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海洋保护地规划中生态系统模型的应用探究

国家公园（中英文） 2024年第3期2卷 176-184页

作者：孙润隆赵林林庄鸿飞曲方圆王宗灵张朝晖自然资源部第一海洋研究所渤海海峡生态通道野外科学观测研究站青岛266061

海洋保护地是海洋生态环境管理的重要措施,科学有效的海洋保护地空间规划能够加强对海洋生物多样性和生态系统健康的保护。探讨面向对象的海洋生态系统评估(Object-oriented simulator of marine ecosystem exploitation,OSMOSE)模型在... 详细信息

海洋保护地是海洋生态环境管理的重要措施,科学有效的海洋保护地空间规划能够加强对海洋生物多样性和生态系统健康的保护。探讨面向对象的海洋生态系统评估(Object-oriented simulator of marine ecosystem exploitation,OSMOSE)模型在海洋保护地空间规划中的应用前景,通过深入分析模型原理、关键过程和研究进展,以及结合模型特征及其功能实现,对模型在海洋保护地空间规划中能够发挥的多方面优势进行了重点探究;同时与现有海洋保护地空间规划方法的对比以及与实际海洋保护地案例结合,探讨了OSMOSE模型与现有的海洋保护地空间规划技术方法的异同及有机结合的潜在可能。结果表明,OSMOSE模型在模拟海洋生态系统动态、预测管理策略效果方面展现出的显著优势,模型对多物种相互作用以及时空分布的精准模拟,可以为海洋保护地空间规划提供丰富的数据支撑和决策依据。模型的合理应用不仅为我国海洋保护地建设提供了新视角,还有助于提升海洋保护地的空间规划合理性与管理措施有效性,对促进我国海洋生态保护具有重要作用和应用前景。

关键词：海洋保护地空间规划生态系统模型面向对象的海洋生态系统评估模型

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渤黄海区核心价值与重要保护范围划定探讨

国家公园（中英文） 2024年第3期2卷 198-207页

作者：白玲于国旭张朝晖马炜蒋亚芳魏艳秀庄鸿飞田静刘增力国家林业和草原局林草调查规划院北京100174 北京林业大学生态与自然保护学院北京100083 长岛国家海洋公园管理中心烟台265800 自然资源部第一海洋研究所青岛266061

海洋类型国家公园建设在我国尚处于探索阶段。渤黄海海洋海岛生态地理区是我国国家公园空间布局的39个自然生态地理区中的海洋生态区之一。首先对该区域进行核心价值与重要保护范围划定探讨,提出长岛作为北方典型的海洋海岛生态系统,是... 详细信息

海洋类型国家公园建设在我国尚处于探索阶段。渤黄海海洋海岛生态地理区是我国国家公园空间布局的39个自然生态地理区中的海洋生态区之一。首先对该区域进行核心价值与重要保护范围划定探讨,提出长岛作为北方典型的海洋海岛生态系统,是渤黄海区的优先保护区域。然后,综合评价长岛国家公园的核心价值主要有:温带海岛-浅海湿地-海洋生态系统的典型代表,珍稀物种重要栖息地和洄游、迁徙通道,独特罕见的海洋、海岛地质遗迹景观3方面。同时,根据《国家公园设立规范》的相关要求,逐级开展长岛国家公园评估区划定、优先保护区域识别和国家公园范围确定。最后,围绕目前研究尚且不足的几个问题展开讨论及建议。研究为我国海洋类型国家公园建立进行实践性探索,提出一套科学可行的国家公园范围划定技术方法和路径。

关键词：渤黄海区海洋类型国家公园核心价值范围划定

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基于MaxEnt模型的云南红豆杉潜在适宜分布预测

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山西大学学报(自然科学版) 2018年第1期41卷 233-240页

作者：庄鸿飞秦浩王伟张殷波山西大学黄土高原研究所中国环境科学研究院生物多样性研究中心山西大学环境与资源学院

云南红豆杉(Taxus yunnanensis)是国家一级保护植物,具有重要的经济价值和药用价值,预测其潜在适宜分布区域具有重要的理论和实际意义。选择云南红豆杉的主要分布区云南省作为研究区域,基于有效的地理分布数据及筛选后的环境变量,运用... 详细信息

云南红豆杉(Taxus yunnanensis)是国家一级保护植物,具有重要的经济价值和药用价值,预测其潜在适宜分布区域具有重要的理论和实际意义。选择云南红豆杉的主要分布区云南省作为研究区域,基于有效的地理分布数据及筛选后的环境变量,运用最大熵模型(MaxEnt)与地理信息系统(GIS)对云南红豆杉的潜在适宜分布区域进行了预测,进而以刀切法(Jackknife)分析影响其分布的主要环境因子,并采用受试者工作特征曲线(ROC)对预测结果进行检验。结果表明,云南红豆杉在云南省有较广的适宜分布区域,主要集中在滇西北、滇西及滇北等地;海拔和年平均温度对云南红豆杉适宜分布的影响最大;AUC值为0.864,说明模型预测效果良好。

关键词：云南红豆杉最大熵模型潜在适宜分布物种分布模型

大熊猫国家公园四川片区自然保护地空间关系对大熊猫分布的影响

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生态学报 2020年第7期40卷 2347-2359页

作者：庄鸿飞陈君帜史建忠王伟黄璐叶菁栾晓峰北京林业大学自然保护区学院北京100083 国家林业和草原局调查规划设计院北京100714 中国环境科学研究院北京100012

理清自然保护地的空间关系与分布格局是加强空间管控、整合优化自然保护地体系的基础。以大熊猫国家公园四川片区内的自然保护地为案例,基于ArcGIS空间数据的处理、分析与可视化表达等功能,结合韦恩(Venn)图在空间层面上量化分析了公园... 详细信息

理清自然保护地的空间关系与分布格局是加强空间管控、整合优化自然保护地体系的基础。以大熊猫国家公园四川片区内的自然保护地为案例,基于ArcGIS空间数据的处理、分析与可视化表达等功能,结合韦恩(Venn)图在空间层面上量化分析了公园范围内各类自然保护地的空间关系,并进一步揭示了不同保护情景下大熊猫(Ailuropoda melanoleuca)的分布格局。研究结果表明:(1)研究区内含有6类自然保护地,占研究区总面积的75.13%,其中40.68%为交叉重叠区域。(2)各类自然保护地皆存在大面积的交叉重叠。自然保护区为研究区面积最大的自然保护地类型,占自然保护地总面积的72.53%,其中45.89%为交叉重叠区域;其他类自然保护地占自然保护地总面积的60.87%,其中66.48%为交叉重叠区域。(3)猫点密度与自然保护地的交叉重叠程度呈现逆向增长趋势,区域的重叠水平越高,猫点密度越低。(4)自然保护地整体非重叠区的猫点密度高于重叠区。自然保护区是整体猫点密度最高的自然保护地类型,其非重叠区密度明显高于重叠区;森林公园非重叠区与水利风景区重叠区呈现较高的猫点密度。(5)与自然保护区交叉重叠的自然保护地中,位于自然保护区的猫点密度远高于其他重叠区。由此可见,大熊猫国家公园四川片区内原有自然保护地体系体量大但空间关系复杂,不同区域间的保护效能既不平衡也不充分。建议将研究区内自然保护区的非重叠区、位于自然保护区的世界遗产地区域、森林公园的非重叠区以及水利风景区的重叠区等作为大熊猫的核心保护区,施行严格保护;将自然保护区的重叠区、世界遗产地的其他区域作为生态保育区,恢复受损退化的大熊猫栖息地及所在的自然生态系统;将其他区域作为一般控制区,在有效维护大熊猫种群及其栖息地的前提下适度开展人为活动。同时,建议对空间重叠和邻近相接的区域开展科学评估,明确自然保护地的唯一属性。另一方面,我们期待健全自然保护地管理体制,统筹自然保护地的空间布局,为以国家公园为主体的自然保护地体系建设"松体制之绑"。

关键词：大熊猫国家公园自然保护地空间分析

基于最大熵模型的不同尺度物种分布概率优化热点分析:以红色木莲为例

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生物多样性 2018年第9期26卷 931-940页

作者：庄鸿飞张殷波王伟任月恒刘方正杜金鸿周越国家环境保护区域生态过程与功能评估重点实验室中国环境科学研究院北京100012 山西大学黄土高原研究所太原030006 山西大学环境与资源学院太原030006 中国三江并流区域生物多样性协同创新中心云南大理671003

单一空间尺度构建的最大熵(maximum entropy, MaxEnt)模型是否具有代表性,是MaxEnt模型应用与发展中面临的重要问题。本研究基于有效的地理分布位点数据,利用最小凸多边形法(theminimumconvexpolygon method)在三江并流、云南省及全国3... 详细信息

单一空间尺度构建的最大熵(maximum entropy, MaxEnt)模型是否具有代表性,是MaxEnt模型应用与发展中面临的重要问题。本研究基于有效的地理分布位点数据,利用最小凸多边形法(theminimumconvexpolygon method)在三江并流、云南省及全国3个空间尺度下分别识别了红色木莲(Manglietia insignis)的建模区域,并进一步建立MaxEnt模型:使用ROC曲线分析法与遗漏率(omissionrate,OR)检验评估MaxEnt模型预测精度;基于ArcGIS分析分布概率及其热点区域的分布趋势,并通过分区统计工具Zonal识别潜在适宜分布区域的质心位置;采用刀切法检验环境因子贡献率。结果表明:(1)不同尺度下红色木莲的MaxEnt模型都有良好的预测效果,三江并流、云南省及全国尺度下的AUC值分别为0.936、0.887和0.930, OR值分别为0.18、0.15和0.20;(2)各尺度红色木莲的适生区格局呈现一致性分布趋势,集中在独龙江、怒江和澜沧江3个流域;(3) 3个空间尺度下红色木莲的地理分布受不同环境因子影响,存在着尺度依赖效应。由此可见,红色木莲在不同空间尺度下的预测模型有着稳定的性能表现与良好的预测效果。此外,我们建议在野外实地调查与野生生物资源保护中加强对普通物种的关注,在预测物种地理分布的研究中将MaxEnt模型与热点分析结合使用。

关键词： MaxEnt模型空间尺度红色木莲最小凸多边形热点分析普通物种

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东北地区水獭分布格局与保护优先区识别

生物多样性 2022年第1期30卷 48-58页

作者：张超陈敏豪杨立庄鸿飞武曙红湛振杰王嘉栋栾晓峰北京林业大学生态与自然保护学院北京100083 中山大学生命与科学学院广州510275

水獭是水生生态系统重要的指示种和旗舰种,由于强烈的人为干扰,中国的水獭种群数量大幅下降,部分区域已局部灭绝。然而目前国内对水獭的调查和研究非常有限,本底不清的状况已经严重影响到水獭的野外保育工作。本文以东北地区的欧亚水獭... 详细信息

水獭是水生生态系统重要的指示种和旗舰种,由于强烈的人为干扰,中国的水獭种群数量大幅下降,部分区域已局部灭绝。然而目前国内对水獭的调查和研究非常有限,本底不清的状况已经严重影响到水獭的野外保育工作。本文以东北地区的欧亚水獭指名亚种(Lutra lutra lutra)为研究对象,基于2016-2020年的调查数据,使用组合建模的方法评估了水獭的潜在分布区;利用地理信息系统和系统保护规划软件分析了水獭的保护优先区并计算了各省级行政区内水獭潜在分布区和保护优先区面临的人类压力;结合国家级自然保护区的空间布局分析了水獭的保护现状,并以内蒙古森工集团、大兴安岭林业集团、伊春森工集团三大国有林区为例分析了重点国有林区在水獭保护中的作用。结果表明:(1)水獭潜在分布区和保护优先区面积分别为104,515.04 km^(2)和45,448.99 km^(2),其中大兴安岭的水獭保护优先区集中连片,并与小兴安岭的保护优先区相连,栖息地之间没有明显地理隔离,是维持东北地区水獭种群稳定的重中之重;(2)水獭面临的人类压力大小依次为:辽宁>吉林>黑龙江>内蒙古;(3)研究区内110个国家级自然保护区中有63个包含水獭潜在分布区,覆盖面积为12,168.93 km^(2),仅占水獭潜在分布区面积的11.64%,其中32个国家级自然保护区包含水獭保护优先区,占水獭保护优先区面积的10.88%;(4)三大国有林区涵盖了71.18%的水獭潜在分布区和79.26%的保护优先区(面积分别为74,390.89 km^(2)和36,022.22 km^(2))。由此可见,尽管水獭潜在分布区中国家级自然保护区占比较低,但是在天然林全面禁伐的背景下,重点国有林区可能在未来东北地区的生物多样性保护中发挥更大作用,因此我们建议将重点国有林区中具有重要保护价值的区域逐步纳入以国家公园为主体的自然保护地体系中,以实现生物多样性的系统性和完整性保护。最后,本文结合研究结果和实地调研提出以下保护建议:(1)加强对河流污染物的管理;(2)控制渔民捕鱼强度;(3)开展全面的水獭专项调查并建立长期的监测体系;(4)加大对水獭的科研投入;(5)加强宣传力度,提升公众保护意识。

关键词：欧亚水獭组合模型分布保护优先区国有林区

天津市自然保护地与区域生境质量的时空演变格局

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生态学报 2023年第7期43卷 2770-2780页

作者：提杨庄鸿飞陈敏豪张超胡发祥赵秋璐胡志良栾晓峰北京林业大学生态与自然保护学院北京100083 自然资源部第一海洋研究所青岛266061 天津市城市规划设计研究总院有限公司天津300110

生境质量是反映区域生物多样性水平的重要指标,而规划科学、管理有效的自然保护地对于维护生境质量、巩固区域生态安全具有重要作用。以天津市为例,运用InVEST模型Habitat Quality模块评估了天津市2000、2005、2010、2015、2018年生境... 详细信息

生境质量是反映区域生物多样性水平的重要指标,而规划科学、管理有效的自然保护地对于维护生境质量、巩固区域生态安全具有重要作用。以天津市为例,运用InVEST模型Habitat Quality模块评估了天津市2000、2005、2010、2015、2018年生境质量时空变化格局,基于叠加分析自然保护地内外生境质量变化探讨自然保护地对维护区域生境质量发挥的作用。结果表明:(1)2000—2018年间天津市生境质量总体下降了13.18%,并呈现出明显的由中心城区向环城四区扩散的趋势,高质量区域仅占天津陆域国土面积的4%,主要分布在天津北部山区和于桥水库、团泊洼、北大港、大黄堡等湿地。(2)天津保护地空间分布上呈集中分布态势,覆盖了天津市约75%的高质量生境区域和25%的较高质量生境区域。(3)从整体上看不同类型的自然保护地内生境质量保护效果不同,自然保护区优于其它类保护地,其生境质量明显得到提升。所有保护地中有10处保护地生境质量略有下降,但低于全域下降水平,只有盘山风景名胜区和古海岸与湿地自然保护区生境质量下降高于全域平均水平。(4)自然保护地对天津市生境质量下降的趋势起到了一定缓冲作用,其内部生境质量变化的绝对量和相对量均显著优于区外5 km缓冲带(P<0.1)。因此建议进一步提高保护地管理水平,加强管控力度充分发挥自然保护地保护效能。

关键词： InVEST模型自然保护地城市生物多样性天津

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甲烷掺氢燃料反应动力学特性分析及机理验证

中国电机工程学报 2024年第9期44卷 3563-3572,I0019页

作者：郁鸿飞李祥晟郭菡西安交通大学能源与动力工程学院陕西省西安市710049

燃气轮机燃用天然气-氢气混合燃料可以大幅降低碳排放。为了研究天然气在不同掺氢比时的燃烧特性,利用Cantera开源程序对其基本反应动力学特性开展研究,计算常压和典型F级燃气轮机运行条件下不同掺氢比时混合燃料的层流火焰速度、点火... 详细信息

燃气轮机燃用天然气-氢气混合燃料可以大幅降低碳排放。为了研究天然气在不同掺氢比时的燃烧特性,利用Cantera开源程序对其基本反应动力学特性开展研究,计算常压和典型F级燃气轮机运行条件下不同掺氢比时混合燃料的层流火焰速度、点火延迟时间等基本反应动力学参数。分析8种反应机理计算获得的火焰位置、温度场分布、主要燃烧产物(CO_(2)和H_(2)O)、中间燃烧产物(OH基和CO)和微量燃烧产物NO的浓度分布,并与悉尼大学天然气-氢气混合燃料(体积分数50%H_(2)+50%CH_(4))模型燃烧室实验数据进行比较。结果表明,采用DRM22、USC2、Kee以及Miller-Bowman机理计算获得的混合气体燃烧特性与实验结果吻合,耦合加州大学单独的氮氧化物机理后所获得的NO_(x)排放值也具有较高的计算精度。结果可为氢燃料燃气轮机燃烧室性能的后续研究提供理论依据,为氢燃料燃气轮机的安全运行奠定基础。

关键词：氢燃气轮机燃烧特性 Cantera 反应机理氢混合燃料

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生物质混合燃烧数值模拟研究与应用

生物质混合燃烧数值模拟研究与应用

作者：齐鸿飞长春工程学院

学位级别：硕士

随着可再生能源的快速发展,生物质能作为一种清洁、可再生的能源,受到了广泛关注。然而,锅炉的设计燃料是秸秆,在使用过程中为秸秆、稻壳和木片混合燃烧,这导致炉膛温度无法达到设计要求。本文以农安生物质锅炉为研究对象,针对其混烧生... 详细信息

随着可再生能源的快速发展,生物质能作为一种清洁、可再生的能源,受到了广泛关注。然而,锅炉的设计燃料是秸秆,在使用过程中为秸秆、稻壳和木片混合燃烧,这导致炉膛温度无法达到设计要求。本文以农安生物质锅炉为研究对象,针对其混烧生物质燃料时温度较低的问题,开展了燃料配比计算与数值模拟研究。首先,根据电厂燃料储存和进场情况,制定了科学的燃料取样方案,并通过对秸秆、稻壳和木片等生物质燃料的特性进行分析,获得了燃料的工业分析和元素分析数据。基于这些数据,深入分析了挥发分、固定碳、水分以及碳氢元素等因素对燃烧状态的影响。以影响因素为方向,建立燃料配比的数学模型,并以设计燃料和电厂经济性为限制条件,通过迭代计算得到混合燃烧的配比方案。利用FLIC床层模拟软件和FLUENT组分模拟软件,对混合燃烧过程进行了仿真研究。通过模拟,详细探讨了不同燃料配比下炉膛温度和组分浓度分布的变化情况。研究结果表明:两种生物质混合时,当秸秆和稻壳按照质量比1:0.57和1:0.63燃烧时,炉膛最高温度分别为1540K,炉拱上部15700mm处温度为1210K,相比此处实际燃烧温度1093K,温度提高了117K;秸秆和木片按照质量比1:0.55燃烧,炉拱上部15700mm处温度为1192K,比炉膛实际温度（1093K）提高了97K;炉膛内14600mm处实际温度为1010.9K,此处模拟温度为1091K,相较于实际燃烧温度提升了7.9%;三种生物质混合时,秸秆、稻壳和木片按照质量比混合1:0.5:0.8,炉拱上部15700mm处温度为1175K,相比此处实际燃烧温度1099K,温度提高了76K,模拟结果较实际燃烧值提高了6.9%。秸秆和稻壳按照质量比1:0.57和1:0.63燃烧时,炉膛内CH含量最高,CO含量较高,表明燃烧剧烈较好;玉米秸秆、稻壳和木片按照1:0.3:0.62和1:0.5:0.8配比床层CH含量较高,且炉膛内CO含量为0.03%,兼顾了燃烧效率以及燃烧的稳定性,带来良好的燃烧效果。本文的研究成果为农安生物质电厂锅炉的燃烧优化提供了数据支撑,对于提高生物质电厂锅炉效率和经济性能具有重要意义。

关键词：锅炉燃烧生物质燃料配比燃烧特性数值模拟