谱系聚类法在小区域粮食安全预测中的应用——以昆山市为例

粮食安全对国民经济的可持续发展起着不可替代的基础性作用,小区域由于受政策因素的影响较大,粮食安全相关指标的变化呈一定阶段性,长时间序列的数学规律并不突出,不利于规划工作的展开。论文基于昆山市的研究,提出谱系聚类与数学模型相结合的基本思路,在此基础上推出了聚类结果有效性的量化判定标准并对聚类法运用准则做了深入的探讨。实际数据分析结果表明:昆山的粮食安全相关的社会经济指标变化确实呈明显阶段性;与利用全部时间序列数据建立的模型相比,运用谱系聚类的模型拟合和预测效果都有明显优势;至2015年,昆山市粮食自给率将下降至6%,最小人均耕地面积降低至0.022 hm²。通过进一步的分析、对比及讨论,文章认为,谱系聚类法运用于小区域粮食安全预测,方法可操作性强,结论科学性显著。     

1968～2018年洞庭湖江湖连通河道松滋口冲淤变化特征

探究江湖连通河道演变态势是评估重大人类活动事件对江湖关系变化影响的重要环节。以洞庭湖—荆江三口中松滋口河道为研究对象，通过建立其河道长期的水位—流量关系曲线分析其河道的冲淤变化特征，对其河道冲淤变化驱动因素进行分析，并采用实测河道断面资料验证其结果的可靠性。结果表明：水位—流量关系曲线法分析河道地形冲淤演变特征与实测横断面地形资料分析结果一致，松滋口河道同流量下水位下降对应于该时期河道冲刷，同流量下水位上升对应于河道淤积。不同时期松滋口东西分支河道冲淤变化主要驱动因素不同。1968～1981年间，下荆江裁弯引起的河势变化是西支新江口河道冲刷与东支沙道观河道淤积的主要诱因。1981～2003年间，其东西两支河道淤积主要是由于葛洲坝运行后引起的上荆江河道冲刷导致的。2003～2018年间，其河道冲刷主要是由于三峡大坝运行引起的河道水沙比例的大幅改变导致的。     

鄱阳湖出流水质2004~2014年变化及其对水位变化的响应:对水质监测频率的启示

通过对鄱阳湖湖口2004~2014年以周为单位的水质指标，包括溶解氧（DO），氨氮（NH₄⁺-N）和高锰酸盐指数（COD_Mn）的变化特征及其与水位响应关系进行分析，并对合理的监测频率进行了探讨。结果表明：（1）就DO，NH₄⁺-N和COD_Mn而言，鄱阳湖出湖水质在2004~2014年没有显著恶化的趋势，然而在年内呈现明显的周期性变化，其浓度与湖泊水位波动有较显著的负相关性（p<0.01），相关系数分别达到-0.63，-0.67和-0.36；（2）考虑水质指标在湖相状态与河相状态存在显著的差异（p<0.01），概率密度分布曲线进一步表明，在鄱阳湖呈湖相时，湖口NH₄⁺-N浓度小于0.25 mg/L的概率为93%，而在河相时仅为32.8%。DO与COD_Mn浓度在河湖相的特征与NH₄⁺-N相似。因此，在湖相状态下，鄱阳湖出流水质良好的概率更大，而高水位下的稀释作用可能是影响湖泊年内变化的主要控制因素；（3）时间序列分析表明DO，NH₄⁺-N和COD_Mn存在明显的自相关性，1~2月一次的监测频率基本能够准确的描述NH₄⁺-N和DO的动态变化特征，而COD_Mn仍需要1~2周一次的监测，从而避免过多的损失动态信息。能够为将来更深入的研究湖泊水情与水质定量关系提供基础和思路，从而为湖泊水环境管理和调控提供对策和建议。     

太湖西北部湖区入湖河流氮磷水质标准修正方案研究

氮磷污染一直是太湖流域的首要污染问题,有效遏制氮磷入湖量的增加是治理太湖的重要任务。然而由于我国现行的地表水环境质量标准(GB3838-2002)中河流和湖泊氮、磷水质标准存在差异,即河流无总氮控制指标、河湖总磷标准不一致的问题,往往造成通过控制入湖河流污染来改善太湖湖泊水质时,湖泊污染物浓度往往达不到治理目标。以太湖西北部湖区及其入湖河流为例,利用BATHTUB模型模拟入湖河流与湖泊TN、TP的关系,推算太湖在满足现行湖泊水质标准中TN和TP各类别目标值的情形下的环境容量并以此环境容量决定入湖河流的水质,进而提出相应的方案进行比选,从而提出太湖入湖河流氮磷水质标准修正方案。结果表明:(1)当太湖入湖河流执行现行河流水质TP标准时,对应湖泊的水质TP超标,并不能达到保护湖泊的目标;(2)当太湖西北部湖区入湖河流TN、TP执行现行湖泊水质标准,对应湖区水质均能达标并且优于目标限值,然而该方案对于污染较为严重的太湖区域的实际参考意义不足;(3)以现行湖泊水质标准TN、TP各类别为目标值反推计算入湖河流水质指标,既能保证湖泊水质达标,又不会使河流水质标准过于严格,因此其结果可作为入湖河流水质标准修正的参考,从而提出太湖入湖河流TN、TP水质标准建议方案。     

昆山市22年来耕地流失研究

以昆山市1985～2006年共22a间的耕地面积变化及与之相关的总户籍人口、非农业人口、第一产业从业人口、地区生产总值、人均地区生产总值、第一产业生产总值、第二产业生产总值、粮食总产量和社会固定资产投资等9种社会经济指标为研究对象,采用变化率相关分析、主成分阶段分类等新方法对目前耕地流失研究中常用的相关分析、主成分分析等数学方法进行改进。研究结果表明:(1)新方法在耕地流失主要驱动因素分析和阶段划分方面具有独特的优势,同时能够通过回归方程的验证,所得结论可信度较高;(2)昆山市耕地流失的首要驱动因素为以人均地区生产总值为代表的社会经济水平的提高,同时人口增长和第二产业的发展加剧了耕地流失状况;(3)昆山市耕地流失按照所受压力对农业发展的影响可以分为3个阶段,分别为1985～1994年的未限制阶段、1995～1997年制约平衡阶段和1998～2006年限制阻碍阶段。     

长江苏州段岸线资源利用遥感调查与GIS分析评价

了解岸线资源利用现状,科学、合理地评价岸线资源条件是实施沿江开发战略、建立沿江基础产业带、科学合理地确定沿江产业布局的前提和基础。利用高分辨率卫星影像,通过影像融合,快速发现目标靶区,精确确定岸线占用单位的空间位置与几何形状;运用GIS分析技术,弄清长江岸线江苏段的资源与利用现状,选取科学合理的评价单元,对研究区内的岸线资源进行评价,为长江岸线苏州段的合理利用与开发提供重要的参考依据。     

港口布局中的岸线资源评价与生态敏感性分析——以长江干流南京段为例

以长江干流岸线南京段为例,首先从港口布局对岸线资源条件的要求入手,选取岸线稳定性、岸线前沿水深两个主要因子,确定评价指标体系,划分科学合理的评价单元,对岸线资源进行评价,将其划分为一、二、三级;其次根据岸线承担功能的重要程度及其对港口布局的生态敏感性的大小,将岸线划分为生态敏感岸段、生态较敏感岸段和生态不敏感岸段;最后综合考虑岸线资源条件和生态敏感性,以生态保护优先为原则,确定不同岸段港口布局的取向,将其划分为港口优先布局岸段、港口有条件布局岸段、港口从缓布局岸段、禁止港口布局岸段。     

鄱阳湖洲滩植被健康状态评价及其典型不健康年水文条件分析

在气候变化、人类活动的共同影响下,湿地生态系统退化的形势日益严峻。因此,开展浅水湖泊洲滩植被健康状态评价,探索导致湖泊洲滩植被结构和功能退化的原因具有十分重要的意义。通过构建逐层聚合的指标体系,运用综合健康指数法(EHCI)对鄱阳湖洲滩植被健康状态进行评价;并通过不健康年份湖泊水情与多年平均湖泊水情的对比,揭示对洲滩植物健康状态影响最为显著的湖泊水情。主要结论如下:(1)1989~2010年春季,鄱阳湖洲滩植被处于健康和亚健康状态的年份约占总体的80%,不健康年份约占总体的20%;同时段的秋季,鄱阳湖洲滩植被在健康和亚健康状态的年份约占总体的85%,不健康年份约占总体的15%。1989~2010年,鄱阳湖年均洲滩植被健康状态均在健康与亚健康之间,无不健康年份。鄱阳湖洲滩植被健康状态在年尺度上表现出比单一季节更好的稳定性。(2)涨水期水情是影响鄱阳湖春季洲滩植被健康状态的主要水文要素。1989~2010年春,鄱阳湖洲滩植被不健康年份发生在典型的春旱年份2005年和典型的春涝年份2010年。丰水期水情是影响鄱阳湖秋季洲滩植被健康状态的主要水文要素。1989~2010年秋,鄱阳湖洲滩植被不健康年份出现在典型的丰水期高水情年份1999年和典型的丰水期低水情年份2001年。就鄱阳湖年均水位波动状况而言,其具有比单一季节水位波动更好的稳定性,因此导致鄱阳湖洲滩植被全年的总体健康状态比单一季节具有更好的稳定性。本研究结果对于科学的认识鄱阳湖洲滩植被现状及其变化原因具有重要的现实意义,也为鄱阳湖洲滩湿地管理、生态修复及工程决策提供了重要的科学依据。     

昆山市耕地变化和粮食安全研究

采用粮食自给率结合区域最小人均耕地面积对江苏省昆山市20多年来粮食安全状况进行研究,结果表明:昆山市在2000年从粮食产区转型为粮食销区;2006年的粮食自给率仅有23%;生产力提高和作物种植结构的相互制约导致了最小人均耕地面积呈波动变化。在粮食安全未来发展趋势的分析方面,提出了依据相关社会经济指标对昆山市发展阶段进行聚类分析,然后以最新发展阶段数据进行建模的新思路。分析结果表明:昆山的粮食安全相关的社会经济指标变化确实呈明显阶段性;至2011年,昆山市粮食自给率将下降至11%;最小人均耕地面积降低至0.028 hm2,如果该变化趋势得不到有效控制而持续较长时间,到2016年时,粮食自给率和最小人均耕地面积将分别下降至8%和0.012 hm2。依据这些分析及预测,文章提出了坚持土地集约利用、提升耕地生产力、建立和完善粮食流通网络和拓展并强化与粮食产区之间的合作等保障粮食安全、促进地区可持续发展的对策措施。     

长江苏州段岸线资源评价与港口发展研究

运用遥感与GIS技术查清长江苏州段岸线资源分类长度,采用岸前水深、岸线稳定性和岸前航道水域宽度等指标对岸线资源进行分等评价,结果表明虽然优良岸线的比例不高,但由于优良岸线资源分布集中且具有良好的城镇依托和通达条件、发达的腹地经济,长江苏州段岸线资源开发条件十分优越。通过港口综合实力指数的计算,评价了苏州港在长江南京以下港口群中的地位,明确了苏州港的功能定位与发展方向：上海国际航运中心组合核心配套港、长江流域国际集装箱干线港、长江中上游大宗散货、件杂货中转港、沿江基础产业带建设配套港。在此基础上提出了长江苏州段岸线开发、港口发展的对策与建议。