基于CHIRPS卫星降水的雅砻江流域干湿时空演变分析

雅砻江流域是我国水电开发的重点区域之一，在全球气候变化背景下探究流域干湿时空演变规律有利于合理规划和充分利用水资源，为流域内农业生产活动提供科学指导。基于1981~2017年雅砻江流域内及周边16个气象站月气象数据，采用Penman-Monteith（PM）公式计算各站逐月潜在蒸散量ET0，基于气象站降水校正CHIRPS卫星降水产品，从而获得更高空间分辨率的降水数据，以此计算标准化降水蒸散SPEI指数，采用云模型、Mann-Kendall（MK）趋势检验法分析流域年代际、年、季尺度的干湿时空分布特征与变化趋势。结果表明：（1）对CHIRPS卫星降水产品进行偏差校正不但提高了精度，而且能够获得更高空间分辨率的降水；（2）流域春季呈湿润化趋势，其余时间尺度均呈现干旱化趋势，以冬季干旱化速率最快。年尺度下干湿变化不均匀度的稳定性最差，秋季稳定性相对最好。春、冬两季SPEI空间分布的不均匀度弱于时间分布；（3）同一时间尺度下的流域各级别干湿相对面积近似呈正态分布，流域干湿变化趋势空间分布差异较大；（4）流域各级别干旱与湿润高发区无明显区域分布规律，发生干旱与湿润的最高频率在20%左右，且随着干湿程度的加重，频率变化范围逐渐缩小；（5）不同年代干湿频率差异较为显著，年平均干旱频率变化趋势为减-增-减，湿润频率变化趋势为增-减-减，湿润频率高值区呈现由下游向上游转移的趋势。     

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。     

鄱阳湖南矶湿地沉积物粒级组成特征及搬运趋势分析

沉积物的粒级组成特征对于分析湿地沉积环境和搬运趋势有着重要意义。基于自然保护区沉积物样品，利用粒度分析、Shepard三角图、C-M图、端元分析和GSTA搬运趋势模型，研究分析了鄱阳湖南矶湿地沉积物的粒级组成特征、沉积类型、动力环境和泥沙搬运趋势。结果表明，鄱阳湖南矶湿地沉积物主要以细粉砂为主，平均值为55.35%。沉积物粒度参数中平均粒径均值为5.24Φ，空间分布上具有由西南至东北Φ值逐渐减小的趋势。沉积物质地类型主要为粉砂、粘土质粉砂、砂质粉砂和粉砂质砂，其中粉砂约占62.5%。端元分析的结果显示EM1和EM2可能与鄱阳湖本身湖流带来的沉积物搬运有关，EM3则指示了赣江泥沙来源，EM4可能与局地小环境的水动力变化有关。鄱阳湖南矶湿地沉积物粒径趋势格局以东部向西部、北部向南部最为显著，鄱阳湖南矶湿地是在赣江与鄱阳湖之间复杂交互作用下形成。     

“5.12”汶川地震极重灾区灾后 十年生态恢复状况评估

汶川地震发生10年后，通过对极重灾区生态系统类型解译和地面植被样方调查， GPP、LAI反演，以及对土壤有机质、全氮、全磷、全钾和速效氮、速效磷、速效钾含量的测定与分析，综合评估了极重灾区植被和土壤恢复情况。结果表明：区域生态系统总体趋于稳定向好的恢复态势。2017年的裸露地表面积虽高于震前（2007年），但相对于震后（2008年后）已有所减少。从生态系统质量上来看：GPP、LAI均值在2014年以后呈持续缓慢上升状态，反映了区域生态系统总体良好的恢复力。但是部分在地震中损坏的森林生态系统，仍未恢复到原来状态。成都平原区域部分农田转变为城镇建设用地。至2017年，地震破坏迹地植物种类明显增加。但仍以蔷薇科、菊科和禾本科等先锋物种为主，与2009年的调查结果相似。地震破坏迹地的群落结构已得到了较好的恢复。垂直分层方面，除干旱河谷区域群落结构仅草本或灌草结合1个层次外，其余区域的群落结构已经形成乔木-灌木-草本3个层次；土壤肥力状况总体上对照点优于受损点，受损点土壤肥力状况仍呈恶化状态。地震造成的土壤裸露，加速了矿化过程，短期内受损点速效营养元素含量的增加，长期来看将导致营养元素的流失，土壤肥力下降。在加强地质灾害监管，预防次生灾害的基础上，龙门山前华西雨屏一带，自然植被应坚持自然恢复为主。干旱河谷区域可以按照“因地制宜，适地适树”原则，采取适当人工恢复措施，同时注意改善土壤养分条件，促进植被恢复；城镇建设过程中应加强国土空间管控，保护基本农田。同时，应加强对生态保护红线，以及包括基本农田在内的各级各类保护地的监管。     

基于改进粒子群算法和元胞自动机的城市扩张模拟——以南京为例

为合理利用多智能体算法解决城市扩张动态模拟问题,基于地理学理论和社会学规律对粒子群算法进行有针对性的改进,提出分段式粒子群算法(SPSO),并结合元胞自动机模拟复杂时空过程的能力,构建出适用于城市扩张模拟的地理元胞自动机SPSO-CA。在SPSO-CA中我们利用多时像的土地利用数据、交通路网数据和地形数据,挖掘出1995~2000年南京城市扩张的土地转换规则。再由此规则实现1995~2008年的南京市城市扩张过程的动态模拟。最后对比SPSO-CA、PSOCA及NULL模型结果得:SPSO-CA总精度86.3%,Kappa系数为0.792,Moran’s I为0.078,PSO-CA总精度83.6%,Kappa系数为0.755,Moran’s I为0.054,NULL模型总精度81.9%,Kappa系数为0.741,真实的Moran’s I为0.072。这表明无论是总精度还是空间一致性,SPSO-CA都优于PSO-CA和NULL模型,即用SPSO-CA模拟城市扩张是可行的。     

黑水河下游鱼类资源现状及其保护措施

为了解白鹤滩蓄水运行前黑水河下游鱼类资源的现状、受到的主要威胁及其保护措施,于2014年1~12月在黑水河下游干支流江段采用电捕法进行了渔获物调查。结果显示:12个月共调查发现鱼类28种,隶属于3目8科23属,其中喜流水生境、产粘沉性卵、以着生藻类或/和底栖动物为食物的鱼类种类较多;调查区域鱼类个体规格普遍较小,其中齐口裂腹鱼Schizothorax prenanti、短体副鳅Paracobitis potanini、红尾副鳅Paracobitis varigatus、短须裂腹鱼Schizothorax wangchiachii、前鳍高原鳅Triplophysa anterodorsalis、中华纹胸鮡Glyptothorax sinense和凹尾拟鲿Pseudobagrus emarginatus为调查区域的主要经济鱼类;上半年和下半年的渔获物结构在统计学上差异显著(R=0.81,p=0.1%0.05),鱼类在金沙江干流和黑水河下游之间的相互迁徙比较明显;CPUE呈现先波动下降然后逐月上升的趋势,其中10月份的CPUE最低;丰度生物量比较曲线显示2014年各月的渔获物结构均处于严重干扰状态。黑水河下游河道采砂以及过度捕捞是白鹤滩蓄水前影响黑水河下游鱼类资源的主要因素,建议通过控制采砂的江段、采砂的时间以及全面禁捕保护该区域的鱼类资源。     

基于景观格局演变的流域生态风险评价与管控——以贵州赤水河流域为例

以岩溶地区典型流域——赤水河流域为研究对象,以2000、2005、2008、2013年4期遥感数据为基础,结合Arc Map的空间分析功能,对流域景观格局演变过程进行分析,构建流域生态风险评价体系与管控措施。研究表明:2000~2013年赤水河流域无风险区、潜在风险区、轻度风险区分别由1.66、2.95、75.41 km~2上升至5.63、21.81、115.45 km~2,而中度、重度风险区却分别下降了35.6和40.27 km~2;历年生态风险演变格局为以城乡建设用地为中心,生态风险由轻度、中度、重度向潜在或无风险区过渡,轻度、中度、重度主要以点状扩散或增加,潜在及无风险区则连片分布于农田区和山地丘陵区;基于不同生态风险区的风险源管控对策,对建立流域生态风险预警机制、降低流域生态环境风险、维护流域生态服务功能具有十分重要的意义。     

基于生态足迹的武汉城市圈生态承载力评价和生态补偿研究

在推进新型城镇化和生态建设的背景下,客观定量评价区域生态环境状态,是当前我国生态建设重要而紧迫的任务之一。高密度的人类活动会对自然生态系统产生超负荷的压力,通过生态承载力的分析能够定量测度这种状况,为区域可持续发展提供借鉴意义。基于生态足迹模型,计算了2008年和2013年武汉城市圈各县域单元的生态足迹/承载力,并进行了时空变化分析。研究发现武汉城市圈各县域单元的生态足迹和生态承载力在空间上存在显著的差异性,生态足迹逐年增加,生态承载力的变化相对较小,出现两级分化的现象。根据生态足迹/承载力进行跨区县生态补偿测算,得到2008年和2013年武汉城市圈48个县域的转移支付情况,表明如果运用财政转移支付的手段,整个区域能够达到生态系统供给和需求动态平衡的目标,缓解武汉城市圈的生态压力,实现武汉城市圈的可持续发展。     

三峡消落带沉积物-大气界面汞交换通量及其影响因素

应用动力通量箱(Dynamic Flux Chamber,DFC)与高时间分辨率的RA-915+自动汞分析仪联用技术,在消落带沉积物出露期,野外现场监测沉积物-大气界面汞交换通量,同时对其影响因素进行了分析。结果表明:三峡库区消落带沉积物-大气界面汞交换通量范围为-6.80±12.35~28.17±36.17 ng/(m2·h)晴天库区消落带沉积物-大气界面汞交换通量表现出相同的变化趋势,即从早晨开始沉积物-大气界面汞的交换通量逐渐增加,到正午左右达到峰值,之后交换通量逐渐减小,但阴天这一趋势不明显。暖季白天沉积物-大气界面汞交换通量都以释放为主,冷季白天则以沉降为主。暖季晴天,沉积物-大气汞交换通量与气温、沉积物温度、光照强度呈显著正相关关系,与相对湿度呈显著负相关关系。无论晴天还是阴天,大气汞浓度都与沉积物-大气汞交换通量呈负相关关系。白天,光照强度和大气汞浓度是影响消落带沉积物/大气界面汞交换通量的主要因素,而在夜间,沉积物温度和大气汞浓度是其主要影响因素。     

长江经济带PM_(2.5)时空特征及影响因素研究

大气细颗粒物(PM_(2.5))因其对空气环境质量乃至人类健康的巨大危害而逐渐引起学者们的关注。本文以我国综合实力最强、战略支撑作用最为突出的区域之一——长江经济带为研究对象,基于城市级空气质量监测数据,运用地理学时空分析与GIS可视化方法探索并呈现了2015年长江经济带PM_(2.5)的时空分布特征及其演变规律;在此基础上,结合空间回归模型考察了PM_(2.5)浓度与区域城市发展之间的内在关系。结果表明,就空间特征而言,长江中下游地区PM_(2.5)污染较长江上游地区更为严重,长江北岸地区比长江南岸地区更为严重;PM_(2.5)高浓度集聚地带主要位于鄂皖苏大部分地区,与空气质量较佳的云南及其周边地区呈"对角"分布状态。长江经济带内城市间PM_(2.5)浓度存在着显著的正向空间自相关,且自相关性随距离增大而不断减弱,其门槛尺度约为900 km;在这一范围内,PM_(2.5)空间集聚效应较为明显。就时间特征而言,冬季PM_(2.5)浓度相对较高,春秋两季次之,夏季空气质量最好;各地区浓度分布在年初相对离散,后有所趋同。此外,PM_(2.5)与其他类型的大气污染物(如SO2、NO2、O3)浓度两两之间均存在着显著的正相关性,暗示大气污染物从原发污染演变为二次污染,形成恶性循环。空间回归分析结果表明,PM_(2.5)污染随经济发展水平的提高呈现先上升后下降的趋势,在一定程度上支持了"环境库兹涅兹曲线"假说;且人口密度、公共交通运输强度均在不同程度上导致长江经济带PM_(2.5)浓度的升高。最后,从区域性联防联控、不同类型大气污染物协同治理、促进经济发展方式转型等方面为长江经济带的大气环境治理提出切实可行的政策建议。