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地理科学进展  
  地理科学进展--2013, 32 (1)   Published: 2013-01-25
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研究进展

近20年来中国古河道研究进展

赵艳霞, 徐全洪, 刘芳圆, 秦彦杰, 吴忱, 陈利江, 崔俊辉
地理科学进展. 2013, 32 (1): 3-19. ;  doi: 10.11820/dlkxjz.2013.01.001
全文: PDF (714KB) ( 799 )
摘要 ( 904 )
近20年来,我国在嫩江大安古河道、莱州湾南岸平原古河道、长江南京以下段古河道及古深槽、海底古河道等区域的研究,获得了大量研究成果,深化了理论认识,拓展了应用领域。这些新成果与新认识进一步表明,中国各外流大河均有末次盛冰期埋藏古河道,该期古河流深切于末次冰期间冰阶的陆地及浅海大陆架,形成切割谷和谷底部的深槽,谷内堆积了末次盛冰期和早全新世的河流相滞留物质和粗颗粒物质,上部被中全新世海相、海陆交互相或陆相细粒物质覆盖,构成了埋深约20~50 m的浅埋古河道带。古河道中蕴藏着比较丰富的地下淡水,是洪冲积平原及浅海陆架地区的重要水源。

水文时间序列分析方法研究进展

桑燕芳, 王中根, 刘昌明
地理科学进展. 2013, 32 (1): 20-30. ;  doi: 10.11820/dlkxjz.2013.01.002
全文: PDF (482KB) ( 1323 )
摘要 ( 975 )
水文时间序列不仅组成复杂,而且特性也复杂多变。目前认为水文时间序列主要表现出随机性、模糊性、非线性、非平稳性和多时间尺度变化等复杂特性。本文首先简要介绍了用于揭示水文过程复杂变化特性的时间序列分析方法的相关进展,包括序列相关性分析方法、水文频率分析方法、模糊分析方法、混沌理论分析方法、信息熵分析方法和小波分析方法等6种。然后,对各种分析方法存在的主要问题和有待解决的问题进行讨论,指出了各种方法应用于水文时间序列分析时存在的主要缺陷和不足。最后指出,不断改进和完善时间序列分析方法,探讨各种方法的联合和耦合,加强物理成因分析和数理统计分析相结合,是提高水文时间序列分析结果精度和可靠性的有效手段,也是研究和解决环境变化影响下水文水资源问题的有效途径。

基于DEM的数字流域特征提取研究进展

宋晓猛, 张建云, 占车生, 刘九夫
地理科学进展. 2013, 32 (1): 31-40. ;  doi: 10.11820/dlkxjz.2013.01.003
全文: PDF (1150KB) ( 1405 )
摘要 ( 790 )
数字高程模型(DEM)是地表形态高程属性的数字化表达,利用流域DEM数据构建数字水系模型并提取流域水文特征,是分布式水文过程模拟的重要基础。DEM中闭合洼地和平坦区域的处理、流向的确定以及DEM分辨率的大小都直接影响着流域水系特征提取的质量与效率。针对当前基于DEM提取河网与流域特征的诸多问题,阐述了DEM数据提取流域水系特征的原理,回顾了数字水系模型与流域特征提取方法,评述了洼地和平地的处理方法及水流方向的确定方法的研究进展,介绍了当前基于不同DEM数据类型的提取方法研究,探讨了DEM尺度和分辨率对提取流域特征的影响,总结了平缓区域数字水系和河网提取的研究进展。

FUTURES:一种新型区域城市增长模型

邓婧, 唐文武, 刘润润, 郑新奇
地理科学进展. 2013, 32 (1): 41-48. ;  doi: 10.11820/dlkxjz.2013.01.004
全文: PDF (3131KB) ( 878 )
摘要 ( 677 )
如何更好地进行城市发展模拟是发展中国家快速城市化过程中面临的一个科学问题。传统研究往往基于单体或组合模型,不能为决策方案提供直接支持。本文介绍了国外一个新的城市发展模型FUTURES(FUTure Ur-ban-Regional Environment Simulation)。该模型不仅考虑了城市发展区动态适宜性梯度计算、人均土地消耗的趋势分析以及基于空间位置的斑块变化可视化模拟,而且注重模块间的动态交互反馈过程,形成了独有的深度耦合机制,模型结构紧密又不失灵活性。基于高性能计算环境支持,该模型已经在美国北卡罗来纳州的多个区域进行实验并取得成功。本文主要介绍该模型设计思想、模型组成、关键建模方法,并总结了模型的主要优势,以期为我国城市发展模拟研究提供借鉴。
气候与水文

1951-2010年中国季平均降水高精度曲面建模分析

赵娜, 岳天祥, 王晨亮
地理科学进展. 2013, 32 (1): 49-58. ;  doi: 10.11820/dlkxjz.2013.01.005
全文: PDF (3656KB) ( 853 )
摘要 ( 608 )
利用1951-2010年中国711个气象观测站的月降水资料,对多年季平均降水根据中国农业气候类型进行分区模拟。针对中国降水特点,首先分析了影响各分区降水的地理、地形因素及局部地形因素,利用多项式回归和逐步回归的方法对各分区降水进行了趋势拟合;在此基础上,采用改进的高精度曲面建模(HASM)方法,对各模拟区域去掉趋势后的残差进行迭代修正,并比较验证了模拟效果。同时,为保证HASM在边界附近的模拟精度,根据区域内站点间的距离,对每一分区设置一个缓冲区,将HASM实际插值区域扩展为缓冲区内的部分。模拟结果表明:HASM方法的模拟精度在不同区域不同季节内均比经典的插值方法模拟精度高。利用上述方法分析了同一季节各分区降水的分布特点,并模拟了不同季节内多年平均降水的空间分布状况,模拟结果符合我国降水的实际分布特点。

气候变化情景下青海湟水流域径流变化的HIMS模拟分析

张艳娇, 高小红, 李其江, 陈强, 杨军军
地理科学进展. 2013, 32 (1): 59-67. ;  doi: 10.11820/dlkxjz.2013.01.006
全文: PDF (4525KB) ( 881 )
摘要 ( 577 )
基于国产HIMS(Hydro-Informatic Modeling System)模型,以青海湟水流域为研究区域,利用1986-2000年33个雨量站和8个气象站的逐日降水和气温数据,对其径流变化进行模拟;选取流域内6个水文站同期的实测径流数据,进行参数率定及验证。结果表明:HIMS模型日、月率定及验证结果良好,在湟水流域具有良好的适用性。在此基础之上,分析了湟水流域1961-2010年降水及气温的变化趋势,并对不同气候变化情景下的水文响应(径流量)进行模拟分析。结果显示气候变化对湟水流域径流量变化趋势影响显著,随气温升高和降水量的减少,径流量呈明显的减少趋势,反之,呈增加趋势。

2002-2010年长江流域GRACE水储量时空变化特征

许民, 叶柏生, 赵求东
地理科学进展. 2013, 32 (1): 68-77. ;  doi: 10.11820/dlkxjz.2013.01.007
全文: PDF (14826KB) ( 725 )
摘要 ( 794 )
利用高斯平滑滤波对2002年4月-2010年12月逐月GRACE卫星的时变重力场数据反演得到长江流域大尺度陆地水储量变化,对其时空变化进行研究,并将结果与全球陆面同化数据(GLDAS)模拟结果进行比较。其结论为:根据GRACE数据反演与GGLDAS模拟得到的水储量结果在大多数区域变化趋势相同,两者具有一致性,相关性达到0.89(P<0.05)。GRACE水储量研究结果表明:①2002-2010年长江流域水储量呈增加趋势,平均增长速率为0.43mm/月,相当于约95.04亿m3/年。长江上游增长速率为0.53mm/月,相当于约67.13亿m3/年;中游增长速率为0.51mm/月,相当于25.73亿m3/年;下游增长速率为0.36mm/月,相当于9.14亿m3/年。近9年长江流域水储量共增加约855.33亿m3。②从多年平均水储量空间分布来看,长江流域冬季月份(12、1、2、3月)水储量处于亏损状态,7-9月水储量处于盈余状态,4-6月下游至上游地区由亏损向盈余状态过渡,而10-11月则从上游至下游地区由盈余向亏损状态过渡。③全流域、上游及中游水储量逐月增长速率最大值出现在9月,分别为1.01cm/a、1.37cm/a、1.05cm/a;而下游地区则出现在7月,增长速率为1.62cm/a。

一种改进的土壤水分微波遥感反演模型

张显峰, 赵杰鹏, 刘羽
地理科学进展. 2013, 32 (1): 78-86. ;  doi: 10.11820/dlkxjz.2013.01.008
全文: PDF (5604KB) ( 694 )
摘要 ( 617 )
利用微波遥感数据反演地表土壤水分有着较好的物理基础,可实现大范围土壤水分状况的遥感监测。本文基于被动微波传感器AMSR-E的X波段数据,将土壤水分值分解成基准值和日变化量两个部分,并分别建立反演模型,同时引入降雨修正因子来进一步提高土壤水分的估算精度;利用IDL语言实现了我们所研发的模型,并集成为新疆土壤水分遥感反演系统模块之一;利用Watch Dog2400与传统铝盒采样获取的新疆地面土壤水分数据,提取适合的模型经验参数,并对模型结果进行精度评价。结果表明,经改进的模型反演得到的新疆土壤水分结果比美国冰雪数据中心的土壤水分产品在精度上有显著提高:均方根误差由8.4%降低为4.25%;所研发的软件模块可为相关应用部门提供快速的大范围土壤水分监测产品。

石羊河中游径流损耗特征及其影响因素

刘海猛, 石培基, 周俊菊, 刘海龙, 孙会慧
地理科学进展. 2013, 32 (1): 87-94. ;  doi: 10.11820/dlkxjz.2013.01.009
全文: PDF (2033KB) ( 672 )
摘要 ( 513 )
以石羊河中游为研究区域,分析了1956-2009年的径流损耗特征,通过相对损耗率和Fisher最优分割法等确定了人类活动对径流损耗的显著影响拐点为1975年,明确了人类活动影响下的径流突变点,修正了当前研究的不足。根据人类活动对径流影响的方式及强度,将近50多年的径流损耗划分为4个阶段,定量与定性相结合分析了1956-2009年不同代际的自然因素和人文因素对径流损耗的影响量和贡献率。结果表明:人类活动对石羊河中游径流损耗的影响于20世纪70年代中期以后显著增加;2000年之前人文因素贡献率不断增加,自然因素贡献率相应减少,且自然因素影响量与出山径流显著相关。20世纪90年代以来,人类活动与自然过程导致的径流损耗贡献率持平,1995-1999年人类活动影响量达到6.33亿m3/a,上游来水量的 62.31%被人类直接消耗,此时径流损耗的人文因素贡献率达最大值71.52%;之后开始逐渐降低,表明近年来石羊河中游人水系统矛盾有趋于缓和的迹象。

甘肃河东地区地表湿润特征及其气候影响因子

赵一飞, 张勃, 张多勇, 张建香, 何旭强, 孙力炜
地理科学进展. 2013, 32 (1): 95-104. ;  doi: 10.11820/dlkxjz.2013.01.010
全文: PDF (4500KB) ( 664 )
摘要 ( 579 )
利用甘肃河东地区13个气象站1960-2010年的逐日气象资料,选取FAO Penman-Monteith法计算了各站的潜在蒸散量,由此得出各站点的湿润指数;然后采用线性趋势法、Morlet小波、自然正交分解(EOF)和反距离加权插值等方法,对河东地区湿润指数的时空变化特征进行分析,进而探讨对影响其变化的气象要素。结果表明:①1992年之前,甘肃河东地区地表相对湿润,1992 年之后变得干旱,年地表湿润指数的年际变化率为-0.02/10a,相关系数为0.2946(P<0.05),季节上除冬季呈轻微增加外,其他各季都呈减少趋势,空间分布上表现出明显的南北差异,从南到北呈减少趋势;②年湿润指数空间异常分布主要表现为“全区一致性”和“南北反向变化”两种模态,同时也存在着19 a、5 a和11 a左右的变化周期,并于1994年发生了由湿向干的转变;③湿润指数与降水量、相对湿度呈显著正相关,与日照时数、潜在蒸散、风速和最高气温呈显著负相关。

闸坝的水文水环境效应及其量化方法探讨

张永勇, 夏军, 翟晓燕
地理科学进展. 2013, 32 (1): 105-113. ;  doi: 10.11820/dlkxjz.2013.01.011
全文: PDF (1569KB) ( 940 )
摘要 ( 643 )
如何正确处理流域开发与生态环境保护的关系,客观评价闸坝对生态环境的影响,是我国流域管理中亟待解决的科学问题之一。本文从河流的自然特性入手,剖析了闸坝修建和调控引起的水文水环境效应,探讨了闸坝对河流水量水质影响评价的理论基础、关键内容和技术手段等,提出了基于流域水循环过程认识和模拟的闸坝效应量化体系和分析方法;并以我国水利工程最密集、污染最严重的淮河流域为例,初步探索了流域闸坝的水文水环境效应。研究可为多闸坝调控流域水资源开发利用和水污染治理提供理论支持,为实现流域综合管理及社会经济可持续发展作出贡献。
模型与方法

GPU加速的多边形叠加分析

赵斯思, 周成虎
地理科学进展. 2013, 32 (1): 114-120. ;  doi: 10.11820/dlkxjz.2013.01.012
全文: PDF (1674KB) ( 879 )
摘要 ( 1005 )
叠加分析是地理信息系统最重要的分析功能之一,对多边形图层进行叠加分析要花费大量时间。为此,将GPU用于多边形叠加分析过程中的MBR过滤及多边形剪裁两个阶段。对MBR过滤阶段,提出了基于GPU的通过直方图及并行前置和实现的MBR过滤算法。对多边形剪裁阶段,通过改进Weiler-Atherton算法,使用新的焦点插入方法和简化的出入点标记算法,并结合并行前置和算法,提出了基于GPU的多边形剪裁算法。对实现过程中可能出现的负载不均衡情况,给出了基于动态规划的负载均衡方法。通过对这些算法的应用,实现对过滤阶段及精炼阶段的加速。实验结果表明,基于GPU的MBR过滤方法相对CPU实现的加速比为3.8,而基于GPU的多边形剪裁的速度比CPU实现快3.4倍。整体上,与CPU实现相比,GPU加速的多边形叠加提供了3倍以上的加速比。

基于DEM的地形单元多样性指数及其算法

田瑞云, 王玉宽, 傅斌, 刘援
地理科学进展. 2013, 32 (1): 121-129. ;  doi: 10.11820/dlkxjz.2013.01.013
全文: PDF (11297KB) ( 984 )
摘要 ( 595 )
在阐述地形信息表达研究进展的基础上,提出基于DEM地形单元多样性指数的概念和算法。地形单元多样性指数综合了高程、坡度、坡位、坡向、汇流量和水域信息等要素。其算法集成地形位置指数和地形湿度指数算法,采用图层叠加分析,设定分类、分级指标,进行重分类组合,划分地形单元类型,利用窗口分析法计算地形单元多样性指数。以四川省为试验区,利用精度为100 m的DEM数据和水域分布数据进行模拟计算,地形单元划分为13种典型类型,统计窗口半径设为900 m,计算出的多样性指数值小于0.5的区域仅占总面积的11%,大于0.75的区域达57%,符合实验区地形特征,并对算法进行了可行性分析和验证。结果表明,该算法提取的地形单元多样性指数可以有效反映地表形态的多样性特征及其变化。该研究结果为进一步探讨基于DEM地表形态信息的概念体系,以及从微观到宏观的地形信息空间分析研究创造了条件。

灾害链风险评估的概念模型——以汶川5·12特大地震为例

张卫星, 周洪建
地理科学进展. 2013, 32 (1): 130-144. ;  doi: 10.11820/dlkxjz.2013.01.014
全文: PDF (8158KB) ( 1027 )
摘要 ( 792 )
大量事实表明,每发生一种重大灾害总会诱发一系列次生灾害,形成破坏力远超单一灾种的灾害链现象。要有效防范灾害链风险,理清其形成过程、构建其评估模型是前提。在梳理国内外链式风险评估概念模型的基础上,结合“5·12”汶川特大地震灾害链案例,初步提出灾害链风险评估的概念模型。①孕灾环境敏感性是致灾因子链发的重要影响因素,决定灾害链风险的链发概率,确定影响孕灾环境敏感性的因素及定量关系是评估关键;②灾害链中承灾体重复受灾导致脆弱性增大,脆弱性变化评估的引入将提高灾害链风险评估结果的精度。本文旨在为完善区域灾害系统理论,进一步推动灾害链风险防范提供依据。
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