Neumann stochastic finite element method for calculating temperature field of frozen soil based on random field theory

To study the effect of uncertain factors on the temperature field of frozen soil, we propose a method to calculate the spatial average variance from just the point variance based on the local average theory of random fields. We model the heat transfer coefficient and specific heat capacity as spatially random fields instead of traditional random variables. An analysis for calculating the random temperature field of seasonal frozen soil is suggested by the Neumann stochastic finite element method, and here we provide the computational formulae of mathematical expectation, variance and variable coefficient. As shown in the calculation flow chart, the stochastic finite element calculation program for solving the random temperature field, as compiled by Matrix Laboratory (MATLAB) software, can directly output the statistical results of the temperature field of frozen soil. An example is presented to demonstrate the random effects from random field parameters, and the feasibility of the proposed approach is proven by comparing these results with the results derived when the random parameters are only modeled as random variables. The results show that the Neumann stochastic finite element method can efficiently solve the problem of random temperature fields of frozen soil based on random field theory, and it can reduce the variability of calculation results when the random parameters are modeled as spatially random fields.     

城市边缘带识别研究进展与展望

城市边缘带作为城市与乡村相交接的特殊地带,是城市化进程中最为敏感的区域;城市边缘带的定量识别是研究边缘带社会结构、景观格局和发展梯度的基础工作,也是城市化生态环境效应定量分析的前提条件。但边缘带识别的理论与方法未受到足够重视,缺乏系统梳理。本文在对比分析城市边缘带及相关概念的基础上,明确了城市边缘带识别的实质与内涵;提出了基于指示要素—空间单元—判别模型的城市边缘带识别概念框架,并从上述三方面系统回顾了国内外城市边缘带识别研究进展;对未来研究进行了展望,认为城乡作用机理探析、多要素综合识别、非参数化模型融合、多尺度转换以及长时间序列动态监测等将是下一步重点研究方向。     

韩国济州岛柑橘园景观与空间分布演变（1526—2019年）

韩国济州岛的柑橘园景观具有重要的文化遗产价值,是当地人利用济州岛特殊的气候、水文、植被环境所塑造的独特农业景观。16世纪朝鲜王朝建立柑橘进贡制度,济州官府设置柑橘园,此后至今,济州岛柑橘园区域分布与地理景观都呈现较大变迁。文章结合气候、水资源等自然因素与韩国柑橘产业政策、市场、社会变化与技术进步等人文因素,分析16世纪以来济州岛柑橘园景观与空间分布变化,探讨济州岛柑橘生产空间变迁原因与驱动力。结果显示：16世纪至2019年,济州岛柑橘生产经历了发展、没落、强力复兴的大起大落发展历史,呈现从北到南的生产空间大迁移,柑橘生产空间逐渐扩大。济州岛的柑橘园生产经历从朝鲜时期的官府果园到现代观光体验农场的转变。柑橘生产空间变迁与地理景观变化的原因与驱动力较复杂,水资源是影响朝鲜时期柑橘园分布的主要自然因素。社会制度、交通与市场是16世纪以来影响柑橘园生产空间扩展的主要人文因素,在近500年的柑橘生产空间发展变迁的过程中,人文因素不断加强,影响柑橘空间与地理景观的优化调整。20世纪70年代以来,水资源开发技术的进步改变了现代柑橘园生产空间分布格局。对济州岛柑橘园长时段的生产空间与地理景观变化及其作用机制的研究,可以为中国传统柑橘栽培地区打造具有地方特色柑橘园文化景观与民俗、文化产品,以及中国柑橘产业的升级发展提供参考。     

Study on characteristics and regeneration rules of Salix gordejevii in Hunshandak Sandland, China

Salix gordejevii, a species of dune-fixing pioneer shrub in the Hunshandak Sandland in China, plays a vital role in maintenance and improvement of the local ecological environment. Salix gordejevii has an r-type reproductive countermeasure, which means it produces large quantities of seeds that have a high germination rate but relatively low seedling viability. Our research on the seed regeneration and sprouting regeneration characteristics of Salix gordejevii shows that its sprouting regeneration process is more productive and efficient than its seed regeneration process. At the same time, growth of Salix gordejevii would decline when the drifting sand dune was fixed. To assess its sprouting regeneration process, we analyzed the number, length, and diameter of new shoots under different cutting treatments, and found significant differences based on various cutting heights and different cutting times (April vs. October). We conclude that cutting measures which take advantage of this species’ robust sprout tillering can increase the biomass of this shrub and also can improve its canopy density and its forage properties for livestock grazing, with the added benefits of improved sand-fixing and prevention of wind erosion.     

Stochastic generation of hourly rainstorm events

Occurrence of rainstorm events can be characterized by the number of events, storm duration, rainfall depth, inter-event time and temporal variation of rainfall within a rainstorm event. This paper presents a Monte-Carlo based stochastic hourly rainfall generation model considering correlated non-normal random rainstorm characteristics, as well as dependence of various rainstorm patterns on rainfall depth, duration, and season. The proposed model was verified by comparing the derived rainfall depth–duration–frequency relations from the simulated rainfall sequences with those from observed annual maximum rainfalls based on the hourly rainfall data at the Hong Kong Observatory over the period of 1884–1990. Through numerical experiments, the proposed model was found to be capable of capturing the essential statistical features of rainstorm characteristics and those of annual extreme rainstorm events according to the available data.     

甘青地区新石器-青铜时代居民颅面部形态变异及其在人群形成上的意义

通过对考古遗址出土古代居民遗骸的研究来探寻人群形成、适应、迁徙、融合历史是生物人类学研究的重要内容。甘青地区地处我国西北,位于新疆与中原之间,是人群迁徙与交流的关键地区。以往研究发现该地区新石器-青铜时代居民具有的一些独特的头面部特征,如具有偏狭的中颅型、高颅结合狭颅、中等偏狭的面宽、高而狭的面型、中等的面部扁平度、中眶型、狭鼻型和正颌型。一些学者就来自周边地区人群迁徙或基因交流对甘青地区古代人群形成的影响做过探讨。由于迄今开展的相关研究及掌握的数据资料有限,学术界对甘青地区古代人群内部的变异情况、时代变化及其与周边地区人群的差异程度还缺乏深入的了解,对新石器时代以来甘青地区人群的形成过程以及与东、西方人群的关系还不是很清楚。本文通过对243例甘青地区新石器-青铜时代人群颅骨测量数据的统计和分析,结合相关考古学和古环境学资料,对该地区古代居民颅面部形态特征的总体表现特点、时代变化、内部变异及与周边地区人群的关系进行了探讨,发现：1）从整体颅面部特征上看,甘青地区新石器-青铜时代人群介于典型西方人群与中原人群之间,但与中原人群更为接近;2）甘青地区新石器-青铜时代人群颅骨测量特征呈现一定的时代变化。从新石器时代到青铜时代,颅型趋向圆颅和阔颅化、面型趋狭、鼻型趋狭、眶型趋高;齿槽部的突颌水平变小;3）甘青地区古代人群颅面部测量特征的内部变异程度介于新疆与中原人群之间。从新石器时代到青铜时代,甘青地区人群颅面部测量特征的内部变异呈减小趋势;4）从新石器时代到青铜时代,甘青地区古代人群部分颅面部测量特征呈现出与西方人群接近的趋势。基于本文的分析,认为气候环境、生业方式以及人群之间的基因交流共同造成了甘青地区古代人群颅面部形态特征的变化,甘青地区古代人群形成以受到中原人群影响为主。

     

基于多时相Landsat影像的中亚地区植被覆盖遥感监测

针对中亚地区的强生态脆弱性、高敏感性特征,有必要开展广域、长期的植被覆盖监测以匹配"绿色丝绸之路"的可持续发展目标。鉴于此,联合Landsat 5和Landsat 8卫星数据集,利用Google Earth Engine(GEE)地理空间数据云计算平台,估算了中亚地区1993—2018年间共12期的植被覆盖度。结果表明:(1)中亚地区植被覆盖总体水平较低,但也具有较为显著的空间异质性。(2)中亚地区1993—2018年间多数区域植被覆盖趋势较为稳定,哈萨克斯坦丘陵、费尔干纳盆地等区域植被覆盖度呈增加趋势,乌拉尔河流域和锡尔河流域等区域植被覆盖趋势为负。(3)植被覆盖度时序特征上,中亚地区1993—2018年间总体植被覆盖度累积增加3%,其中吉尔吉斯斯坦和塔吉克斯坦植被覆盖分别增加3.96%和5.86%。(4)裸土区呈退缩趋势,面积总计减少25.9×104km2,低植被覆盖区、中植被覆盖区和高植被覆盖区范围在呈现出的振荡式增加。研究结合遥感大数据和地理云计算对中亚地区进行区域尺度的植被覆盖动态监测,能对中亚地区生态评估和演替分析提供技术支持和定量数据。     

南极海洋动物粪土源N2O稳定同位素实验研究

N₂O是一种重要的温室气体,土壤是全球N₂O的重要排放源。通过测定土壤源N₂O中N、O同位素值,可以有效识别N₂O的来源途径。本文采集了南极法尔兹半岛两个地点的海豹粪土（HS和GS）、阿德雷岛两个地点的企鹅粪土(AB和AF)以及东南极的帝企鹅粪土(DQ和DQT),在室内对所采集的样品分别在有氧和厌氧条件下进行冻融培养实验。结果表明：土壤在厌氧条件下比有氧条件下排放了更多的N₂O。土壤排放的N₂O与当地大气N₂O相比普遍贫15N和18O。除DQT和HS外, δ15N和δ18O在有氧和厌氧培养下均呈现很好的正相关性。N₂O排放量下降的同时伴随着培养瓶内剩余N₂O中δ15N和δ18O 值的增加,证实N₂O还原为N2的过程会引起重同位素富集。高的水分含量有利于土壤反硝化作用的进行,使释放的N₂O气体富集重同位素;pH值也会影响N₂O的同位素组成,低pH会引起δ15N值增加。     

北京西部山地景观生态整治与景观规划--以北京房山区史家营乡的典型研究为例

北京市西部山区是因矿区开发使山地景观生态环境破坏的重点地区,在北京市生态环境整治与建设中具有十分重要的典型意义。不合理的煤炭资源开采导致了矿点密度大,采空塌陷区分布广,水资源急剧减少,水质污染严重,植被大规模遭破坏,水土流失严重,泥石流等灾害加重以及煤尘污染问题突出等一系列环境问题,呈现出山地生态系统遭受严重破坏的景观生态特征。本文以史家营为例,在典型调查的基础上,规划了景观生态环境恢复与重建区、种植养殖和观光生态农业示范区、果粮养殖生态农业区、林草放牧生态畜牧业示范区、生态旅游区的五个景观规划区域,探讨了生态型矿业、中低山特色生态农业和生态旅游发展的产业发展模式,并初步提出了景观生态整治的措施。