基于栅格尺度的生态安全评价及生态修复——以酒泉市肃州区为例

以节约优先、保护优先和自然恢复的方针为导向,基于栅格尺度评价生态安全状态,并开展国土空间生态修复分区,有助于实施精准修复、降低生态修复成本以及增加生态修复效益。本文以酒泉市肃州区为例,从环境基底和人类干扰的视角遴选评价因子,采用空间主成分分析法（SPCA）基于栅格尺度对生态安全进行评价,并将宏观尺度的生态保护红线和永久基本农田保护等现实约束条件与栅格尺度的生态安全评价结果相结合,实现精准的生态修复分区。结果表明：研究区整体生态安全水平偏低,中度安全水平及以下的面积为1391.65 km²,占研究区总面积的71.35%,生态安全格局总体呈中部高、四周低的特征。肃州区国土空间生态修复分区共划分出5个类型区,其中生态恢复区面积最大,占研究区总面积的46.17%。生态控制、生态保育、生态提升和生态整治四个类型区在乡村分布最多,说明肃州区乡村生态修复的复杂度、难度和重要程度更高。本文运用新的生态修复分区研究思路,以期丰富国土空间生态保护修复规划理论与方法。     

湖泊营养物生态分区：中国东北的分区试验

湖泊营养物生态分区是实现湖泊富营养化分区控制的基础。论文以东北区为研究区域,从自然地理要素、生态系统和人类活动三方面建立指标体系,利用粗糙集方法确定各指标的权重,并据此计算栅格尺度湖泊营养物生态分区评价分值,并将其投影到小流域尺度上。在小流域尺度采用双约束空间聚类算法开展湖泊营养物生态分区。结果表明：①采用粗糙集方法,运用属性重要度确定各属性的客观权重,适合用于测算湖泊营养物生态分区指标体系中各指标的权重;②采用双约束空间聚类进行湖泊营养物生态分区,保证了分区结果在空间上的连续性和评价分值上的接近性;③可以将东北区分为大兴安岭北部山地区、小兴安岭山地-三江平原区、长白山山地区、松嫩平原区和辽东、辽西丘陵-辽河平原区。     

基于地理探测器和多源数据的耕地土壤重金属来源驱动因子及其交互作用识别

明确耕地土壤重金属来源对土壤健康合理管护及其可持续发展至关重要.利用正定矩阵因子分解(PMF)模型源解析结果(源成分谱和源贡献)、历史调查数据和时序遥感数据,整合地理探测器(GD)、最佳参数地理探测器(OPGD)、空间关联探测器(SPADE)和空间关联交互探测器(IDSA)模型,探讨了土壤重金属来源空间分层异质性研究中可塑性面积单元问题(MAUP),分别识别了分类变量和连续变量中控制土壤重金属来源空间分异的驱动因子及其交互作用.结果表明,中小尺度下土壤重金属来源的空间分异性研究受空间尺度影响,0.08 km²能够作为区域土壤重金属来源空间分异性探测的可选空间单元.连续变量受空间相关性与离散化水平影响,分位数法和中断数为10的离散化参数组合能够减少连续变量在土壤重金属来源空间分异性探测中所受分区效应的影响.分类变量中地层(PD 0.12～0.48)控制土壤重金属来源空间分异,地层和流域的交互作用对各来源解释力为27.28%～60.61%,各来源的高风险区域分别分布在地层中的下震旦系、上白垩系、土地利用中采矿用地和土壤种类中典型强淋溶土区域.连续变量中人口(PSD 0...     

中国陆地多年平均积温空间化研究

将海拔高度等反映区域特性的因子作为变量引入GIS空间化模型是提高气象数据估算精度的重要途径。根据聚类的思想,将研究区域进行聚类分区,使分区内积温分布特征一致性趋强。然后利用统计方法寻找各分区年积温随海拔变化的规律,以获得较高精度的估算结果。论文提出的基于分区DEM修正反距离空间化方法,与常用的空间化方法如克里格法、反距离平方法相比,解决了积温空间分布复杂性的问题,并一定程度上考虑了气象站点空间分布的稀疏性、不均匀性以及受海拔和区域差异等因素对积温分布的影响,具有较高的估算精度,适合于较大范围的年积温空间化。另外,由于气象台站分布在相对较低的区域,高海拔区域积温估算精度很低,利用此方法解决了高海拔区域积温估算的精度问题。     

基于ARCGIS的四川省分级退耕还林还草空间决策分析

首先,利用遥感和GIS技术建立土地利用、土壤侵蚀、数字高程模型、坡度、生态环境质量等级、植被指数、降雨、温度、植被分区、土壤类型和行政区、水体缓冲区、聚落缓冲区等栅格GIS数据库。其次,将旱地数据分别与坡度、土壤侵蚀、植被指数、生态环境质量等级、水体缓冲区和聚落缓冲区等栅格指标数据进行叠加分析。再次,利用各指标构建了基于ARCGIS的一、二级退耕决策模型及其空间复合模型,并得到一、二级退耕面积分别为724 495hm²和333 085hm²。然后,利用温度和降雨指标数据构建了基于ARCGIS的还林还草决策模型,并得到一、二级还林的面积分别为702 362hm²和331 357hm²,还草的面积分别为22 133hm²和1 728hm²。最后,将其分别与行政区、植被分区和土壤类型数据进行空间叠加统计分析,得到各行政区的退耕还林还草情况,以及每一个退耕栅格单元所处的植被分区和土壤类型情况。研究表明,该方法可以节约大量的人力、物力和财力。其研究结果对退耕还林还草工程的规划、实施和管理等具有较大的应用价值。     

黄河流域近40a积温动态变化研究

论文应用国家气象局提供的黄河流域109个气象站点40a的气象资料和中国数字高程模型,采用 “回归分析计算+残差插值”法对黄河流域≥0℃和≥10℃的积温进行栅格化,得到10a尺度的栅格面,在ArcGIS中分别对≥0℃和≥10℃的积温栅格面进行空间分析和统计分析。结果表明：40a间≥0℃积温保持不变的面积占84.59%,积温段ⅰ（＜2 000℃）升到积温段ⅱ（2 000~3 000℃）的为2.07%,积温段ⅱ升到ⅲ（3 000~4 000℃）的为3.14%,积温段ⅲ升到ⅳ（4 000~5 000℃）的为3.35%,积温段ⅳ升到ⅴ（>5 000℃）的为3.76%;40a间≥10℃积温保持不变面积占85.58%,积温段ⅱ升到ⅲ的为7.31%,积温段ⅰ升到ⅱ、积温段ⅲ升到ⅳ和积温段ⅳ升到ⅴ占的面积较小,分布不集中。总体来说黄河流域≥0℃、≥10℃年积温值呈升高的趋势,主要是受全球气候变暖的影响。     

湖北省湖泊营养物生态分区技术方法研究

提出一种基于主成分分析、聚类分析、判别分析和空间自相关的分区模型,用于对湖北省湖泊营养物生态分区的尝试. 运用主成分分析法对众多指标进行降维处理,产生彼此互补又能综合反映湖区情况的新指标,构建了湖北省湖泊营养物生态分区指标体系. 在此基础上,根据各区域新指标值结合聚类模型进行湖泊流域的初步分类,利用判别分析完成非湖泊流域的类别归属判别,运用空间自相关分析方法对区域各因素的空间分布格局进行量化分析,以揭示零散分类区块在空间地域分布上的关联和差异,最后根据关联结果确定边界完成分区并进行特征描述. 结果表明,利用该分区技术方法体系可以尽量避免人为因素干扰,得到更为客观的分区结果,具有良好的适应性和可行性.      

县级国土空间规划分区方法探索——以湖北省黄梅县为例

国土空间规划分区是在统一联动的国土空间分区管控体系中为弥补中微观尺度结构性管控作用缺失而提出的新的分区层级,其技术方法研究具有重大的理论和实践意义。在分析空间治理“精明化”“精准化”“精细化”要求、对比不同分区逻辑的空间分区方法的基础上,利用空间分析、多元统计、加权Voronoi图等技术方法,从主体功能“点轴”发展规律出发,研究构建了定性与定量相结合的分区方法,并以黄梅县为案例进行了实证研究。研究表明：本文方法能够有效划定符合《市级国土空间总体规划编制指南（试行）》中一级规划分区内涵的分区单元,弥补了规划分区方法的缺失;依托功能发展结构的“自上而下”分区逻辑有效将空间结构管控内涵融入规划分区,实现了对空间结构的引导和管控;通过加权Voronoi图模型,识别空间的最优功能导向,提高了规划分区的科学性、技术性。     

中国地表太阳辐射资源空间化模拟

基于1981—2010年全国122个气象台站的太阳辐射和气温日较差观测数据,将Bristow-Campbell太阳辐射估算模型在中国八大自然区分别进行了参数校正和验证;利用地理信息空间分析平台,采用PRISM模型对中国区域平均最高与最低气温空间化的结果,将其输入Bristow-Campbell模型,实现太阳总辐射的空间栅格化模拟;通过斯忒藩-玻耳兹曼定律计算全国地表长波辐射平衡;进而根据太阳辐射平衡公式,得到中国地表太阳辐射平衡的空间格局。结果表明:经过校验的Bristow-Campbell可以较准确地估算中国区域太阳总辐射资源;基于Bristow-Campbell辐射估算模型,结合气象数据的空间化模型,是实现太阳净辐射资源空间化模拟的有效途径;我国地表太阳净辐射总体空间格局表现为高值区位于青藏高原,每年可达9 000 MJ·m^-2,东部地区的净辐射年总量较低,东北稍高,浙闽地区稍低,低值区位于川黔地区,年平均约为2 000 MJ·m^-2左右。     

含氟取代苯类化合物lgKow和-lg1/EC50的QSPR研究

采用Gaussian98程序,在B3LYP／6-311G＊＊和HF／6-311G＊＊2种水平上全优化计算了24个含氟取代苯化合物的分子结构,基于得到的分子结构描述符,分别建立了用于预测含氟取代苯化合物正辛醇冰分配系数（lgKow）和毒性（-lg1/EC50）的模型,预测lgKow的模型包含3个变量（偶极矩（μ）,总能量（TE）和热能修正值（Eth））,预测-lg1/EC50的模型包含2个变量（分子中原子最负的电荷（q-）和零点振动能（ZPE））。用交叉验证法对模型的稳定性进行了验证（q分别为0.8480和0.9154）,并用t-检验和变异膨胀因子（VIF）对2个模型中各变量的显著性和自相关性进行了检验。预lg1/EC50的模型的预测能力优于溶剂化能参数得出的模型。     

基于人口分布与土地利用关系的人口数据空间化研究——以西藏自治区为例

土地是人与自然相互作用的产物,人口分布与土地利用具有非常密切的关系。根据1999年全国市县统计人口数据与各市县土地利用类型指数的相关性分析,发现各市县平均人口密度与各市县各类土地利用指数的复相关系数为0.82,在西藏、青海和海南3省区,复相关系数均达到0.99。以西藏自治区为例,根据市县人口密度与土地利用指数及数字高程的相关关系建立了人口数据空间化模型,并计算出西藏自治区1km×1km分辨率的栅格人口数据。在被选作验证区的3县37个乡镇中,用模型计算出的各乡镇人口密度与各乡镇的实际人口密度的相关系数为0.88。因此,土地利用信息是进行市县级人口统计数据空间化的重要参数,利用土地利用与人口分布之间客观存在的关系可以进行市县级人口统计数据的空间化。     

单产提升潜力衰减模型法在河南粮食单产中长期预测中的应用研究

粮食单产水平的提高是河南粮食增产的主要原因,准确预测粮食单产水平,对科学判断河南粮食生产能力、制定粮食生产战略意义重大。论文针对目前直接以单产为变量建立的预测模型未能反映出单产增长的有限性和增速的减缓性之不足,研究提出了一种基于单产提升潜力衰减过程的单产预测方法。该方法利用河南耕地的平均单产潜力和历年实际单产数据,计算得到河南历年单产可提升潜力值;依据单产提升潜力理论上呈逐渐衰减之变化特点,可采用指数衰减函数建立单产提升潜力回归模型,以达到间接预测单产之目的。结果表明：1）单产提升潜力对数值与时间t之间具有高度负线性相关关系,适宜建立指数回归模型;2）回归模型V_q-V_t=e^{-0.009 5t+9.464 7}拟合优度R²=0.973 1,在0.01置信水平上回归显著;3）预测模型反映出了单产提升潜力的有限性和衰减性,即单产潜力对单产水平的限制性,模型理论诠释清晰;4）利用河南1978—2000年的单产数据作为样本建立预测模型,用样本以外2001—2015年的实际单产作为观测值,对预测单产进行模型预测检验,结果表明该模型预测单产绝对误差均值为129.15 kg/hm²,仅为现有方法的0.17~0.82倍,且误差平稳,适宜于单产中长期预测;5）预测得河南2020、2025、2030年的平均单产分别为6 375、6 765、7 155 kg/hm²,年均增幅为85.20~74.55 kg/hm²,增速呈逐渐减缓趋势。     

中国陆地生态信息空间化技术研究(Ⅱ)——太阳辐射要素

论文以MTCLIM模型为基础,根据中国的实际情况,对模型的参数进行了优化与调整,建立了适合我国的基于温度、降水和相对湿度等因子的太阳总辐射计算模式。提出了太阳总辐射空间化的模式,即先参数化,然后采用合适的空间插值方法(论文中采用地统计学方法)实现空间化。同时鉴于逐日太阳总辐射空间化工作量庞大,提出了在计算月均日结果的基础之上,采用线性插值技术快速得到逐日太阳辐射值。从而得到了中国太阳总辐射的空间分布结果。     

Modelling the distribution of domestic ducks in Monsoon Asia

Domestic ducks are considered to be an important reservoir of highly pathogenic avian influenza (HPAI), as shown by a number of geospatial studies in which they have been identified as a significant risk factor associated with disease presence. Despite their importance in HPAI epidemiology, their large-scale distribution in monsoon Asia is poorly understood. In this study, we created a spatial database of domestic duck census data in Asia and used it to train statistical distribution models for domestic duck distributions at a spatial resolution of 1 km. The method was based on a modelling framework used by the Food and Agriculture Organisation to produce the Gridded Livestock of the World (GLW) database, and relies on stratified regression models between domestic duck densities and a set of agro-ecological explanatory variables. We evaluated different ways of stratifying the analysis and of combining the prediction to optimize the goodness of fit of the predictions. We found that domestic duck density could be predicted with reasonable accuracy (mean RMSE and correlation coefficient between log-transformed observed and predicted densities being 0.58 and 0.80, respectively), using a stratification based on livestock production systems. We tested the use of artificially degraded data on duck distributions in Thailand and Vietnam as training data, and compared the modelled outputs with the original high-resolution data. This showed, for these two countries at least, that these approaches could be used to accurately disaggregate provincial level (administrative level 1) statistical data to provide high resolution model distributions.     

基于DMSP/OLS数据的区域碳排放时空动态研究

选取IPCC碳排放核算方法并基于能源统计数据,核算了我国大陆30个省市的能源消耗碳排放量,利用纠正后的DMSP/OLS夜间灯光数据与相应空间单元的碳排放量进行回归分析,反演出1km×1km栅格的电力消耗碳排放量并分析其在地级市尺度上的时空变化.核算出2005年、2010年和2013年能源消耗排放总量分别为57.02,82.28和93.26亿t,其中电力碳排放量分别为23.03,35.62和42.07亿t.结果表明：校正后的DMSP/OLS夜间灯光数据能更好地估算碳排放,其DN总值与统计的省级能源消耗排放量、电力消耗排放量均存在较强的相关关系;整体而言,发达地区能源消耗排放量大但强度比较低.     

Relationship between PM10 and PM2.5 levels in high-traffic area determined using path analysis and linear regression

The objective of this study was to determine the relationship between PM_(10) and PM_(2.5) levels as related to meteorological conditions and traffic flow using both a linear regression analysis and a path analysis. The Particulate matter(PM) samples were collected from Sukhumvit road, Bangkok, Thailand, at both open(104 samples) and covered(92 samples)areas along the road. Fifteen percent of all samples were separated before the statistical models were run and used for model validation. The results from the path analysis were more elaborate than those from the linear regression, thus indicating that meteorological conditions had a direct effect on the particulate levels and that the effects of traffic flow were more variable in open areas. The model also indicated that meteorological conditions had an indirect effect and that traffic flow had a direct effect on particulate levels in covered areas. The model validation results indicated that for open areas, the R~2 values were not very different between the path analysis and the linear regression model, but that the path analysis was more accurate than the linear regression model at very low PM concentrations. At high PM concentrations, the path analysis model also had a better fit than did the linear regression, so the predictions from the path analysis model were more accurate than those from the linear regression.     

城市尺度VOCs污染源排放清单编制方法的构建

 基于国内外文献调研和北京市VOCs污染源普查结果,总结出一套较为完整的城市尺度VOCs污染源排放清单编制方法,该方法概括VOCs污染源排放清单的编制范围、各类VOCs污染源排放量的估算方法、VOCs污染源的空间定位方法和不确定性分析方法.同时较为全面地分析了各类污染源排放清单建立过程中,需要使用的排放因子和排放模型,需要收集的活动水平数据、相关模型参数及其获取途径,可以为研究者和环境管理部门建立排放清单提供指导.     

福建省土地利用多尺度空间自相关分析

常规统计方法是分析制约土地利用空间分布的影响因素常用方法,其理论假设前提是数据本身在统计上是独立的,呈正态分布。而土地利用空间数据往往具有一定的空间自相关性,同时空间自相关性中蕴含一些有用的信息,必须采用合适的方法予以解决。论文以福建省作为研究区域,采用Moran's I系数的自相关图来表示土地利用及其影响因子的空间自相关性特征,并且在此基础上建立了土地利用与影响因子的空间自回归方程。研究结果表明,研究区域内土地利用与影响因子普遍存在空间自相关性,并且空间自相关性与研究尺度密切相关,空间自相关性随尺度增大而增强。空间自回归模型的解释能力比经典统计回归模型略强,并且空间自回归模型中的残差较小、空间模式不明显,而经典回归模型的残差比较大,并且具有显著的空间分布模式。     

Estimating yields of tropical maize genotypes from non-destructive,on-farm plant morphological measurements

Maize is the main grain crop grown in the highlands of sub-Saharan Africa, on a broad range of soil fertility and management conditions. Important yield variability has been reported at different scales, reflecting the intensity and spatial distribution of growth-limiting and growth-reducing factors. Maize yield estimation represents a valuable tool to assess within-farm variability in soil fertility through crop performance. The objective of this study was to develop mathematical relationships between plant morphological attributes and grain yield of tropical maize genotypes, based on plant allometric characteristics. These models were used to estimate maize yields and the estimates were validated against independent data collected from experimental and farmers’ fields in western Kenya. Three commercial hybrids and three local varieties were considered. Multiple linear regression models including plant height and either ear length or ear diameter as explanatory variables, and simple linear regressions including only plant height, were the most accurate to estimate both total aboveground biomass and grain dry matter yields per plant (r²: 0.76–0.91). Average values for the harvest index ranged between 0.34 and 0.42, varying with the total aboveground biomass produced per plant. Yield estimations on ground area basis for farmers’ fields were acceptably accurate. Plant height measurements can be easily taken at any moment after maize flowering and used in simple models to estimate maize yield. This approach proved also a valuable tool to discuss yield variability with farmers.     

土地流转契约稳定性对转入土地农户化肥施用强度和环境效率的影响

本研究目的在于分析土地流转契约稳定性对转入土地农户化肥施用强度和环境效率的影响,并利用安徽省414户种粮大户的调研数据进行实证检验。研究方法包括DEA-SBM模型、多元回归模型和Tobit模型。结果表明：（1）土地租期、土地租金对种粮大户种植小麦、水稻、玉米的化肥施用强度分别有显著负向和显著正向的影响。（2）种粮大户种植小麦、水稻、玉米的平均环境效率分别为0.54、0.58、0.59,存在比较严重的环境效率损失;土地租期、土地租金对种粮大户种植小麦、水稻、玉米的环境效率分别有显著正向和显著负向的影响。本文主要结论是提高土地流转契约的稳定性有利于降低转入土地农户的施肥强度,进而提高农地规模经营的环境效率。