湖北省暴雨经济暴露时空变化及贡献率研究

采用1971—2015年湖北省78个气象站点的日降水数据,分别计算1971—1980、1981—1990、1991—2000、2001—2010、2011—2015年的平均暴雨雨强,结合1980、1990、2000、2010、2015年湖北省县级国内生产总值(GDP)数据和"暴雨雨强-经济损失率"模型,研究湖北省暴雨经济暴露的时空变化,并量化暴雨影响、经济影响、暴雨经济联合影响对暴雨经济暴露变化的贡献率。结果表明:(1)时间上,湖北省暴雨经济暴露在1980年后迅速增长,2015年达到330亿元,增长超过23倍,总体强度呈加重趋势。(2)空间上,暴雨经济暴露格局与暴雨分布、经济发展密切相关,整体东部高于西部,形成以武汉城市圈为首的沿长江暴雨经济高暴露带。(3)影响因子贡献率上,经济发展对暴雨经济暴露变化起主导作用且影响力逐渐增强,暴雨影响、暴雨经济联合影响对暴雨经济暴露变化起次要作用且影响力逐渐减弱。     

不同水源补给河流浮游植物群落结构特征及其与环境因子的关系

为探究不同水源补给河流浮游植物群落结构的差异,于2019年5~11月对北京市北运河水系和永定河水系7条河流进行逐月采样调查,分析不同水源补给河流浮游植物群落结构特征,并采用相关性分析和冗余分析（RDA）探究浮游植物群落与环境因子之间的关系.结果表明,7条河流共监测到9门127种浮游植物,硅藻、绿藻和蓝藻为优势种群,分别占种类总数的40.94%、34.65%和10.24%.浮游植物密度介于（0.24~169.14）×10⁶ cell·L^-1之间,均值为38.20×10⁶ cell·L^-1,生物量介于0.21~78.50 mg·L^-1之间,均值为16.49 mg·L^-1.浮游植物种类、密度和生物量均表现为：混合水源补给组>完全再生水补给组>无再生水补给组.浮游植物生物多样性指数H''均值介于1.56~2.18之间,均匀度指数J均值介于0.47~0.67之间,H''和J均表现为：无再生水补给组>混合水源补给组>完全再生水补给组.RDA排序结果表明,影响混合水源补给组浮游植物优势种的主要环境因子为DOC、pH、Chla、DO和TP,影响无再生水补给组和完全再生水补给组优势种的主要环境因子为TN、NH₄⁺-N、N/P和ORP.     

不同恢复模式下红壤区森林植被盖度变化的阈值效应分析

植被恢复过程中乔木层与灌草层变化的阈值效应往往决定着生态恢复工程的成败,若忽视这一效应可能会引发其他生态问题。为了进一步促进我国森林生态系统植被恢复建设,填补相关研究空白,研究了典型红壤区自然和人工恢复模式下乔木层和灌草层盖度的动态变化特征,基于前沿的生态阈值评估框架,利用线性模型和三种阈值模型（包括分段回归模型、阶跃函数模型以及通用模型）评估了不同恢复模式下两种盖度指标之间的阈值效应。模型评估结果的后验分布形式表明：在人工恢复乔木层与灌草层盖度之间存在阈值效应,而在自然恢复模式下则不存在;通过比较各个模型评估结果的精度可知,分段回归模型结果更加准确;进一步利用分段回归模型得出,当前人工恢复样地中乔木层盖度的阈值为42.85%（95%的置信区间为41.57%~44.13%）,此时灌草盖度为58.75%,若超过乔木层盖度阈值会使得灌草层盖度开始降低。研究结果对促进我国红壤区人工林生态系统的结构改善具有较高的参考价值。     

2005-2020年我国自然灾害救助应急响应时空分布特征及变化

我国已基本形成一套卓有成效的救灾应急响应体系。为增进对我国重大自然灾害及防灾减灾工作的认识,更好地应对未来风险,该文分析了2016—2020年国家救灾应急响应的数量、时空分布特征,与2005—2010年和2011—2015年的特征进行对比分析变化特点,并与同期的灾情损失空间分布进行对比分析格局成因。结果表明：(1)数量上,2016-2020年我国共启动84次救灾应急响应,主要是Ⅳ级响应,针对气象水文灾害的应急响应占84.5%。与2005—2015年相比,启动的频次减少。(2)从空间分布上看,救灾应急响应呈现“南多北少”的格局,气象水文灾害的应急响应主要集中在南方各省;针对地震地质灾害启动的响应呈现出“西多东少”的分布。(3)因灾死亡人口、经济损失的灾情格局显示出：灾情严重的地区集中于人口较密集、经济欠发达、突发重灾较频繁的地区,也是启动高级别救助应急响应较多的地区。川、滇、黔、鄂、湘五省区的自然灾害风险应受到更大的关注。     

区域自然灾害风险综合区划——以广东台风灾害人口与经济风险区划为例

针对广东台风灾害人口与经济风险,基于区域灾害系统、地域分异和自然灾害区划相关理论,从“多尺度-多要素-多情景”的角度系统性开展了区域台风灾害风险区划,构建了基于自下而上思想的G-BU-BZ定量综合区划工具,结合先验知识和广东台风风险分析结果,使用5个重现期情景(5年、10年、20年、50年、100年一遇)的分区图,以5个重现期情景下的分区方案图谱形式形成系统的综合区划方案：一级区表达宏观上台风灾害风险形成的环境分异,所有重现期情景均划分为6个区域,包括沿海平原区、粤西平原区、粤西-中部平原丘陵区、粤北-粤东山地丘陵区、粤东平原区、珠三角平原区;二级区表达台风综合致灾因子强度分异,5个重现期情景下分别划分出13、16、18、14、12个二级分区;三级分区表达综合风险分异,5个重现期情景下分别划分出55、67、68、64、51个三级分区。     

西北干旱区作物灌溉技术效率及影响因素

水资源短缺是制约西北干旱区可持续发展的硬约束,提高作物灌溉技术效率、压缩农业灌溉用水是缓解水资源供需矛盾的可能途径之一。基于2014年张掖市农户调研数据,采用DEA-Tobit模型,分析了黑河流域中段不同类型灌区作物灌溉技术效率及其影响因素。结果表明：（1）典型灌区主要作物灌溉技术效率均存在改进空间,节水潜力较大。在其他投入保持不变的情况下,如果典型灌区主要作物灌溉技术效率达到目前的最高水平,平原灌区生产同样产量的制种玉米和大田玉米,灌溉用水可分别减少34.47%和38.15%;北部荒漠灌区生产同样产量的棉花、制种西瓜和玉米套小麦,灌溉用水可分别减少48.42%、34.82%和22.99%;沿山灌区生产同样产量的小麦、马铃薯、大麦和大田玉米,灌溉用水可分别减少14.48%、30.75%、25.50%和35.96%。（2）不同灌区之间作物灌溉技术效率的变异系数与作物种植面积占比呈负向关系,同一灌区内部种植相同作物的农户生产管理水平存在明显差异。（3）农地细碎化程度和农户耕地面积扩大会降低作物灌溉技术效率,改善耕地质量能提高北部荒漠灌区作物灌溉技术效率,增加井水灌溉会提高平原灌区大田玉米和沿山灌区作物灌溉技术效率,灌溉次数与多数作物灌溉技术效率呈“倒U型”关系,而农户耕作需求及其对风险态度的影响需结合具体情况进行判断。合理确定种植规模、加快农地空间优化,因地制宜地改善耕地质量,完善水利设施、合理使用井灌、增强河水灌溉放水的灵活性,是提升黑河流域作物灌溉技术效率的主要途径。     

干旱区县域景观格局变化轨迹识别——以宁夏盐池县为例

细致的景观格局时空刻画可以为格局与过程耦合机制分析奠定坚实的数据基础。以半干旱区县域景观格局变化轨迹识别为目标,基于Landsat影像构建了宁夏盐池县1988-2017年景观格局序列,识别景观组分、构型的演化轨迹。研究表明：（1）盐池县研究时段内植被整体增加,显著增加的景观占比为33.53%;裸土整体减少,显著减少的景观占比为35.78%。（2）四项景观构型指数显示,近年来盐池县景观斑块的边缘复杂程度有所加强,除植被的集聚程度不断增加外,其他景观类型的集聚程度相对稳定。（3）盐池县35.08%的像元发生变化,其中变化1次和2次的像元分别占比54.63%和28.60%,首末变化年份间隔为三年的像元占比12.39%。基于连续年份的半干旱区景观变化轨迹判定,可为生态恢复长期监测提供有力的方法支持。     

基于机器学习方法的上海市暴雨内涝灾情预测模型研究

本文基于区域灾害系统理论,综合考虑致灾因子、暴露度和脆弱性,提出了一套暴雨内涝灾情预测指标体系;在此基础上利用上海市应急联动中心110接报暴雨内涝灾情数据,构建了暴雨内涝灾情预测BP模型(Back Propagation Model)和XGBoost模型(Extreme Gradient Boosting Model),并对比分析了预测模型效果,实现对上海市暴雨过程内涝灾情数量预测;最后对内涝灾情影响等级进行阈值划分,以期为暴雨内涝影响预报与风险预警业务、服务及灾害管理提供技术支撑。结果表明:1)综合考虑致灾因子、暴露度、脆弱性指标且不经主成分分析降维的指标组合作为暴雨内涝灾情预测指标体系时,BP模型和XGBoost模型的预测精度最优;2)全量样本XGBoost模型总体表现最优,暴雨内涝灾情的右偏分布和内涝灾情的异常高值均对XGBoost模型预测误差有不同程度的贡献;3)综合评价法在历史灾情百分位法和模拟灾情百分位法基础上,结合多年业务实践经验和用户对于110灾情的处置承受力对暴雨内涝灾情进行阈值划分,在实际应用中具有一定参考意义。     

北方冬小麦主产区的高产与稳产关联性及其影响因素

冬小麦产量高低及稳定性对于保障我国粮食安全同等重要。鉴于北方冬小麦主产区受气候变化的负面影响显著,有必要从高产—稳产关联特征入手,探究全面提升冬小麦产量及稳定性的途径。基于598个县1985—2014年的单产数据,分析了冬小麦高产与稳产关联性时空分异特征,并结合气象、物候观测、农业生产要素等数据,应用无序多分类Logistic模型揭示了冬小麦高产—稳产关联特征的影响因素。主要结论为：（1）冬小麦产量随时间不断提高的同时稳定性也增强,高产性和稳产性均呈东北向西南降低的特征。（2）冬小麦高产与稳产、低产与不稳产密切关联,在研究区占据主导地位,且这两种关联类型的分布区域相对稳定,空间聚集性强。（3）灌溉条件是促进冬小麦高产—稳产的关键因素,影响随时间逐渐增强;具备灌溉条件的情况下,研究区的光温水等气象条件均比较适合冬小麦生产,但不同物候期气象要素的波动对高产和稳产均有负向影响。研究结果可为划定冬小麦优质产区和制定气候变化应对策略提供依据。     

基于Sentinel-2A影像估算黄土高原光合/非光合植被盖度

以黄土高原为例,基于Sentinel-2A影像和地表实测地物光谱与盖度数据,分别在模拟混合场景和野外实测混合场景中,评估4种NPV植被指数(NPVI):SWIR32(短波红外比值指数)、DFI(干枯燃料指数)、STI(土壤耕作指数)和NDTI(归一化差异耕作指数)估算非光合植被盖度(f_NPV)的有效性,并利用优化法确定线性光谱混合模型的关键参数端元值,估算研究区光合植被盖度(f_PV)和f_NPV.结果表明,在模拟混合场景下,4种NPVI与模拟f_NPV线性关系的R²是0.365~0.750;在野外场景中,其相关性均有一定程度的降低,R²是0.147~0.211.研究构建NDVI-SWIR32像元三分模型,并确定了最优端元值:NDVI_PV=0.80,SWIR32_PV=0.60, NDVI_NPV=0.17,SWIR32_NPV=0.77,NDVI_BS=0.23,SWIR32_BS=0.99.模型对f_PV和f_NPV估算精度R²分别是0.817和0.463,NSE分别是0.806和0.458.利用该模型估算全区2019年4、8和12月的平均f_PV和f_NPV,分别为20.3%和59.2%,48.6%和33.1%,10.7%和59.0%.随时间推移,f_PV从东南向西北不断增加而后减小,f_NPV与之相反. NDVI-SWIR32模型可以用于Sentinel-2A影像数据来监测黄土高原地区f_PV和f_NPV的时空动态变化.