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面向乡村振兴的农村居民点用地结构与功能互动研究框架

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农业工程学报 2024年第8期40卷 232-244页

作者：田亚亚姜广辉邢玉琦周涛吴思多北京师范大学地理科学学部自然资源学院北京100875 地表过程与资源生态国家重点实验室北京师范大学北京100875

农村居民点用地结构与功能互动是由农村居民点系统内外部环境变化导致的用地结构与功能动态交互及平衡重塑过程,对促进乡村内部空间有序发展、助力乡村振兴至关重要。该研究综述了有关农村居民点用地结构与功能的研究内容、主题与进展;... 详细信息

农村居民点用地结构与功能互动是由农村居民点系统内外部环境变化导致的用地结构与功能动态交互及平衡重塑过程,对促进乡村内部空间有序发展、助力乡村振兴至关重要。该研究综述了有关农村居民点用地结构与功能的研究内容、主题与进展;建立了以“过程-机理-效应-调控”为主线的农村居民点用地结构与功能互动研究框架。主要结论如下:1)现有研究针对农村居民点用地结构与功能特征、演变、驱动机理及优化开展了大量工作,初步建立了两者的静态对应关系,但用地结构与功能互动过程不清、联动机制尚未形成,服务于土地调整实践的用地结构与功能适配机制尚不明确。2)农村居民点用地结构与功能互动研究体系应涵盖用地结构与功能互动过程、互动机理、互动效应及用地结构与功能配置优化等内容。3)在促进乡村可持续发展与乡村振兴的目标趋向下,未来应以振兴乡村生产功能、强化乡村乡土文化功能及统筹“村-乡镇-县域”各层级功能为重点探索用地结构与功能配置方案;实践层面上通过创新农村居民点用地混合利用形式,探索用地结构与功能适配型乡村空间重构模式促进用地结构与功能协调与适配。

关键词：农村居民点用地结构功能互动研究框架

数据同化谱写陆面过程研究中理论模型与观测数据的和弦

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科学通报 2024年第15期69卷 1973-1975页

作者：徐同仁张刚强北京师范大学地理科学学部地表过程与资源生态国家重点实验室北京100875

陆面数据同化通过融合理论模型和观测数据,为科学家们提供了一个强大的工具,以更准确地模拟和预测土壤湿度、积雪、蒸散发、径流、地下水、农业灌溉、湍流通量、陆表温度、植被动态、作物产量等地表过程关键参量[1~4].数据同化如同一把... 详细信息

陆面数据同化通过融合理论模型和观测数据,为科学家们提供了一个强大的工具,以更准确地模拟和预测土壤湿度、积雪、蒸散发、径流、地下水、农业灌溉、湍流通量、陆表温度、植被动态、作物产量等地表过程关键参量[1~4].数据同化如同一把钥匙,开启了对地球系统科学深入理解的大门.

关键词：数据同化地球系统科学地表过程融合理论土壤湿度湍流通量陆面过程理论模型

1979-2021年中国南海海表风速和大风事件的变化特征

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高原气象 2024年第3期43卷 696-710页

作者：李晨轩韦志刚北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室北京100875 北京师范大学环境演变与自然灾害教育部重点实验室北京100875 北京师范大学地理科学学部北京100875

利用欧洲中期天气预报中心European Centre for Medium-Range Weather Forecasts(ECMWF)最新的第五代再分析资料ECMWF Reanalysis v5(ERA5),定义了大风事件,使用经验正交分解等方法分析了1979-2021年中国南海海表风速和大风事件的变化特... 详细信息

利用欧洲中期天气预报中心European Centre for Medium-Range Weather Forecasts(ECMWF)最新的第五代再分析资料ECMWF Reanalysis v5(ERA5),定义了大风事件,使用经验正交分解等方法分析了1979-2021年中国南海海表风速和大风事件的变化特征,并对是否受热带气旋的影响进行了区分。结果发现,南海风速分布呈现出十分明显的季节特征,冬季主要为东北风,夏季为西南风;春、夏季南海东北部与其他地区风速变化存在反向关系,除东北部沿海地区外,春季平均风速变化经历了减小-增大-减小的变化,总体呈较弱的增加趋势;而夏季则是增大-减少-增大,总体呈减小趋势。秋季南海风速呈全区一致的变化,呈减小趋势。冬季变为东南与其余部分反向,除西南部外,风速呈显著增强趋势。大风事件发生在风速较大的区域和时间内,冬季和秋季发生大风事件的频次要高于春季和秋季,冬半年要高于夏半年;在冬季和冬半年,大风事件的发生频次在南海中部长山山脉东侧直到南海东北部台湾海峡附近有显著上升趋势;大风事件频次变化趋势随季节改变有很大的差异,冬季和春季大风事件频次变化趋势与夏季和秋季相反。夏半年大风事件频次变化融合了夏季和秋季的变化趋势特点;类似的冬半年大风事件频次融合了冬季和春季的变化趋势特点。在夏季,秋季和夏半年这些受到南海夏季季风影响的季节内,热带气旋对发生的大风事件频次影响更大;对在冬季,春季和冬半年发生的大风事件则影响较小。

关键词：南海气候变暖 ERA5再分析资料大风事件极端事件

应用XCT断层扫描技术和GAN深度学习模型的多孔介质微观结构定量研究

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生态环境学报 2024年第1期33卷 119-130页

作者：李雪莹陆峥何源杨晓帆北京师范大学/环境演变与自然灾害教育部重点实验室北京100875 北京师范大学/地表过程与资源生态国家重点实验室北京100875 北京师范大学地理科学学部北京100875

物质在土壤中的迁移转化行为是研究地下水动力学的核心问题。定量化表征多孔介质拓扑结构并计算分析相关表面形态学参数,为研究复杂介质内物质运移微观机理提供了重要的数据基础和参数。应用微米级X射线计算机断层扫描(XCT)和图像处理技... 详细信息

物质在土壤中的迁移转化行为是研究地下水动力学的核心问题。定量化表征多孔介质拓扑结构并计算分析相关表面形态学参数,为研究复杂介质内物质运移微观机理提供了重要的数据基础和参数。应用微米级X射线计算机断层扫描(XCT)和图像处理技术,结合前沿的机器学习算法重建和定量分析多孔介质微观结构,可快速、批量创建高分辨率的复杂多孔介质研究样本。首先采用XCT技术,提取石英砂和散装土壤两类典型多孔介质的微观孔隙结构;而后基于生成对抗神经网络(GAN)模型重构复杂多孔介质的微观空间结构,与XCT扫描图像进行交叉验证;最后,计算获取Minkowski形态学参数,并基于多孔介质微观结构开展计算流体力学(CFD)数值模拟,计算石英砂和土壤多孔介质内的流动特征和渗透率。结果表明:1)GAN生成的合成数据与原始数据符合KS同分布,说明GAN能够成功合成与原始图像结构空间分布模式一致的图像;2)Minkowski宏观参数评价误差的较小,KS同分布结果表明,多孔介质样本的结构异质性会在一定程度上影响GAN模型的计算精度和效率;3)Open FOAM模拟计算得到的渗透率结果表明,GAN模型生成的多孔介质图像与原始图像具有一致的统计特征和物理性质。综上,综合运用前沿的XCT扫描、图像处理技术和机器学习算法,构建了土壤微观结构重建和定量分析模型,并结合多孔介质形态学和计算流体力学方法对模型进行了验证和分析。该研究为多孔介质微观结构研究提供了新技术和新方法,为进一步研究复杂多孔介质内溶质运移提供了科技支撑。

关键词：多孔介质 XCT断层扫描 GAN模型 Minkowski参数计算流体力学渗透率

ERA5-Land强降水极值位置不确定性的统计分析

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地理科学 2024年

作者：王子晴董雪晨龚道溢北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室北京师范大学环境演变与自然灾害教育部重点实验室应急管理部-教育部减灾与应急管理研究院北京师范大学地理科学学部灾害风险科学研究院

利用中国1981—2019年5—9月665个台站的观测资料以及全球降水观测计划（Global Precipitation Measurement,GPM）反演的降水格点资料，针对东部地区97个台站224个强降水事件（日降水量超过250 mm），统计了0.1°空间分辨率的ERA5-Land... 详细信息

利用中国1981—2019年5—9月665个台站的观测资料以及全球降水观测计划（Global Precipitation Measurement,GPM）反演的降水格点资料，针对东部地区97个台站224个强降水事件（日降水量超过250 mm），统计了0.1°空间分辨率的ERA5-Land再分析资料中降水极值位置和降水量的偏差。结果表明：(1)在以台站为中心的9×9网格的矩形区域内存在强降水极值中心的个例有123个（占总个例数的54.9%），其落点位于站点所在网格及相邻网格的有45个（占比36.6%），偏离的距离在4个网格之内的则达到119个（占比96.7%），即落点偏差绝大多数在40 km内。从方位上看，主要的偏离方位是偏北（占比30.1%），这证明了模拟强降水极值中心的落点偏差大多数没有超出中尺度的范围，且普遍偏北；(2) GPM反演降水中约35%个例的站点位于强降水极值中心所在网格或相邻网格内，存在极值中心的68场强降水对应的ERA5-Land极值中心偏差主要集中在4个网格范围内（占比94.1%），且主要偏北（占比31.7%）；(3)如果考虑强降水极值中心位置的偏差对降水进行订正，则能够减少ERA5-Land降水量偏差37.7 mm(12.6%)，这证明了考虑强降水位置偏差，能够在考虑模拟强降水强度偏弱的同时，进一步减少预报误差。强降水极值位置的不确定性，对于极端降水事件的风险及预警范围有参考意义。

关键词：强降水位置偏差 ERA5-Land 中国

农村居民点用地结构与功能的互动关系——理论框架与应用方向

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资源科学 2024年第4期46卷 801-813页

作者：田亚亚姜广辉周涛吴思多靳雯喧北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室北京100875 北京师范大学地理科学学部自然资源学院北京100875

在经济社会转型的现实背景下,探索农村居民点用地结构与功能的互动关系、促进两者适配发展,对重塑乡村空间、促进乡村振兴意义重大。本文在解析“农村居民点用地结构与功能互动”内涵的基础上,分析了用地结构与功能互动的基础条件、动... 详细信息

在经济社会转型的现实背景下,探索农村居民点用地结构与功能的互动关系、促进两者适配发展,对重塑乡村空间、促进乡村振兴意义重大。本文在解析“农村居民点用地结构与功能互动”内涵的基础上,分析了用地结构与功能互动的基础条件、动力机制、互动过程及互动特征,尝试构建农村居民点用地结构与功能互动理论框架,进而探讨了用地结构与功能互动理论的应用方向。研究认为:①农村居民点用地结构与功能互动是农村居民点系统受到内外部环境影响而引发的“要素-结构-功能”适调过程,具有阶段性、自适应性及驱动性等特征。②受区域经济发展速率、转型程度及社会结构影响,农村居民点用地结构与功能互动可能存在时空尺度上的不对应,呈现错位、竞争、协同等互动类型。③可通过“以功能引导用地结构调整”的思路开展乡村空间重构、重视村庄功能到物质空间的投射、创新混合性村庄规划及完善相关制度配套等措施促进农村居民点用地结构与功能协调适配。

关键词：农村居民点用地结构功能互动关系理论框架

中国岛礁区热带气旋不同空间分辨率风场模拟比较研究

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热带地理 2024年第6期44卷 1001-1015页

作者：胡晓方伟华北京师范大学环境演变与自然灾害教育部重点实验室北京100875 北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室北京100875 北京师范大学地理科学学部灾害风险科学研究院北京100875 应急管理部-教育部减灾与应急管理研究院北京100875

中国岛礁数量众多,地形复杂,受热带气旋灾害影响大。高空间分辨率热带气旋风场模拟有助于表达风速空间异质性,对面积相对较小的岛礁地区开展高分辨率模拟具有重要意义。文章利用热带气旋路径、岛礁分布、土地覆盖以及数字高程数据,按照1... 详细信息

中国岛礁数量众多,地形复杂,受热带气旋灾害影响大。高空间分辨率热带气旋风场模拟有助于表达风速空间异质性,对面积相对较小的岛礁地区开展高分辨率模拟具有重要意义。文章利用热带气旋路径、岛礁分布、土地覆盖以及数字高程数据,按照1000、90和30 m分辨率风场模型模拟了中国岛礁区历史热带气旋风速,分地形类型对比分析了各分辨率下岛礁模拟风速大小的差异性,并比较了不同空间分辨率热带气旋100 a一遇风速的差异。结果表明:1)30 m空间分辨率风速模拟准确率更高,模拟风速与8个站点实测风速的均方根误差为4.28 m/s,比90和1000 m模拟结果误差分别降低了0.08和1.04 m/s;2)不同空间分辨率模拟风速误差与地形类型相关,浙江省舟山市朱家尖岛90和1000 m模拟风速与30 m模拟风速的对比表明,平均风速模拟差异比例在山峰地形下分别为6.57%和7.61%,山谷地形下分别为21.28%和17.35%,峭壁地形下分别为22.85%和23.37%,且30 m模拟风速对于迎风坡与背风坡地形转换更敏感;3)对于100 a一遇热带气旋风速,30 m模拟风速会出现最大的风速值且空间差异更大。以浙江省舟山市朱家尖岛为例,1000、90、30 m分辨率下的模拟风速最大值分别为71.13、73.18和79.97 m/s,标准差分别为3.88、3.72和7.18 m/s。

关键词：热带气旋风场空间分辨率复杂地形岛礁区中国

基于机器学习算法的热带气旋灾害县级直接经济损失等级评估:以福建省为例

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热带地理 2024年第6期44卷 1064-1078页

作者：邵婧妍方伟华北京师范大学环境演变与自然灾害教育部重点实验室北京100875 北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室北京100875 北京师范大学地理科学学部灾害风险科学研究院北京100875 应急管理部-教育部减灾与应急管理研究院北京100875

为了探索机器学习模型在热带气旋灾害损失评估中的作用,基于2009—2020年福建省县级热带气旋灾害损失数据,分别采用LightGBM(Light Gradient Boosting Machine,LightGBM)、随机森林(Random Forest,RF)、极限梯度提升(eXtreme Gradient Boosting,XGBoost)、支持向量机(Support Vector Machine,SVM)、BP神经网络(Back-Propagation Neural Network,BP)等5种算法,优化了直接经济损失等级评估模型参数,并用不同的热带气旋事件进行验证。结果表明:基于LightGBM算法性能最佳,其准确率、精确率、召回率和F1分数(精确率和召回率的调和平均值)均在79%以上,具有较好的泛化能力;最大小时降雨量、3 s极值风速是最重要的2个致灾指标,固定资本存量是比GDP更重要的指标;通过4种登陆点/路径和2种风雨强度的热带气旋事件的对比,发现评估结果与实际结果较为一致,模型具有较好的适用性。

关键词：热带气旋直接经济损失损失评估机器学习评估指标福建省

基于水生态系统服务的黄河流域生态修复投资优先区识别

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生态学报 2024年第18期44卷 8126-8137页

作者：韩宇刘焱序王晨旭北京师范大学地理科学学部地表过程与资源生态国家重点实验室北京100875

国土空间生态修复需要国家投资和社会投资支持其顺利开展。然而,国土空间生态修复研究很少从修复成本和投资潜力角度考虑投资的经济可行性。以黄河流域为研究区,从4种土地利用模拟情景、2种水生态系统服务和4种生态产品价值实现模式出发... 详细信息

国土空间生态修复需要国家投资和社会投资支持其顺利开展。然而,国土空间生态修复研究很少从修复成本和投资潜力角度考虑投资的经济可行性。以黄河流域为研究区,从4种土地利用模拟情景、2种水生态系统服务和4种生态产品价值实现模式出发,建立了“土地利用模拟-生态系统服务供需评估-生态修复可行性分析”步骤下的社会投资支持优先区识别框架。研究结果表明,水土保持情景下2030年黄河流域草地增加明显,自然演变情景、水源涵养情景和湿地保护情景的人造地表有所扩张;基准情景国家投资优先流域主要分布在中下游;基准情景一致表明,碳交易和排污权交易最具社会投资吸引力,特色养殖和特色中药的投资吸引不具有普适性。研究识别的空间位置可以为黄河流域投资支持生态修复、生态产品价值实现的宏观区位选址提供参考。

关键词：生态产品价值实现水质净化土壤保持国土空间生态修复流域

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