基于环境压力与经济发展,应用脱钩理论和改进的弹性分析法脱钩程度判定标准,对2000—2009年长江三角洲地区16个城市的环境压力与经济发展脱钩程度、时序演变和呈现的规律进行定量评价与综合分析.结果显示:长江三角洲地区资源环境与经济增长主要经历了从相对脱钩Ⅱ—相对脱钩Ⅲ—相对脱钩Ⅱ—相对脱钩Ⅰ,2000—2005年经济增长对资源环境冲击不断增强,而2005—2009年冲击有所减小;该地区资源环境压力各指标与经济增长的关系以相对脱钩为主,且存在时间上和指标间的差异;长江三角洲地区城市群多数时期都处于相对脱钩状态,其中10个城市资源环境与经济增长的脱钩关系呈现"N"型趋势,且多数城市2004年和2005年达到最高,上海在绝对脱钩和相对脱钩Ⅰ徘徊,而江苏和浙江内部差异明显.
论文运用系统分析的理论与方法,分析环洞庭湖区水资源供需系统的特征和各要素之间的相互作用,建立水资源供需系统模型,仿真模拟传统发展模式、发展经济型模式、节水型模式和协调型模式等四种不同情景下,2010—2030年环洞庭湖区水资源供需变化趋势.结果表明:①随着经济的发展和人口的增长,环洞庭湖区水资源供需矛盾十分突出;②在协调型模式下,模拟期末环洞庭湖区总需水量达到159.1×108 m3,供需缺口最大值出现在2020年,为1.9×108 m3,到2030年水资源供给能力约有3.6×108 m3富余,模拟期内水资源供给基本能够满足社会经济发展的需求,且能够获得最大的综合效益,是环洞庭湖区水资源开发利用的最佳方案;③为了达到预期目标,还需增强节水意识、完善用水管理、优化经济结构,加大水利投入和环境整治,提高节水技术水平和水利保障水平.
气候变化会导致气候资源发生改变,从而引发粮食安全问题.耦合区域气候模式和作物生长模型,可定量分析气候变化导致的作物产量变动,探讨适宜的田间管理应对措施.研究以冬小麦作为研究对象,以我国粮食主产区之一的鲁西北平原作为研究区域,耦合MIROC-RegCM3区域气候模式和CERES-Wheat作物生长模型,开展A1B温室气体排放情景下,气候变化对冬小麦产量的影响及适应措施研究.结果表明,A1B气候情景下,该区域冬小麦潜在产量会有所下降;在现有管理措施的基础上,可通过培育对春化作用依赖较小的品种、 适当提早播期、 增加越冬水灌溉量等方式保证产量,减少年际间变异.该文研究结果可为应对未来气候变暖、 确保粮食安全提供参考.
基于改进的Savitzky-Golay滤波算法重构了2001—2010年MODIS NDVI时间序列数据,反演了浙江近10 a来的植被生长状况,利用分段多项式拟合和动态阈值法提取了自然植被重要物候期(生长季开始时间、结束时间和生长季长度等),分析了植被物候期的年际变化趋势和空间分异特征,并结合同期气象数据,探讨了植被物候变化与气候变化的关系.主要结论如下:①浙江植被覆盖有所减少,整体下降趋势不显著,平均植被生长季为222 d,长度略有延长,其中开始时间提前趋势不显著,而结束时间推迟显著.②植被生长季为3月下旬至11月中旬,植被生长季的开始时间从北往南逐渐推迟,生长季结束时间相对集中,其中生长季延长的区域面积和缩短的区域面积相当.③气象要素与关键物候期参数的相关性分析表明冬季的热量供给是影响浙江植被生长开始的重要因子,植被生长季前期温度积累的增加有利于植被生长;生长季结束时间与当年温度呈极显著正相关,与当年降水和湿润指数的减少呈负相关,但影响不显著,从与各相关月、季度相关分析来看,秋季干湿程度对植被生长季结束时间影响相对较大.
为了探讨保护性耕作节水、 增产潜力及其在黑河流域的适应性,设计20 cm留茬(NS20)、 20 cm留茬压倒(NPS20)、 40 cm留茬(NS40)、 40 cm留茬压倒(NPS40)和传统耕作(CT)5个处理,研究了保护性耕作对黑河流域农田土壤含水量、 产量和水分利用效率(WUE)的影响.结果表明:相对传统耕作,保护性耕作增加了土壤贮水量:在2003年和2004年休闲期结束后,NPS40、 NS40、 NS20和NPS20表层0~30 cm土壤贮水量较CT分别增加30.22%、 27.29%、 20.92%、 13.64%和48.32%、 38.90%、 29.85%、 23.28%;2004、 2005两年播种期0~5 cm土壤含水量NPS40、 NS40、 NPS20和NS20较CT分别增加37.29%、 37.10%、 21.49%、 41.90%和33.99%、 40.17%、 8.90%、 38.44%;播种到拔节期留茬高度越大,土壤贮水量越多,在相同高度的留茬处理中,干旱年份压倒处理保水效果较好,降雨相对较多的年份立茬处理保水效果较好;拔节后各层土壤贮水量之间差异减小.保护性耕作增加作物产量和水分利用效率,尤其是NPS20,2004年和2005年产量和WUE较传统耕作分别增加53.08%、 5.85%和52.04%、 7.30%.
为了研究气候变化和人类活动(环境变化)对地表径流的定量影响程度,应用有序聚类分析法等确定了滦河流域径流变化的基准期和人类活动影响期,采用HBV模型还原了人类活动影响期间滦河流域天然径流量,识别了气候变化、人类活动对滦河流域人类活动影响期间径流的定量影响程度.研究结果表明:1979年之前是滦河流域径流序列的基准期,基准期内HBV水文模型对滦河流域天然径流过程具有良好的模拟效果.1980年以后人类活动对滦河流域地表径流影响加剧,天然径流与实测径流产生分离,人类活动影响期(1980—2007年)相对于基准期(1960—1979年)的变化而言,气候变化、人类活动影响因素对地表径流的影响分别占径流减少总量的55%和45%,人类活动在不同水平年对地表径流量的影响不同.随着人类活动影响的加剧,气候变化对滦河流域径流的影响在逐渐减弱,人类活动对该流域的影响在增强.
粮食供需差真实反映粮食供需的状况,对于保障粮食安全有着重要意义.研究以广东省为例,利用1994—2009年粮食生产及常住人口数据,构建空间集聚-扩散度和贡献指标,分析粮食供需差的空间分异,并采用格兰杰因果检验探析城市化与粮食供需差的因果关系.研究结果表明,1994—2009年,广东省的粮食供需差总体呈现上升的趋势和扩散的特征,粮食短缺从局部现象转变为普遍现象;21个地级市的粮食供需差趋于平稳、缓慢增长,且增长差异呈现变小的趋势.主导粮食需求和高贡献率地级市的空间分布特征分别是集聚→扩散→集聚与扩散;粮食供需差贡献存在显著的空间差异性,可以将所有的地级市划分为高增长指数、高贡献率,高增长指数、低贡献率,低增长指数、高贡献率,低增长指数、低贡献率4种不同的类型;而格兰杰因果检验表明,在城市化水平较低地区,城市化水平的提升将直接引起人均粮食供需差的变大.
冰川斑块对气候变化的响应不仅表现在冰川长度和面积的变化,而且其格局在斑块数量、形状、平均欧几里德距离、连通度和最大斑块指数等指标上都发生了显著的变化.运用RS和GIS技术对祁连山东段典型地区2001—2009年间冰川斑块动态的分析表明:研究区冰川斑块面积减少了15.39%,面积<1 hm2的小斑块数量消失了50%以上,斑块形状指数在总体和分级层次上都呈减少的趋势,最大斑块的优势降低.由于小斑块消融和大斑块收缩,使斑块间平均欧几里德距离增加了16.56 m.斑块连通度具有尺度依赖性,当在阈限值<7 000 m时,2009年的冰川斑块连通度大于2001年;当阈限值>7 000 m时,趋势相反.7 000~8 000 m之间是尺度特征的转折点.从斑块动态变化来看,冰川斑块动态以消融斑块为主,消融面积为744.30 hm2,占起始面积的16.53%;新生斑块也同时发生,仅增加起始面积的1.15%.但是,消融和新生斑块发生的数量较多,分别为762和367个,冰川单个斑块面积大小与消融面积呈正相关.
论文以山东省广饶县为研究对象,基于GIS技术,选取广饶县1979、 2007年两期耕地质量评价相关数据,以50 m×50 m栅格为评价单元,以综合指数法为评价方法评价了广饶县两期耕地综合质量,并分析了从1979年到2007年广饶县耕地综合质量的变化情况.研究发现:1979年耕地质量等级占主要比例的为三四等地,2007年耕地质量等级占主要比例的为一二等地;两期耕地质量等级分布规律相似,耕地质量等级都是从西南内陆到东北沿海逐步降低;从1979年到2007年,广饶县耕地基础设施逐步完善,耕地养分含量普遍提高,使得广饶县的耕地质量等级普遍提高,较大面积的三四等耕地转换为一二等耕地,特别是南部地区耕地质量等级提高程度明显.
基于48个气象站点1961—2009年的监测数据,使用反距离权重插值法和Mann-Kendall法,分析了黄土高原气象要素的空间分布和时间变化特征.结果表明,各气象要素在黄土高原都呈梯度分布,沿东南—西北方向降水和平均温度递减而平均风速和日照时数递增,沿南北方向相对湿度降低而参考作物蒸散增加.各气象要素在各站点基本都具有单调趋势,但趋势显著的站点数存在变异.约98%的站点温度的上升趋势显著,约60%的站点日照时数和风速的下降趋势及参考作物蒸散的上升趋势具有显著性,约40%的站点相对湿度的下降趋势显著,约30%的站点的降水具有显著的下降趋势.各气象变量都存在一定的年代际变化,相对湿度在2004年以来显著降低,降水的显著减少、 年均温度和参考作物蒸散的显著上升都在20世纪90年代初以来,而日照时数和平均风速的显著下降都发生在20世纪80年代初以来.黄土高原的气候可能出现了一些新趋势,给未来可持续发展带来了不确定性,需引起足够重视.
利用内蒙古典型草原21个气象站点的气象和牧草观测资料,结合潜在蒸散量和改进的作物系数计算方法,模拟计算了2009年草原植被作物系数和实际蒸散量.在GIS软件的支持下,分析了二者的时空分布特点,并通过反映牧草长势的NDVI变化趋势予以验证.结果表明:5—8月间随着月份的增加作物系数Kcx最大值的变化趋势由0.6→1.2→1.4→1.4,平均值是0.28→0.36→0.40→0.38.4个时期的Kcx值以0.2~0.6之间的区域占主体,为55%以上.实际蒸散量在时间变化和空间分布上与Kcx值基本一致.随着月份的增加实际蒸散量低值级的区域面积逐渐缩小,相对应的高值级的面积逐渐增大,整个生长季以30~90 mm的蒸散量为主.5—8月牧草实际蒸散量和NDVI值的相关系数达到0.446,通过了0.01水平的显著性检验.
通过构建多变量联合分布进行干旱分析,可揭示干旱的演变规律.根据新疆乌鲁木齐和石河子气象站的长系列月降水资料,提取干旱历时、干旱烈度和烈度峰值3个干旱特征变量,基于4种对称的Archimedean Copulas函数分别构建二维、三维干旱变量的联合分布;基于5种非对称的Archimedean Copulas函数构建三维干旱变量的联合分布,以进一步推求各自的重现期.经拟合优度检验,Frank Copula 函数对干旱历时和干旱烈度、干旱历时和烈度峰值的二维联合分布的拟合度最好;Clayton Copula 函数对于干旱烈度和烈度峰值的二维联合分布以及干旱历时、干旱烈度和烈度峰值的三维联合分布拟合效果最佳.单变量的重现期介于二维、三维变量联合重现期与同现重现期之间.表明Copulas函数能描述多维干旱特征变量的联合分布.
降雨资料时间序列长度是计算多年平均降雨侵蚀力过程中的重要不确定性因素.论文以中国601个气象站1980—2009年逐月降雨资料为数据源,利用Wischmeier经验公式计算了各气象站逐年降雨侵蚀力(R因子),用简单随机抽样方法抽取样本容量分别为30 a、 20 a、 10 a和5 a 四种不同的R值样本,计算了R平均值相对允许误差10%和25%条件下抽样估计的置信度.结果表明:降雨资料的时间序列长度对R平均值的估计置信度有显著影响;R平均值置信度存在明显的地域差异,长江以南、 青藏高原东部以及河西走廊南部的祁连山地区置信度较高;在降雨资料有限的情况下,必须根据土壤侵蚀研究的精度要求分析R平均值的抽样误差及其置信度,以保证土壤侵蚀定量预报的客观性与准确性.
针对城市生态压力影响因素复杂,难以对城市未来可持续发展状况做出准确判断的问题,提出了城市生态压力的径向基函数神经网络预测模型,分析了影响城市生态系统的主要因素.以抚顺市1995—2009年数据为基础,验证了模型的准确性并预测了该市2010—2015年城市生态系统的压力情况.研究结果表明:能源消耗指标是影响城市生态系统压力的主要因素;运用径向基函数神经网络模型对训练样本的拟合精度以及对测试样本的仿真精度分别达97.91%和94.16%;抚顺市2015年的人均生态足迹、 生态承载力和生态赤字分别达到7.013、 0.523和6.49 hm2/人.
由于传统的土地利用空间统计分析问题中存在固有的空间自相关效应,进而影响到不同土地利用类型空间分布概率模拟的精度.研究在CLUE-S模型中传统的二值Logistics回归的基础之上引入了空间自相关因子形成Autologistic回归模型,并将其用于区域土地利用情景模拟.结果表明:(1)考虑了土地利用类型空间自相关性的Autologistic回归模型在模拟土地利用空间格局时能更好地反映真实土地利用分布格局.耕地、林地、草地、水域及未利用地的空间格局拟合优度ROC值分别从0.914、0.820、0.697、0.635和0.798提高到0.924、0.892、0.766、0.716和0.835;(2)基于Autologistic回归分析的建模对CLUE-S模型的模拟精度有一定的提高.Autologistic回归分析下模拟结果的Kappa指数0.935 4大于Logistic回归模拟结果0.888 0;(3)通过模拟2020年研究区5种情景方案下土地利用格局,表明在不同情景方案下的土地利用/覆被格局存在显著的空间差异:①自然增长情景方案下,耕地的增加对于保障粮食安全有重要意义,而建设用地的扩张则会促进研究区经济建设的快速发展,但林地和草地转化为未利用地会加剧土地的退化和生态环境的恶化;②在3种水资源约束情景方案下,水资源对干旱区土地利用/覆被变化的制约非常明显,提高水资源利用率是改善干旱区生态环境的一个重要措施;③土地结构优化情景方案下土地利用比较全面地考虑到了流域粮食安全、生态保护以及经济发展等需要,具有较强的合理性;④经济发展情景方案下建设用地快速扩张,大量侵占周边耕地和草地,粮食安全会受到较大的威胁;⑤生态保护情景方案下林地、草地和水域等生态保护用地面积呈显著扩张,区域生态环境质量明显改善.
从收获预估的角度确定森林碳收获大小与林分之间的关系,定义了碳收获和碳收获表的概念.采用二次正交旋转设计设置杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林典型标准地,调查测定获取典型样地杉木人工林样木各器官碳含量及碳贮量基本数据,基于相对生长方程以单株胸径、树高、材积为自变量建立杉木人工林单木碳收获量模型,以林分平均胸径、平均树高、密度指数和蓄积量为自变量建立杉木人工林林分碳收获量模型并编制其可变密度碳收获量表.经检验,所建立杉木人工林单木各器官碳收获量模型和林分碳收获量模型预估精度均达95%以上,且模型充分考虑了单株材积和林分蓄积量对碳收获量的影响,具有较强的兼容性和可操作性,在森林碳汇估测中具有应用价值.将所建立杉木人工林碳收获量模型应用于杉木人工林单木碳收获量及林分碳收获量预估,实例计算表明其预估精度较高,单木碳收获模型的相对误差仅为4.70 %,说明所建立杉木人工林碳收获量模型可应用于福建省杉木人工林单木和林分碳储量估计,从而丰富了森林资源动态预测内容,并可为森林资源监测及其相关研究提供基础数据.
2013年10月23日,是中国自然资源学会成立30周年纪念日.我会成立30周年以来,在促进资源学科发展、服务社会经济建设、构建学术交流平台、普及资源科学知识、增强学会影响力与凝聚力等方面取得了显著成绩.
