BASIN SCALE WATER MANAGEMENT AND FORECASTING USING ARTIFICIAL NEURAL NETWORKS1

ABSTRACT: Water scarcity in the Sevier River Basin in south‐central Utah has led water managers to seek advanced techniques for identifying optimal forecasting and management measures. To more efficiently use the limited quantity of water in the basin, better methods for control and forecasting are imperative. Basin scale management requires advanced forecasts of the availability of water. Information about long term water availability is important for decision making in terms of how much land to plant and what crops to grow; advanced daily predictions of streamflows and hydraulic characteristics of irrigation canals are of importance for managing water delivery and reservoir releases; and hourly forecasts of flows in tributary streams to account for diurnal fluctuations are vital to more precisely meet the day‐to‐day expectations of downstream farmers. A priori streamflow information and exogenous climate data have been used to predict future streamflows and required reservoir releases at different timescales. Data on snow water equivalent, sea surface temperatures, temperature, total solar radiation, and precipitation are fused by applying artificial neural networks to enhance long term and real time basin scale water management information. This approach has not previously been used in water resources management at the basin‐scale and could be valuable to water users in semi‐arid areas to more efficiently utilize and manage scarce water resources.     

政府调控、市场机制与城市发展

深入探究政府调控和市场机制对城市规模的影响有利于解决目前中国大城市人口快速膨胀,城市病频发,而中小城市发展潜力不足,对人口吸纳能力有限,城市发展规模存在两极分化的问题。从探究影响城市发展的因素入手,通过对不同地区和不同规模城市的面板数据回归分析,发现中国属于典型的"自上而下"的城市发展模式,尤其是城市科层制的层级结构直接决定了城市规模大小,政府财政分权行为更加剧了城市规模两极分化趋势。市场机制对城市规模具有一定的影响,但其作用方向和效果明显依赖于政府调控水平,且科层制的城市等级结构弱化了市场机制对城市规模影响效果的发挥。政府和市场机制对不同区域、不同规模城市的影响效应不同。市场机制在东部城市产生涓流效应,而在中西部则发挥着聚集极化作用。市场机制在特大和大城市已产生涓流效应,加之政府"抑大崇小"的城市发展战略使得这种效应愈加明显,中等城市则处于极化效应和涓流效应更替中,小城市则表现为更多的聚集极化效应。为形成大中小城市合理分工的城市体系,其关键在于正确处理政府调控和市场机制的关系。政府应指导城市发展方向,为其创造良好的宏观环境,市场则应在微观资源配置中起决定性作用。建议根据城市发展和市场经济需要,对现有的行政区划进行适时调整和变动。调整公共资源在特大及大中小城市传统分配政策,实现公共资源由按行政级别配置向按照人口规模配置转变。同时,建立跨区域的相应的协调机制,以市场力量突破行政界限探索城市健康发展。     

泛长江三角洲城市旅游经济发展的空间效应

基于泛长江三角洲2002~2012年市域面板数据,并借助面板SDM及空间效应分解方法,对区域城市旅游经济发展及其动力因子的空间效应进行实证分析。结果表明:1区域城市入境和国内旅游发展都存在明显的空间依赖性和空间溢出效应,当邻近城市入境和国内旅游发展水平每提高1%,将促进本城市入境和国内旅游发展水平增加约0.257%和0.312%;2区域城市入境和国内旅游发展各动力因子的空间交互作用也较为明显。旅游资源禀赋、旅游服务设施、旅游交通设施和城市经济发展水平对入境旅游发展具有显著的空间溢出效应,旅游服务设施和城市经济发展水平对国内旅游发展的空间溢出效应也较显著。3保障性因子多为正向溢出,吸引性因子多为负向溢出。前者体现了动力因子的空间模仿效应,后者反映了空间竞争效应。保障性因子和吸引力因子的空间效应强度及作用路径差异推动着区域旅游发展格局不断演进。     

中国碳排放强度的时空演进及跃迁机制

面对气候变化所带来的生存危机以及环境治理的复杂状况,对中国碳排放强度时空演进的动态监测与预警治理的研究是实现碳排放强度下降目标的关键。文章测算1997—2015年中国大陆30个省区碳排放强度的空间面板数据,采用探索性时空数据分析(ESTDA)方法对中国碳排放强度的空间相关性、集聚特征及其时空跃迁进行空间统计分析,借助分位数回归与时空跃迁嵌套模型,揭示在时间和空间推移的双重作用下中国各省区碳排放强度的时空跃迁机制。研究结果表明:(1)中国30个省区的碳排放强度在时空分布上并不是完全随机状态,各个省区碳排放强度之间具有显著的空间相关性特征,碳排放强度的变动趋势会受到其相临近省区碳排放强度的影响,省域间的碳排放强度在空间分布上呈现"集聚"与"分异"并存的时空演进特征。(2)中国碳排放强度空间集聚趋势增强,具有高度的凝固性和较低的流动性,10个高碳排放强度省区碳排放强度的稳定性将成为制约中国碳排放强度整体跃迁的重点省区,相关省区的跃迁性将成为驱动中国碳排放强度整体跃迁的关键省区。(3)各省区的碳排放强度空间集聚过程中存在时空跃迁的驱动模式和制约模式,分位数回归模型能够很好地解释各驱动因素对碳排放强度时空跃迁的驱动机制,不同响应阶段的驱动因素的分位数与碳排放强度时空跃迁类型之间具有很强的嵌套性。(4)根据各省区碳排放强度时空演进及其跃迁机制的分析结果,进一步提出加强对关键省区碳排放强度的有效监测与治理,加大碳排放的约束力度等差异化的碳减排调控措施。     

A study on the factor market distortion and the carbon emission scale effect of two-way FDI

Based on the data of 30 Chinese provinces for the period from 2004 to 2015, this paper expounds the carbon emissions effect of two-way foreign direct investment (FDI) from the perspective of scale effect and factor market distortions. This study uses Kaya identity to decompose carbon emission and construct simultaneous equations model to empirically examine the factor market distortion and the carbon emission scale effect of two-way FDI. The results show that the inward foreign direct investment (IFDI) increase regional carbon emission through scale effect and also exacerbates factor market distortion in China, whereas the outward FDI trends reduce carbon emission and reduces factor market distortions in China. The study also shows that human capital, research and development (R&D), trade openness, and capital accumulation are important determinants of two-way FDI. Therefore, the study proposes that IFDI policies should focus on acquiring green technologies. In addition, the domestic enterprises should be encouraged to participate in global business.     

长江经济带新型城镇化协调性的空间差异与时空演化

从城乡、产城、区域和城镇化与资源环境协调发展4个方面建立指标体系,衡量长江经济带105个地级及以上市新型城镇化的协调性,并运用泰尔系数和探索性空间分析考察协调性的空间差异和时空演化,结果发现:长江经济带新型城镇化协调性存在明显的反地势分布和"城市圈俱乐部"特征;东、中、西部城镇化协调性差异随时间越来越明显,东部城市主要体现在非省会城市之间的差异,中部主要体现在省会城市与非省会城市的组间差异,西部主要体现在省会城市之间以及省会城市和非省会城市之间的组间差异;长江经济带新型城镇化协调性表现出正的全局空间自相关,协调性高的区域开始集聚在一起,这种趋势随时间不断增强并且空间溢出效应明显。     

资源产业空间集聚与区域经济增长:“资源诅咒”效应实证

针对"资源诅咒"研究中自然资源度量指标选取存在的科学性问题,利用资源产业空间集聚代替自然资源丰裕度和资源产业依赖度作为自然资源丰裕程度的解释变量。首先,在Krugman空间基尼系数的基础上,构建适用于测度资源产业空间集聚的计算公式,基于我国30个省(区、市)层面的数据,量化1999—2013年间资源产业的空间集聚程度,分析其排名情况和分布格局。研究显示:我国有15个省(区、市)存在资源产业空间集聚现象,这些地区大多位于长江以北,且均为自然资源富集地区。其次,构建经济增长计量模型,选取存在资源产业空间集聚现象的省(区、市)作为样本空间,并采用多种计量分析和检验方法考察资源产业空间集聚度与区域经济增长之间的直接和间接关系,分析"资源诅咒"的传导机制。研究显示:1在模型整体估计中,资源产业空间集聚的系数符号均为负,且在5%的水平上显著,说明资源产业空间集聚与区域经济增长间的关系呈现负相关,符合"资源诅咒"的基本假设。2在模型分步估计中,人力资本投资、技术创新投入和制造业发展与区域经济增长正相关,符合经典经济增长理论的逻辑关系;物质资本投资与区域经济增长负相关,可能是由于当地经济主体的消费跨期替代弹性较小,导致物质资本投资对经济增长的直接增益效应小于其对社会人力资本积累的负向效应,进而阻碍区域经济增长;政府干涉程度越高越不利于经济增长。根据研究结果,建议应明确市场调节为主、政府调控为辅的导向机制,进一步提升资源产业空间集聚程度,强化行业人员素质与技术水平匹配,逐步提高自然资源生产和利用效率,从而实现加快地区经济转型,有效促进经济可持续发展的全面提升。     

2000~2014年武汉市城市扩展时空特征分析

基于不同时相的高分辨率遥感影像，采用面向对象的解译方法提取了武汉市2000、2005、2010和2014年的土地覆被信息，从城市扩展强度指数，城市中心坐标迁移和分形维数等方面分析了武汉市2000～2014年城市扩展时空特征。结果表明：2000～2014年间，武汉市城市扩展强度指数为1.41，各主城区城市扩展强度不一，洪山区建设用地的增加对主城区城市扩展的贡献最大；在扩展过程中，武汉市城市分形维数增加，城市空间形态变复杂；其扩展呈现核心-放射扩展模式，并逐渐转向圈层式；自然条件、经济、人口、交通、政策和城市规划是武汉市城市扩展的主要驱动力，但随着交通的发展，自然条件和经济对武汉市城市扩展的驱动作用正逐渐减弱。     

Effects of productivity on biodiversity in forest ecosystems across the United States and China

In the global campaign against biodiversity loss in forest ecosystems, land managers need to know the status of forest biodiversity, but practical guidelines for conserving biodiversity in forest management are lacking. A major obstacle is the incomplete understanding of the relationship between site primary productivity and plant diversity, due to insufficient ecosystem‐wide data, especially for taxonomically and structurally diverse forest ecosystems. We investigated the effects of site productivity (the site's inherent capacity to grow timber) on tree species richness across 19 types of forest ecosystems in North America and China through 3 ground‐sourced forest inventory data sets (U.S. Forest Inventory and Analysis, Cooperative Alaska Forest Inventory, and Chinese Forest Management Planning Inventory). All forest types conformed to a consistent and highly significant (P < 0.001) hump‐shaped unimodal relationship, of which the generalized coefficients of determination averaged 20.5% over all the forest types. That is, tree species richness first increased as productivity increased at a progressively slower rate, and, after reaching a maximum, richness started to decline. Our consistent findings suggest that forests of high productivity would sustain few species because they consist mostly of flat homogeneous areas lacking an environmental gradient along which a diversity of species with different habitats can coexist. The consistency of the productivity–biodiversity relationship among the 3 data sets we examined makes it possible to quantify the expected tree species richness that a forest stand is capable of sustaining, and a comparison between the actual species richness and the sustainable values can be useful in prioritizing conservation efforts.     

中国农业现代化发展水平的空间非均衡及动态演进

研究中国农业现代化发展水平的地区差距以及内部动态分布特征对于制定农业现代化发展的相关政策具有重要意义。本文利用1997-2013年中国31个省、市(自治区)的面板数据,构建了农业现代化发展水平的指标体系,进而采用熵权综合指数法测算出中国农业现代化发展水平的综合指数,同时借助Dagum基尼系数和Markov链估计方法对中国农业现代化发展水平的地区差距及其分布动态进行了实证研究,得到如下结论:1Dagum基尼系数及分解结果表明,中国农业现代化发展水平的总体差距在样本考察期内呈现出先上升、后下降的演变趋势。从三大地区来看,东部地区内差距呈现出上升趋势,而中部和西部地区内差距则呈现出下降趋势。地区间差距是造成中国农业现代化发展水平空间非均衡的首要原因,并且其对总体差距的贡献率呈波动上升趋势;地区内差距对总体差距的贡献率变化较小,而超变密度对总体差距的贡献率呈现出先上升、再下降的演变趋势。2Markov链分析表明,中国农业现代化发展水平状态流动性较低。从整体来看,中国农业现代化发展水平存在较为明显的上升趋势,并且农业现代化发展的低水平省份将逐步减少,总体向中等以上水平发展。针对本文实证结果,由此得到如下政策建议:首先,加大国家对西部地区农业基础设施建设的投入,引导农业科技人才回归;其次,加强区域间农业现代化发展全方位的交流与合作,发挥省区之间的协同效应;最后,因地制宜,充分利用资源禀赋,推动农业现代化发展。