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基于改进Markov-CA模型的黄土高原土地利用多情景模拟

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地球信息科学学报 2021年第5期23卷 825-836页

作者：孙定钊梁友嘉武汉理工大学资源与环境工程学院武汉430070 贵州省地质矿产勘查开发局测绘院贵阳550018

土地利用/覆被的时空变化研究能为区域生态环境恢复和生态系统集成管理提供科学支持。集成Logistic回归模型、改进的Markov与FLUS模型模拟黄土高原2020—2050年3种典型情景土地利用变化。发现各情景土地利用面积变化及空间置换转移主要... 详细信息

土地利用/覆被的时空变化研究能为区域生态环境恢复和生态系统集成管理提供科学支持。集成Logistic回归模型、改进的Markov与FLUS模型模拟黄土高原2020—2050年3种典型情景土地利用变化。发现各情景土地利用面积变化及空间置换转移主要集中在农用地、草地和城镇用地;历史趋势延续情景下农用地减少15205 km^(2),草地、城镇用地分别增加2742 km^(2)和16007 km^(2);生态保育管护情景中草地增加7076 km^(2),林草用地增长存在权衡关系(r_(主要林地-草地)=-0.66),在典型区域的生态恢复管理中应加以重视;城镇发展建设情景中农用地减少20256 km^(2),城镇用地增加22032 km^(2),变化均达到极值,其中,南部城镇扩张与农用地减少存在强权衡关系(r_(农用地-城镇用地)=-1)。改进的Markov-FLUS模型适用于黄土高原地区的土地利用模拟,情景分析可有效揭示区域生态保护与城镇扩张的阈值变化,为区域土地利用政策权衡管理和水土保育提供科学依据。

关键词： FLUS模型 Markov模型土地利用/覆被变化生态保育城镇扩张多情景模拟权衡分析黄土高原

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生态系统服务与景观格局集成研究综述

生态学报 2018年第20期38卷 7159-7167页

作者：梁友嘉刘丽珺武汉理工大学资源与环境工程学院武汉430070 武汉理工大学航运学院武汉430000

生态系统服务是综合科学和政策应用的有效工具,可用于应对人类干扰下的景观和生态系统服务的快速退化等复杂生态环境问题。综述生态系统服务与景观格局集成的学科发展、基础理论和模型开发的进展与存在的问题,建立可用的集成建模框架,... 详细信息

生态系统服务是综合科学和政策应用的有效工具,可用于应对人类干扰下的景观和生态系统服务的快速退化等复杂生态环境问题。综述生态系统服务与景观格局集成的学科发展、基础理论和模型开发的进展与存在的问题,建立可用的集成建模框架,并提出知识集成的概念框架:1)在要素层,"政策-决策—景观—生态系统服务—社会经济系统"的跨学科知识反馈环是集成理论基础; 2)在模型层,结构化、多层次的集成模拟模型是核心方法; 3)在数据层,多源数据集成是模拟模型的数据基础。集成生态系统服务与景观格局为区域生态环境治理实践提供了科学参考,能更好地应对生态系统服务科学与应用的挑战。

关键词：生态系统服务景观格局集成建模决策支持

2000—2019年中国农业塑料污染的时空变化评估

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中国资源综合利用 2024年第2期42卷 156-164页

作者：周欣蕊钟菁文孙源潮梁友嘉武汉理工大学资源与环境工程学院武汉430070

农业塑料污染产生严重的生态环境问题,但农业塑料的空间分布格局及其时序变化的影响因素缺乏精细化的评估与归因。基于一种可用的指数模型,本文反演评估我国2000—2019年以塑料薄膜、化肥袋与农药瓶为主的农业塑料污染源的时空变化特征... 详细信息

农业塑料污染产生严重的生态环境问题,但农业塑料的空间分布格局及其时序变化的影响因素缺乏精细化的评估与归因。基于一种可用的指数模型,本文反演评估我国2000—2019年以塑料薄膜、化肥袋与农药瓶为主的农业塑料污染源的时空变化特征,并筛选9种关键的社会-生态影响指标,结合最小二乘法、地理加权模型与随机森林方法,对农业塑料废弃物变化进行整体-局部尺度的归因分析。结果发现,全国上述农业塑料数量呈现增加-平稳-下降的变化趋势,其空间聚集性和区域差异性在研究期内逐步减弱。影响整体农业塑料污染的因子按重要性由大到小排序为:农业机械总动力、降水、粮食作物播种面积、第一产业增加值、日照时数、国内专利申请受理量和乡村人口。局部尺度农业塑料污染的影响因子系数与整体尺度的因子空间分布特征类似,但其空间聚集特征随时间变化明显减弱。研究结果对实施农业塑料污染的动态监测、影响评价与防控策略等具有科学参考价值,可以提供数据支持。

关键词：农业塑料污染集成评估空间自相关地理加权回归随机森林影响因素

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基于LUCC和夜间灯光辐射数据的张掖市甘州区人口空间分布建模

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冰川冻土 2012年第4期34卷 999-1006页

作者：梁友嘉徐中民中国科学院寒区旱区环境与工程研究所内陆河流域生态水文重点试验室甘肃兰州730000

尽管近年来统计数据的生成技术有了很大提高,但可用的详细人口数据始终难以得到满足.在一些自然-人文要素耦合的建模研究中,如生态经济集成建模、环境和健康分析等都需要基于区域尺度的栅格人口分布建模方法.随着GIS和RS技术的发展,上... 详细信息

尽管近年来统计数据的生成技术有了很大提高,但可用的详细人口数据始终难以得到满足.在一些自然-人文要素耦合的建模研究中,如生态经济集成建模、环境和健康分析等都需要基于区域尺度的栅格人口分布建模方法.随着GIS和RS技术的发展,上述建模方法已有较大进步.利用GIS技术,基于夜间灯光辐射数据和LUCC在象元栅格水平上构建张掖市甘州区人口空间分布.首先对DM-SP夜间灯光辐射数据进行重采样,通过普通克里金插值获得灯光数据;然后与LUCC叠加分析,利用回归分析的方法获取研究区土地利用、灯光辐射指标和人口统计数据之间的定量关系,完成空间化.并在乡镇尺度上进行模型检验,模型总体的调整R2为0.88,标准误差为400,为下一步开展时空变化分析提供支持.

关键词：人口 GIS DMSP/OLS LUCC 空间建模

森林-农业景观格局变化的社会-生态系统模拟模型方法进展

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生态学报 2020年第24期40卷 9252-9259页

作者：梁友嘉刘丽珺武汉理工大学资源与环境工程学院武汉430070 武汉理工大学航运学院武汉430000

社会-生态系统(SES)模拟模型是景观格局分析和决策的有效工具,能表征景观格局变化的社会-生态效应及景观决策的复杂反馈机制。文献综述了森林-农业景观格局的SES模型方法进展发现:(1)多数模型对景观过程与社会经济决策的反馈关系分析不... 详细信息

社会-生态系统(SES)模拟模型是景观格局分析和决策的有效工具,能表征景观格局变化的社会-生态效应及景观决策的复杂反馈机制。文献综述了森林-农业景观格局的SES模型方法进展发现:(1)多数模型对景观过程与社会经济决策的反馈关系分析不足;(2)应集成多种情景模拟和景观效应分析方法,完善现有SES模型的理论方法基础;(3)通过集成格局优化模型和自主体模型会有效改进SES模型功能,具体途径包括:集成情景-生态效应的景观格局模拟方法、完善景观决策的理论基础、加强集成模型的不确定性分析、降低模型复杂性和综合定性-定量数据等。研究结果有助于理解多尺度森林-农业景观格局在社会-生态系统中的重要作用,能更好地支持跨学科集成模型开发与应用。

关键词：森林-农业景观格局社会-生态系统集成建模自主体模型景观决策

基于夜间灯光辐射数据的张掖市甘州区GDP空间分布建模

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冰川冻土 2013年第1期35卷 249-254页

作者：梁友嘉徐中民中国科学院寒区旱区环境与工程研究所内陆河流域生态水文重点试验室甘肃兰州730000

尽管近年来统计数据的生成技术有了很大提高,但可用的详细GDP空间分布数据始终难以得到满足.以夜间灯光辐射数据、官方统计数据和已有空间化人口分布数据构建了一种GDP空间化建模方法,得到张掖市甘州区2000年的GDP空间分布.首先,分析基... 详细信息

尽管近年来统计数据的生成技术有了很大提高,但可用的详细GDP空间分布数据始终难以得到满足.以夜间灯光辐射数据、官方统计数据和已有空间化人口分布数据构建了一种GDP空间化建模方法,得到张掖市甘州区2000年的GDP空间分布.首先,分析基于乡镇单元的GDP与对应的夜间灯光辐射数据DN值之间的关系,得到GDP模拟模型;然后结合人口空间分布数据和三次产业的比例,得到基于500m×500m栅格的GDP空间分布图.各乡镇的GDP平均值为372×104元,标准差为34×104元.

关键词： DMSP OLS 人口分布 GDP 空间建模

基于CFD技术的河谷型城市风环境模拟——以兰州市城关区为例

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中国沙漠 2013年第6期33卷 1840-1847页

作者：刘丽珺吕萍梁友嘉中国科学院寒区旱区环境与工程研究所沙漠与沙漠化重点实验室甘肃兰州730000

本文应用CFD软件对多种流场的强大模拟功能，模拟小尺度的兰州市城关区风环境。选用SRTM资料表征兰州市城关区的地形，应用ArcGIS生成兰州市地形模型，计算相关参数，将计算得到的地形粗糙度和兰州多年气候资料转化为CFD模型的数字参数... 详细信息

本文应用CFD软件对多种流场的强大模拟功能，模拟小尺度的兰州市城关区风环境。选用SRTM资料表征兰州市城关区的地形，应用ArcGIS生成兰州市地形模型，计算相关参数，将计算得到的地形粗糙度和兰州多年气候资料转化为CFD模型的数字参数及模拟边界条件等，首次模拟得到河谷型地区兰州城关区的风环境。结果表明：（1）河符型地区中，气流过山时风速达最大值，依山体高度增大，而在背风坡风速值明显降低，达到0～1m·s-1；（2）气流过境时在沿河谷前进，且在谷底风速值达0～1m·s-1；（3）在模拟城市热岛效应的对比实验中，地块加热对气流过境有停滞作用。

关键词： CFD 河谷型城市风环境热岛效应

黄土高原1995−2050年快速城市增长的时空动态模拟

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Journal of Resources and Ecology 2023年第3期14卷 567-580页

作者：梁友嘉刘丽珺武汉理工大学资源与环境工程学院武汉430070 长江大学资源与环境学院武汉430100 长江大学油气地球化学与环境湖北省重点实验室武汉430100

随着中国的“黄河流域高质量发展”政策的实施,黄土高原未来的城市增长将进一步快速发展。然而,区域尺度城市增长的时空动态模拟研究还很有限。基于历史土地利用数据和SLEUTH模型模拟,得到1995−2050年1-km分辨率的城市覆盖数据,并利用... 详细信息

随着中国的“黄河流域高质量发展”政策的实施,黄土高原未来的城市增长将进一步快速发展。然而,区域尺度城市增长的时空动态模拟研究还很有限。基于历史土地利用数据和SLEUTH模型模拟,得到1995−2050年1-km分辨率的城市覆盖数据,并利用指标化空间制图方法发展了一种城市增长量化与制图的集成分析方法。在黄土高原的研究表明:城市发展政策、自然环境和行政职能影响了不同等级城市的城市增长速度和空间格局;15个地级市和省会城市在2050年的总面积大约是1995年的8.12倍,1995−2015年和2015−2050年城市总体增长率分别为5.97%和3.2%;总体而言,1995−2015年的城市增长模式主要是跨越式增长,21世纪30年代以后,边缘增长模式将成为城市增长的主导模式,内生型增长模式仅对兰州、西宁等个别河谷型城市发展具有贡献作用。基于高分辨率地图集的多层次城市增长时空变化分析可为区域城市规划和可持续城市管理提供重要信息。

关键词： SLEUTH 模拟城市增长模式城市化城市等级

集成CFD与Kalman滤波的微尺度风电场风功率预报方法

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高原气象 2018年第4期37卷 1061-1073页

作者：刘丽珺梁友嘉武汉理工大学航运学院湖北武汉430063 内河航运技术湖北省重点实验室湖北武汉430063 国家水运安全工程技术研究中心湖北武汉430063 武汉理工大学资源与环境工程学院湖北武汉430070

基于Kalman滤波的风功率预测方法难以捕获风电场的风力空间分布特征,集成计算流体力学CFD模型和Kalman滤波能将风资源分布纳入风力发电预报框架,对提高微尺度风能利用率有重要意义。以黄土高原沟壑区的中国华电集团公司甘肃省环县南湫... 详细信息

基于Kalman滤波的风功率预测方法难以捕获风电场的风力空间分布特征,集成计算流体力学CFD模型和Kalman滤波能将风资源分布纳入风力发电预报框架,对提高微尺度风能利用率有重要意义。以黄土高原沟壑区的中国华电集团公司甘肃省环县南湫风电场为研究区,首先利用CFD模拟风电场风速分布特征和划分风区,再利用Kalman滤波订正BJ-RUC模式预报的各风区长时间序列风速变化,并对比不同风区的订正效果,最终基于发电能力评估风电场的风功率预报效果与效益。结果表明:(1)风电场内部的风机均不同程度地受到复杂地形的影响,围绕"马蹄形"山梁和山谷形成明显的"阶梯式"风区,风速差最高达2.78 m·s^(-1);(2)CFD与Kalman滤波的集成订正方法使风速预报准确率由BJ-RUC的20%~30%提高到90%以上,并使风功率预报准确率达到80%以上,显著提高了微尺度沟壑区风速-风功率预报精度;(3)风电场容量因子C_P平均在12.4%~16.8%之间,弃风率η为5.5%~17.5%,表明该电场的风功率预报精度明显受其发电效益制约;(4)还讨论了风电机组监控数据采集控制系统SCADA的数据质量、CFD计算效率和能源部门决策等不确定性因素对风速分区及风功率预报的影响。

关键词：风能 BJ-RUC模式 CFD Kalman滤波弃风率