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城市内涝排水抢险单位布局优化的仿真研究—以北京市百年极端降雨情景为例

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地球信息科学学报 2024年第7期26卷 1688-1701页

作者：张孟斐王丽晶李永坤郎立晨郭纳良吴锋中国科学院地理科学与资源研究所中国科学院陆地表层格局与模拟重点实验室北京100101 中国科学院大学北京100049 北京市水科学技术研究院北京100048

城市内涝灾害不断频发,不仅对城市基础设施和居民财产造成严重破坏,更损害了居民的生活质量和幸福感。排水抢险救援能力与城市内涝灾害强度的空间匹配性直接影响抢险救援效率。本研究以“信息集成-仿真建模-情景模拟-效率对比方案优选... 详细信息

城市内涝灾害不断频发,不仅对城市基础设施和居民财产造成严重破坏,更损害了居民的生活质量和幸福感。排水抢险救援能力与城市内涝灾害强度的空间匹配性直接影响抢险救援效率。本研究以“信息集成-仿真建模-情景模拟-效率对比方案优选”为思路,基于多智能主体构建了城市内涝排水抢险单位救援行为仿真模型,以北京市凉水河流域为例,结合内涝、交通与排水抢险单位分布信息开展了实证研究,模拟对比了不同情景下城市内涝排水抢险救援效率。结果表明,通过采用“全局分散,局部聚集”的排水抢险单位空间布局方案,抢险救援效率在早晚高峰、抢险水平和救援组合情景中分别提升了18.27%、18.24%和10.34%,模型结果稳定性达到了93.85%。在该布局方案下,排水抢险单位具有更均衡合理的任务分配,有效降低了高峰时期交通流量和信号灯对排水抢险救援效率的影响,同时排水抢险能力组合选择时更具优势。本研究提出的城市内涝排水抢险单位布局优化方案可提升抢险救援效率,降低灾害风险的社会影响,为城市内涝应急管理提供科学依据。

关键词：城市内涝应急抢险排水抢险单位布局优化多主体模型抢险救援效率多情景百年极端暴雨北京市

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气候变化的灾害效应与科学挑战

科学通报 2024年第2期69卷 286-300页

作者：王岩王昊崔鹏陈德亮唐金波欧廷海郝建盛王姣张国涛雷雨伍纯昊中国科学院地理科学与资源研究所中国科学院陆地表层格局与模拟重点实验室北京100101 中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所中国科学院山地灾害与地表过程重点实验室成都610299 Department of Earth Sciences University of GothenburgGothenburg 40530Sweden

自然灾害是地球系统各圈层相互作用最剧烈的一种表现形式,对人类社会有着深远的影响.气候变化导致的温度升高和降雨增多对灾害发生的水源、物源、能量等条件都有所影响,致使自然灾害出现新特点和新趋势,灾害风险急剧增加;自然灾害间的... 详细信息

自然灾害是地球系统各圈层相互作用最剧烈的一种表现形式,对人类社会有着深远的影响.气候变化导致的温度升高和降雨增多对灾害发生的水源、物源、能量等条件都有所影响,致使自然灾害出现新特点和新趋势,灾害风险急剧增加;自然灾害间的相互作用变强,促使复合灾害和级联灾害风险均有明显上升.本文归纳总结了自然灾害在强度、频率、持续时间、触发时间与位置、规模或影响范围等方面的变化规律,阐述其对气候变化的响应机制,提出气候变化灾害风险的五大科学挑战,包括:气候变化驱动的圈层相互作用和内外动力耦合致灾机制、跨时空尺度灾害发育规律、极端事件信息感知与数据驱动的风险判识、灾害动力学与风险演化规律、灾害风险管理与韧性社会构建.积极主动地应对这些挑战有助于深化对地球系统的科学理解,适应全球变化,减小灾害风险.

关键词：气候变化自然灾害灾害效应响应机制科学挑战

ANN-FLUS模型在历史耕地分布变化重建上的应用——以1885—2000年的越南为例

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自然资源学报 2024年第6期39卷 1473-1492页

作者：刘娴刘浩龙中国科学院地理科学与资源研究所陆地表层格局与模拟重点实验室北京100101 中国科学院大学北京100049

历史土地利用及其覆被的变化对于理解不同时期的人地关系具有重要指导意义。传统的耕地开垦优先度模型未考虑土地利用转换规则及邻域效应,重建精度不高。基于多源史料提取越南1885—2000年5个关键年份耕地总量及其9个驱动因素,并应用有... 详细信息

历史土地利用及其覆被的变化对于理解不同时期的人地关系具有重要指导意义。传统的耕地开垦优先度模型未考虑土地利用转换规则及邻域效应,重建精度不高。基于多源史料提取越南1885—2000年5个关键年份耕地总量及其9个驱动因素,并应用有大数据处理和土地转换规律挖掘优势的ANN-FLUS模型探讨耕地分布变化。结果表明:(1)耕地总量由1532千hm^(2)增至6200千hm^(2),其变化以1940年代为转折阶段而表现出前快、后慢的差异;(2)耕地历来集中在红河、湄公河三角洲以及中部沿海平原,其在全国尺度上开发模式由“聚点式”缓慢延伸逐渐转变为“散点”式迅速扩张;(3)ANN-FLUS模型在越南1950年耕地分布格局上的重建精度为Kappa系数0.65,显著优于开垦优先度模型(0.54)及HYDE 3.2数据集模型(0.50)。

关键词：历史耕地分布变化机器学习 ANN-FLUS模型重建越南

东北黑土地区稻田甲烷排放时空演变及排放潜力分析

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生态学报 2024年第9期44卷 3814-3829页

作者：李志慧王艺霏邓祥征中国科学院地理科学与资源研究所北京100101 中国科学院陆地表层格局与模拟重点实验室北京100101 中国科学院大学北京100049

稻田甲烷排放是农业源甲烷排放的主要来源。东北黑土地区是我国最大的粮食生产基地,农业温室气体减排是实现黑土地永续利用的关键议题之一。运用稻田甲烷排放模型(CH4MOD)核算并分析了2009—2018年东北黑土地区稻田甲烷排放的时空演变特... 详细信息

稻田甲烷排放是农业源甲烷排放的主要来源。东北黑土地区是我国最大的粮食生产基地,农业温室气体减排是实现黑土地永续利用的关键议题之一。运用稻田甲烷排放模型(CH4MOD)核算并分析了2009—2018年东北黑土地区稻田甲烷排放的时空演变特征,结合GOSAT卫星遥感数据探究了水稻生产与区域甲烷排放的时空动态联系,进一步量化了稻田甲烷对区域甲烷排放的贡献程度及不同情景下的排放潜力。结果表明,受水稻生产面积扩张和排放强度提高的影响,东北黑土地区稻田甲烷排放总量从2009年的39.05万t增加到2018年的79.53万t。东北黑土地区区域甲烷排放在季节变化和栅格单元上表现出与稻田甲烷排放较为一致的时空动态,大规模的稻田耕作可能会增加水稻生产与区域甲烷排放直接相关的可能性。随着水稻持续扩种稳产,2018年东北黑土地区水稻生产贡献了区域甲烷排放总量的15.04%,其中黑龙江省的贡献率高达31.06%。在基准发展情景下,预计2035年东北黑土地区稻田CH_4排放量较2018年增加19.5%;在粮食供给保障情景下,维持当前稻田耕作面积,水稻生产集约化程度提高,预计其稻田CH_4排放量较2018年减少0.88%;在此基础上,采取促进秸秆还田、增施有机肥、实施节水间歇灌溉等稻田管理措施将使稻田CH_4排放量增加17.8%—63.6%。以满足膳食需求和供给保障为导向,优化水稻种植结构、控制稻田耕作面积,推动技术进步、品种改良以提升单产水平,采取化肥和有机肥搭配施用、节水间歇灌溉等途径能够缓解稻田甲烷排放。研究综合运用自上而下的遥感数据和自下而上的模型运算,刻画了水稻生产与区域甲烷排放的时空联系,进一步评估了稻田甲烷的排放潜力及减排措施的减排效果,为促进东北黑土地区农业甲烷减排和生产布局优化提供了理论依据和决策参考。

关键词：甲烷排放水稻生产温室气体减排时空动态 CH4MOD模型东北黑土地区

2000—2020年“一江两河”地区耕地集约利用变化

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干旱区研究 2024年第5期41卷 843-855页

作者：桑一铭辛良杰中国科学院地理科学与资源研究所陆地表层格局与模拟重点实验室北京100101 中国科学院大学资源与环境学院北京100049

耕地利用集约度是提高粮食产量、缓解人地矛盾,实现农业可持续发展的重要保障。本文基于高空间分辨率遥感影像获取的耕地数据,采用综合指标评价模型,探究了2000—2020年“一江两河”地区耕地的集约利用变化及驱动机制。结果表明:(1)近2... 详细信息

耕地利用集约度是提高粮食产量、缓解人地矛盾,实现农业可持续发展的重要保障。本文基于高空间分辨率遥感影像获取的耕地数据,采用综合指标评价模型,探究了2000—2020年“一江两河”地区耕地的集约利用变化及驱动机制。结果表明:(1)近20 a来“一江两河”地区耕地利用集约度有所提升,但总体水平偏低。2020年耕地利用集约度较2000年提高了38.2%,这一提升主要归因于农资投入、技术投入和开发利用水平的增加。(2)各区县间耕地利用集约度变化差异大,在空间上呈现出高集约度区域由东部向西部迁移且范围扩大的变化特征,东西区域间耕地利用集约度差异缩小,低集约度的区县数量减少。(3)灌溉指数、耕地面积比重和耕地质量对“一江两河”耕地利用集约度的独立影响最显著,社会经济因素、农业科技因素和政策环境因素与耕地资源禀赋交互作用下对耕地利用集约度的影响程度增大。基于上述结果,提出以下政策建议:应持续推进“一江两河”地区农业科技创新,重点关注区域差异,实现高集约度地区可持续发展,低集约度地区全要素投入,同时充分发挥农业政策和经济的协同作用,协调促进“一江两河”地区耕地利用集约度提升。

关键词：耕地利用集约度 “一江两河”地区综合指标评价驱动机制高空间分辨率

西藏阿里地区耕地的时空分异特征及其影响因素

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农业工程学报 2024年第15期40卷 233-244页

作者：李维肖王兆锋张镱锂宫殿清中国科学院地理科学与资源研究所陆地表层格局与模拟重点实验室北京100101 中国科学院大学北京100049 中国科学院青藏高原地球科学卓越创新中心北京100101

研究西藏阿里地区耕地时空分异特征,为阿里土地利用现状、农业用地规划、耕地可持续发展等提供参考。该研究基于Google Earth高分影像,目视解译获取2005、2013和2020年3期阿里地区耕地数据,运用ArcGIS软件识别耕地时空分异及影响因素。... 详细信息

研究西藏阿里地区耕地时空分异特征,为阿里土地利用现状、农业用地规划、耕地可持续发展等提供参考。该研究基于Google Earth高分影像,目视解译获取2005、2013和2020年3期阿里地区耕地数据,运用ArcGIS软件识别耕地时空分异及影响因素。结果发现:1)阿里地区耕地分散破碎,以普兰县西南部和札达县中部的河谷地带较集中,且以小斑块为主。2)在空间分异上,耕地主要分布于海拔3 500~4 500 m、坡度0~6°、坡向西南方、年均降水量0~25 mm、年均温0~5℃、距道路和河流地面积整体呈增长趋势,集聚区呈多区域化。阿里南部地区增加缓慢甚至有下降趋势,北部地区增加明显。总体而言阿里地区耕地以区位条件和水热条件为基础条件,并受人口数量、非农化发展水平、市场需求等影响存在时空分异特征,且不同地区耕地分布和面积变化存在差异。

关键词：遥感耕地时空分异目视解译阿里地区

清代以来华北平原作物熟制演变重建与驱动力分析

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地理学报 2024年第3期79卷 765-778页

作者：李士成刘亚婷李建蕊张学珍中国地质大学(武汉)公共管理学院武汉430074 中国科学院地理科学与资源研究所中国科学院陆地表层格局与过程重点实验室北京100101 中国科学院大学资源与环境学院北京100049

历史土地集约利用重建是深入探究气候变化机制和影响的基础。本文从地方志和期刊论文中提取了清代以来华北平原不同地区(点)、不同时段的作物熟制及种植组合信息,据此重建了清代、中华民国(1912—1949年)、20世纪50年代、20世纪60年代... 详细信息

历史土地集约利用重建是深入探究气候变化机制和影响的基础。本文从地方志和期刊论文中提取了清代以来华北平原不同地区(点)、不同时段的作物熟制及种植组合信息,据此重建了清代、中华民国(1912—1949年)、20世纪50年代、20世纪60年代、20世纪70年代、20世纪80年代以来6个时段华北平原作物熟制及主要种植组合的时空演变,并探讨了其驱动力。结果表明:(1)清代至20世纪50年代华北平原作物熟制较稳定,以一年一熟和两年三熟为主,一年一熟主要集中在平原北部,两年三熟则多分布在河南和山东省。在灌溉和农业技术的驱动下,20世纪60—70年代华北平原大部分地区作物熟制演进为一年两熟、一年两熟与两年三熟混合,20世纪80年代以来则以一年两熟为主。(2)清代至20世纪50年代华北平原作物种植组合较稳定,一年一熟主要为谷、高粱等作物春种秋收,两年三熟作物组合以春玉米、冬小麦、豆类为主。20世纪60年代以来,一年两熟制作物组成在山东、河南、河北为冬小麦—夏玉米,在淮北为冬小麦—水稻;两年三熟制作物组合中夏作物由豆类发展成玉米/谷类。(3)清代以来,华北平原始终具备发展两年三熟、一年两熟的热量条件。热量变化并不是驱动华北平原清代以来熟制演变的主导因素,1949年中华人民共和国成立以来农业生产条件的改善和生产关系的变革推动了多熟制的快速发展。

关键词：华北平原过去300 a 作物熟制种植组合时空变化

机器学习算法在青藏高原孢粉-气候定量重建中的尝试

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第四纪研究 2024年第3期44卷 704-714页

作者：秦锋赵艳中国科学院地理科学与资源研究所陆地表层格局与模拟院重点实验室北京100101 中国科学院大学北京100049

孢粉是定量重建过去气候变化的重要代用指标,在中国已开展了大量基于孢粉数据的气候定量重建研究。然而,只有少数研究采用机器学习算法来建立孢粉-气候重建模型,不同机器学习算法的可靠性尚需验证。本研究采用3种机器学习算法(包括随机... 详细信息

孢粉是定量重建过去气候变化的重要代用指标,在中国已开展了大量基于孢粉数据的气候定量重建研究。然而,只有少数研究采用机器学习算法来建立孢粉-气候重建模型,不同机器学习算法的可靠性尚需验证。本研究采用3种机器学习算法(包括随机森林、增强回归树和人工神经网络算法),基于青藏高原及其周边地区现代孢粉百分比数据,及由其计算而来的植物功能型得分数据,建立气候定量重建模型;同时用两种常规方法(现代类比法和加权平均偏最小二乘法)建立的模型作为对比,检验机器学习算法基于孢粉数据开展气候定量重建的可靠性。结果显示5种方法基于孢粉百分比和植物功能型得分数据建立的最暖月平均降水量和最冷月平均温度重建模型,从均方根误差(RMSE)和决定系数(R2)两个评价指标来看,都有较高可靠性。3种机器学习算法中,随机森林和增强回归树的可靠性比人工神经网络算法高,二者建立的模型性能非常接近,尤其在建立植物功能型-最冷月平均温度重建模型时,二者表现是所有方法中最好的;常规方法中,加权平均偏最小二乘法在大多数情况下表现明显不及3种机器学习算法,而现代类比法的可靠性稍优于3种机器学习算法,但考虑该方法对空间自相关较为敏感,其表现有高估的风险。本研究所用的机器学习算法极有潜力用于青藏高原地区的古气候定量重建,尤其是随机森林和增强回归树算法。针对特定地区特定气候因子,不同方法基于孢粉数据建立气候重建模型的适用性可能不同,开展具体工作时有必要对比多种方法,选取其中可靠性最高的方法建立孢粉-气候模型。

关键词：孢粉气候定量重建机器学习算法青藏高原

西藏一江两河地区耕地土壤有机碳空间分异及其影响因素

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生态学杂志 2024年第6期43卷 1824-1832页

作者：谭格非王兆锋张镱锂宫殿清胡晓阳中国科学院地理科学与资源研究所/陆地表层格局与模拟重点实验室北京100101 中国科学院大学北京100049 中国科学院青藏高原地球科学卓越创新中心北京100101

耕地土壤有机碳(SOC)在稳定生态环境和粮食安全等方面发挥重要作用,探明其空间分异规律及其影响因素对于生态文明建设和区域农业发展具有重要意义。本研究以西藏“一江两河”地区耕地土壤为对象,基于150个采样点,采用冗余分析和结构方... 详细信息

耕地土壤有机碳(SOC)在稳定生态环境和粮食安全等方面发挥重要作用,探明其空间分异规律及其影响因素对于生态文明建设和区域农业发展具有重要意义。本研究以西藏“一江两河”地区耕地土壤为对象,基于150个采样点,采用冗余分析和结构方程模型,研究了区域耕地SOC的空间分异特征及其影响因素。结果表明:“一江两河”地区耕地SOC表现为西部地区低、东部高,雅江干流河谷低、南北支流源头高,研究区SOC整体较匮乏;土壤粉粒是区域SOC空间分异的主导因子,解释了SOC变异的14.0%;年均蒸发量比年均气温和年均降水更能解释区域SOC的空间分异;区域SOC含量主要表现出垂直地带性和经向地带性,海拔主要通过影响气温和蒸发量,经度主要通过影响降水和土壤pH间接影响区域耕地SOC含量;空间位置通过影响气候、植被和土壤特性间接影响SOC含量。本研究为SOC空间预测和区域农业发展提供了科学依据。

关键词：土壤有机碳空间分异青藏高原冗余分析结构方程模型