多主体系统在城市地理研究中的应用

复杂性科学的发展与自主体系统的推广,为综合复杂的城市空间现象解释及城市地理研究提供了理论视角与工具。研究分析了自主体系统的结构、建模思路及建模平台。对国内外多主体系统在城市地理研究中的应用进行综述。研究表明自主体系统在城市地理研究中的应用比例不断提高;城市内部结构、城市形态及土地利用是应用自主体系统模拟研究的主要领域;自主体系统的数据收集、平台标准化及对城市空间研究的多尺度综合模拟等问题,将制约其在城市地理研究中的深入应用与推广。     

地理空间数据的尺度转换

尺度一般是指空间范围的大小,地理空间数据的尺度转换是尺度研究的重要问题之一。针对地理信息系统(GIS)技术支持下的地理空间数据尺度转换问题,首先回顾了尺度转换的理论基础,即等级理论、分形理论、区域化随机变量理论、地理学第一定律等理论的基本内涵;然后总结了地理学不同研究领域内主要的尺度转换方法,重点分析了重采样法、变异函数法、分形分维法及小波分析法的基本原理、模型方法与典型应用案例;最后介绍了地理空间数据尺度转换效应研究的进展。基于上述总结和分析认为:构建一套无级变换的、系统的尺度转换方法,整合不同学科领域的数据与过程模型、形成数据模型同化的技术体系,这是地理空间数据尺度转换研究的重要课题。     

生态模型在河口管理中的应用研究综述

河口作为河流和海洋的交汇地,具有生态交错带特性,其在自然和人类活动双重压力下发生着演变.生态模型是研究生态系统结构、功能及其时空演变规律以及生物过程对于生态系统的影响及其反馈机制的重要手段.采用不同方法对生态模型进行分类,综述各类生态模型的特性、优缺点及应用领域.讨论建模过程中模型变量与函数、模型整合及时空尺度、模型参数取值及不确定等关键技术问题.分析各类生态模型在河口生态工程设计、生态系统修复、生态系统评价、系统决策支持等管理领域的应用.尽管中国河口生态模型构建及应用已有一些成果,但与国外相比,在理论生态学及数据积累方面仍有一定差距.     

尺度推绎研究中的几点基本问题

尺度推绎作为将一个尺度上的信息推绎到另一个尺度上的过程,具有尺度依赖性、模型非线性和研究的复杂性等特征,其理论基础主要有等级理论、分形理论等,其研究的关键问题表现为尺度选择与信息提取问题、尺度域与特征尺度问题、模型问题等方面。针对相邻尺度推绎和跨尺度推绎两种情况,还介绍了不同情况下尺度推绎研究的基本思路。尺度推绎作为现代地学、生态学等学科研究的重要问题之一,其发展需要多学科的交流和理论与技术的创新。     

景观格局与水土流失的尺度特征与耦合方法

景观格局与生态过程的耦合研究是景观生态学研究的核心科学问题,也是综合自然地理学深化和发展的关键.尺度广泛存在于生态学现象中,尺度效应与尺度转换是景观生态学研究面临的挑战,探讨格局与过程之间相互作用机理与尺度特征是为解决尺度问题提供理论依据的必然途径.水土流失作为一种生态过程,是国内外颇为关注的生态问题.依据多种研究手段,在不同尺度上开展景观格局与水土流失的相互关系与尺度特征的研究,在分析景观格局的时空异质性、水土流失的影响因子与尺度效应的基础上,揭示流域景观格局与水土流失的耦合机理,发展尺度转换方法和景观格局-水土流失过程耦合模型,是完善景观生态学的理论基础,是为水土流失区生态建设提供科学依据的重要途径.     

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

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DMSP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.     

数字黑河的思考与实践3:模型集成

介绍了"数字黑河"模型集成研究的进展.①流域科学研究中的模型集成由发展流域集成模型和建模环境这2个主题所构成,前者可概括为"水-土-气-生-人"集成模型,后者是支持集成模型的高效开发的软件工具,注重于应用先进的信息技术为建模提供支撑.②将模型集成分为知识途径和技术途径,讨论了建模环境在模型集成中的作用,以及科学模型和流域管理模型的关系.③回顾了黑河流域模型集成的总体目标是发展两种类型的集成模型,其中第一种回应科学目标,是地球系统模型在流域尺度上的具体体现,以建成能够综合反映流域水文-生态-经济相互作用的模型为标志;第二种集成模型回应管理目标,以建成空间显式的流域水资源决策支持系统为目标.④对黑河流域已有的水文、地下水、水资源、陆面过程、土地利用、生态、社会经济与生态经济建模工作做了系统的综述.⑤分析了黑河流域集成模型研究中存在的问题和所面临的挑战.     

后记

本期以“景观生态学与第四纪研究”为主题登载了 1 4篇学术论文 ,其内容从空间格局与景观变化、土地利用结构与生态过程、农业区的非点源污染与通过景观土壤的养分流的研究 ,到古代或现代人类活动的环境影响 ,多尺度研究与生态地理建模等 ;研究对象从滨海湿地到干旱内流区 ,从西辽河流域到河西走廊 ,从农区到城市 ,从黄土丘陵到长白山和太白山的山地森林。总之 ,从多个侧面反映出景观生态学在中等规模的时空尺度范围内 ,研究空间异质性与生态演化 ,重视格局与过程的特点。景观生态学作为一门植根于生态学和地理学的新兴交叉学科 ,主要研究作…     

生物地理模型研究进展及在干旱半干旱区的应用

生物地理模型是实现生态保护计划的重要工具.从生物地理模型研究的背景出发,论述了它的发展是科学和实践的需求,分析了基于生态位理论的生物地理模型发展所面临的挑战,特别是数据的获取和关键变量的选择,展望了生物地理模型的发展前景,并对其在干旱半干旱区的应用进行了综述,旨在理解生物地理模型在陆面过程研究和生态恢复中的重要性,以期推动生物地理过程与之相关过程的耦合模拟研究.     

流域生态水文过程模拟研究进展

生态水文学作为生态学和水文学的交叉学科,得到了相关研究者的广泛关注,并成为水文水资源研究领域中的一个热点,生态水文过程主要包括水文过程、生态过程以及二者之间相互作用的过程。从生态水文学内涵的角度,对山地、湿地、干旱区生态水文过程模拟以及流域集成模拟进展做了阐述,并分析建模的策略和统计了部分生态水文模型,考虑了建模过程中的尺度、数据、精度3个关键问题。并对生态水文模拟发展趋势做了展望,指出在未来的研究中应更多的关注以下几个方面:①生态水文过程模拟建模基础研究;②生态水文过程集成模拟研究;③基于数据库和GIS/RS技术的生态水文过程耦合模拟研究;④与原型观测相结合的生态水文过程模拟研究。建立符合我国实情的生态水文模型,是现阶段我国生态水文学研究的重要任务。     

生态空间理论及其在生物入侵研究中的应用

生态空间理论（theoryofspat ialecology）是对生态系统空间关系进行研究的一种理论，主要包括尺度、空间格局和镶嵌动态等。模型是研究空间关系的重要手段，其中莱文斯（Levins）模型、细胞自动机（cel lularautomata）模型和反应-扩散（React ion Di f fusion）模型是 3个基本的模型。尺度是生态学研究中的核心问题，对于不同的研究对象，应在相应的尺度上进行思考。空间异质性是不同尺度上的生态学过程的结果，同时它也影响各种生态学过程。随着人们对生物入侵的日益关注，空间生态学理论尤其是一些空间模型越来越多的应用于入侵和竞争的研究中。     

生态系统服务权衡/协同研究进展与趋势展望

生态系统服务之间存在的此消彼长的权衡或彼此增益的协同关系,是生态系统服务管理研究的重要内容。科学理解生态系统服务权衡/协同的作用特征、表现形式、驱动机制和尺度效应,对于提升人类福祉和实现人类社会和生态系统的"双赢"有重要意义,也是当前生态经济学、环境经济学、地理学等众多学科的研究热点和前沿。在综合分析国内外相关文献的基础上,总结了生态系统服务权衡/协同研究的理论基础,评述了生态系统服务权衡/协同表现形式、驱动机制和尺度效应的国内外研究进展和不足,并进一步探讨和展望了未来生态系统服务权衡/协同研究的重要内容,包括生态系统服务分类和评估优化,服务之间相互作用的量化模型、与自然—人文复合系统之间的反馈机制和尺度效应。     

An adaptive grid technique for minimizing heterogeneity of cells or elements

Geostatistical techniques allow simulation of properties such as porosity or conductivity on a fine scale. Typically, porous media flow modeling is performed at a coarser scale. Upscaling properties from the fine scale to the coarser scale introduces potential errors which are constrained by the degree of homogeneity of the cell or element. Adaptive grid techniques can be used to minimize the heterogeneity in the individual cells or elements, thus minimizing potential upscaling errors. A geostatistical adaptive grid (GAG) algorithm based on local minimization of heterogeneity is introduced. Local minimization allows greater control over the type of distortion permitted. Comparisons are made with a general elastic grid adjustment (GEGA) algorithm based on global minimization of heterogeneity. Several sample problems are used to test and demonstrate the two approaches.     

交错网格任意阶导数有限差分格式及差分系数推导

交错网格有限差分算法以其高效、精确、实用等优点在地震波数值模拟中得到广泛应用。目前交错网格有限差分的精度已达到时间4阶、空间2N阶;然而在求空间三次导数时,差分格式实际上并未达到所谓的2N阶精度,而是采用了低阶的差分格式及差分系数,这样有利于提高大尺度空间正演时的计算效率;但从计算精度的角度考虑,有必要推导出准确的满足2N阶精度的交错网格有限差分格式及差分系数,以得到更高精度的正演结果。笔者利用Taylor公式展开首次推导出了可导函数任意次导数的任意偶数阶精度的差分近似式及相应的差分系数,从而完善了常规高精度交错网格有限差分算法。采用新推导的交错网格有限差分格式得到的正演波形与解析解进行了对比,证明了新推导的差分格式的正确性,并与常规差分格式的正演波形进行了比较,结果显示,新推导出的交错网格有限差分格式模拟结果稳定性好,精度更高。     

交错网格下的浅水方程高分辨Gauss型格式

在交错网格上,基于高精度的Gauss积分公式,针对浅水波方程设计了对模拟涌波具有高分辨率的完全二阶精度的数值计算格式。由于采用了交错网格,差分格式不需要解Riemann问题,因此本文格式具有计算简单、工作量少、编程简便等特点。另外,在一维单个方程时,本文格式在CFL(Courant Friedrich Lewy)条件限制下为TVD(Total Variation Diminishing)格式,在二维和三维情况下格式具有MmB(Maximum and Minimum Bounds Preserving)性质。利用国家高性能计算中心(合肥)的曙光1000型分布存储大规模并行机,对在交错网格下所构造的求解浅水方程的高分辨差分格式进行了并行实现,几个算例的计算结果令人满意。     

从自然地理学到景观生态学

Landscape ecology ,as a multidisciplinary field,is relatively new synthetic and holistic science. It evolved from roots in many fields,such as geography,ecology,economy and system science. According to the time一space coupling dynamic model , the development process of landscape ecology can be devided into three phasis:Landscape holistic ecology,spatial structure ecology and regional construction ecology"
The basic theories of landscape ecology included ; ecological evalution , succession , spatial differentianon and biotic diversity，landscape heterogeneity and coexistence of heterogeneity component，island biogeography and spatial mosaic theory ,scale effect and natural hierachical organization theory,biological geochemistry and landscape geochemistry ,ecological reconstruction and ecological location theory.
The scale issue and heteogeneity are the central functional question on the methodology of landscape ecology. Key landscape concepts are structure，function and change. It uses pattern (changse in space)and process(changes in time) as pivotal attributes. More attention should be paid on the macroscopic variation of structure and function of landscape ecology system , edge effect and human impact onthe landscape.     

基于网格的三维地质体建模方法研究

在充分研究了水电工程现有数据的基础上,根据水电工程数据的分布特点,提出了基于网格分块的三维地质体建模方法。并根据地表数据和地质数据的不同,分别提出了基于等高线切割的地表数据分块算法以及基于钻孔数据分布特点的地质数据分块算法,进一步利用边界缝合方法解决了分块引起的裂缝问题。在建立好三维地质体模型的基础上,根据网格分块的特点针对性的提出了基于网格分块的快速开挖算法。并分析了网格分块建立的地质模型比传统的地质模型的优势。通过西南某水电枢纽工程实例,检验了网格分块地质体建模的正确性和可行性。     

自然灾害测报网格及其实现的关键技术研究

自然灾害测报是一门综合的科学,它涉及到的灾害数据采集、信息资源分布、异构等问题制约了行业应用和信息化发展,而网格是新一代高性能计算环境和信息服务的基础设施,能够实现动态跨地域的资源共享和整合工作。自然灾害测报网格（NDPG）基于网格技术,为灾害测报工作服务。本文对自然灾害测报网格的概念、研究内容和框架体系进行了初步探讨,并讨论了NDPG在实现中的几个关键技术问题。     

基于网格技术的实时洪水预报建模系统

针对目前实时洪水预报建模过程中出现的数据获取难和计算力不足的情况,提出了基于网格技术进行建模的方法,以期通过网格技术实现信息的动态共享和计算力的有效整合。阐述了在网格环境下的建模体系结构,对任务解构、通信协议、调度算法等关键点做了详细说明。以渭河流域为例,对其进行实时洪水预报建模,证明了该方法的有效性。     

基于OGSA的城市空间信息共享服务架构

网络在城市地理信息系统的构建过程中越来越重要, 信息资源正从单纯的自供自给的封闭模式发展成为内部数据加外部数据模式.在研究网格计算、空间元数据、开放网格服务体系及互操作等技术基础上, 利用Wrapper/ Mediator方法给出基于开放网格服务体系(open grid service architecture, OGSA) 城市空间信息共享技术的总体架构.该框架解决了多源系统间的互操作问题, 为城市地理信息系统建设中空间数据共享提供一种全新的理论指导.