地球系统科学是以地球系统为研究对象, 重点研究各圈层、各要素以及自然和人为现象 之间相互作用关系的科学, 是在科学技术自身发展和社会需求共同推动下发展起来的新兴学科。 地球系统科学概念的提出是为了解决全球性的资源和环境问题的需要, 是地球科学向综合集成 方向转变的重要阶段。目前在地球系统科学思想的指导下, 在全球规模上已经组织了一系列重要 国际联合研究计划, 企图组织全球的科学家协作推动地球科学的发展。地球系统科学发展离不开 对地球系统要素和圈层的物理、化学和生物过程的综合观测工作的支持。自20 世纪80 年代以 来, 一些国家、国际组织和国际合作项目都纷纷建立了国家、区域甚至全球尺度的观测、监测和信 息共享网络。国际长期生态研究网络(ILTER) 自20 世纪80 年代开始建设, 其目的是对生态过程 进行长期的监测, 研究各种生态因子的相互作用及生态过程, 从而揭示出生态系统和环境的长期 变化, 为生态系统评价及管理提供科学依据。 中国生态系统研究网络(CERN) 始建于1988 年, 在中国生态系统动态观测、科学研究和试验 示范方面发挥了重要作用, 2005 年在CERN 的基础上, 由国家科技部组织开始建立中国国家生 态系统观测研究网络(CNEN) , 目前已经遴选出了53 个台站, 开始对农田、森林、草地( 含荒漠) 和 水体( 湖泊和海湾) 的动态进行观测研究, 该网络必将成为全球地球观测系统(GEOSS) 的重要组 成部分, 在我国地球系统科学发展的历程中发挥重要作用。本文主要从发展地球系统科学角度, 讨论生态系统观测研究网络在地球系统科学中的作用。
生态系统完整性( ecosystem integrity) 的内涵不断发展, 正在逐步成为现代环境伦理和环 境政策的价值基础。对生态系统完整性有多个侧面的研究视角和定义。结构的视角注重系统组成 的成分, 功能的视角注重系统整体的、动态的特性; 人类的价值判断对生态系统是否具有完整性 起决定作用; 从自组织演化的角度, 一个健康、且具有不断自演化和进化能力的系统才是具有完 整性的。从生态系统完整性的测量方法和评价指标体系来看, 不同的生态系统, 因其管理目标的 不同, 评价的指标和方法也有侧重。最后, 生态系统完整性在生物资源保护和生态系统管理方面 得到广泛应用, 生态系统完整性应视为区域生态系统规划和管理的价值内核。
作为NOAA/AVHRR 归一化植被指数(NDVI) 的延续和发展, EOS/MODIS 归一化植被指 数(NDVI) 和增强植被指数( EVI) 在许多领域得到广泛应用。应用数理统计和地统计学方法对二 者进行的对比研究表明: NDVI 在植被生长旺盛期容易达到饱和, 而EVI 则能克服这一现象, 比 较真实地反映植被的生长变化过程; 相同空间分辨率下, EVI 取值范围、标准差与变异系数均高 于NDVI, NDVI 数据比较均一, 其空间相关性高于EVI, EVI 更能反映研究区域内植被空间差异。 关键词:MODIS; 归一化植被指数(NDVI) ; 增强植被指数( EVI) ; 对比
全球湿地质量退化, 数量减少, 湿地资源面临巨大压力, 遥感技术在实时、动态监测其变 化方面扮演着一个重要的角色。本文湿地遥感监测主要侧重于基于遥感技术的湿地分类与识别, 从基于遥感监测的湿地分类系统、影像预处理、多分辨率(多空间分辨率、多光谱分辨率、多时相 分辨率)遥感影像数据源、湿地信息提取方法(人工目视解译和计算机自动解译)等方面的国内外 研究现状进行了系统的论述, 并指出目前湿地遥感监测存在3 点不足及其未来研究的6 个重点。
由于对气候变化的敏感性, 近年来高山树线交错带成为全球变化研究中的热点问题。高 山树线交错带所指示的是一个复杂生态系统的特征, 反映出了由低处植被向高山植被的转化, 其 景观格局是综合了种子定居, 树木生长以及树木繁殖等多个树木生态过程和特定高山环境下的 地理特征格局的适应结果。一方面, 树木通过自身生理生态学上的调整对高山极端环境进行适 应。一方面, 高山特定地理环境特征对树线的景观格局进行影响, 因而高山树线交错带成为研究 景观格局- 生态过程相互关系的一个重要载体。通过运用3S 技术, 可以将高山树线交错带研究中 的树线景观结构和生理生态过程结合在一起, 并验证在其景观格局形成过程中地理特征和人为 因子的相对重要性。
重金属对水体的污染已成为全球性的环境问题, 利用藻类生物修复重金属污染水体, 因 其有效、低廉和环保引起了国内外的广泛重视, 并且取得了一定的成效。本文介绍了藻类修复重 金属废水的应用概况, 总结了多年来在藻类对重金属离子的吸收途径、耐受机理、生物吸附机制、 模型解释及影响因素等方面的研究成果, 同时指出了当前在这些方面尚存的不足, 并就今后继续 筛选、利用生物技术培育对重金属高耐受、高富集性藻类, 进一步探求修复机理以及野外应用方 面的研究。
构建大尺度分布式水文模型是当前大气水文模型耦合研究的一项重要内容。本文介绍一 种根据1km DEM 生成更大网格尺度DEM 数据, 同时可以保持流域河网信息并减缓高程、坡度 等地貌参数信息量衰减速度的有效方法———ZB算法。利用该方法和常规的网格平均法生成黄河 唐乃亥以上流域的5km、10km、15km 和20km 两套DEM 数据, 分别提取高程、坡度、地形指数、河 网密度、主河道长度、流域面积等流域特征参数, 并与1km DEM 提取的上述参数进行比较, 对两 种方法作出评价。结果显示, 随着网格尺度的增大, ZB 算法获得的DEM 数据可以保持河网的连 续性, 提取出合理的流域范围, 减缓地形信息量的衰减速度。该方法满足构建大尺度分布式水文 模型提取数字流域的需要。
资源环境模型库管理系统是资源环境研究中的关键问题之一。建立资源环境模型库管理 系统通常有两种途径。一种途径是采用模型管理技术, 其主要方法包括数据式模型管理、结构化 模型管理、面向对象的模型管理和基于知识的模型管理, 这种方式的优势是可以有效地管理资源 环境模型, 但对空间数据处理的功能较弱, 需要编写大量的程序代码。另一种途径是在GIS 中管 理模型, 如ArcGIS 中的ModelBuilder, 这种方式的优点是可以充分利用GIS 的空间数据处理能 力, 但对复杂模型的支持较差。根据以上两种方式的特点, 本文提出了一种面向对象的资源环境 模型管理框架, 把模型抽象为模型类与模型实例, 采用面向对象方法表达模型, 通过构建资源环 境模型引擎处理空间数据和模型数学方程; 利用模型库和数据库, 可以实现模型的有效管理和模 型重用。
在地理学研究中, 常见各种线状地物对区域的性质产生重要影响。但在区域的综合评价 过程中, 对这种线状地物的影响多采用概化的评估方法操作, 如分区、分带和距离划分等, 并且评 估结果的生成效率较低。经过分析, 线状地物对区域的影响有距离衰减、等级效应、辐合效应和方 向效应等共性特点。通过对比, 发现线状地物对区域影响作用的空间分布属于二维场模型。场的 基本性质是具有空间结构和属性域、连续性、各向同性和各向异性、空间自相关等。为此, 我们提 出采用区域影响场模型对线状地物对区域的影响进行拟合, 并且利用GIS 软件生成线状地物的 区域影响场。通过实例验证, 结果表明运用区域影响场能够较好的反映线状地物对区域的影响作 用程度, 适用于线状地物对区域影响作用的表达。
社会科学开始借助于地理信息系统(GIS) 的空间统计分析方法, 来研究社会现象的空间 模式和非常态分布, 研究社会科学中的空间结构问题。人口是城市空间结构演变中最为活跃的因 素之一, 同时也较易获取、容易做到时空连续, 因此往往是衡量城市内部空间结构的重要指标之 一。借助于GIS 技术, 以20 世纪90 年代以来深圳市城市内部人口空间结构研究为例。研究结果 表明深圳市城市内部人口空间结构总体表现为集聚。具体来说: 1990 年和2000 年深圳市人口密 度均以特区内东门街道为最高, 特区外各街道人口密度增长较快; 1990~2000 年人口重心向西北 移动约4km; 1990 年人口密度函数和2000 年人口密度函数均以反函数模型拟合较好, 从市中心 随着距离增加, 人口密度递减; 空间相关性分析结果表明在市中心附近具有较大的向心效应, 带 来周边邻近区域人口的增长, 而在东部郊区人口分布相对稀疏, 出现部分离心效应。
我国的城市化进程进入持续快速发展时期, 各级城市都开始重视城乡统筹发展。在经济 发达的地区, 应该及时制定城乡一体化协调发展战略, 积极推进城乡一体化进程。文章在阐述新 时期对城乡一体化协调发展战略的新认识基础上, 认为制定城乡一体化协调发展战略, 应该秉承 "系统分析, 全面协调; 扬长补短, 发挥优势; 统筹城乡, 引导与调控兼顾; 产业、空间、生态战略并 重”的观点, 全面掌握研究区域的发展现状和主要问题, 有针对性、有步骤、有重点地制定相关的 发展战略。针对双流县而言, 具有得天独厚的区位条件和经济基础, 应该充分利用自身的优势条 件和外在发展环境, 积极稳妥地推进“稳步推进与可持续发展战略、北部带动与圈层发展战略、因 地制宜和重点突破战略", 逐步实现城乡一体化协调发展。
农业景观格局演变的驱动力及生态效应研究具有重要的意义, 目前研究主要集中在农业 景观格局及其组分的动态变化, 在驱动力和生态环境效应等方面的研究则是案例较多、归纳总结 和机制研究相对薄弱。分析了形成当前研究状况的原因并提出了今后研究的重点方向, 包括发展 能够反映生态过程的景观格局指数、归纳农业景观演变的驱动机制、农业景观格局变化的生态环 境效应机理研究、发展景观格局整体性指标和长期定位观测数据相结合研究方法、农业景观变化 所带来的生态恶化的恢复因子和恢复方法的研究、加强农业景观规划设计研究和实施、高效农田 景观结构设计机理研究。
农业外部性包括外部经济性与不经济性两方面, 前者表现为农业在食物保障、经济、生 态、社会与文化等方面所具有的多元价值, 而后者主要体现在农业对环境造成的非点源污染。我 国农业在土壤、水、大气、生物多样性和景观五个方面均有外部性表现, 本文对其分别进行了识 别。目前对于农业外部性的定量评估, 由于农业外部性表现具有较强的地域性、评价方法缺乏标 准、评价者立场与视角不同而使结果不具可比性。由于无论是农业外部经济性或外部不经济性均 是资源的低效配置, 因此各国从外部性产生的根源———市场失灵或政策失灵入手, 努力促使农业 多元价值得到最优表现, 并对农业外部不经济性加以控制。各国技术实践表明, 可持续农业技术 体系成为农业外部成本内部化的可行手段之一。
大自然千奇百怪, 大自然用其"无形之手"造就了奇妙无比的分形世界, 在自然形胜之处, 形成了无数的自然- 人工分形复合体, 它们逐渐吸引人们的关注, 渐进由旅游景物- 景点- 景群- 景区—风景区以及风景区域等而形成不同规模、不同层次的旅游网络系统。旅游网络系统的最基 本要素之一是景区(点), 不同等级、不同层次、不同规模的景区(点) 由各种旅游线路和廊道( 交通 线路) 相串通、连接, 从而形成旅游系统的网络空间结构。文中首先明确指出了将分形理论应用于 旅游地理学研究的科学意义, 系统提出了旅游系统网络空间结构在旅游景点、旅游线路与旅游交 通三方面的分形科学问题; 并进而以北京市旅游景点为例, 定量给出了旅游网络系统空间结构的 分形证据; 最后, 还指出了积极支持开展分形旅游研究对促进我国旅游地理学理论研究水平的提 升和在国际旅游学领域尽快占据分形旅游研究前沿之地的积极意义。
