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基于PLUS-InVEST模型的黄河水源涵养区碳储量时空演变分析及模拟预测

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高原气象 2024年

作者：张薇朱睿杨华庆山建安冯永林尹振良兰州交通大学测绘与地理信息学院地理国情监测技术应用国家地方联合工程研究中心甘肃省测绘科学与技术重点实验室自然资源部高寒干旱区矿山地质环境修复工程技术创新中心甘肃有色工程勘察设计研究院中国科学院西北生态环境资源研究院干旱区生态安全与可持续发展重点实验室/国家冰川冻土沙漠科学数据中心山东科技大学安全与环境工程学院

气候和土地利用变化是引起陆地生态系统碳储量变动的重要驱动因素，探究气候和土地利用变化对碳储量的影响对提出变化环境下碳增汇适应性管理对策具有现实意义。本文利用InVEST模型和PLUS模型评估了气候及土地利用变化双重影响下黄河水... 详细信息

气候和土地利用变化是引起陆地生态系统碳储量变动的重要驱动因素，探究气候和土地利用变化对碳储量的影响对提出变化环境下碳增汇适应性管理对策具有现实意义。本文利用InVEST模型和PLUS模型评估了气候及土地利用变化双重影响下黄河水源涵养区碳储量时空动态。结果表明：（1）1980-2020年黄河水源涵养区土地利用以草地、林地为主，占流域总面积的80%，林地、草地、水域、建设用地呈增长趋势，其他地类面积呈减少趋势，土地利用转移类型包括未利用地转为草地，草地转为林地、耕地等。（2）1980-2020年黄河水源涵养区碳储量整体呈增长趋势，碳储量增长区主要位于西部和中部海南，增加了573.5×10～6 t，这与气候暖湿化和生态修复密切相关。而中部和北部的城市扩张区域是主要的碳储量减少区。（3）未来不同土地利用情景下，生态保护情景中林地和草地面积增加显著。SSP119和SSP245情景下2030-2050年，自然发展情景下碳储量分别增加294.83×10～6 t和79.56×10～6 t，生态保护情景下碳储量分别增加364.8×10～6 t和151.95×10～6 t，低排放和生态保护情景下，有利于碳储量增加。（4）未来碳储量增加主要来源于草地、未利用地转化为林地及耕地、未利用地转化为草地；而碳储量减少主要与林地转化为草地、耕地有关，可见保护林草是提高区域生态系统碳储量的重要措施。研究结果可为黄河水源涵养区土地利用结构调整和生态系统碳增汇提供科学依据。

关键词：黄河水源涵养区碳储量 InVEST模型 PLUS模型土地利用

基于CMIP6模式的中国西北地区干旱时空变化

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干旱区研究 2024年第5期41卷 717-729页

作者：山建安朱睿尹振良杨华庆张薇方春爽兰州交通大学测绘与地理信息学院地理国情监测技术应用国家地方联合工程研究中心甘肃省测绘科学与技术重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院西北生态环境资源研究院国家冰川冻土沙漠科学数据中心干旱区生态安全与可持续发展重点实验室甘肃兰州730000 山东科技大学安全与环境工程学院山东青岛266000

基于西北地区的152个气象台站和CMIP6(Coupled Model Intercomparison Project 6)的16个气候模式输出资料,采用RoMBC(Robust Multivariate Bias Correction)方法对CMIP6模式数据进行偏差校正,构建标准化降水蒸散发指数(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index,SPEI),分析西北地区历史及未来4种情景下(SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP3-7.0、SSP5-8.5)的干旱时空分布及变化特征。结果表明:(1)历史和未来情景下西北地区气温和降水均呈显著增加趋势,增温速率为0.15~0.74℃·(10a)^(-1),降水增加速率为2.71~14.83 mm·(10a)^(-1)。(2)历史(1975—2014年)西北地区年、季节尺度SPEI整体呈下降趋势,春季下降速率最大,为0.19·(10a)^(-1),年、春季、冬季大部分地区干旱趋势加重,干旱频率轻中旱高于重特旱,东部干旱频率高于西部。(3)未来情景下(2020—2100年)SSP1-2.6情景有干旱趋势但无明显干旱特征,其余3种情景干旱次数增加、干旱趋势加重、干旱频率提高,SSP5-8.5情景下干旱最为明显。该研究通过气象数据和模式数据揭示了西北地区的干旱时空发展规律,可为西北地区干旱风险评估、水资源科学管理及农业生产提供依据。

关键词： SPEI 干旱时空格局 CMIP6 西北地区

2001—2020年黄河流域水源涵养区植被覆盖变化及其对气候变化和人类活动的响应

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中国沙漠 2024年第4期44卷 57-70页

作者：杨华庆朱睿尹振良山建安张薇方春爽兰州交通大学测绘与地理信息学院/地理国情监测技术应用国家地方联合工程研究中心/甘肃省地理国情监测工程实验室甘肃兰州730000 中国科学院西北生态环境资源研究院国家冰川冻土沙漠科学数据中心/干旱区生态安全与可持续发展重点实验室甘肃兰州730000 山东科技大学安全与环境工程学院山东青岛266000

植被覆盖变化对黄河流域水源涵养区水源涵养功能和生态环境变化具有重要影响。本文利用Google Earth Engine(GEE)云平台,选取2001—2020年MODIS数据,采用一元线性回归和Hurst指数分析研究区植被覆盖时空变化,并基于地理探测器和Pearson... 详细信息

植被覆盖变化对黄河流域水源涵养区水源涵养功能和生态环境变化具有重要影响。本文利用Google Earth Engine(GEE)云平台,选取2001—2020年MODIS数据,采用一元线性回归和Hurst指数分析研究区植被覆盖时空变化,并基于地理探测器和Pearson偏相关分析探究各因子对植被覆盖空间分布的影响。结果表明:2001—2020年,研究区植被指数(NDVI)总体呈现波动上升趋势,多年平均NDVI值为0.42,增长速率为0.023/10a,NDVI具有显著的区域差异,整体表现为由东南向西北递减。2001—2020年间植被覆盖呈现改善趋势面积(82.47%)大于退化趋势面积(4.97%),未来持续性改善面积(62.63%)大于持续性不变(5.78%)和持续性退化(3.69%)面积,说明植被覆盖度将继续保持增长趋势。降水量对NDVI空间分布影响力最大,达到0.502,其次为相对湿度(0.418)、高程(0.374);降水量(77.16%)、气温(71.82%)与NDVI空间分布正相关,日照时数(77.94%)、相对湿度(62.70%)与NDVI空间分布负相关。NDVI变化受气候变化和人类活动共同影响,气候暖湿化和人类活动导致的低NDVI土地利用类型向高NDVI土地利用类型转移共同促进了植被覆盖向好发展。该研究有助于厘清研究区植被覆盖时空变化及其影响因素。

关键词： NDVI变化影响因子黄河流域水源涵养区地理探测器 Hurst指数

基于注意力机制优化LSTM-Seq2seq模型的径流模拟研究

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冰川冻土 2024年第3期46卷 980-992页

作者：李文佳吴丽丽温小虎冯起周婷杨林山尹振良甘肃农业大学理学院甘肃兰州730070 甘肃农业大学信息科学技术学院甘肃兰州730070 中国科学院西北生态环境资源研究院甘肃兰州730000

实时准确地预测中长期日径流对干旱半干旱地区水资源合理利用具有重要意义。针对长短期记忆网络(long short-term memory,LSTM)模型输入输出时间步长度相等、处理长序列遗忘多、无法按重要程度分配权重等不足,构建了一种基于注意力机制(... 详细信息

实时准确地预测中长期日径流对干旱半干旱地区水资源合理利用具有重要意义。针对长短期记忆网络(long short-term memory,LSTM)模型输入输出时间步长度相等、处理长序列遗忘多、无法按重要程度分配权重等不足,构建了一种基于注意力机制(attention mechanism,Attention)优化的LSTMSeq2seq组合模型(LSTM-Seq2seq-Attention)。该模型将序列到序列模型(sequence to sequence,Seq2seq)中编码器、解码器设置为三层LSTM结构,并在解码器输出序列前引入注意力机制对模型进一步优化。为验证LSTM-Seq2seq-Attention模型的有效性,本研究以党河上游为研究区域,基于历史数据对流域未来1~7 d的日径流进行模拟预测;预测结果与传统的机器学习模型支持向量机(support vector machines,SVM)以及单一的LSTM模型预测结果进行了对比。结果表明:SVM、LSTM和LSTMSeq2seq-Attention模型均可用于短期日径流预测;但相比之下,LSTM-Seq2seq-Attention模型在中长期日径流预测中的预测效果更突出。说明LSTM-Seq2seq-Attention模型较单一模型具备更强的预测能力,可作为干旱半干旱地区中长期日径流预测模拟的可靠工具。

关键词：径流预测 LSTM Seq2seq Attention机制党河

基于SHAW模型的祁连山浅山区荒漠草地土壤水热动态模拟研究

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冰川冻土 2024年第3期46卷 993-1005页

作者：李乃玉吴丽丽杨林山冯起卢调雪温小虎尹振良甘肃农业大学甘肃兰州730070 中国科学院西北生态环境资源研究院甘肃兰州730000

祁连山是我国重要的生态安全屏障,其浅山区是连接高寒山区与绿洲平原的过渡地带,土壤水热变化显著影响该区生态系统与水文过程的相互作用。本文利用祁连山浅山区荒漠草地的观测资料,基于SHAW模型对土壤水热动态进行了模拟和分析,利用控... 详细信息

祁连山是我国重要的生态安全屏障,其浅山区是连接高寒山区与绿洲平原的过渡地带,土壤水热变化显著影响该区生态系统与水文过程的相互作用。本文利用祁连山浅山区荒漠草地的观测资料,基于SHAW模型对土壤水热动态进行了模拟和分析,利用控制变量法量化了不同冻融阶段气温和降水变化对土壤温度和水分的影响。结果表明:模型模拟的各层土壤温度纳什效率系数(NSE)均大于0.95,且土层越深模拟效果越好,模型模拟的土壤水分总体上能反映土壤水分的动态变化和浅层土壤中降水的入渗过程。不同冻融阶段土壤水热分布的剖面特征差异明显,总体而言,土壤温度波动随深度逐渐变小,而土壤水分随深度逐渐升高,浅层土壤水热过程对气象要素变化更敏感。情景分析表明,气温每升高1.0℃,土壤冻结发展期、完全冻结期和融化发展期分别缩短1.4 d、0.8 d和2.2 d,表层和深层土壤温度分别升高0.6℃和0.1℃,土壤温度升高的幅度随深度减小。降水的变化对完全融化期0.20~1.20 m的土壤水分影响最显著,对融化发展期和冻结发展期的影响体现在0.20~0.60 m的浅层土壤,而对完全冻结期的土壤未冻水含量基本没有影响。研究结果可为气候变化背景下祁连山浅山区脆弱生态系统的稳定性维持提供参考。

关键词：祁连山浅山区 SHAW模型土壤温度土壤水分气候变化

西北内陆河区“自然-社会-贸易”水循环理论与安全调控关键技术及应用研究

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中国科技成果 2024年第4期25卷 76-76,F0003页

作者：无龙爱华王水生冯走起刘蔚陈伏龙马忠尹振良杨永民张沛付嘉苏海波海洋新疆水利水电勘测设计研究院有限责任公司中国水利水电科学研究院中国科学院西北生态环境资源研究院石河子大学西北师范大学中国水利水电科学研究院研究室中国生态经济学学会生态恢复专业委员会不详

西北干旱区约占我国陆地国土面积的1/3,除却伊犁河、额尔齐斯河、额敏河三大国际河流流域面积,我国境内的西北内陆河总面积约216万平方公里。西北内陆河区地处亚欧大陆腹地,地理地貌与自然环境特殊,人文社会资源、土地与矿产资源十分丰... 详细信息

西北干旱区约占我国陆地国土面积的1/3,除却伊犁河、额尔齐斯河、额敏河三大国际河流流域面积,我国境内的西北内陆河总面积约216万平方公里。西北内陆河区地处亚欧大陆腹地,地理地貌与自然环境特殊,人文社会资源、土地与矿产资源十分丰富,是我国丝绸之路经济带的核心区和生态安全战略格局中的重点区。

关键词：丝绸之路经济带矿产资源额尔齐斯河陆地国土人文社会水循环生态安全地理地貌

基于KML和虚拟地球的三维数字校园研究——以兰州大学为例

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兰州大学学报（自然科学版） 2012年第6期48卷 37-42,48页

作者：朱睿刘勇尹振良张鹏兰州大学资源环境学院兰州730000 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所兰州730000

提出了一种新的三维数字校园建设的技术路线.在介绍相关技术背景的基础上,详细阐述此技术路线包含的两个关键部分,即基于KML的三维模型优化策略和基于虚拟地球应用程序接口的三维数字校园系统架构.最后将兰州大学三维数字校园系统作为... 详细信息

提出了一种新的三维数字校园建设的技术路线.在介绍相关技术背景的基础上,详细阐述此技术路线包含的两个关键部分,即基于KML的三维模型优化策略和基于虚拟地球应用程序接口的三维数字校园系统架构.最后将兰州大学三维数字校园系统作为实验案例,实现了在线访问、三维浏览,查询定位等功能,并且具有三维环境漫游流畅和系统开发便捷的特点.通过本系统取得的良好效果,证明了本文提出的基于KML和虚拟地球的三维数字校园建设技术路线切实可行,并在三维建筑物模型优化和轻量级的系统架构方面有很大优势.

关键词：数字校园三维模型 KML 虚拟地球模型优化

青海省气象灾情评估预警地理信息系统设计与实现

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青海省气象灾情评估预警地理信息系统设计与实现

作者：尹振良兰州大学

学位级别：硕士

随着信息技术和网络技术的发展,GIS的发展和应用也得到了大幅提升。WebGIS是网络技术与GIS技术相结合的产物,已经扩展到了GIS应用的各个领域,成为了能为大众所接受的工具。但是目前成熟应用的WebGIS大多仅限于简单的地图浏览和属性信息... 详细信息

随着信息技术和网络技术的发展,GIS的发展和应用也得到了大幅提升。WebGIS是网络技术与GIS技术相结合的产物,已经扩展到了GIS应用的各个领域,成为了能为大众所接受的工具。但是目前成熟应用的WebGIS大多仅限于简单的地图浏览和属性信息查询,很少能够提供GIS的分析功能。跨平台、异构空间数据的互操作及共享、功能资源的共享等问题已成为阻碍WebGIS继续向前发展的难题。 Web服务作为面向服务系统体系的主要技术之一,为Internet上异构信息的共享以及异构系统的集成提供了一个分布式算法。Web服务规范独立于编程语言、操作系统及硬件环境,使得服务提供者和服务消费者之间能够保持松散关系。地理信息Web服务基于Web服务技术之上,为解决传统WebGIS的不足提供了可能。它实现了数据类型的标准化、软件复用、平台独立性,不仅为解决地理信息共享和互操作提供可能,而且能够扩展GIS应用模式,使基于服务的GIS应用不断扩展。本文在研究地理信息服务构建和部署方案的基础之上,提出了一种基于ArcGIS Server平台构建气象灾情评估预警地理信息系统的解决方案。论文共分为六章。第一章是绪论,回顾了GIS的发展历程,提出地理信息服务是解决WebGIS不足的关键技术并总结了国内外地理信息服务的发展现状。第二章是地理信息服务研究,从定义、框架、标准规范等方面对地理信息服务进行研究。第三章是ArcGIS Server平台研究,研究了ArcGIS Server的体系结构、服务器运行原理和基于ArcGIS Server的开发方式。第四章是系统设计,详细介绍了系统的具体设计过程,包括系统需求分析、系统总体设计、数据库设计和建库以及三维显示子系统的设计。第五章是系统实现,介绍了系统各个模块的具体实现过程以及部分功能展示。第六章为论文的总结部分,总结了本文的主要研究成果和进一步需要解决的问题。

关键词：地理信息服务 ArcGIS Server 灾情预警灾情评估

和田河流域冰川径流对气候变化响应的模拟分析

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水资源保护 2022年第4期38卷 137-144页

作者：魏潇娜龙爱华尹振良於嘉闻中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室北京100038 石河子大学水利建筑工程学院新疆石河子832003 中国科学院西北生态环境资源研究院内陆河流域生态水文重点实验室甘肃兰州730000

为模拟和田河流域上游冰川径流,构建了嵌入冰川模块的SWAT模型,并基于实测径流数据及冰川编目数据对模型进行校正与验证,定量分析了和田河流域上游冰川径流的变化趋势及其对出山径流的贡献和对气候变化的响应规律。结果表明:1967—2017... 详细信息

为模拟和田河流域上游冰川径流,构建了嵌入冰川模块的SWAT模型,并基于实测径流数据及冰川编目数据对模型进行校正与验证,定量分析了和田河流域上游冰川径流的变化趋势及其对出山径流的贡献和对气候变化的响应规律。结果表明:1967—2017年玉龙喀什河流域多年平均冰川径流量为11.02亿m^(3),冰川径流对出山径流的贡献率为48.7%,喀拉喀什河流域多年平均冰川径流量为9.51亿m^(3),冰川径流贡献率为45.5%;在0.01显著性水平下,玉龙喀什河流域气温与降水量均呈显著上升趋势,喀拉喀什河流域气温呈显著上升趋势,降水量呈不显著上升趋势;气候变化背景下,两条支流由于地理位置、冰川特征等的不同,导致两条支流的径流响应呈现较大差异,玉龙喀什河流域冰川径流量呈显著增加趋势,而冰川径流对出山径流的贡献率呈显著下降趋势,喀拉喀什河流域冰川径流量与冰川径流贡献率均呈不显著增加趋势。

关键词：冰川径流模拟 SWAT模型气候变化响应分析和田河流域