复杂系统理论与Agent模型在土地变化科学中的研究进展

基于复杂系统理论与Agent 模型,分别从理论与方法的角度梳理并总结了当前土地变化科学的研究进展。复杂系统理论为研究土地变化所处的“耦合的人类-自然系统”及其复杂性问题提供理论支撑;而基于Agent 的模拟作为研究复杂系统的重要工具,为传统土地变化模拟提供新的方法支持。当前,ABMs与土地变化模型相结合(ABM/LUCC),无论是模型构建还是模型应用均取得了显著进展。然而,其也存在诸多问题,尤其是理论与应用脱节,使很多建模者容易陷入“为建模而建模”的误区。此外,现有的ABM模型设计较为随意,模型间差异太大,不利于跨区域比较研究的开展。因此,虽然ABM是认识复杂系统的有效方法,但是建模之前离不开对系统复杂性的深入研究;基于Agent 的土地变化模拟的意义在于充分表达“人类-自然”系统的综合复杂关系,从而合理的预测土地变化(结构与功能) 的动态过程,解释并评价土地变化的可能影响。     

基于空间模型的全球粮食安全评价

在综合考虑自然、社会和经济等因子对粮食安全影响的基础上,选择了人均粮食占有量和人均GDP两个指标空间显性评价全球粮食安全状况。为此,本研究构建了3个模型,即空间EPIC模型、作物选择模型和IFPSIM模型,分别模拟作物单产、作物播种面积和作物价格。利用构建的评价框架和模型,以网格大小为6分弧度的地理单元为评价对象,选择水稻、玉米、小麦和大豆等4类全球主要作物类型,以2000年为初始年份,对未来2020年的全球粮食安全状况进行了评价。结果表明,到2020年,多数南亚国家和非洲国家,由于其人均粮食占有量和人均GDP两个指标值都显著降低,粮食供应不足和贫困一起将可能导致该区域存在粮食危机和饥饿风险。对于其他区域,日益增长的粮食需求可以通过本区域的粮食生产自给予以满足,或通过外部购买或粮食进口得到满足,总体上不存在粮食安全问题。为保障未来粮食安全,一方面要保护耕地数量和质量、防止土壤退化、增加资本投入、进行技术创新和升级,提高粮食综合生产能力,保障粮食的有效供给;另一方面加大农业补贴,切实提高农民收入,保障农民利益,增强农业购买力。同时,大力改善粮食流通和农产品贸易体制,通过外部市场来调节粮食供给;积极应对气候变化,提高农业生产对气候变化的适应能力,保证粮食生产的稳定。     

波纹管堵漏技术及其在地质钻探领域的应用研究

波纹管技术在石油钻井中已经成功应用于封堵漏失等复杂地层工作,此外还可以应用于减少套管层数、修复损坏套管等钻井作业过程,被认为是21世纪石油钻采行业的核心技术之一。结合地质钻探及波纹管堵漏现场试验情况,在介绍波纹管技术基础上着重分析了该技术在地质钻探领域应用可行性和存在的关键问题。     

土地利用/土地覆被变化(LUCC)模型研究进展

土地利用/土地覆被变化(LUCC)是全球环境变化的重要原因,LUCC模型研究始终是土地变化科学研究的重点.论文系统总结了近10年来国内外LUCC模型在理论、方法、实践应用等方面取得的新进展.指出了亟待解决的问题,并对今后的发展方向进行了展望.研究发现,①LUCC模型的功能和作用呈现多样化趋势,是了解、认识和解释土地利用系统的动态变化特征、过程和效应的有效工具,可以服务于土地利用管理和政策的制订.②模型的核心内容是研究LUCC时空变化格局,模型发展正经历从单一的非空间模型向非空间模型和空间模型融合的演进过程,但多数模型只重视空间变化机制研究,而对时间机制考虑不足.③反馈机制是LUCC系统的一个重要特征,现有模型在反馈机制方面的研究尚十分薄弱,研究不同时空尺度的反馈机制必将是末来LUCC模型的新焦点.④LUCC研究本质上是"人类-环境"关系研究,以往模型多为局部均衡分析模型,未来LUCC模型发展趋向应从系统观和整体观角度来综合考虑"人类-环境"相互作用机制,这也是LUCC模型的最高更次的科学难点问题.⑤多尺度、多层次的综合研究是LUCC模型的必然要求,模型空间尺度已经从早期的单一空间尺度转变到现今的多空间尺度,但尺度推移仍是模型研究中值得深入探讨的问题.⑥尽管LUCC模型验证方法趋于多元化,但目前还没有一个模型验证的统一标准和规范,参考数据的不足也大大限制了模型验证效果,如何对LUCC模型的可靠性和科学性进行合理验证始终是LUCC模型所面临的关键挑战之一.     

近40年京津冀蒸发皿蒸发量变化特征及影响因子

为了研究京津冀地区蒸发皿蒸发量的变化特征及成因,在京津冀地区200多个气象站中选择资料序列完整且具有较长时间序列、测站环境评分都在70分以上(按照中国气象局对测站探测环境评分标准评分)、均匀分布的87个气象站,利用1970—2013年京津冀地区87个气象站蒸发皿蒸发量以及其他气象要素的观测资料,采用线性倾向估计法和完全相关系数法,分析近44年来京津冀蒸发量变化特征及影响因子。结果表明,近44年来,京津冀地区年、季蒸发量呈明显下降趋势。全年蒸发量减少速率由大到小分别为:山前平原区太行山区冀东平原区燕山丘陵区冀北高原区(蒸发速率由北向南逐渐增大);四季中下降速率为:春季秋季冬季夏季。分析蒸发量与影响因子的完全相关系数发现,气温日较差、日照时数和平均风速是影响京津冀地区蒸发皿蒸发量变化的主要因子,在平原地区,平均风速是主导因子;在山区和高原地区,日照时数是主导因子。     

1980–2011年中国农作物种植结构时空变化（英文）

Understanding the spatial and temporal variations of cropping systems is very important for agricultural policymaking and food security assessment,and can provide a basis for national policies regarding cropping systems adjustment and agricultural adaptation to climate change.With rapid development of society and the economy,China's cropping structure has profoundly changed since the reform and opening up in 1978,but there has been no systematic investigation of the pattern,process and characteristics of these changes.In view of this,a crop area database for China was acquired and compiled at the county level for the period 1980–2011,and linear regression and spatial analysis were employed to investigate the cropping structure type and cropping proportion changes at the national level.This research had three main findings:(1) China's cropping structure has undergone significant changes since 2002;the richness of cropping structure types has increased significantly and a diversified-type structure has gradually replaced the single types.The single-crop types—dominated by rice,wheat or maize—declined,affected by the combination of these three major food crops in mixed plantings and conversion of some of their planting area to other crops.(2) In the top 10 types,82.7% of the county-level cropping structure was rice,wheat,maize and their combinations in 1980;however,this proportion decreased to 50.7% in 2011,indicating an adjustment period of China's cropping structure.Spatial analysis showed that 63.8% of China's counties adjusted their cropping structure,with the general change toward reducing the main food types and increasing fruits and vegetables during 1980–2011.(3) At the national level,the grain-planting pattern dominated by rice shifted to coexistence of rice,wheat and maize during this period.There were significant decreasing trends for 47% of rice,61% of wheat and 29.6% of maize cropping counties.The pattern of maize cropping had the most significant change,with the maize proportion decreasing in the zone from northeastern to southwestern China during this period.Cities and their surroundings were hotspots for cropping structural adjustment.Urbanization has significantly changed cropping structure,with most of these regions showing rapid increases in the proportion of fruit and vegetables.Our research suggests that the policy of cropping structural adjustment needs to consider geographical characteristics and spatial planning of cropping systems.In this way,the future direction of cropping structural adjustment will be appropriate and scientifically based,such as where there is a need to maintain or increase rice and wheat cropping,increase soybean and decrease maize,and increase the supply of fruit and vegetables.     

1949–2014年中国三种主要作物的地理重心时空迁移分析（英文）

Spatial distribution changes in major crops can reveal important information about cropping systems.Here,a new centroid method that applies physics and mathematics to spatial pattern analysis in agriculture is proposed to quantitatively describe the historical centroids of rice,maize and wheat in China from 1949 to 2014.The geographical centroids of the rice area moved 413.39 km in a 34.32° northeasterly(latitude 3.08°N,longitude 2.10°E) direction at a speed of 6.36 km/year from central Hunan province to Hubei province,while the geographical centroids of rice production moved 509.26 km in the direction of 45.44° northeasterly(latitude 3.22°N,longitude 3.27°E) at a speed of 7.83 km/year from central Hunan province to Henan province.The geographical centroids of the maize area and production moved 307.15 km in the direction of 34.33° northeasterly(latitude 2.29°N,longitude 1.56°E) and 308.16 km in the direction of 30.79° northeasterly(latitude 2.39°N,longitude 1.42°E),respectively.However,the geographical centroids of the wheat area and production were randomly distributed along the border of Shanxi and Henan provinces.We divided the wheat into spring wheat and winter wheat and found that the geographical centroids of the spring wheat area and production were distributed within Inner Mongolia,while the geographical centroids of winter wheat were distributed in Shanxi and Henan provinces.We found that the hotspots of crop cultivation area and production do not always change concordantly at a larger,regional scale,suggesting that the changing amplitude and rate of each crops' yield differ between different regions in China.Thus,relevant adaptation measures should be taken at a regional level to prevent production damage in those with increasing area but decreasing production.     

应用流体包裹体研究致密砂岩储层多期油气充注历史——以鄂尔多斯盆地镇泾地区延长组长8段砂岩为例

本文以鄂尔多斯盆地西南缘镇泾地区延长组长8段致密砂岩储层为例,利用流体包裹体岩相学、微束荧光光谱及显微测温等分析方法, 厘定油气充注期次和时间,同时结合储层成岩演化,探讨储层致密化与油气成藏过程。研究表明,储层孔隙沥青呈黄色和蓝白色荧光, 并以蓝白色为主;石油包裹体呈黄色、黄绿色及蓝白色荧光,并以后两者居多。与黄色荧光石油包裹体同期的盐水包裹体均一温度主峰为 80℃～90℃; 而与黄绿色和蓝白色荧光石油包裹体同期的盐水包裹体均一温度主峰分别为105℃～115℃和110℃～120℃。研究区储层主要经历了3期烃类充注：第一期发生在早白垩世早期（138～130Ma）,表现为少量的低熟油充注;第二期发生在早白垩世晚期（124～105Ma）,为关键成藏期,与大规模成熟油充注相关; 第三期发生在晚白垩世（85～73Ma）,古油藏发生调整,再次成藏。储层早成岩阶段以机械压实、薄膜状绿泥石、高岭石及微晶方解石胶结为主,在中高孔渗条件下发生了早期石油充注;随着继续压实,石英加大、孔隙填充绿泥石、高岭石及亮晶方解石胶结发育,储层逐渐致密化 晚期石油在低渗致密储层内的运聚成藏主要受早期烃类充注路径控制。     

新疆叶城“7·6”滑坡泥石流灾害调查与形成机理研究

2016年7月6日晨0时40分左右,新疆喀什地区叶城县柯克亚乡六村发生特大滑坡泥石流灾害,造成重大人员伤亡和财产损失。本研究采用地面调查、访问和遥感解译方法,从滑坡、泥石流形成的地形地貌、地层岩性和水文气象条件着手,分析了滑坡特征与成因,泥石流形成条件、灾害链过程与致灾机理,并对未来本区滑坡泥石流的发展趋势进行了预测。现场调查表明:（1）位于西昆仑山北坡中高山区的六村与七村毗邻区域,在6日凌晨发生的大暴雨,触发了38处群发性浅层黄土滑坡,属蠕滑-拉裂机制,且部分大滑坡表现为远程滑坡-泥流特征;（2）这些滑坡体堆积在“V”形沟谷中形成堰塞坝,其中六村上游发育15处滑坡和2个滑坡堰塞坝,在持续降水和小型沟谷泥石流的作用下,滑坡坝发生串联式溃决而形成堵溃型泥石流,冲毁六村居民区和道路;（3）同时,该毗邻区域两侧存在超过227处的黄土滑坡变形体,未来在区域气候由暖干转向暖湿条件下,强降雨的极端气候事件会增多,若遭遇强降雨,研究区仍然会爆发滑坡-堰塞坝-溃决泥石流模式的灾害,其规模可能比“7·6”事件还大。建议深化本区浅层黄土滑坡变形机理、临界雨量及泥流运动机理等方面的深入研究,同时加强滑坡泥石流的监测和预测研究。     

极地产甲烷菌研究进展

产甲烷菌是一类重要的环境微生物,其代谢产生的甲烷(CH_4)是最重要的温室气体之一。现有研究表明,产甲烷菌广泛存在于极地湿地、沼泽、湖泊、苔原、冻土和冰川等各类生境之中,并在碳循环中发挥着重要作用。本文对极地产甲烷菌的群落结构、生物多样性、空间分布、环境影响因子(温度﹑营养物和pH)以及研究技术的最新进展进行了总结,并对极地产甲烷菌研究的未来发展进行了展望。