中国表层土壤有机质空间分布模拟分析方法研究

气候变化背景下,对土壤有机碳的研究是目前大尺度上土壤性质研究的热点。基于第二次全国土壤普查5 374个典型土壤剖面数据,分析表层土壤有机质(20 cm)与环境因素的相关关系,利用多元回归模型和HASM模型结合的方法模拟中国国家尺度上表层土壤有机质含量的空间分布格局,探讨该方法的模拟误差,为国家尺度上有机碳的估算提供方法参考。研究结果表明,对350个检验点模拟结果的平均绝对误差和平均相对误差为15.61 g.kg-1和56.59%,与普通克里格法相比分别降低了1.61 g.kg-1和20.84%;对样点分布较少以及无样点的西北地区和台湾省的模拟结果也更符合实际情况。建模样点减少一半的情况下,模拟结果的平均绝对误差和平均相对误差仅分别增加了0.14 g.kg-1和1.07%。因此,论文方法可作为模拟国家尺度上有机质空间分布相对有效的方法,同时如何使模型解释更多的土壤有机质空间变异将是进一步提高模拟精度的关键。     

2016~2020年山东省空气质量时空分布特征及影响因素分析

基于2016～2020年山东省城市空气质量监测结果,结合人口密度和城镇化率等社会经济数据以及风速、气温和相对湿度等气象要素,综合应用地理加权回归模型（GWR）、多尺度地理加权回归模型（MGWR）和小波分析等方法,探究山东省空气污染物的时空分布特征及其与社会经济和气象要素的关系.结果表明：（1）近5年来山东省空气质量整体呈好转趋势,除O₃外,SO₂、 NO₂、 PM_2.5和PM₁₀等污染物浓度逐年降低.空气污染物分布存在明显的空间差异,沿海地区污染物浓度更低.（2）山东省PM_2.5与人口密度和第二产业占比具有极显著的正相关关系（P<0.01）,而与城镇化率呈极显著负相关关系（P<0.01）.同时,这种相关关系在空间上存在尺度差异,人口密度、民用汽车量和工业用电量与PM_2.5空间关系较平稳,而城镇化率和第二产业占比对PM_2.5的影响的空间异质性较高.（3）气象要素对菏泽和威海两市PM_2.5     

陆地生态系统净第一性生产力过程模型研究综述

陆地生态系统净第一性生产力的模拟已从统计模型发展到过程模型时代。过程模型从机理上对植物的生物物理过程以及影响因子进行分析和模拟,理论框架完整,结构严谨。论文从植物器官、个体、冠层、景观以及区域等不同尺度对过程模型进行分析。近年来,由于遥感和GIS技术的支持,使得遥感过程模型融合了遥感及时、准确、宏观、多尺度的优势而成为当前生产力模型的主攻方向。遥感过程模型可实现生态系统NPP的及时模拟和动态监测,便捷、准确地反映NPP的时空变化格局。而在NPP建模过程中,尺度转换是所面临的一个重要问题。不同尺度模型间扩展时,需要采取相应的数学手段进行尺度转换,同时遥感和GIS技术提供了尺度转换的有力工具。综观我国NPP研究的发展,起步晚、发展快是其特点。虽然取得了大量的研究成果,但过程模型的建模方面还很不足,这是一个亟待解决的问题。     

城市区域土壤铅含量空间变异的多尺度研究进展

我国城市土壤仍存在Pb的严重富集,准确地评价土壤Pb污染水平和范围是进行科学的土壤Pb污染风险评估和管理的基础.城市土壤Pb含量的空间变异性强且结构复杂,现有的大多数研究在单一空间尺度上开展,不足以全面揭示空间结构特征,不利于促进更加科学的风险评估和管理.因此,探寻一种能够全面揭示城市土壤Pb含量的空间结构信息的方法尤为重要.为了实现这一目的,本文首先分析了造成城市土壤Pb含量高空间变异性的主要因素:污染源的多样性、污染过程的层次性,以及城市景观的异质性.在此基础上归纳出城市土壤Pb含量的空间变异特征——由3个空间层次嵌套而成的等级结构.在此概念性的空间结构之上提出一个基于地统计学理论、以线性混合效应模型为核心的方法框架,可以将城市土壤Pb含量的空间结构划分为3个层次:全局趋势、具有空间自相关的随机变异以及异常高值点.最后,提出完善城市土壤Pb含量空间变异多尺度研究的重点是:探讨更加高效的空间抽样策略;确定特征尺度.     

黄土丘陵区不同地貌单元土壤有机碳空间变异的尺度效应

运用地统计学和GIS相结合的方法,研究了黄土丘陵区县域不同地貌单元土壤有机碳空间变异的尺度效应,尺度划分为县域、县域上三种不同的地貌单元以及与地貌单元相对应的乡镇尺度,结果表明：①各个尺度下有机碳含量均偏低,完整地貌单元尺度与乡镇尺度有机碳均值与变异系数大小顺序不同;②高山区随着尺度的变化,自然因素对变异的影响程度没有显著变化,但低山丘陵区与丘陵沟壑区自然因素的影响程度减小,插值图表现出较小的研究面积有机碳含量信息更丰富;③县域尺度上海拔与土壤类型是导致变异的主控因素,在丘陵沟壑区,所研究的自然因素（海拔、土壤类型、土壤侵蚀程度、田面坡度、坡向）对其影响都不显著;在低山丘陵区,地貌单元上主控因子是海拔与土壤类型,而乡镇尺度上转化为田面坡度;在高山区,地貌单元上主控因子是土壤类型,但乡镇尺度上其主要影响因素变为土壤侵蚀程度。     

北京市不同尺度大气颗粒物元素组成的特征分析

在2000年2个典型季节分别采集不同尺度的颗粒物样品,分析其中22种无机元素的含量.利用这些数据较详细地研究了北京市颗粒物的元素组成特征.数据分析结果表明,北京市大气颗粒物中的元素主要分为地壳元素、污染元素和双重元素三大类.利用不同污染元素在各种尺度颗粒物中的富集因子,确定了北京市大气颗粒物具有复合型污染的特征.      

基于EMD-MFOA-ELM的瓦斯涌出量时变序列预测研究

为准确分析工作面绝对瓦斯涌出量的非平稳特征,实现瓦斯涌出量的准确预测,基于经验模态分解(EMD)、修正的果蝇优化算法(MFOA)和极限学习机(ELM)基本原理,构建瓦斯涌出量的EMD-MFOA-ELM多尺度时变预测模型。通过EMD将瓦斯涌出量时变序列进行深层次分解,获得多尺度本征模态函数(IMF);采用MFOA-ELM对各IMF时变序列建立动态预测模型,等权叠加各预测值,得到模型最终预测结果。以晋煤某矿瓦斯涌出量监测时序样本为例进行研究分析,结果表明:EMD能充分挖掘出监测数据隐含信息,有效降低数据复杂度;该模型预测相对误差为0.024 3%~0.651 0%,平均值仅为0.252 6%,预测精度和泛化能力高于未经EMD分解模型,能很好地适用于非平稳时变序列预测。     

多尺度视角下重要生态功能区碳源/汇时空演变特征——以黄河流域为例

研究使用土地利用、夜间灯光和能源统计数据,采用能源碳排放模拟法计算碳排放量和碳吸收系数法计算碳吸收量,构建了黄河流域多尺度、长时间序列碳源/汇估算模型.利用构建的估算模型和探索性空间数据分析法从省、市、县以及栅格尺度对黄河流域碳源/汇以及碳平衡进行时空演变特征分析.结果表明:(1)分组模拟能源消费与夜间灯光数据,发现长时间序列碳排放估算模型拟合相关性均达到0.9以上,模型估算精度良好.(2)从空间分布看,东部地区碳排放呈逐年增加趋势,而碳吸收量较多则主要分布在东北和西南部.从省份看,碳排放量最高省为山东;碳吸收量最高省为内蒙古.从市级看,高碳排放城市呈现总体向东部、北部移动趋势,高碳吸收逐渐向西南地区扩张.从县级看,高碳排放与吸收县域向东北地区扩张.(3)黄河流域20年来碳排放与碳吸收累积变化总体均呈上升趋势,但吸收量增加幅度大于碳排放量,说明黄河流域减排增汇工作取得了积极进展,绿色发展工作持续推进.研究结果可为黄河流域减排增汇,实现绿色发展提供科学参考.     

南方丘陵山区典型地物景观特征尺度研究

景观的特征尺度反映了人与自然交互作用的空间过程,合理识别景观空间结构及其特征尺度有助于遥感影像景观空间异质性分析。论文以地处南方丘陵山区的福建省福州市为研究区,针对城市、农田、森林与水域4种地物景观,基于SPOT 10 m影像,分别利用半方差分析、小波分析与平均局部方差方法,开展景观特征尺度研究。结果表明:①不同景观类型的空间异质性差异较大,其中森林景观空间异质性最大,其次为城市、农田景观,水域的空间异质性最小;②小波方差分析和半方差分析分别检测到两个不同的特征尺度,而局部方差仅仅检测到较小的空间结构;③森林景观特征尺度比通常偏小,与南方丘陵山区破碎地形有关,城市景观更多体现为人类活动的影响,南方丘陵山区城市景观至少具有两种不同的空间结构,其特征尺度均较小,农田景观特征尺度最大。基于小波分析与半方差各自的特点,总结提炼出综合两种方法合理识别景观特征尺度的基本流程,即:首先开展小波分析,然后在此基础上利用半方差分析多种理论模型组合从而获得更详细的特征尺度信息,模型组合个数与参数初始值依据小波分析的结果而定。