长江经济带城市土地利用效率的影响因素及其空间溢出效应研究

在人多地少的基本国情下,提高城市土地利用效率是促进区域可持续发展和建设生态文明的内在要求。本文在对2009-2016年长江经济带108个地级及以上城市土地利用效率的研究基础上,采用空间相关性研究方法分析了时空分布格局,通过构建空间杜宾模型(SDM)对其空间溢出效应进行分析。研究结果表明:1)2009-2016年长江经济带城市土地利用效率整体呈现稳定上升趋势;基本呈现以上海、南京、武汉等不同城市群中心城市向外逐步降低的“中心-外围”的分布格局。2)通过构建空间杜宾模型分析发现,经济发展水平、产业结构有显著为正的直接效应和溢出效应;土地市场化水平有显著为正的溢出效应;城市固定资产投资对城市土地利用效率具有正的直接效应和负的溢出效应;政府财政支出水平则对城市土地利用效率的直接效应和溢出效应均不明显。3)不同影响因素对经济带上中下游城市土地利用效率的空间效应存在一定差异性。     

生态地理学概念界定及其经典案例分析

对生态地理学的概念进行了详细讨论和辨析,并将它与相近学科如生物地理学、生态地理区划、宏生态学等进行了比较分析,界定了生态地理学的概念。研究认为：生态地理学是生态学和地理学的交叉学科,是研究生态系统各组分关系和生态过程的地理空间分布格局或/和时间演变规律及其与地理环境耦合机制的学科。生态地理学的目的是揭示不同环境梯度下或不同时间尺度上生态系统各组分关系和生态过程的普适性规律及其成因。同时,结合国内外野外实验平台介绍,在全球变化等研究领域列举了经典案例进行分析：① 全球不同气候带森林凋落物分解和碳汇功能的研究;② 中国不同陆地生态系统碳通量和碳汇功能研究;③ 中国东北样带和南北样带陆地生态系统的脆弱性与适应性研究;④ 中国北方草地样带尺度的生态系统生态学研究。主要目的是在辨析生态地理学概念的基础上指出未来发展方向,推动生态地理学的发展。     

顾及地类转换差异的城市空间扩展元胞自动机模型及应用研究

元胞自动机模型已经成为城市空间扩展模拟研究的重要方法之一,并得到广泛应用。然而,现有的城市扩展元胞自动机模型仍存在不足。由于元胞状态设置较为简单,从而使模型转换规则中对不同用地类型向城市用地转换的差异与强度考虑不够。基于此本文在元胞自动机模型的框架下,设计了多元结构的元胞状态及转换规则,提出了顾及地类转换差异与强度的城市扩展元胞自动机模型。在计算非城市用地向城市用地转换的转换概率时,该模型考虑了3个方面的概率：① 地形地貌、经济发展等城市发展的驱动因素对城市用地扩展的影响概率,该概率采用logistics方法进行计算;② 邻域元胞的用地类型对中心元胞转换概率的影响,该概率采用扩展摩尔型方法进行计算;③ 不同类型的非城市用地（本研究中包括耕地、林地和裸地3种类型）向城市用地转换的强度,该概率由模拟基期土地利用数据与目标年份土地利用数据的叠加,得出不同类型的非城市用地在此时间段内向城市用地转换的规模,进而确定不同类型的非城市用地向城市用地转换的强度。最后,将以上3种概率的乘积作为元胞转换的概率。通过转换概率与转换阈值的对比判断中心元胞是否在下一个阶段转换为城市用地。经过迭代计算,不断增加城市用地元胞的数量。当模拟城市用地的结果与目标年份的城市用地规模差值在一定的范围内时停止模拟,得出最终结果。模型构建完成后,本文以长株潭城市群核心区为例进行了模拟实验。以2001年该地区的土地利用数据为基期数据,模拟2010年该地区的城市用地规模和空间分布。研究结果表明,根据本文提出的模型模拟的城市扩展结果与真实数据相比具有较高的一致性。模拟结果正确率达到68.66%,比基于传统logistics回归的元胞自动机模型的模拟精度提高了4.25%,Kappa系数为0.675。该模型较好地模拟了长株潭城市群核心区城市扩展,在城市空间扩展模拟中具有较好的适应性与有效性。     

Peaks of People: Using Topographic Prominence as a Method for Determining the Ranked Significance of Population Centers

This article borrows a statistical method from physical geography—topographical prominence—to suggest a new technique for measuring the relative significance or rank of population centers. Unlike raw population measures, prominence gives consideration to both the spatial intensity of concentrated population areas as well as the spatial dependence or independence of neighboring settlement clusters in relation to one another. We explain how to apply the topographic prominence calculation method to gridded population data and examine its practical utility through case studies of several U.S. states. We then discuss some ways in which parametric choices about point-to-surface transformations can result in considerably different outcomes and offer further suggestions for conceptualizing and measuring population center significance.     

基于灯光数据的京津冀城市多标度异速分析

城镇体系的时空演化是一个复杂的动力学过程,具有无尺度性,其特征可以采用异速标度指数定量描述。论文以京津冀为例,基于1992—2013年夜间灯光数据的校正结果,提取城镇夜间灯光信息,采用多标度异速分析方法,分析京津冀城镇体系的相对发展特征及其空间分异格局。研究发现：①京津冀大城市的增长空间局限日益显著。虽然大城市如京津唐的绝对发展水平高,但接近环境承载量的极限,22 a间增长快速的是大城市交接地带的小城市(如三河、迁安、廊坊等)。②相对增长速度快的城市从东北到西南呈现带状分布——政府选择发展的“雄安新区”就在这个轴带上。由此可以得出两个结论：其一,京津冀城市演化的趋势相对均衡化,空间结构异质性逐步减弱,整个城镇体系的发展趋于相对平衡状态;其二,大、小城市“两极”贯通或许是增强城镇体系功能的有效途径。京津冀的空间格局优化不能仅仅考虑主要的、规模大的中心城市,而应该基于等级结构协调整个城镇网络体系。     

Parallelization of the flow-path network model using a particle-set strategy

High-performance simulation of flow dynamics remains a major challenge in the use of physical-based, fully distributed hydrologic models. Parallel computing has been widely used to overcome efficiency limitation by partitioning a basin into sub-basins and executing calculations among multiple processors. However, existing partition-based parallelization strategies are still hampered by the dependency between inter-connected sub-basins. This study proposed a particle-set strategy to parallelize the flow-path network (FPN) model for achieving higher performance in the simulation of flow dynamics. The FPN model replaced the hydrological calculations on sub-basins with the movements of water packages along the upstream and downstream flow paths. Unlike previous partition-based task decomposition approaches, the proposed particle-set strategy decomposes the computational workload by randomly allocating runoff particles to concurrent computing processors. Simulation experiments of the flow routing process were undertaken to validate the developed particle-set FPN model. The outcomes of hourly outlet discharges were compared with field gauged records, and up to 128 computing processors were tested to explore its speedup capability in parallel computing. The experimental results showed that the proposed framework can achieve similar prediction accuracy and parallel efficiency to that of the Triangulated Irregular Network (TIN)-based Real-Time Integrated Basin Simulator (tRIBS).     

Census survey approach to quantifying īnanga spawning habitat for conservation and management

Here, we describe a methodology for quantifying the spawning habitat of īnanga (Galaxias maculatus), a protected native fish species. Our approach is demonstrated with a survey of the Heathcote/ōpāwaho following the Canterbury earthquakes that produced unexpected findings. Spawning habitat was detected over a 2.5?km reach and the area occupied by spawning sites (75m²) was much larger than in previous records (ca.?21m²). Sites dominated by the invasive Phalaris arundinaceae were found to support high egg numbers. Spawning has not previously been recorded on this species and it is identified in the literature as a threat to spawning habitat. Considerable spatio-temporal variation was also detected in the location of spawning sites and pattern of egg production. Together, these aspects illustrate the need for a comprehensive survey methodology to reliably quantify spawning habitat. The Heathcote/ōpāwaho example shows the utility of our census approach for achieving this, and supporting habitat conservation objectives.     

基于分布式控制力矩陀螺的水下航行器轨迹跟踪控制

基于控制力矩陀螺群(CMGs)的水下航行器具有低速或零速机动的能力。采用基于分布式CMGs的水下航行器方案,并研究其水平面的轨迹跟踪控制问题。通过全局微分同胚变换将非完全对称的动力学模型解耦成标准欠驱动控制模型,并根据简化的模型构建其轨迹跟踪的误差动力学模型,将轨迹跟踪控制问题转化为误差模型镇定问题。基于一种分流神经元模型和反步法设计了系统的轨迹跟踪控制律,该控制器不需要对任何虚拟控制输入进行求导计算,且能确保跟踪误差的最终一致有界性。仿真结果表明该控制器能够实现在不依赖动力学参数先验知识的情况下对光滑轨迹的有效跟踪。     

涉密矢量数字地图中敏感要素几何信息量的测度方法

涉密矢量数字地图中敏感要素几何信息的定量测度,是实现定量化密级评定的基础和前提。如何进行敏感要素几何信息量的计算,目前尚缺乏相关研究。在现有地图信息论研究成果的基础上,论文主要开展了3方面的研究工作：首先,从地理对象的敏感性入手,探讨了地图要素敏感性的定义与要素集合的敏感性表征指标;然后,基于任意发生元的Voronoi构建方法,实现了对点要素集、线要素集、部分覆盖面要素集及综合要素集的信息单元自动化剖分;最后,基于长度系数、面积系数和角度系数,提出了线、面要素图形复杂度的计算方法,并在此基础上形成了涉密矢量数字地图中敏感几何信息量的测度方法。实验表明,该方法的计算结果遵循了信息量的非负性、连续性、可加性等特点,较为合理地反映了相关因素（地图比例尺、要素空间分布、要素图形复杂度、要素敏感系数等）对计算结果的影响。相关成果将支持矢量数字地图的定量化密级评定,并有助于完善地理信息安全监管的理论和方法体系。     

环塔里木盆地绿洲城市发展与水环境质量协调度

解决好新疆环塔里木盆地绿洲城市发展与水环境质量之间的关系，对"一带一路"倡议顺利实施及新疆社会稳定具有十分重要的作用。基于2004-2017年环塔里木盆地绿洲城市发展与水环境变化状况，构建城市发展与水环境质量的综合评价模型及二者的协调度模型，以探讨环塔里木盆地绿洲城市发展、水环境质量变化及二者的协调关系。结果表明：2004-2017年，（1）环塔里木盆地绿洲城市发展综合指数呈现出逐年稳定上升的趋势，经济发展和城镇空间规模扩大是环塔里木盆地绿洲城市发展的主要形式；（2）环塔里木盆地绿洲城市的水环境质量综合指数呈现出逐年降低的趋势，水环境质量形势严峻；（3）环塔里木盆地绿洲城市发展-水环境质量系统的协调度呈现倒U型的稳定发展趋势，但总体上两者的协调度较低，城市发展和水环境质量之间的矛盾日益突出。