土地利用与土地覆盖变化对湿地景观的结构和功能产生深刻的影响。选择江苏盐城海滨地区为研究对象,应用遥感和地理信息系统技术,分析20年来土地利用变化对湿地景观连通性的影响,并以2007年湿地景观生态系统服务功能为基础,采用阻力面模型探讨湿地景观连通性优化途径及其效应。结果显示:①1987—2007年间,盐城海滨区域土地利用结构变化显著。其中耕地面积比重由36.72％上升为46.17％,自然湿地持续减少,面积由44.4％减为26.01％,人工湿地持续增加,面积由9.96％上升为18.72％;②随着区域人类土地利用活动的加强,光滩、碱蓬沼泽和芦苇沼泽的空间连通性降低,区域土地利用导致湿地景观之间生态流阻隔,景观生态服务功能减弱;③2007年湿地景观生态功能强度空间差异显著,以累积耗费距离面、生态源地、耗费路径为依据,对湿地景观连通路径优化结果表明,废黄河口和大丰港附近等关键区域对景观连通性和生态流影响最大,是景观生态节点优化的首要对象;④加强连通路径的关键区域优化、提高景观连通度是实现景观优化的关键。
运用数据包络分析方法中的超效率DEA(Super-efficiency Data Envelopment Analysis, SE-DEA)模型对2004、2005年广东21个地市农业循环经济发展的有效性进行了评价,并应用DEA模型(C2R和BC2)对于非DEA有效城市的主要原因进行了分析,提出了非有效向有效转化和调整的方向与建议。结果表明,两年间全省农业循环经济发展的平均超效率值均在2.0以上,平均综合效率、技术效率和规模效率值分别为0.967 0、0.974 8和0.991 0。2005年中有11个地市的效率值都呈现上升趋势,农业循环经济发展整体状况良好。5个非DEA有效的地市中,技术有效而规模无效率的地市只有汕尾,该地区的规模报酬处于递增状态。惠州、清远、梅州和江门地区均表现为技术、规模无效。其中梅州的技术效率最低,规模报酬显示出下降趋势。非DEA有效地市可对相对无效的投入、产出作适当调整,即缩减过多的投入或增加不足的产出,以改善和提高农业循环经济的运行效率。
土地利用变化导致的城市下垫面改变对降雨径流关系有着重要影响。选择高度城市化的上海中心城区,利用初损和径流量修正方法并经实测数据验证后的SCS-CN修正模型,在城市集水区尺度上,初步探讨模拟了1947—2006年中心城区在0.5~10 a一遇设计暴雨重现期条件下持续1 h的降雨事件和丰、平、枯降雨年份下的径流系数,并分析了土地利用方式、前期土壤湿润程度(AMC)和降雨因素对中心城区60 a降雨径流关系的影响。结果表明:①60 a间,AMC Ⅰ和0.5~10 a一遇设计暴雨重现期条件下的径流系数相对增长17.21%~6.14%,枯、平和丰水年的年径流系数相对增长分别为20.49%、11.83%和10.02%;②土地利用类型、土壤入渗能力和AMC类型,与降雨强度共同构成影响降雨径流关系的两方面重要因素。随着降雨强度的增大,在AMCⅠ→Ⅲ过程中,土地利用改变对降雨径流关系的影响趋小,降雨类型起决定作用;而降雨强度越小,土壤AMC越干燥,土地利用改变对降雨径流关系影响越强;③不同降雨强度和降水年条件下的径流系数均随CN值的增大而增加,其径流系数与CN值之间分别可用线性(R2＞0.999)和指数(R2＞0.987)关系表示。
天然植被退化,部分转变为人工植被和人类聚居区是干旱区绿洲过程的重要表现之一,而目前对土地利用变化影响植被碳储量的机制还不十分清楚。论文尝试采用CASA模型及1976—2007年4期9月份Landsat卫星影像估算玛纳斯河流域9种植被类型的净初级生产力,并通过植物枯损模型估算了流域内植被碳密度,进而估算出流域内各类型植被碳储量,最后分析土地利用/覆被类型间的转移对植被碳储量的影响。结果表明,在1976—2007年间,受农作物种植结构及品种变化影响,绿洲农田植被碳密度变化较大;同期流域植被碳储量共增加了50.50×104 t C,其中林地被乱砍乱伐,灌木林地、天然牧草地退化为荒草地使得流域植被碳储量减少了1.21×104 t;林地、农田、荒草地以及未利用地之间的转移使得流域植被碳储量总共增加了18.52×104 t C。研究结果显示,流域内植被碳储量总体呈增加趋势,且农田是影响流域植被碳储量的主要因素。
利用1961—2008年宁夏日温度及逐月北半球500 hPa环流特征量、北极涛动指数(AOI)和NCAR／NCEP再分析资料,对宁夏寒潮频次变化的气候特征进行了分析,并对影响其变化的可能原因进行了讨论,结果表明:宁夏寒潮活动各地差异较大,主要出现在春季;近48年,春秋季寒潮频次呈弱增加趋势,冬季呈弱减少趋势;寒潮频次与AOI、气温呈负相关,与西伯利亚高压、东亚冬季风强度及入侵中国的冷空气活动频次呈正相关,相关关系在秋冬季明显,春季不明显;在气候变暖的大背景下,从20世纪80年代末开始,随着AOI从负位相转为正位相,冬季西伯利亚高压和东亚冬季风强度的减弱使得宁夏地表温度持续升高,是宁夏冬季寒潮频次减少的可能原因;春季也有类似的变化,不同的是:20世纪80年代中期以前,西伯利亚高压对寒潮活动作用更显著,之后,随气温持续增暖,冷空气活动对寒潮频次的影响更明显;秋季,西伯利亚高压和冷空气活动对寒潮的影响更直接明显。研究还发现,进入21世纪后,随着全球持续增暖,北极涛动对西伯利亚高压和东亚冬季风的影响有所减弱。因此,北极涛动、西伯利亚高压、冷空气活动频次、东亚冬季风、气温这几者之间的相互反馈作用是宁夏寒潮频次变化的可能原因。
MODIS的多波段及高时空分辨率特征有利于对大面积干旱区域的动态监测。2008年10月下旬至2009年2月中旬我国中东部和北方地区十多个省市遭遇了严重干旱。论文选取2009年初干旱较严重的辽宁省作为研究区域,使用热惯量法提取MODIS数据的干旱信息,识别出干旱区域和干旱程度。为了深入分析导致此次干旱的大气结构特征和机理,从天气形势、斜温图(Skew-T)两方面揭示了干旱发生期间影响旱区的大气风向风速、温度、湿度及大气能量的结构特征。研究表明东北冷涡强大稳定而导致的干冷空气路径维持,整层大气的温度-露点差较大,西北风使来源地水汽稀少,稳定的大气层结及干下沉气流等大气结构特征是引起辽宁省严重干旱的重要原因。
引入可计算一般均衡模型作为张掖市水资源调控研究的基础工具,模拟计算了张掖市将种植业部门生产规模和产品输出调控在不同水平时的社会经济运行情况。结果表明:现有生产条件下,缩减种植业部门产品的生产或向外输出均有利于国民经济生产中水资源的优化配置,并促进张掖市社会经济的发展;相对于控制种植业部门的生产规模来说,控制种植业部门产品的向外输出水平不仅能使张掖市取得更好的社会经济效益,而且还能从经济生产用水中节约出7 746.82×104 m3的水资源,可用于张掖市社会经济生活的消耗或黑河流域中下游的生态环境建设。
为了使生态足迹模型能更好地反映区域实际,文章对生态足迹模型中的计算项目做了较大改进。首次计算了肉类的耕地生态足迹和人畜排泄物污染生态足迹。新建了纳污土地、CO2吸收林地、水资源地三种生态足迹类型以强调农业污染的严重性和土地、林地的多重生态功能;将化石能源地并入CO2吸收林地;剔除牧草地类型,将肉类耗粮生态足迹并入耕地类型;将污染源从化石燃料扩展到人畜排泄物、化肥、农药领域,计算了CO2、N、P和农药等污染物的生态足迹。用福建省最近5 a的平均产量测算了2007年福建农业生态足迹,包括农业投入品生态足迹、农业劳动力消费生态足迹和农业污染物排放生态足迹三部分,然后与生态承载力分类比较以测度农业生产的生态占用情况。测算结果表明,2007年福建省农业生态足迹中,林地、水域、建成地、纳污土地占有实际生态承载力的比例较低,分别为1.4%、1.2%、13.4%和24.6%;而耕地占生态承载力的比例达到了94.2%;水资源地是实际生态承载力的2.2倍,出现了严重的生态赤字。最后提出相应的建议。
生态单元制图作为景观生态学研究方法之一,能够提供研究区域内基础详细的、保护或规划定向的、便于使用的生物学和生态学信息,该方法已经成为一些国家自然保护和城乡规划工作的基本工具。论文首先简明介绍了生态单元的定义和功能以及制图的两种主要方法。着重探讨了生态单元制图在国外30多年不同阶段的发展历程,并分析了生态单元制图在自然保护和城乡规划中应用的3个方面:物种和生境保护、土地利用规划和管理以及不同尺度景观规划和管理。另外,论文还对生态单元制图中存在的问题和不足以及深入研究的思路进行探讨。目前生态单元制图研究中存在的问题主要集中在生态单元调查的主观性、制图比例尺和GIS技术等方面。最后分析了生态单元制图在我国的研究现状以及生态单元制图在我国自然保护和城乡规划中应用的前景。
论文以陕西吴起县柴沟和合家沟为例,通过样地的植被和土壤调查,在小流域尺度上分析了退耕10 a后人工修复和自然恢复方式生物多样性、生物量、群落特征和土壤物理性质的差异。结果表明:两者草本群落结构相近,相似性系数为0.925。人工修复区乔灌草三层的层盖度和为99.03%,三层的物种数和为85,草本层的株均高为0.41 m,还有该层的物种丰富度指数、多样性指数、均匀度指数均高于自然恢复区;而平均生物量、群落密度、土壤含水率、土壤容重和毛管孔隙度分别为5.890 t·hm-2、8.11×105株·hm-2、8.8%、1.251 g·cm-3和48.9%,均低于自然恢复区。两区土壤指标的变异系数变化较为复杂。
选择南水北调水源区所在的汉江流域的3个不同地貌类型的子流域为试验流域,采用1:5万比例尺DEM为基准数据,基于以地形为基础的半分布式流域水文模型TOPMODEL,研究栅格分辨率对水文模拟不确定性的影响,并利用多目标模糊优化算法,对水文模拟的不确定性进行了综合评价。结果表明,DEM栅格分辨率对地形特征和地形指数都有很大的影响,从而影响水文模拟的不确定性,但由于水文模拟的复杂性在一定程度上掩盖了不同DEM分辨率计算的地形指数的差别,使得这种影响不是很大。对于现有试验流域而言,当分辨率为200 m的时候可以得到相对较优的不确定性预测区间。
论文基于大气降水过程存在着大量的不确定性和不精确性的特点,将简单的统计计算与马尔可夫链理论有机结合起来预测降水量,方法的物理概念清晰,计算简便。以杭州市1956—2008年的降水量资料为例,应用统计模型进行逐年降水量预测,从前40 a的降水量序列资料(1956—1995年)开始,预测1996年的降水量,然后剔除1956年的降水资料,将1996年的实际资料加入到序列中,再按照降水量预测的基本步骤预测1997年的降水量,依此类推进行逐年降水量预测,结果表明,13 a中误差小于±10％、±15和±20％的分别占30.77%、53.85%和69.23%,预测误差最大值为-24.03％;应用统计马尔可夫预测模型进行逐年降水量预测,8 a中误差小于±1％和±5%的分别占37.50%和62.50%,预测误差最大值为8.77％,其降水量预测结果的精度有较大的提高,该法为提高大气降水量预测的精度提供了一条值得探索的途径。
