地震灾区是地表各圈层相互作用最剧烈、人地关系最紧张的区域。深入开展综合地理研究对于协调这一区域的人地关系,促进区域可持续发展有着重大的意义。本文首先对鲁甸灾前的资源环境特点与区域发展特征进行了评价和分析,发现该地区生态环境脆弱、人口密度大、贫困面广、生产生活对资源的依赖程度高、资源环境长期处于超载状态。进而,针对性地提出了尽早启动资源环境承载能力评价,科学制定重建规划,体制机制创新,以及开展整个青藏高原边缘地带及近邻地区的防灾减灾系统研究和整体规划等对策建议。
基于统计学的插值方法是地理学、生态学领域研究气温空间化的主要方法之一,对获取精细化气温数据进行生态模拟具有重要意义。结合国内外气温空间插值的主要研究成果,对常用气温空间化方法进行了归纳、对比,探讨各种方法的适用性和不足之处,从而为涉及气温空间化的具体研究提供一定的参考,并探讨了各类方法优化的方向。不同方法的对比分析结果表明:各种气温空间化方法各有所长,在具体的应用中都取得过较好的效果,但并不存在普适性的方法,在实际应用时必须针对研究区域具体的地理特征进行方法适用性验证或对各类方法中的具体参数进行改进,才能实现区域气温的空间最优化模拟。根据气温场的物理分布特征,结合GIS技术,考虑地形等更多的相关因子以提高气温分布微观细节的模拟精度是未来重要的发展趋势。
人为热是指由人类活动产生而释放到大气中的热量,这部分热量以感热和潜热的形式释放到城市冠层和城市边界层中,是城市生态系统的重要能量来源之一。在城市系统中,建筑物、交通运输和人类新陈代谢所释放的热量构成了总的人为热,具有明显的日变化和季节变化特征:清晨和傍晚出现一天中的两大峰值,而冬季和夏季分别是全年中最显著的两个季节。人为热的计算方法通常分为仪器观测法和能源消费清单法,其中能源消费清单法是目前普遍使用的方法。人为热主要通过改变大气的热力学能量方程和水汽方程中的热量和水汽量来影响区域和全球气候。在城市中,人为热是冬季和夜间城市热岛形成的主要原因,会影响大气边界层的稳定度和增加边界层高度。在全球范围内,人为热会对大气环流产生扰动,但对全球增温效应不显著。随着全球能源消费和人口的增加,人为热将成为气候变化的重要人为因子之一,因此如何观测和估算出一套高精度的人为热数据集极为重要。
森林净初级生产力(NPP)反映了森林植被固定和转换光合产物的能力,表示了森林碳汇功能强度,也是评价森林植被的演替状况以及陆地生态系统承载力的主要指标。基于遥感、清查资料等方法估算NPP已经取得了一些进展,但传统的研究方法受限于观测(调查)年份,难以有效获取长时间尺度的区域森林种群或群落年际NPP。树轮资料较为有效地反映了历史时期森林植被的逐年生长状况,从而在估算高精度且长时间尺度区域森林种群及群落NPP中具有较大的优势。本文对利用树轮资料重建区域森林NPP的两种主要方法进行了总结,第一种方法主要是依据树轮资料提供的立木逐年生长量进行生物量以及NPP的估算;第二种方法则是利用树轮指数与其他植被指数的相关性间接反演过去时间段区域森林群落NPP的变化。上述两种估算NPP的方法均存在较多的限制性,未来利用树轮资料估算NPP的时空精度仍有待提高。
改革开放以来,中国进入快速城市化发展期,地方政府在城市发展中的作用凸显,而区划调整是其最常用的行政手段之一。区划调整带来土地的快速非农化,但同时也带来了虚假城市化、被动城市化等诟病。本文通过对广东省中山市行政区划调整的案例研究,探讨了地方政府采取区划调整推动地区发展的时效性,并以此为基础,定义了“区划调整先导型城市化”的概念。即以区划调整为先导,带动乡村地区基础设施、产业结构、社会管理、居民意识等的城市化转型。这种转型过程在短期来看是“虚假”的,但从长时段来看则是一种由虚假→部分真实→真实的渐进城市化过程。对于该结论的普适性,尚待进一步的研究。
城市人口规模和用地面积随着时间的改变过程理论上服从异速生长定律,即在一定时空范围内表现为幂指数关系,并且标度指数小于1。但由于种种原因,中国的统计数据大多不满足纵向异速标度关系,或者标度指数严重异常。为深入研究这一问题,借助最小二乘法和对数线性回归分析技术,基于信阳的人口普查数据和城市用地现状图资料,开展城市人口和城市用地面积的标度分析,发现城市生长长期服从纵向异速生长定律,可用幂函数描绘,并且标度指数(约为0.86)接近于理论预期值(0.85)。然而,由于近年的“造城运动”,这种标度关系遭到破坏,城市人—地关系出现混乱。因此,揭示城市演化规律的前提是数据质量的保证,而人文系统的规律也会因为人为的因素而暂时破坏。本文提供了一个城市纵向异速生长及其标度破坏的简明案例,并给出了估计和预测信阳城市人口和用地的数学模型,其计算结果可以作为了解同类城市人—地关系的演化进程和未来趋势的重要参考。
城市边缘带作为城市与乡村相交接的特殊地带,是城市化进程中最为敏感的区域;城市边缘带的定量识别是研究边缘带社会结构、景观格局和发展梯度的基础工作,也是城市化生态环境效应定量分析的前提条件。但边缘带识别的理论与方法未受到足够重视,缺乏系统梳理。本文在对比分析城市边缘带及相关概念的基础上,明确了城市边缘带识别的实质与内涵;提出了基于指示要素—空间单元—判别模型的城市边缘带识别概念框架,并从上述三方面系统回顾了国内外城市边缘带识别研究进展;对未来研究进行了展望,认为城乡作用机理探析、多要素综合识别、非参数化模型融合、多尺度转换以及长时间序列动态监测等将是下一步重点研究方向。
应用GIS方法,选取2000、2003、2009和2012年4个时间节点,运用复杂网络理论构建了广州市公共交通网络模型,通过对比分析地铁站点与线路加入到公共交通网络中所产生的变化,定量分析地铁网络建设对公共交通可达性的影响,分析地铁发展不同时期内,城市公共交通可达性空间格局的演化,全面探讨地铁建设对城市公共交通可达性的影响,以期为一体化的多模式城市公共交通体系发展决策提供理论支持。结果显示:①广州市地铁网络顺利完成由树状向回路网络的转变,地铁可达性重心与广州市空间扩展方向呼应,呈现出向南、向东迁移特征;②地铁在很大程度上提高了广州城市公交网络可达性,且其改善作用随地铁线路网的增加和回路网络的发育而日益显著;③地铁网络对城市公交可达性格局的影响,打破了常规公交网络圈层式公交可达性格局,逐渐呈现出圈层式加沿地铁线路分布的廊道式格局;④地铁对公交各站点网络可达时间的影响,常规公交站点可达时间变化程度呈现出由地铁线路向外递减的空间分布趋势,当地铁网络发育形成回路网络时,大大地提升公交网络的运营效率,缩短各个站点之间的出行时间。
分布式水文模型软件系统作为分布式水文模型的技术外壳,是模型应用的重要技术保障。当前分布式水文模型应用呈现出多过程综合模拟、用户群范围广和计算量大的特点,对分布式水文模型软件系统的灵活性、易用性和高效性提出了更高的要求。本文首先分析了分布式水文模型应用的主要流程,之后从应用视角对现有分布式水文模型软件系统的特点进行了归纳,主要结论为:①软件系统按照模型结构灵活性的高低分为以下3种类型:不支持子过程选择和算法设置,不支持子过程选择、但支持算法设置,同时支持子过程选择和算法设置;②根据用户操作数据预处理软件方式的不同,参数提取方式分为菜单/命令行式和向导式;③按照模型的程序实现方法分为串行和并行方式,按照模型运行环境分为本地和网络模式。现有软件系统在灵活性、易用性和高效性方面存在如下问题:一是尚未解决模型结构灵活性和对用户知识依赖性之间的矛盾;二是现有菜单/命令行式和向导式的参数提取方式步骤繁琐,难以实现参数的自动提取;三是模型大多为串行方式和本地模式,容易遇到计算瓶颈问题。最后从模块化、智能化、网络化及移动化、并行化和虚拟仿真等方面探讨了分布式水文模型软件系统的发展趋势和研究方向。
研究渭河径流年内分配变化特征及其影响因子,有助于在区域视角下进一步掌握全球变暖与人类活动不断加剧背景下的水文响应。本文基于1960-2005年实测径流、面降雨以及潜在蒸发量的月序列数据,采用集中度与不均匀系数两个指标分析渭河径流年内分配特征的时空变化规律。运用Mann-Kendall法求算了渭河流域径流集中度与不均匀系数的变化趋势,采用启发式分割法诊断径流年内分配特征值的变异点,并运用累积量斜率变化率比较法定量计算气候变化与人类活动对径流年内分配特征变化的贡献率。结果表明:①渭河实测径流年内分配特征值的年变化过程呈现上升趋势,其中张家山站呈现显著上升趋势,该流域旱涝风险有所增加;②林家村与张家山站的实测径流年内分配特征值均存在1973年这一变异点,而华县站无变异点存在;③气候变化与人类活动影响对林家村站径流年内分配集中度与不均匀系数的贡献率分别为27.15%,72.85% 和12.10%,87.90%,而对张家山站的贡献率分别为39.11%,60.89%和33.73%,66.27%。人类活动是渭河实测径流年内分配特征变化的主要驱动力。
无资料区的径流模拟问题是国内外水文研究的难点之一。基于相似流域的参数移植法是常用的解决方法之一,但如何判断相似流域是制约此类方法发展的难点。本文以滇池流域为例,采用自组织映射神经网络(SOM)和层次聚类分析(HCA)联合模式,选取16个流域物理特征为指标进行子流域分类,以确定相似流域。运用无分层的K-means分类的SOM法将整个滇池流域划分为7类具有水文属性的子流域组,分类情景与HCA基本一致,两者实现相互验证。采用HBV水文模型模拟子流域径流过程,并选择部分子流域进行组内参数移植交叉检验。结果显示,HBV模型可较好的模拟滇池流域径流过程;此外,子流域交叉检验结果优良,表明同组内参数可以相互移植。本文不仅为解决滇池流域无资料问题提供了可靠手段,而且由于SOM实现了高维流域特征可视化展示,有助于管理者全面、深入的把握滇池流域水文属性的空间分布特征,为进行水资源管理提供指导。
由于天然降雨存在间歇性,常会出现前期降雨已经发育成型的细沟又经历了二次降雨的情况,但目前对这一条件下细沟流水动力学特性的研究还很少。本文采用室内人工模拟降雨的方法,通过间隔24 h两场不同雨强的降雨,研究黄土坡面经过第一场降雨形成比较稳定的细沟之后,在第二场较小雨强降雨过程中,细沟发育平稳时的流水动力学特性。研究结果表明:①细沟流速大小受坡长影响并不显著,相同坡度下不同坡长的细沟流平均流速差别不大;细沟流速受细沟形态影响较大,25°坡面比20°坡面细沟密度大,流速相对较小;②剪切力大小受流量和坡度共同作用;雷诺数与水流剪切力呈显著正相关关系,弗洛德数与水流剪切力则呈显著负相关关系;③随着距坡顶距离的增加,阻力系数呈增大趋势;第二次降雨强度相同,坡度大的坡面上阻力系数也较大,可见阻力系数与径流量和坡度的关系十分紧密;阻力系数与雷诺数之间呈显著正相关关系,雷诺数的增加意味着平均流速增大,水流强度增大导致细沟形态更为复杂,水流受到的阻力增大;虽然雷诺数增加同时也意味着水流深度增大,但从试验结果可见,陡坡条件下阻力系数受流速的影响较大。
在全球气候变化背景下,加之岩溶生态系统的脆弱性及敏感性,地表水与地下水交换迅速,岩溶水动力系统对人类活动及其造成的生态环境变化反馈敏感。岩溶地区人类活动导致的植被退化、石漠化等环境问题已对岩溶地区的水文水循环过程造成了严重影响,水资源问题已成为岩溶地区发展的重要限制因素。本文在对岩溶生态系统及水文环境特性分析的基础上,从土地利用变化的水文效应,人类活动对降水—径流的影响、岩溶水资源的开发利用、岩溶地下水污染及水文模型在岩溶地区的应用等方面,概述了岩溶地区人类活动水文效应的相关研究现状与不足,总结了未来岩溶地区人类活动水文效应的5个研究趋势,并探讨了研究中的重点及难点问题。
河床沉积物是河流水体与泥沙环境中重金属的主要积存载体,能反映水环境的重金属污染状况。本文选取澜沧江为对象,通过对澜沧江干流西藏和云南境内22个河段的河床沉积物重金属测定分析,得到了8种主要的重金属元素(Cr、Mn、Ni、Zn、As、Pb、Cu和Co)的含量,并采用沉积物富集系数法与地质积累指数法分别对所测得沉积物的重金属污染程度进行了评价。结果表明:①澜沧江干流大部分河段污染情况并不明显,但在中游的旧州和功果桥河段,因该区域的地质金属背景值和支流沘江流域铅锌矿开采,地表的重金属元素被雨水冲刷到该河段,导致沉积物重金属富集现象明显,出现了轻度到较强度污染;②澜沧江流域受人为干扰的区域集中于中游与下游,部分河段(功果桥附近)Cu、Pb和Zn等元素呈轻度或偏中度污染;③大坝对河流的阻隔效应使得干流沉积物重金属污染呈现片段化分布,河流沿岸城市化等人类活动对附近河段沉积物重金属污染状况也有较明显的影响。
