅ，Ｂ指数对侵蚀结构的描述是可行和适用的，并对五个集水区的侵蚀结构进行了评价。

青藏高原山地系统动力学数值模拟研究

青藏高原山地系统地壳巨厚 ,约为正常地壳厚度的两倍 ,由于第四纪以来高原的急剧隆升而成为全球构造研究的热点。根据山地系统岩石圈运动的主要因素—构造带和断裂带 ,本文将青藏高原山地系统的地壳演变简化成一个平面问题和一个典型剖面问题的力学模型 ,应用变形体模拟构造带 ,采用摩擦模型模拟断裂带 ,并根据周边位移情况给出边界条件。应用ABAQUS有限元分析软件和位移加载 ,变成了青藏高原山地系统岩石圈应力—位移场的数值模拟分析 ,给出了应力和位移的分布规律。结果与青藏高原震源机制解P轴方位及地应力测量主应力方位吻合较好 。

青藏高原山地系统动力学模型研究

以地球系统科学为研究思路 ,研究了青藏高原山地系统各圈层相互作用的统一构造动力模型、力学模型和数值模拟等。关于青藏高原山地系统动力学特征 ,主要研究高原山地系统现今构造应力场演化特征和高原山地系统统一构造动力模型 ,认为均起源于喜马拉雅运动期印度 -欧亚板块碰撞引发的统一的板块汇聚动力体系和各圈层与之相应的一系列运动学和动力学过程。关于青藏高原山地各圈层力学系统描述 ,主要把山地各圈层块体质点作为一个力学系统来描述 ,求解速度向量、位移向量、密度场、温度场、应力张量等物理量和状态空间 ,最后求解运动方程。关于青藏高原山地系统的非稳定性问题 ,将给定的载荷历史分成许多小的增量步 ,对每一个增量步求解一个非线性边值问题。使用失稳量准则判断山地系统的稳定性。关于青藏高原山地各圈层多体系统力学描述 ,青藏高原是由多圈层多块体不同物质结构组成的 ,皆可用若干塑性、流变体、流体和弹性组成的系统模型予以有效地描述。主要研究内容有 :高原山地系统碰撞隆升的分类和现象、山地主动碰撞构造体特性和山地被动碰撞体 (靶体 )特性等力学模型。文中初步分析和推断了演变的历史与现状 。

头塘山地系统土地利用结构景观生态学分析

对头塘山地系统土地利用结构的景观生态学分析表明，Ｈ、Ｅ、Ｂ指数对空间结构的描述是可行和适用的，并对系统中５个典型集水区的景观类型进行评价。

鲁中南山地系统的退化研究

鲁中南山地是山东省山地丘陵区的重要组成部分 ,其地貌最大特征是山地集中、地势对比强烈 .长期以来 ,因受不利的自然和人为因素影响 ,山区生态环境退化严重 ,社会经济发展缓慢 ,是全国有名的贫困地区 .山区土地的严重退化是致其贫困的主要因素之一 .通过分析研究鲁中南山地系统退化特点和退化机制 ,初步探讨了评价山地退化程度的指标问题 ,最后提出了防治鲁中南山地系统进一步退化的有效对策 .

粤东北山地生态系统植被及其碳储量时空变化

根据遥感影像和实测土壤(选择林地、草地、耕地和建设用地等28个样地,采集112个土壤样品)有机碳含量数据,运用Sen氏趋势分析、Hurst指数、偏相关分析和InVEST模型等方法,探究粤东北山地生态系统植被及其碳储量时空变化特征。研究结果表明:1)研究区植被覆盖度较高,归一化植被指数(NDVI)变化范围为0.14~0.95,平均值为0.79。2000-2021年全域植被覆盖度呈上升趋势,空间分布存在差异,除梅州市区外,其他地区NDVI均有不同程度的增加,其中山地NDVI增加显著,且随海拔先上升后下降。研究区未来植被变化可能存在下降趋势(Hurst指数<0.5);2)2000-2020年研究区碳储量呈现减少趋势,共计减少1.33 Tg。土地利用变化,尤其林地、草地转化为耕地和建设用地是研究区碳储量减少的主要原因。研究结果可为我国亚热带生态系统碳汇功能变化研究提供基础数据。

退化山地生态系统恢复和重建问题的探讨

结合近１５年来在岷江上游退化山地系统开展恢复与重建研究的理论和实践，讨论和提出了退化山地生态系统恢复和重建的恰当空间尺度、合理目标、恢复和重建的策略。

新疆山地-绿洲-荒漠系统及其气候特征

在位于中国西北内陆干旱区的新疆,发育着大量的山地-绿洲-荒漠系统,山地系统是干旱区水资源的形成区,也是重要的矿质营养库和生物种质资源库,绿洲系统是生产力相对较高的区域和人类赖以生存和发展的中心,而荒漠系统则是干旱区面积广阔和环境相对恶劣的区域。地貌类型与气候特征决定耦合类型的基础和框架,水文特征决定耦合类型的空间格局,植被类型反应耦合类型的外貌。通过对新疆山地、绿洲、荒漠三个子系统结构与功能进行了分析,并结合新疆近40年气候变化的特点和规律,来探讨中亚干旱区山地-绿洲-荒漠系统的特征。

山地生态系统的脆弱性与荒漠化

荒漠化已成为全球性社会环境问题，它与脆弱的生态环境有密切关系。山地系统在景观上为农林交错带，生态系统的脆弱性表现在具有内生型脆弱性、对植被的依附性、景观过渡性以及落后的生产力等方面，荒漠化较严重。作者通过对坡面级联系统以及系统内部的反馈机制分析，讨论了山地荒漠化的运行机制，并进一步就荒漠化的防治提出几点想法。

聚焦流域生态水文服务效应探索中国山地系统可持续发展机制--中国科学院生态环境研究中心卫伟研究员

以黄土高原为典型代表的中国山地生态系统,长期面临干旱少雨、植被恢复困难和水土流失严重等突出问题。中国科学院生态环境研究中心卫伟研究员团队以黄土高原山地生态系统为核心案例区,瞄准区域景观恢复与生态保育实践中的重大理论需求和关键科学问题,紧密结合国际景观和区域生态学领域的前沿热点,系统开展人工植被建设和梯田整地工程的生态水文效应及服务机理研究,对确保黄河流域生态保护和高质量发展等国家战略顺利实施有重大意义。

贵州省山地-坝地系统土地利用与景观格局时空演变

探讨贵州省山地-坝地系统的景观变迁与优化调控具有重要的意义。以贵州省典型的蒲场、洋川山地-坝地系统为例,从一个地貌单元对以万亩大坝为中心的山地-坝地土地系统1960年代到2010年的土地利用变化与格局演变进行系统的研究。把研究区划分成中央坝地、坝中丘陵和坝周山地3个部分,结合遥感技术与实地调查,获得研究区4个时期土地利用的空间分布,基于移动窗口法计算了景观格局指标。坝中丘陵和坝周山地景观多样性高于坝地,土地利用综合程度以坝地最高;平坝耕地从1963年所占比例90.81%下降到2010年的79.94%,坝中丘陵和坝周山地林地减少,灌木林增加,坡耕地仍保持在较高水平;耕地有向经济效益更高的土地利用方式转变的趋势。坝子在土地利用变化和景观格局演变过程中,原有的土地利用格局逐渐被改变,形成新的斑块-廊道-基质格局。研究区中部坝地、坝中丘陵和坝周山地的土地利用变化表明,坝地的土地利用变化和土地集约利用可对坝中丘陵及坝周山地产生影响,坝子与坝中丘陵和坝周山地土地利用存在耦合变化。进一步应加强研究区土地利用优化调控,使坝地、坝周山地和坝中丘陵的土地利用协同演化。研究结果对贵州省山地-坝地系统土地优化利用有参考价值。

山地森林系统小流域降雨过程水循环与地下水补给

分析了贡嘎山森林系统水循环过程,并通过水量平衡方法,计算了考虑植被及枯落物降雨截留条件下的降雨入渗系数。结果表明:考虑植被及枯落物降雨截留条件下的水量平衡方法与地下水动态分析法、基流分割法计算成果较为接近,计算方法较为正确;而不考虑植被与枯落物截留计算出降雨入渗系数偏大。森林覆盖区,林冠、树干及枯落物是降雨再分配的重要因素,降雨入渗系数受植被、植被类型、枯落物、枯落物状态的影响。研究不同植被类型及枯落物对降雨的截留及再分配特征,具有重要的生态水文意义。

地震对山地生态系统的影响——以5.12汶川大地震为例

地震是人类面临的主要自然灾难之一,其对于自然生态系统也有着巨大的影响。地震往往会导致生态系统发生退化,尤其自身比较脆弱的山地生态系统。以5.12汶川大地震为例,系统总结了山区地震的基本特点,综述了地震对于典型山地生态系统、生物多样性、山地景观以及区域生态安全的影响。地震对于山地生态系统可能会产生直接的影响(损毁动植物、破坏栖息地、改变水文过程),也可能产生间接的影响(污染环境、改变动植物习性、影响生物化学循环)。无论是直接还是间接影响,都是以地震对山地生态系统地形地貌的改变为主导。山区由于地震而引发的次生灾害对于山地生态系统的影响也非常显著。建议应该加强有关地震对山地生态系统影响方面的研究,并指出了围绕此次5.12汶川大地震,应该重点开展的几个研究方向。