中国陆地表层系统分区——对黄秉维先生陆地表层系统理论的学习与实践

陆地表层系统科学是黄秉维先生在钱学森院士倡导建立“地球表层学”的基础上创建的。黄秉维先生精辟地论述了陆地表层系统的研究意义、范围、内容、方法与途径 ,并亲自撰写了研究计划 ,同时十分关心科研队伍的组建。黄先生明确指出要开展陆地表层系统分区研究。在黄先生的学术思想指导下 ,作者对中国陆地表层进行了分区实践。采用地理学的综合与专家评判相结合的方法将中国陆地表层系统划分为 9个一级区 ,然后利用压力 -状态 -响应 (PSR)评价模型和模糊聚类方法 ,对全国 344个地区的 4 6个指标进行模糊聚类 ,建立了二级分区 ,并对各区的综合状况作了定量评价。结果表明 :地貌与气候区域分异是控制我国陆地表层系统综合状况的主导因素 ,而由人类活动所主导的社会经济因素是控制我国陆地表层系统综合状况的第二位因素。对 9个一级区的陆地表层系统状况定量评价表明 :华北区、东南区与华南区的陆地表层系统状况最好 ,东北区居中 ,内蒙区、陇陕晋区与西南区较差 ,西北区与青藏区最差。

中国陆地表层系统分区初探

在简要阐述陆地系统科学在中国的发展过程和陆地表层系统分区研究重要意义的此基础上,论述了陆地表层系统分区研究的目的与原则,并借鉴黄秉维所提倡的“自上而下”和“自下而上”相结合的研究思路和方法,首先以全国自然区划、生态地理区划、生产潜力分区、经济区划等4个全国性区划及温室气体倍增对未来自然地域分异界线及生产潜力分区的影响为基础,采用叠置与专家评判法将中国陆地表层系统划分成9个一级区,然后采用压力-状态-响应（PSR）评价模型和模糊聚类方法,对全国344个地区的46个指标进行模糊聚类分区,进而对各区的陆地表层系统综合状况进行定量评价。结果表明:地貌与气候区域分异是控制我国陆地表层系统综合状况的主导因素,而由人类活动所主导的社会经济因素是控制我国陆地表层系统综合状况的第二位因素。对9个一级区的陆地表层系统状况定量评价表明:华北区、东南区与华南区的陆地表层系统状况最好,东北区居中,内蒙区、陇陕晋区与西南区较差;西北区与青藏区最差。

陆地表层地质环境质量综合评价与地质灾害系统分析——以广东沿海地带为例

将广东沿海陆地表层地质环境划分为构造稳定性、坡面稳定性和地基稳定性三个评价层面 ,其中包括由 9个指标构成的评价指标体系 ;确定了各指标的权重和五级分级标准和环境质量的五级标准 ;使用模糊数学综合评价模型将广东沿海 190个评价单元划分为 2 2个地质环境质量区。在灾害基本数据库和灾害时空分布分析的基础上 ,划分了 9个地质灾害一级分区及 32个二级分区 ,确定了地质环境、气候气象和人为活动因素三大类致灾主控因子 ;构造了三种地质灾害系统的概念模型和灾害预测指标体系框架 ,建立了地质灾害地理信息系统。

陆地表层碳循环与温度反馈机制研究

在考虑人类活动及陆地表层碳循环各要素反馈关系的基础上 ,建立了陆地表层碳循环零维模型 ,对陆地表层碳循环与温度反馈机制进行了研究。零维模型研究碳在陆地表层生物、残落物、土壤有机质、大气中的流动 ,把人类活动及海洋对碳循环的影响作为一种外在强迫加以考虑。它较好地反映了 186 0年至 1997年人类活动对碳循环的影响及温度对碳循环的反馈关系 ,它模拟的大气CO2 含量的变化与实际观测值相近 ;

陆地表层系统地理过程研究回顾与展望

近十几年来,地球表层过程研究在地球系统研究中的地位越来越重要,尤其强调将自然过程与人文过程有机地结合在一起,应对环境变化对科学提出的挑战。而自然过程与人文过程恰恰是地理过程的具体表现。从与陆地表层地理过程相关的国际重大科学计划的研究主题看,陆地表层地理过程的研究重点和核心已经从自然向自然与人文结合方向发展,从无机向无机与有机结合方向发展,从单要素、单个过程的研究向多要素、多过程耦合与综合研究方向发展,从宏观向宏观与微观结合方向发展。未来若干年,我国的陆地表层系统地理过程研究应紧密围绕格局与过程、过程与效应、综合与集成组织科学问题。提高我国地理过程的研究水平,推动我国地理学基础研究迈上新台阶。

陆地表层碳循环模型研究及其趋势

对国外陆地表层碳循环ＯＢＭ、ＴＥＭ、ＣＡＳＡ、ＣＡＲＡＩＢ、ＤＥＭＥＴＥＲ－１、ＩＭＡＧＥ２．０、ＳＩＢ２等模型进行了评述，同时也简要介绍了国内陆地表层碳循环模型的研究。通过对国内外研究现状的对比分析，我们可以看到国外陆地表层碳循环模型的发展特点：已经从静态模型转向动态模型，综合考虑了动力学特点，并且集成陆地表层碳循环的各个过程，与气候模型耦合研究陆地表层对全球变化的响应，建立生态生理模型和决定植被对气候反应的植物生态生理机制；研究陆地生态系统与大气之间的动态响应和相互作用，揭示其中的反馈机制；加强各种情景研究，同时包括人为的影响，尤其是土地利用和土地覆盖变化对陆地碳存储的影响，预测未来全球陆地表层的动态变化及其反馈；由于遥感数据已经成为全球变化研究重要的数据来源，遥感、地理信息系统技术在陆地表层碳循环研究中得到了重视和应用。这些正是我国陆地表层碳循环模型研究应注意和加强的方面。

云南公路建设对陆地表层生态系统的影响

在提出地球表层生态系统和公路生态工程的基本概念以及研究云南公路建设条件的基础上,着重探讨了云南公路建设对陆地表层生态系统的影响,据此,结合云南的实际,提出了创建云南公路生态工程的建设性意见。

应用先进微波探测器AMSU资料遥感反演春季陆地表层湿度

利用先进微波探测器 (AMSU)正演快速微波辐射传输模型 ,完成了AMSU窗区通道亮温与地表温湿特征的相关性分析 ,根据模拟计算结果改进了现有业务上反演地表微波辐射率的统计分析方法 ,得到适用于我国非冻土积雪覆盖地区地表微波辐射率反演的指数分析模型 ;进一步通过地表微波辐射传输模型迭代反演得到土壤体积含水量信息。2 0 0 1年相互匹配的AMSU资料和地面农业气象观测站地表相对湿度观测结果的对比分析表明二者间具有一定的相关性。利用 2 0 0 2年 3月和 2 0 0 3年 3月的AMSU资料 ,反演了我国陆地区域地表湿度 ;连续两年春季地表湿度反演结果的对比分析表明 ,与 2 0 0 2年春季相比 ,2 0 0 3年我国北方沙尘暴发生源区地表湿度反演值普遍偏高 ,潮湿的下垫面特征与沙尘暴发生频次的减少之间有一定的对应关系。试验结果表明 ,利用AMSU遥感资料可以获取大范围陆地表层湿度信息 ,进行区域尺度陆地表层湿度特征的动态分析 ,为我国沙尘暴监测分析提供陆地表层湿度基础信息。

地球表层动力学理论研究（Ⅰ）──陆地表层系统

阐述了地球表层动力学理论的研究对象和研究内容及其理论方法；抽象出陆地表层系统，包括时空尺度范围的约定、状态变量的选择、物质循环和能量循环、人类活动及天文因素的影响等。

陆地表层系统动力学机制研究Ⅰ．──陆地表层系统和动力学方程

对陆地表层动力学的研究对象、研究内容及其基本理论方法作了阐述，以多学科综合的观点定义了陆地表层系统，包括时空尺度范围的约定、状态变量的选择、物质循环以及外界因子等的讨论；依据物质和能量守恒原理建立了陆地表层系统的非线性控制方程组，表述了各圈层之间物质循环和能量循环过程、反馈关系及其动力学联系；讨论了控制方程组的整体运作功能以及人类活动对陆地表层系统的影响．

陆地表层人类活动强度:概念、方法及应用

人类活动强度是表征人类对陆地表层影响和作用程度的综合指标。在定义陆地表层人类活动强度、建设用地当量等概念的基础上,建立了人类活动强度算法模型和土地利用/覆被类型的建设用地当量系数折算方法,并利用1984-2008年期间6个年份的土地利用数据,对中国进行了实证应用研究。结果表明：中国的人类活动强度变化大致以2000年为界,前期增长相对缓慢,后期增长明显加快,1984年全国的人类活动强度为7.63%,到2008年上升为8.54%。2008年县级单元的人类活动强度按大于27%、16%～27%、10%～16%、6%～10%和小于6%划分为高、较高、中等、较低和低5个等级,其空间分布格局大致以贺兰山—龙门山—景洪线为界分为东、西两个部分。东部是高、较高和中等类型的集中分布区,低和较低类型呈条带状分布于山地、丘陵区;西部以低和较低类型为主体,在甘肃河西走廊、青海东部及新疆天山南北坡有零散的中等和较高类型分布。

1960～2011年中国陆地表层区域变动幅度与速率

气候变化背景下,陆地表层诸要素（如温度、水分、植被、土壤等）及其之间的相互影响和作用关系发生了显著变化,进而可能引起集成地表关键要素而划分的区域格局呈现复杂的非线性动态变化特征,深刻影响自然物候、农业生产布局等.然而,对于过去50余年中国陆地表层区域变动的幅度和速率认识还不够定量化.基于均一化的1960~2011年中国545个气象站点的逐日气温数据集,选用日平均气温稳定？10℃的日数与积温等指标来分析中国自然带格局变化特征,以每个自然带面积及平均纬度的变化表征陆地表层区域变动的幅度;建立了一个表征区域界线移动速率的新指标,研究了中国陆地表层区域格局及典型区域界线变动的幅度、趋势、速率与突变.结果表明：20世纪60年代以来,中国气候总体上存在由一个相对冷的时段（1960~1986年）进入一个相对暖的时段（1987~2011年）的变化特征,推动了多数关键自然地带发生较为显著的向北移动倾向;两个时段比较,1987~2011年时段全国温度带普遍呈北移的趋势,其中北亚热带北界和暖温带北界最为明显,最大处可达200 km左右;1960~2011年间亚热带北界东段北移1.386°N;暖温带北界东段北移0.354°N.前者向北移动的速率为0.533°/10 a;后者向北移动的速率为0.136°/10 a.突变分析显示,从1996~1997年开始,暖温带南北界线加快向北迁移;区域的变化明显滞后于变暖时段,在进入相对暖的大约10年之后,区域才明显向北移动.气候变化在宏观地域系统的表现特征在结论中得到揭示,可以为适应气候变化提供科学依据.

面向“未来地球”计划的陆地表层格局研究

未来地球计划是目前国际上关于全球环境变化前沿研究的综合科学计划,集国际科学理事会(ICSU)所领导的四大科学计划为一体,旨在将自然科学与社会科学结合在一起,并加强决策支持和研究交流,寻求地球系统可持续途径,全球环境变化研究与人类学、社会学合作构建综合集成平台,推进科学研究为社会经济可持续发展服务。本文剖析陆地表层格局特点,分析陆地表层格局的国内外关注焦点及其研究理念的转变与应用领域的拓展。分析表明:陆地表层是未来地球计划关注的重点之一,陆地表层要素与过程相互作用并在人类活动驱动下形成的格局,可作为未来地球计划进一步研究的区域基础框架。未来,陆地表层格局研究应力求方法论的突破,为自然地理学综合研究的发展提供支撑。

中国陆地表层自然地域系统动态研究:思路与方案

陆地表层是众多要素相互作用而形成的一个多过程、多尺度耦合的综合体,是人类赖以生存和发展的环境。陆地表层地域系统是对该综合体空间上有序分布、时间上动态平衡的表征,是自然地理学研究的核心内容。近百年来自然与人类活动,如何驱动陆地表层要素相互作用的效应发生变化,进而影响到整体格局的改变,是全球变化与地理学科研究领域的一个前沿、基础科学问题。在对中国现代自然地域系统研究历程简要回顾的基础上,通过总结地域系统研究的难点与问题,凝练自然地域系统动态研究的学术思路,即以要素—格局—动态的逻辑逐步深入,重点关注过程与互馈、区域变动与地域系统等主题;进而设计自然地域系统动态研究总体方案,包括:以区划方法论创新、动态方案及其驱动机制为研究目标,设置要素变化、区域变动、区域解析与系统划分和地域系统动态等4个方面内容,并提出自然地域系统动态研究技术路线及关键技术的应用范围。

加强自然科学基金资助方向引导,推动陆地表层研究深化

着重阐述了近10年来,为推动陆地表层研究深入发展,国家自然科学基金在重点发展领域、重大研究计划、重大项目、申请代码及学科分类体系细化等层面对资助方向的引导作用。

陆地表层系统分类研究进展--从土地类型到地球关键带类型

陆地表层系统是多圈层相互作用下形成的综合体,具有时空异质性和层次性。对陆地表层系统进行多层级类型划分是识别其空间分异格局和演替规律的重要方法,可为多尺度地球科学系统研究和自然资源统一管理提供科学依据。陆地表层系统分类其实质是在特定尺度下对其组成要素间的空间和关系的划分,故土地类型、地表基质、关键带类型等都可归纳为陆地表层系统分类方案。论文在对国内外典型陆地表层系统分类方案进行梳理的基础上,将陆地表层系统分类总结为探索—发展—完善3个发展阶段。继而,对比了各分类体系内涵,提出各分类体系虽分属不同学派,但均是以陆地表层系统为研究对象,是研究陆地表层系统结构、功能和空间分异的方法论;分析了各分类体系结构的异同,总结了各分类体系在层级、比例尺和要素方面的共同特征。在此基础上,提出构建一套从地块到国家的陆地表层系统分类设想,并对等级体系、分类体系及分类方法集成3个方面进行了展望。

地表蒸散定量遥感的研究进展

简要介绍了遥感监测地表蒸散和能量平衡研究的科学意义和应用价值 ,回顾了国内外的研究历史和现状 ,分析了目前该领域存在的一些问题和难点 。

地理学研究进展与前沿领域

现代地理学涵盖自然地理学、人文地理学和地理信息科学 ,其发展趋势是 :相邻学科的交叉、渗透与融合 ,加强地理学内部的综合研究 ,地理过程的微观研究进一步深化 ,结合实践拓宽应用研究领域 ,实验与研究手段的现代化 ,理论思维模式的转变。地理学应在陆地表层过程与格局、全球环境变化及其区域响应、自然资源保障与生态环境建设、区域可持续发展及人地系统的机理与调控、地球信息科学和数字地球战略等前沿领域开拓创新 ,为促进地球系统科学的发展、协调人地关系等做出积极的贡献。