地理学主要关注陆地表层自然和人文要素的空间分异规律研究,针对这一复杂系统的不同问题应该选择不同的研究方式。本文在思考以往地理学研究方式的基础上,将地理学研究范式概括为：地理经验科学研究范式、地理实证科学研究范式、地理系统科学研究范式和地理大数据研究范式。对不同地理科学问题应选取不同的范式加以研究,对有些复杂科学问题应采用多种研究范式加以解决。
工业化、城镇化、农业现代化、信息化、绿色化“五化”是社会现代化战略的重要支撑。“五化”协调定量评价是近年来一个研究热点。本文通过梳理和总结国内关于“五化”协调发展定量研究发现：①“五化”协调发展的内涵解读不一,评价时往往选择单指标,与综合指标差异很大。②权重计算以熵权法为主,层次分析法等主观评价方法较少,主客观评价结合更少。③协调水平的研究方法主要以耦合度、耦合协调度为主,其次为关系拟合与趋势预测法、DEA动态效率+HR模型、同步度模型等,并出现了系统性研究方法以及多种方法的交叉,研究方法的层次不断提高。④空间分析方法以空间分类与探索性空间数据分析为主,空间重心转移轨迹、空间格局的动态演进、空间趋势分析等研究方法逐渐出现。⑤时空分异的机理分析主要以影响因子解读与多元线性回归模型为主,空间滞后模型(SLM)、空间误差模型(SEM)、地理加权回归模型(GWR)等考虑空间因素的回归模型开始出现。但“化”的过程性、阶段性分析不足,“化”与“化”协调发展的转折点及转型机制分析不足。根据研究进展的评析,从研究范式、指标选择与权重计算、研究方法、空间分析技术、时空分异的机理解释等方面进行了反思,提出了加强“五化”协调发展的内在机理与评价维度分析、加强指标体系构建和权重设置的合理性研究、采用多元的“五化”协调度评价方法、加强空间分析技术的综合应用、促进定量解释与定性解释的结合等建议。
城市与其腹地相互联系、相互作用,对城市腹地的准确识别有助于科学评估城市发展实力与潜力,已成为当前城市(群)空间发展战略制定的重要决策支撑。本文系统梳理了城市腹地概念内涵,从流度辐射区、城市吸引区,到中心地与腹地互动,再到中心地与腹地一体化的历史变化。在此基础上重点探讨了城市腹地定量识别的研究进展：识别对象从单一城市腹地转为城市群腹地,识别内容则从宽泛的综合腹地转向具体产业、金融、信息腹地等,识别方法为对传统场强模型的多要素修正。最后,将城市腹地定量识别研究展望概括为网络城市腹地与虚拟腹地识别、经济—生态—人文腹地的综合识别、遥感数据与非参数化模型的应用等3个方面。
叶绿素是草地进行光合作用最重要的色素,与氮素、蛋白质、水分等其他植被生化参数均有着密切关系,是草地光合能力及生理状况的良好指示剂。利用高光谱数据建模分析是实现大面积草地叶绿素含量估算的一种重要手段。本文将基于高光谱分析估算草地叶绿素含量的方法总结为：基于红边位置及光谱指数的经验模型和辐射传输模型两类。经验模型通过建立叶绿素含量与红边位置、光谱指数之间统计关系来估算叶绿素含量,参数简单,实用性较强;但光谱指数构造形式多样且与草地叶绿素含量关系复杂,在一定程度上影响了叶绿素的估算精度。辐射传输模型以叶绿素含量与辐射能量的作用过程作为其理论基础,模型中参数较多且对估算尺度敏感,有待于进一步完善。目前草地叶绿素估算的研究相对薄弱,专门用于估算的模型较少。未来的工作一方面应致力于发展和改进适宜于草地的光谱指数,同时确定合适的辐射传输模型参数以改进模型对草地的监测效果;另一方面,如何由叶片尺度拓展到冠层尺度进而拓展到像元尺度,从而更好地实现大面积草地叶绿素含量估算,是一项既具有重要意义又有挑战性的工作。
森林景观模型(forest landscape models)是基于森林动态机制和干扰作用在景观尺度上模拟和预测森林时空变化特征的计算机模型。该类模型越来越多地用于森林规划、经营管理、生态资源保护与恢复及全球气候变化研究。本文通过对大量文献资料的整理,对森林景观模型的概念、尺度、类型、方法、应用和最新研究进展进行了综述。随着计算机、地理信息系统、遥感等技术的迅猛发展,森林景观模型将会越来越多地与地理信息系统、规划经营管理决策等紧密结合,未来将向服务性决策模型方向发展。
2014年11月,国务院发布《关于调整城市规模划分标准的通知》,将城市规模等级划分为“五类七档”,受到广泛关注。但因对新标准的理解存在歧义而出现各种划分结果,引起误解与混乱。在对比新旧标准的基础上,以第六次人口普查数据为基础,分析2010年中国城市规模等级结构,评价新标准的科学性和局限性。结果显示,新标准在空间口径、人口口径、分级标准等方面进行了实质性的改进;按照新标准划分的2010年中国城市规模等级结构,相对于旧标准及其他标准而言,特大城市和大城市数量大幅缩减,而中小城市数量相应增多,呈现出显著的金字塔结构特征,更加符合中心地理论模型和位序—规模法则,更有利于科学地实施城市与人口的分类管理。但同时,新标准也存在“城区人口”数据难以获取、受行政区划调整影响较大等局限性,亟待加强实体城区识别研究和推进数据共享。
中国戈壁广泛分布于北方的干旱与极干旱区域,直至目前尚未系统地开展戈壁分区研究。本文在综合分析戈壁特征与形成发生机制关系后认为,我国戈壁的最主要特征是地表砾质覆盖;表层具孔状漆漠结皮,其下具棕红色紧实层及石膏层;植物覆盖度极低,生长旱生极旱生灌木—半灌木。戈壁形成发生的区域仅限于干燥度4以上的干旱、极干旱区域。根据戈壁特征及发生条件的区域分异,选取干温指标、区域地质地貌建造指标、地表物质成因形态指标,将中国戈壁分布区划分为温性干旱极干旱戈壁区、暖性干旱极干旱戈壁区和青藏高原北部亚寒干旱极干旱戈壁区3个一级区(区),其下按区域地质地貌建造特征划分出9个二级区(地区),再按戈壁地表物质成因与形态差异划分出19个三级区(亚地区)。还可根据土壤和植被的地域分异进一步划分出若干个四级区(小区)。
基于区域关联的视角,构建了省域生态补偿框架。运用投入产出方法,在2010年中国区域间投入产出表的基础上,以2010年统计数据为例,对中国省域间产业的土地资源占用量进行了测算。研究结果表明：①农林牧渔业大多属于被占用型产业,农业的发展应得到补偿;②工业属于占用型产业,应付出一定的生态资源补偿费;③建筑业在消费、投资情境下,属于占用型产业;在出口情境下,省域差异较大;④交通运输及仓储业,在消费和投资情境下,大多为占用型产业;而在出口情境下,省域差异较大;⑤批发零售业大多为占用型产业,应该承担生态补偿的责任;⑥其他服务业在消费情景下,大多为占用型产业;而出口和投资情景下,则大多为被占用型产业。最后,从加强产业生态补偿的立法、完善产业生态补偿的税收手段等方面,提出了相关政策建议。
光释光(OSL)年代学模型是基于数理统计学的一类概率密度模型,它根据特定的假设条件对样品等效剂量(De)分布进行数学解释,由此估计具有不同沉积历史或者能够代表样品实际埋藏年龄的De组分。年龄模型参数估计常通过极大似然估计(MLE)算法实现,本文尝试了切片采样算法在年龄模型参数优化中的应用。切片采样属于一种马尔科夫链蒙特卡罗采样(MCMC)算法,能根据测量数据与模型的联合似然函数进行随机采样,由此获得参数的采样分布。本文编写了实现年龄模型切片采样算法的应用程序,并使用模拟及实测De数据验证了该算法估计的可靠性。相对于MLE算法,MCMC算法具有对参数初值依赖性低、误差估计更准确的特点,切片采样算法提供了实现释光年龄模型参数估计的一种新方法。
数字地形分析(Digital Terrain Analysis, DTA)在应用时依赖于建模知识,尤其是关于所建的应用模型是否与研究区特点、数据等条件相适配的知识(称为“应用适配性知识”);由于这类知识难以形式化表达,现有的数字地形分析工具对此类知识缺乏利用,从而导致普通用户在应用数字地形分析时建模困难。针对该问题,设计了一套数字地形分析领域应用适配性知识的案例表达与相应的推理方法。以美国32个河网提取案例为例,通过交叉验证,初步表明案例及其推理应用方法适合于数字地形分析领域应用适配性知识的形式化表达与应用,该方法通过与建模环境的集成,可大幅降低数字地形分析应用建模难度。
对库布齐沙漠南缘抛物线形沙丘表面气流和输沙率的野外观测和分析结果表明,沙丘表面约90%的风沙输移集中在距沙面0.10 m高度范围内,输沙率随高度递减的形式在沙丘各部位因风速、下垫面状况和坡面形态不同而发生变异。沙丘迎风坡坡脚因出露坚硬、含砾石地表,颗粒跃移高度大,风沙流上层相对输沙率大;迎风坡沙粒沿坡向上运动,颗粒跃移高度减小,风沙流中近地表相对输沙率大;沙丘背风坡沙粒沿坡向下运动,加之来自丘顶变型跃移物质的影响,风沙流上层相对输沙率较大;脊线受迎风坡各个断面地形差异的影响,各观测点间风沙流结构差异显著。风沙流结构在迎风坡和丘顶均遵循指数递减规律(Q=aexp(-z/b)),其中,指数函数拟合中系数a与输沙率具有良好的幂函数关系,随风速增加而增加,但二者关系较弱;b与二者无相关性。背风坡风沙流结构具有明显的分段现象,以0.10 m高度为界,下层符合指数函数,上层符合幂函数。
客货流地理是交通地理学研究的传统重要领域。本文利用位序—规模分布理论,对1980-2010年珠江三角洲客货运量等级规模结构分布特征及其变化进行研究。结果表明：客货运量规模的q值均大于1,符合位序—规模分布特征,但客运规模分布更显著。客运量q值先减小后增大,呈现出非均衡—相对均衡—非均衡演变特征;货运量q值逐渐降低,呈现出非均衡—相对均衡演变特征。在空间格局方面,客运空间格局呈现出由初期以广州为单中心向心型客运联系向穗莞深多中心客运联系转变;珠三角产业结构趋同性及以广州为中心的放射状交通网络结构,使得货运空间格局呈现出长期以广州为核心单核主导特征,主要表现为递接性联系特征。
高速城镇化和机动化阶段,面临与日剧增的环境压力,城市交通的多目标发展成为交通可持续发展的关键。在提升居民出行满意度的同时,降低交通碳排放是目前及未来城市交通可持续发展关注的核心目标,是城市交通效率的主要内涵。由此,本文从交通出行便捷与交通碳减排双目标综合评估的角度,提出基于中观尺度的城市交通出行满意度和交通碳排放的定量测算方法;并利用数据包络分析(Data Envelopment Analysis, DEA)法探讨城市交通综合效率评价方法。对北京市城六区的实证结果显示,在三环以内地区,城市交通综合效率较高,五环以外大部分地区较差。交通综合效率较高的地区集中分布于：①西三环至西四环万寿路街道的公主坟-五棵松地区。②北三环和平里街道安贞桥附近地区。③东北三环的三里屯地区。而综合效率较差的地区大多位于城市外围,例如西北六环周边,西南五环至西南六环部分地区,以及东五环外常营地区等,交通碳排放较高是这些地区交通效率较差的主要原因。此外,交通效率的空间差异与地理空间环境的差异性呈现高度的相关。例如,交通效率较差的地区大多是高档别墅区集聚的地区,以及城市五环周边公共交通不完善的部分居住区。通勤中机动化比例较高和通勤距离较长是碳排放强度较高的主要原因。
地铁站点是城市各种社会经济活动的关键节点,不同类型的地铁站点在城市中的区域条件、交通功能、土地利用类型等方面均存在差异,科学的站点分类有助于了解城市功能分区及评价轨道交通基础设施建设状况。本文基于2013年3月份14天工作日地铁刷卡客流量数据,运用引入客流特征的时间序列聚类方法,对北京市195个地铁站点进行分类。研究表明：①地铁站点客流量存在时空差异,也是城市功能分区时空差异的表现之一。②通过引入客流特征的时间序列方法,将地铁站点分为居住导向型、就业导向型、职住错位型、错位偏居住型、错位偏就业型、混合型、综合型及其他型8种不同类型。③利用地铁站点客流量数据,是将空间行为和实体空间进行关联比较的有效途径。
