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• 2011年, 30卷, 第11期
  刊出日期：2011-11-25

    

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  GIS理论方法
  水文过程
  气候与环境变化
  土地利用
  

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GIS理论方法
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  GIS理论方法

  全息位置地图研究

  周成虎, 朱欣焰, 王蒙, 施闯, 欧阳

  2011, 30(11): 1331-1335. https://doi.org/10.11820/dlkxjz.2011.11.001

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  位置信息服务是当代社会发展的一个重要方向,以位置为基础,将相关信息关联和分析,为潜在用户提供知识层次关于表达对象的全方位的信息,实现地理位置概念应用的飞跃。本文在地理位置与位置地图概念分析的基础上,进一步论述了语义位置、位置感知与位置计算的内涵,提出了全息位置地图的新概念,探讨了全息位置地图的主要研究内容和发展方向。
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  GIS理论方法

  元胞自动机和多主体模型在土地利用变化模拟中的应用

  郭欢欢, 李波, 侯鹰, 孙特生

  2011, 30(11): 1336-1344. https://doi.org/10.11820/dlkxjz.2011.11.002

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  土地利用变化模拟研究是土地利用变化研究的重要分支。复杂系统理论的完善和系统模拟平台的发展使得复杂系统模拟方法在土地利用变化模拟研究中的优势越来越明显,元胞自动机模型和多主体模型正是基于复杂系统理论模拟研究的代表。本文简要回顾了土地利用变化模拟研究进展,探讨了土地利用变化的内在机理,着重分析了元胞自动机和多主体模型的内涵、研究热点、模拟平台和优缺点等,并对其今后在土地利用变化模拟研究的发展趋势进行了展望,以期为土地利用变化模拟研究提供参考。
水文过程
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  水文过程

  海河流域地表水与地下水耦合模拟

  王中根, 朱新军, 李尉, 罗燏辀, 张明华

  2011, 30(11): 1345-1353. https://doi.org/10.11820/dlkxjz.2011.11.003

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  近10 年来海河流域地下水超采严重,急需加强流域地表水与地下水统一管理。地表水与地下水的耦合模拟研究是实现流域地表与地下水资源综合管理的重要支撑。本文探讨了当前3 种不同的地表水与地下水耦合方式,基于现有数据条件和应用管理的需求,提出了将成熟的流域地表水SWAT与地下水MODFLOW模型进行松散耦合的技术框架,并构建了海河流域地表水与地下水耦合模型。在流域地表空间上,根据流域特性和管理需求,划分了283 个子流域和2100 个水文响应单元(HRU);在平原区地下空间上,基于15 个大的岩性分区剖分出若干个4 km × 4 km网格。通过GIS平台,建立流域地表水与地下水计算单元的转换关系。并利用1995-2004 年水文气象数据进行验证分析,取得较好模拟精度。该耦合模型不仅能够支撑流域现状管理,而且可用于气候变化与南水北调工程对流域水资源影响评估分析。
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  水文过程

  沂河流域水文特征变化及其驱动因素

  薛丽芳, 谭海樵

  2011, 30(11): 1354-1360. https://doi.org/10.11820/dlkxjz.2011.11.004

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  以沂河流域为研究区,运用水文特征参数时间序列法,分析1951-2002 年流域降水、径流、洪峰流量等水文要素的演化趋势,通过临沂站50 年来天然径流过程的回归模拟及其与实测径流的比较,定量分析气候变化和人类活动对径流的影响。结果表明：近50 年来沂河流域年径流量和各月径流量显著减少,并且对降水波动的响应迟缓,而单次暴雨径流对降水反应敏感;10 年尺度的降水波动中,径流随着降水的多少而发生相对一致的变化趋势,降水变化在一定程度上控制着径流的演化;但是20 世纪60 年代中期以来,临沂站实测径流的平均值减少了149mm,占天然径流量年平均值的51.6%,气候变化和人类活动对径流减少的贡献率分别为39.3%和60.7%。水利工程建设、土地利用变化、水资源开发利用等人类活动对径流产生更为深刻的影响。流域可持续发展要求在遵循水循环自然规律的基础上合理约束人类活动。
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  水文过程

  国内水文序列变异点分析方法及在各流域应用研究进展

  周园园, 师长兴, 范小黎, 杜俊

  2011, 30(11): 1361-1369. https://doi.org/10.11820/dlkxjz.2011.11.005

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  变异点识别在区分气候变化和人类活动对水文过程的影响中具有十分重要的作用。近几十年来,国内水文序列变异点的研究逐渐发展,从最早的使用单一方法发展到由多种方法组成的水文序列变异点诊断系统和对部分方法的改进。同时,各种方法在中国各主要流域得到广泛应用,但是使用的方法不同,水文序列时间年限不同,得到的变异点的结果也不完全一致。本文将目前普遍采用的方法及在各流域的应用成果进行了系统总结,为今后水文序列变异点的方法改进及其在流域中的应用发展提供参考。
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  水文过程

  气候变化下极端水文事件的研究进展

  张利平, 杜鸿, 夏军, 徐霞

  2011, 30(11): 1370-1379. https://doi.org/10.11820/dlkxjz.2011.11.006

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  气候异常变化导致洪涝灾害、干旱等极端水文事件的发生及其增加的水灾害风险正成为人类生存所面临的重大挑战。近年来,开展气候变化背景下流域极端水文事件的变化趋势、发生机理及其对气候变化的响应与预测研究正逐渐受到国内外众多学者的关注。本文从极端水文事件的定义、研究方法、水文极值分布函数、观测事实及模拟研究等方面分析评述了极端水文事件问题的研究现状和研究成果。在此基础上,讨论了研究现状存在的问题并对该领域未来研究方向进行了展望。
气候与环境变化
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  气候与环境变化

  中国北方夏半年干旱的时空变化

  刘莉红, 翟盘茂, 郑祖光, 刘晓玲

  2011, 30(11): 1380-1386. https://doi.org/10.11820/dlkxjz.2011.11.007

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  利用1951-2008 年中国北方348 个站的夏半年逐日降水资料,首先把整个北方分几个区分别建立夏半年最长连续无降水日数时间序列;然后采用经验模态分解(EMD)方法求出该序列的本征模态函数(IMF),分析各序列的不同时间尺度的变化,又用小波变换等方法分析各序列的转折点。结果表明,北方4 个区(东北、华北、西北东部和西北西部)夏半年最长连续无降水日数的变化主要是由前2 个较高频的本征模态函数分量构成,它们的方差贡献占总方差的80%左右,说明3～4 年、7 年左右尺度的振荡对整个序列的变化起主要作用。较低频的分量则反映10～15 年以上的年代际变化。近58 年来,东北、华北、西北东部的最长连续无降水日数都呈增加趋势,北方大部分地区干旱化加剧;而西北西部则呈减少趋势,干旱趋于缓解。近十几年来较明显的变化是东北趋于变干,西北东部趋于变湿。各区最长连续无降水日数显著增加的年份,东北、华北在1992 年前后,西北主要在1960 年前后,相应地,这些地区发生明显的干旱情景。分析所用的时间-空间尺度不同,所得到的结果可能有所不同。
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  气候与环境变化

  基于温度作为辅助变量的中国降水δ¹⁸O空间分布特征

  李亚举, 张明军, 王圣杰, 李忠勤, 李小飞

  2011, 30(11): 1387-1394. https://doi.org/10.11820/dlkxjz.2011.11.008

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  本研究利用从WorldClim 获得的高分辨率气象数据分析稳定同位素温度效应,研究发现最热季度的平均气温与中国62 个站点同位素年平均值之间表现出很好的相关性(R²=0.79)。在此基础上利用地统计学方法,也就是采用温度作为辅助变量的空间插值算法——局部平均的简单克里金法(Simple Kriging with locally varying mean,SKlm),对中国降水中稳定同位素年平均值空间分布进行了模拟,得到了较高分辨率的中国降水中年均δ¹⁸O空间分布图,该图能够较好地表现区域同位素变化模式,能够反映如降水汽团的来源、性质等的气候环境背景,也能在一定程度上反映包括当地的纬度、地形、海拔高度等在内的局部地理因素。
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  气候与环境变化

  1960-2009 年湖南省暴雨极端事件的气候特征

  张剑明, 廖玉芳, 段丽洁, 曾向红

  2011, 30(11): 1395-1402. https://doi.org/10.11820/dlkxjz.2011.11.009

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  本文采用湖南省88 个地面气象站点1960-2009 年的逐日降水资料,运用一元线性回归、M-K突变分析及小波分析等方法分析了湖南省50 年来区域暴雨极端事件的时空分布特征及变化趋势。研究表明：过去50 年暴雨极端事件增多、强度增大。暴雨极端事件有波动上升的趋势,20 世纪60 年代和80 年代偏少,70 年代和90 年代偏多;在80 年代末到90 年代初暴雨极端事件由小变大是一突变现象,且存在2 年、5 年、7 年和21 年左右的周期振荡。降水量明显高于平均值的月份集中在4-8 月,而暴雨降水量和暴雨总次数明显高于平均值的月份集中在5-8 月。降水量湘西地区可能更加少雨,湘北洞庭湖区和湘中部分地区有可能向多雨转变的趋势;湘东和湘南有可能向干旱转变。暴雨降水量、最大日降水量、暴雨次数、暴雨强度和降水集中率在湘中、湘西南和湘西北个别地区可能比原来更少,其余地区均可能增多。
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  气候与环境变化

  中国天山西部季节性森林积雪物理特性

  陆恒, 魏文寿, 刘明哲, 韩茜, 洪雯

  2011, 30(11): 1403-1409. https://doi.org/10.11820/dlkxjz.2011.11.010

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  积雪特殊的物理特性对冰雪水文过程、积雪生态系统、不同尺度的气候系统有重要影响。目前对林下积雪物理特性缺乏系统性研究,因此对天山雪岭云杉林下季节性积雪深度、沉降速率、密度和含水率进行观测分析。结果表明：林下积雪深度小于开阔地;林下积雪沉降速率和新雪密实化率小于开阔地,且稳定期沉降速率小于融雪期。稳定期林下积雪密度小于开阔地,林下雪层密度最大值位于中粒雪层,开阔地则位于粗粒雪层;融雪期则全层密度趋于一致。稳定期林下雪层含水率随深度递减,开阔地雪层最大值出现粗粒雪层;融雪期雪层汗水峰值出现在细粒雪层,新雪层最小,林下雪层由细粒雪层到深霜层始终呈减小趋势,开阔地雪层由细粒雪层至中粒雪层逐渐减小,粗粒雪层至深霜层逐渐增大;稳定期雪层含水率日变化随深度的递减逐渐减小,开阔地大于林下;开阔地的新雪层和细粒雪层含水率的日变化大于林下,粗粒雪层到深霜层则小于林下。
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  气候与环境变化

  基于分形理论与GIS技术的山东省气温趋势性分析

  张庆伟, 石纯, 王军, 许世远

  2011, 30(11): 1410-1414. https://doi.org/10.11820/dlkxjz.2011.11.011

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  大量研究表明气候变暖已是不争的事实。众所周知,气温变化与生物活动息息相关,在目前动植物急剧减少与灭绝的背景下,在自然因素与人为因素双重作用下,未来气温的变化趋势成为研究热点。本文根据山东省117 个气象站1970-2007 年的气温资料,首先利用分形理论中R/S 分析法,分析山东省气温变化是否存在趋势性成分。其次利用GIS 技术研究山东省近40a 气温数值及分布的变化特点。结果显示：H指数不等于0.5 的概率为100%,表明山东省气温存在趋势性成分。其中春季、夏季及冬季气温将继续保持过去上升的趋势,等温线分布逐渐具有无规则的特点且局部小气候分布将增多,由此看见,人为因素对气温影响逐渐增大;秋季未来气温出现反差的概率较高。
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  气候与环境变化

  空间异质性及绿色空间对大气污染的削减效应——以大珠江三角州为例

  丁宇, 李贵才, 路旭, 高梅

  2011, 30(11): 1415-1421. https://doi.org/10.11820/dlkxjz.2011.11.012

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  随着城市化进程的加快,生态空间在区域大气污染改善中的角色越来越重要。本文从区域内部地域构成的空间异质性视角,采用干沉降模型,建立植被对大气污染削减效应与空间特征的表征方式,用以揭示不同次区域中绿地对大气污染削减研究的重点和特色。研究表明,“中”次区域污染削减量明显高于“高”、“低”次区域,然而“中”次区域绿地功能的发挥仍处于污染驱动阶段;“高”、“低”次区域已进入绿地功能驱动阶段,生物多样性、生态结构和景观格局对大气污染削减的影响更加突出。森林下垫面对大珠三角地区SO₂、NO₂、PM₁₀污染物的削减率分别为1.3%、0.7%和4.1%。最后,提出结合资源禀赋和城市发展特征开展绿色空间的功能导向型研究,并探讨了未来研究发展的主要趋势和重点问题。
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  气候与环境变化

  GDAS数据和NOAH陆面模式在中国应用的精度检验

  田静, 苏红波, 孙晓敏, 陈少辉

  2011, 30(11): 1422-1430. https://doi.org/10.11820/dlkxjz.2011.11.013

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  GDAS数据集中的大气强迫数据是目前使用最广的用于陆面模式模拟地表水热参数的输入数据集,除模型本身外,可以说这些输入数据决定了模型的模拟精度。虽然这类数据具有空间分辨率低、空间代表性和精度有限的缺点,但在没有更好办法的现实条件下,现阶段多数研究者还是以此为依据进行陆面过程的模拟分析。本文的目的就是对目前普遍使用的GDAS强迫数据和NOAH陆面模式在中国应用的模拟精度进行检验,是模型和数据不做任何改动条件下的检验结果,给出客观的评价,以作为数据和模型使用者的参考依据,引起研究者的重视。利用中国3 种典型生态系统的地面实测数据进行检验的结果显示：①GDAS强迫数据中的短波净辐射数据和总净辐射数据质量非常好,可以作为重要的辐射数据源使用;②GDAS的降雨数据与地面雨量筒实测数据比较误差较大,但综合考虑降雨数据验证时的尺度效应问题和目前降雨空间数据资源十分有限,GDAS的降雨数据仍具有很高的实用价值;③NOAH模拟的地表潜热、显热通量和0-10cm表层土壤含水量数据在时间变化趋势上与地面观测结果较一致,说明模拟结果能够很好地反映地表真实的变化过程,但在具体量值上仍存在较大差异;④NOAH模拟对土壤热通量的模拟精度较差。
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  气候与环境变化

  植物叶片性状沿海拔梯度变化研究进展

  宋璐璐, 樊江文, 吴绍洪

  2011, 30(11): 1431-1439. https://doi.org/10.11820/dlkxjz.2011.11.014

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  由于在海拔梯度上各种环境因子表现出连续的梯度性变化,以海拔梯度为平台研究植物叶片性状的适应特征有助于揭示植物对气候变化的响应,进而可以为研究全球变化与陆地生态系统的关系提供研究基础。本文重点分析了植物的叶寿命、比叶面积、叶氮含量、叶绿素含量等叶片结构性状和气孔导度、叶片羧化效率、水分利用效率和叶片δ¹³C等叶片功能性状随海拔梯度的变化规律和特点,探讨了植物叶片性状的研究不足及未来发展方向,以便为国内相关研究的开展提供参考。
土地利用
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  土地利用

  城市建设用地增长研究进展与展望

  王婧, 方创琳

  2011, 30(11): 1440-1448. https://doi.org/10.11820/dlkxjz.2011.11.015

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  针对目前城市建设用地快速增长现象、耕地流失及城市建设用地保障不足的用地现实,本文对国内外城市建设用地增长研究的主要进展进行了分析总结,以期为深化中国城市建设用地增长研究、解决现实用地矛盾、正确引导城市建设用地发展、践行健康城市化之路提供参考。当前,国内外学者已在城市建设用地增长的时空过程与特征、影响因素与动力机制、模拟预测方面进行了多尺度、多地域的综合性与典型性研究,探讨了城市建设用地增长对耕地的占用,并提出了一些致力于城市用地增长调控的对策与方法。采用的定量分析方法主要包括数理统计法、RS/GIS 技术、灰色系统分析法、MAS/CA模型等。研究成果对于深入认识和调控城市建设用地增长起到了重要作用。基于中国基本国情及当前面临的土地利用问题,未来的建设用地变化研究应逐步向城市与乡村相结合领域转型,研究方法将由一维逐渐向二维、三维甚至多维拓展,并据此为国家制定和完善土地管控政策提供科学依据;此外,未来应强化城市土地集约利用和增长边界控制,以有效控制城市建设用地的低效、过速扩张,实现精明增长。
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  土地利用

  2007 年中国耕地资源安全评价

  宋伟, 陈百明, 史文娇, 吴建寨

  2011, 30(11): 1449-1455. https://doi.org/10.11820/dlkxjz.2011.11.016

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  本文从耕地资源的数量安全、质量安全和生态安全3 个方面,选取14 个指标评价和分析了2007 年中国的耕地资源安全状况。本文的数据主要来源于国土资源部土地利用变更数据、农用地分等定级数据、第二次土壤普查数据和统计数据。研究显示：①2007 年,中国耕地资源安全评价分值为0.517,资源安全保障程度不高。区域上,耕地资源安全呈现出东部高、西部低的特点,高耕地资源安全省份主要有东部和中部的山东、福建、浙江等10 个省份以及西部的新疆和西藏;低资源安全省份则大多分布在西部地区,包括陕西、内蒙古、甘肃、青海、宁夏等省份。②耕地资源数量安全评价分值为0.195,资源安全分布呈现出东北部较高,黄土高原、华北平原和四川盆地较低的特点。生态退耕和建设占用带来的耕地快速减少,以及区域粮食生产定位形成的较高耕地保有量目标是造成以上地区耕地数量安全程度较低的主要原因。③耕地质量安全评价分值为0.151,呈现出东部高、东北部和西部较低的特点。区域耕地自然本底质量(耕地自然质量等别)是造成区域耕地质量安全差别的主要原因。④ 耕地生态安全的评价分值为0.171,呈现出东北部高、东部低的特点。东部地区耕地资源生态安全偏低的主要原因是化肥、农药、农膜的过量施用及其引起的土壤污染问题;西部地区耕地生态安全程度不高的主要原因是相对严重的耕地水土流失状况。