城市形态的分维估算与分形判定

城市形态的分形是城市发育到一定阶段涌现出的有序格局和复杂结构,其基本特征是空间分布的无尺度性质。当研究者基于某个显著性水平推断城市分维存在时,实际上就是基于相应的置信度判断分形特征。虽然分形城市研究已经多年,但大量有关维数测算的基础问题依然悬而未决。本文根据分形几何学的基本思想论证城市形态分维测算的若干问题。分维测量的准则是最佳覆盖——不多不少、恰到好处的覆盖。盒子覆盖是最容易理解的测量方法。采用盒子覆盖法测量城市形态分维时,应考虑三个标准：一是快速逼近,二是简便操作,三是稳定拟合。直观估计分维的办法是利用双对数坐标图。由于城市形态不是严格意义的分形,而是类似于文献中的“前分形”,测量尺度与相应测度的幂律关系通常仅在一定尺度范围内有效,从而形成所谓标度区。本文围绕城市形态的分维测量和分形判断开展一系列讨论,包括尺度选取、标度区识别和统计标准等问题,对今后城市分形研究具有理论启示和方法论的参考价值。     

DEM空间插值方法对土壤侵蚀模拟的影响研究——以USPED分析干热河谷典型冲沟为例

为探索不同空间插值方法得到的DEM如何影响土壤侵蚀模拟效果,本文选择金沙江干热河谷区典型冲沟为研究对象,利用野外测量高程数据,采用反距离加权(IDW)、析取克里格(DK)、局部多项式(LPI)和张力样条函数(ST)4种方法构建高精度DEM。基于USPED模型模拟冲沟的土壤侵蚀,对比不同空间插值方法的精度、土壤侵蚀的空间分布,采用相对差系数对比不同插值在土壤侵蚀研究中的相似性。结果表明：DEM空间插值的精度排序为ST相似文献   

上海市土地利用结构和形态演变的信息熵与分维分析

借助系统论中的信息论思想,分析了近50年来上海中心城区土地利用结构的信息熵和均衡度;利用分形理论中的边界维数和半径维数对上海中心城区土地利用形态进行了定量判断,揭示了城市土地利用结构与形态演变特征并分析了这些特征形成的主要自然、交通、政策和经济因素.研究表明,近50年来上海城市土地利用结构的信息熵和均衡度均出现逐渐增大的趋势,城市用地结构正向均衡状态发展.城市土地利用形态演变的主要驱动力为经济发展和政府调控,同时受到自然环境和交通条件的制约.     

蒙古国植被物候特征及其对地理要素的响应

蒙古高原是中国重要的北方生态屏障。在全球气候变化的背景下,研究蒙古国植被物候变化特征对于认识蒙古国草地生态系统对气候变化的响应和促进区域畜牧业可持续发展具有重要意义。本研究利用非对称高斯拟合法对蒙古国2001—2019年MOD13Q1产品中的归一化植被指数（Normalized Differential Vegetation Index,NDVI）数据拟合,得到较为平滑的NDVI时间序列数据;基于TIMESAT平台,采用动态阈值法分析获得蒙古国连续19a植被物候数据。研究分析了蒙古国植被物候的空间分布及年际变化趋势,发现蒙古国植被返青期（Start of growing season,SOS）主要集中在110~150d,总体呈微弱推迟趋势,植被枯黄期（End of growing season,EOS）主要集中在270~310d,总体呈提前趋势,从而导致蒙古国生长季长度（Length of growing season,LOS）呈缩短趋势,且缩短时间最长可达2d以上。采用偏相关分析方法分析了植被物候对地形、降水、地表温度等地理要素的响应,表明蒙古国植被物候具有明显的空间异质性和海拔依赖性,不同植被物候对降水、地表温度（Land Surface Temperature,LST）的响应不同,SOS与日间LST呈显著正相关,EOS与夜间LST呈显著正相关,而LOS与年均降水呈显著负相关关系。     

矢量和栅格数据土地利用结构分维值比较——以苏州为例

分形理论对处理土地利用结构之类的非线性对象具有较强实用价值, 分维值作为该理论的重要测度指标, 其计算常基于栅格数据, 由此导致了土地结构边界信息的损失, 也减弱了分维值对土地利用空间结构特性的揭示作用。本文以苏州市1:10 万土地利用数据为例, 对研究区的土地利用空间格局进行分形分析, 通过分析不同栅格大小的土地利用分维值, 建立分维值与栅格粒度之间的定量关系, 并通过栅格数据推算矢量分维值, 分析推算误差及其原因。结果表明, 苏州市土地利用格局符合分形理论的一般规律;苏州市整体土地利用程度较高, 耕地、建设用地结构较为简单, 而未利用地、林草地结构较复杂, 水域斑块结构复杂性较低;随着栅格粒度的增加, 土地利用分维值呈现增加趋势, 且粒度与分维值之间存在二次函数的定量关系, 可以通过此关系式在一定误差范围内推求矢量数据的土地结构分维值, 斑块数量与整体规模是影响推求精度的重要原因。     

不同时间尺度的MOS方法对宁夏气温预报的影响

掌握NMC和本地客观产品的气温预报能力,对提高宁夏城镇天气预报质量和全国排名有重要的意义。基于2009年1月～2014年12月T639和ECMWF两种模式产品及宁夏20个国家级观测站气温资料,采用资料按月和季划分的2种MOS方法,预报未来168 h最高、最低气温,运用宁夏现行的检验评估方法对2015年1月到2016年6月的预报效果进行检验,并与预报员（YBY）和中央气象台指导产品（NMC）对比,结果表明：MOS方法预报宁夏气温,整体预报效果优于NMC,资料按月划分的MOS预报效果优于资料按季划分,ECMOS月和T639MOS月是最高和最低气温的最优客观产品;最低气温预报中YBY优于T639MOS月,最高气温预报中ECMOS月优于YBY;两种最优客观预报产品一致的物理量为集中在中低层或地面的相当位温或假相当位温、温度、湿位涡、高度等,但各自还有一些起关键作用的入选因子影响最高、最低气温的预报。     

基于波谱与分形特征的北京市耕地空间结构

在城乡协调发展的背景下,本文以自然属性为基础分析了北京具有不同经济属性的5类耕地的空间结构。波谱分析显示,不同类型耕地的空间分布具有不同的周期,它们共同形成了距天安门约23～44km（近郊平原）、44～66km（远郊平原）、66～126km（山区）的耕地宏观空间结构。通过计算各类耕地的空间维数和Hurst指数,认为景观农田区、美化农田区、近郊山区22～47km圈层的耕地不具备分形特征;规模农田区、景观廊道带、中远郊山区48～126km圈层的耕地由于受城市发展、自然条件、距离等因素的影响具有明显的分形特征。总体上,北京不同类型的耕地处于一种离散、连续和具有共度性、没有公度性的融合状态。     

南京地铁对城市公共交通网络通达性的影响及地价增值响应

以南京地铁1、2 号线为例,通过多个指标测度地铁建成前后的交通通达性及其格局变化,探讨不同类型用地对地铁通达性的增值响应模式。研究结果表明：地铁从时间成本、影响范围等方面增益了研究区交通通达性;外围绝对通达性增幅高于中心区,而“半径陷阱”作用使得中心区的相对通达性高于外围,产生“中心膨胀-外围坍缩”的通达性格局变化;地价格局变化与通达性格局变化类似,不同类型用地对地铁的增值响应模式不同,商业用地增值为对数响应模式、住宅用地为指数响应模式、工业用地为线性响应模式;地铁对城市土地升值的贡献占到总量的1/3,其中地铁对商业用地外部性作用大于住宅和工业用地。研究结果可为评估地铁对城市土地利用影响、城市经济外部性以及制订征收差别化的土地房屋税收政策提供依据。     

基于不同算法等高线曲率的提取与分析

等高线曲率是一个重要的地形属性,反应了地形表面在水平方向的凹凸性,表达了地表物质运动的发散和汇合模式。基于安塞县县南沟小流域的矢量等高线数据和DEM,分别利用圆拟合算法(相邻三点法、间隔三点法和最小二乘法)和曲面拟合模型(E模型、S模型和Z模型)提取等高线曲率,通过对实地地形的对比分析,结果表明:(1)在矢量等高线数据的计算结果中,三点拟合法计算结果相比最小二乘法结果差异大,对等高线曲率空间格局分布描述更准确;(2)最小二乘法计算的结果频数分布集中程度最高,两种三点拟合法计算结果频数曲线差别微小;(3)在栅格数字高程模型的计算结果中,基于S模型计算结果在空间格局上较E模型和Z模型的结果差别大,基于E模型的计算结果对等高线曲率描述效果更好。结果能准确说明采用不同算法计算等高线曲率的差别,对在实际数字地形分析中有重要的意义,可为等高线曲率计算提供重要参考。     

不同月海冰边界提取算法对南极海冰变化的影响分析

海冰与海水的交界地带是海-冰-气相互作用的重要区域,其变化会影响海洋生物栖息地的联通状态和海洋、大气的交换,确定海冰边界对于分析海冰动态变化具有重要意义[1-2]。被动微波传感器为长期监测海冰变化提供了大尺度的连续观测数据。从经典统计、随机集理论出发,应用三种由被动微波日均海冰密集度数据提取月均海冰边界的方法,分析三种月均边界的差异,以及不同月均边界提取方法对海冰长期变化分析的影响。     

站点尺度的青藏高原时序NDVI重构方法比较与应用

基于卫星遥感的植被指数时序数据广泛应用于植被覆盖监测、生物量反演等多个研究领域,但由于传感器本身、大气条件、环境特征等因素引起的噪声会影响数据的应用效果,因此开展植被指数时序数据重构研究具有实际意义。本文基于2000-2015年MODIS归一化差异植被指数(NDVI)数据,采用三次样条函数法、双逻辑斯蒂函数法和奇异谱分析法3种常用方法,对青藏高原106个气象站点所在的典型覆被NDVI时序数据进行重构,并以植被物候信息提取作为应用,比较分析了3种算法的保真性、细节拟合能力及物候特征提取效果。研究表明, D-L及Spline函数分别对受冰雪及云层影响较大(荒漠、灌木、林地)及较小的覆被类型(草原、农作物)表现出较好的细节拟合能力;SSA方法拟合能力较差,易出现NDVI重构曲线整体“下移”的现象,造成峰值拟合结果偏低,并且表现出NDVI绝对值越小拟合效果越差的现象。从保持原始数据真值的能力来看,受噪声点影响较大的覆被类型(林地、灌木、草原)Spline函数略优于D-L函数法;而林地类型中SSA方法表现优于D-L函数法。从物候信息提取结果来看,D-L函数法所提取的生长季稍有提前,Spline函数及SSA方法分别表现出生长季开始点及结束点滞后的现象,灌木、林地类型表现出明显的年际波动变化的特征,荒漠类型由于NDVI绝对值偏低,3种方法物候提取结果一致性表现出锯齿状不规则波动。此外,D-L方法生长季开始期(SOS)和生长季结束期(EOS)在各覆被区均小于其他方法,波动较大;SSA方法提取的EOS在大部分覆被地区大于其他方法;Spline提取结果的年际波动与SSA高度相似。该研究可为高原植被不同覆被类型下NDVI时序数据噪声去除的方法选择提供借鉴。     

冰冻圈服务综合区划理论与方法

冰冻圈是全球气候系统的主要圈层之一,既具有不可替代的气候效应,又维系着寒旱地区社会经济和自然生态系统良好运行,而中国是中低纬度地区冰川、积雪、冻土发育程度最高的国家。长期以来,针对冰冻圈“致害性”的研究众多,而聚焦冰冻圈服务的“致利性”研究则相对滞后,在此背景下着眼于人类福祉的冰冻圈服务识别与综合区划研究成为冰冻圈科学、人地系统可持续发展等的关键科学问题之一,也是目前迫切需要开展的研究方向。首先,确定以地域分异规律理论、人地关系地域系统理论、集合论和信息编码论等跨学科理论为研究基础;尔后,构建面向综合区划研究的冰冻圈服务分类体系,先以供需均衡模型为核心进行单项服务重要性空间识别,再以服务最大化模型为指导,通过区位熵算法判定冰冻圈主导服务的空间分布;最后,以三维魔方展开法为核心制定冰冻圈服务综合区划方案,将研究区划分多重空间层级、彼此独立完整、相互联系密切的冰冻圈服务单元。综上,形成综合自然供给和人文需求因素且适应地区特色的冰冻圈服务空间识别与综合区划技术体系和方法流程,为冰冻圈服务供给与社会经济发展需要架起一座桥梁,是满足国家重大战略需求和合理利用冰冻圈服务的必由之路。     

灌区渠系特征与灌溉水利用系数的Horton分维

灌区渠系和自然河流水系存在着诸多相似之处,因此,对于灌区渠系体系是否存在及在何种程度下满足Horton 河系定律值得研究。以2010 年广东省53 宗样点灌区为研究对象,分类进行了适用性分析,发现只有四级渠系类灌区满足Horton 河系定律。在此基础上计算了各级渠系类灌区的渠系特征参数和分维值,并利用2007-2011 年实测数据,对其与灌溉水有效利用系数之间的作用关系进行了定性和定量分析,结果表明：渠系工程状况参数（0.1084） >下垫面参数（-0.3554） >渠系结构参数（-0.5189） >面积尺度参数（-0.5392） >渠系分维特征参数（-0.5536）。本研究对于定量表征灌区形态和渠系特征对灌溉水有效利用系数的影响提供了新的途径,研究结果对于指导灌区渠系规划建设,提高用水效率具有积极现实意义。     

暴雨洪水灾害人口损失评估方法研究进展

在气候变化与城市化背景下,暴雨洪水灾害损失风险加剧,给人口生命安全带来极大威胁,评估暴雨洪水灾害的人口损失成为灾害风险研究关注的焦点问题。本文基于灾害系统理论,归纳了基于“致灾因子(H)—承灾体(V)—孕灾环境(E)—人口损失(D)”的暴雨洪水灾害人口损失评估的概念框架;基于现有国内外典型研究,梳理了相应的指标体系和研究方法,以“影响指标—损失指标—分析方法”多维图显示,认为“综合影响因素—人口损失”关系分析是评估暴雨洪水灾害人口损失的核心。目前人口损失的评估方法依据其考虑的要素可划分为：基于“H-D”关系的脆弱性曲线法、基于“H-V-E-D”关系的多要素综合法和刻画过程的灾害系统模拟法等。着重从数据可获取性和方法有效性两方面进行综述,认为单一方法不能满足人口损失风险评估的需求,因此从灾害系统角度出发,从单一要素向多要素综合发展、从指标统计分析向过程动态模拟发展、从单一方法向综合集成方法发展是人口损失及风险定量评估的发展趋势。     

旅游移民研究体系及方法初探

近年来,一种基于大众旅游的新人口迁移现象——旅游移民受到西方学者的高度关注。在我国,旅游移民现象已经出现,但研究较少。西方学者对旅游移民的研究较为注重实证分析,缺少对旅游移民概念及其研究体系的准确界定。笔者在对国外相关文献分析和已有实证研究基础上,对旅游移民的概念体系进行了界定,把旅游移民划分为旅游劳工移民和旅游消费移民两大类,确定旅游移民研究的三大方向为行为理论研究、发生论研究和社会影响研究,并对每个研究方向的主要内容进行了明确,构建出旅游移民的研究体系。同时,提出了旅游移民研究可借用的相关移民动力学、行为学、社会学等理论,以及质性研究、量化研究、比较研究、长期站点监测和个案研究等具体研究方法和需要注意的方面,对我国旅游移民研究进行了理论和方法的初步探讨。     

基于Budyko假设和分形理论的水沙变化归因识别——以北洛河流域为例

全球气候变化及人类活动深刻影响了区域水文过程,进行水沙变化归因识别对流域生态保护和高质量发展尤为重要。基于Budyko假设和分形理论,采用弹性系数法,对北洛河流域上（丘陵沟壑区）、中（土石山林—高塬沟壑区）、下游（渭北旱塬农区）3种不同地貌和植被类型区1959—2019年的水、沙通量变化进行归因分析。结果表明,北洛河上、中、下游径流量均显著减少,由20世纪60年代的35 mm、32 mm、34 mm,减少到21世纪10年代的19 mm、24 mm、6 mm,60 a减少率分别为0.3 mm a^-1、0.2 mm a^-1、0.4 mm a^-1。上游输沙量极显著减少,中游降低趋势不显著,下游显著减少,由20世纪60年代的99×10⁶ t、8×10⁶ t、3×10⁶ t,减少到21世纪10年代的10×10⁶ t、3×10⁶ t、0.3×10⁶ t,60 a减少率分别为1.5×10⁶ t a^-1、0.04×10⁶ t a^-1、0.1×10⁶ t a^-1。20世纪70年代以来,上游径流变化逐渐受人类活动影响,且影响程度逐渐增强,21世纪10年代人类活动贡献率达66.3%;气候变化是中游径流变化的主控因子,21世纪10年代降雨和潜在蒸散发的贡献率分别为77.0%和20.2%;下游径流减少主要为人类活动影响,21世纪10年代其贡献率为64.3%。对比20世纪60年代流域输沙量变化始终受人类活动主导,21世纪10年代人类活动对上、中、下游输沙量减少的贡献率分别为80.7%、59.2%和92.7%。上游人类活动对输沙量减少的贡献中,退耕还林等沟坡措施和沟道工程措施分别为39.0%、42.7%,中、下游人类活动贡献的估算结果反映出高植被覆盖区和农区汲水灌溉对区域水、沙的影响特征。     

Start of vegetation growing season on the Tibetan Plateau inferred from multiple methods based on GIMMS and SPOT NDVI data

In this study, we have used four methods to investigate the start of the growing season (SGS) on the Tibetan Plateau (TP) from 1982 to 2012, using Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) data obtained from Global Inventory Modeling and Mapping Studies (GIMSS, 1982-2006) and SPOT VEGETATION (SPOT-VGT, 1999-2012). SGS values estimated using the four methods show similar spatial patterns along latitudinal or altitudinal gradients, but with significant variations in the SGS dates. The largest discrepancies are mainly found in the regions with the highest or the lowest vegetation coverage. Between 1982 and 1998, the SGS values derived from the four methods all display an advancing trend, however, according to the more recent SPOT VGT data (1999-2012), there is no continuously advancing trend of SGS on the TP. Analysis of the correlation between the SGS values derived from GIMMS and SPOT between 1999 and 2006 demonstrates consistency in the tendency with regard both to the data sources and to the four analysis methods used. Compared with other methods, the greatest consistency between the in situ data and the SGS values retrieved is obtained with Method 3 (Threshold of NDVI ratio). To avoid error, in a vast region with diverse vegetation types and physical environments, it is critical to know the seasonal change characteristics of the different vegetation types, particularly in areas with sparse grassland or evergreen forest.     

鲁西北地区土地现实生产力调查与估算

以鲁西北地区县级1∶5万土壤类型图图斑作为基础评价单元,根据农户现有的投入水平,采用“调查法”模拟分析农业土地资源的现实生产力,并与统计资料和“机制法”模型模拟结果进行对比分析。研究结果表明,现实投入水平下鲁西北地区夏玉米单产略高于冬小麦单产,对冬小麦的投入从整体上来看相当于中等投入,但又存在着区域差异。对夏玉米的投入具有南北向的差异,由南到北投入水平逐渐降低。鲁西北地区土地现实生产力以宁津县最高,庆云县最低,与“机制法”模型模拟结果比较,各县市之间土地生产潜力差距较大。由此可以说明,各县市土壤质量本身对土地年生产力的大小起着重要作用,进一步证明“调查法”能充分反映土壤在土地综合性质中的主要作用。     

不同时间尺度、季节的气温数据空间平稳特征及其对插值结果的影响

不同时间尺度、季节的气温数据表现出不同的空间平稳特征。为探讨分析空间平稳性对气温插值的影响规律,采用趋势线法对气温数据进行空间平稳性探索,并对比分析不同空间平稳性条件下,普通线性回归、普通克里格、回归克里格的气温插值精度及插值结果的空间分布特点。结果显示：冬季日均、月均气温与年均气温呈现空间非平稳,插值精度随时间序列的增长而提高,随着气温数据逐渐趋于稳定,精度提高的幅度逐渐下降;夏季日均、月均气温呈现空间平稳,随时间序列的增长,插值精度的提高并不显著;夏季日均气温各插值方法的插值精度普遍高于冬季日均气温。与普通克里格相比,回归克里格能有效提高空间非平稳数据的插值精度。时间序列的增长削弱了不同插值算法之间的插值精度差异和插值结果空间分布差异。     

盐水处理对沙拐枣气体交换特征、光合色素和可溶性糖含量的影响

通过对室外不同浓度盐水(0、4、12、20、28 g/L粗盐)灌溉的桶栽沙拐枣(Calligonum spp.)气体交换参数、光合色素和可溶性糖含量随时间变化情况的分析结果表明:随着盐处理时间的延续,(1)低盐(4～12 g/L)处理条件下沙拐枣光合作用先逐渐增强,后又因非气孔因素限制而下降;高盐(20～28 g/L)处理条件下植株前期受气孔因素限制,后期受非气孔因素限制,光合作用严重下降.(2)不同盐处理条件下沙拐枣叶绿素a(chla)、叶绿素b(chlb)、总叶绿素(chl)含量均下降,类胡萝卜素(car)、chla/b、car/chl先增加后下降,但低盐处理较高盐处理变化小.(3)低盐处理对沙拐枣可溶性糖含量变化不大,而高盐处理下其极显著增加.因此,短期低盐处理促进沙拐枣光合作用,但长期盐处理亦使植物光合作用下降;高盐处理抑制沙拐枣生长,长期处理将导致植物死亡.