自然地理学创新发展与展望

自然地理学自中国科学院地理科学与资源研究所建立以来一直是立所的核心学科,长期以服务国家重大需求为使命,在综合自然地理、气候、地貌、水文、土壤地理、生物地理、化学地理等各学科领域取得一批重要科技成果和进展,奠定了自然地理各分支学科在国内外的优势,为国家科技创新、区域经济社会可持续发展做出了重要贡献。本文回顾了中国科学院地理科学与资源研究所自然地理学的创新发展历程,总结了自然地理学取得的学术成就与标志性进展,并展望了中国科学院地理科学与资源研究所自然地理学未来发展,提出以陆地表层要素—过程交互作用机制,陆地表层格局动态研究,陆地表层系统过程的综合集成与模拟,陆地表层系统有序人类活动的可持续范式和调控机制为核心的发展战略。     

1949—2019年中国自然地理学与生存环境应用研究进展

自然地理学是一门以基础研究见长的自然科学,其研究对象是与人类生存和发展密切相关的自然环境。中国的自然环境复杂多样,自然地理学家根据国家需求和区域发展在应用基础和应用研究方面同样取得显著成效,为国家重大经济建设、社会发展的规划,宏观生态系统与资源环境保护及区域可持续发展做出了重要贡献。本文总结了1949—2019年中国自然地理学在自然环境区域差异与自然区划、土地利用与覆被变化、自然灾害致灾因子和风险防控、荒漠化过程与防治、黄淮海中低产田改造、冻土区工程建设、地球化学元素异常和地方病防治、自然地理要素定位观测、地理空间分异性识别和地理探测器等方面的实践与应用,指出了未来自然地理学的应用研究方向。     

基于NDVI的新疆荒漠地区植被覆盖度遥感估算经验模型研究

新疆荒漠地区植被覆盖度遥感估算模型十分缺乏,给荒漠化监测等相关工作带来很大不便,开展植被覆盖度遥感估算经验模型研究,对于促进和完善相关地区的生态监测及研究工作具有积极的现实意义。通过对阜康市北部沙漠南缘和克拉玛依市中部平原荒漠进行无人机航拍,利用无人机遥感提取（光合）植被信息,并将无人机航拍影像的植被覆盖度统计单元与高分辨率卫星影像像元在空间上直接相对应,获取在高分辨率卫星影像像元尺度上的植被盖度,然后通过植被覆盖度和空间上与其相对应的源自高分辨率卫星影像的NDVI数据的拟合关系,建立基于源自高分二号影像的NDVI的阜康北部沙漠植被覆盖度遥感估算线性模型以及基于源自ZY1-02C影像的NDVI的克拉玛依平原荒漠植被覆盖度遥感估算二次多项式模型。研究中所采用的无人机遥感与卫星遥感相结合、植被覆盖度统计单元与卫星像元在空间上直接对应的方法,可避免以往相关工作中常以点位测量数据代表卫星像元数据所带来的不确定性。由于所用卫星影像的NDVI数据稳定性相对不足等原因,所建立的遥感估算模型的估算精度尚相对偏低,有待于今后进一步的工作加以改进。     

毛乌素沙地锦鸡儿（Caragana）根系微域细菌群落多样性特征

基于16S rRNA高通量基因测序技术,对毛乌素沙地小叶锦鸡儿（Caragana microphylla)、柠条锦鸡儿（Caragana korshinskii）根系微域（即根系、根际土、根区土、灌丛间空白土）间的细菌群落多样性和结构差异性进行表征。本研究对各根系微域间细菌群落的Alpha多样性指数进行了单因素方差分析以及基于OTU水平的PCA分析,探究其在根系微域间Alpha和Beta多样性的层级变化,证实了有关植物根系微域生态位分化的报道,并发现锦鸡儿属植物根系微域间细菌群落的多样性和结构组成随着4个微域类型由外及内呈现出显著的层级差异性（P<0.05）。通过对优势细菌群组的结构组成分析,发现锦鸡儿属植物对特定细菌群组具有显著的向根系内筛选富集的作用（P<0.05）。这种植物通过根系微域对特定细菌群组的逐级筛选富集作用,是导致锦鸡儿属植物灌丛下不同生态位间细菌群落结构和组成发生层级变异的主要原因。     

基于地理探测器和GWR模型的中国重点镇布局定量归因

重点镇是小城镇发展的龙头,形成科学合理的重点镇布局对优化中国城市化战略格局有重要意义。论文以2004年和2014年分别公布的1887个和3675个全国重点镇为样本,对其分布及效应的变动特征进行探究,进而在地级尺度对重点镇布局的影响因子及其作用进行地理探测和局部空间回归。结果表明：① 经增补调整,中国重点镇布局及建设效应的均衡性增强,主要集聚区西移北扩,冷热点的分布突破“胡焕庸线”,经济辐射效应的分化程度减弱,体现出政策因素的有力影响。除县际均衡和区域倾斜政策外,重点镇的分布还受到海拔高度、公路网密度、常住人口城镇化率等因子的显著作用。② 因子探测器、GWR模型和交互作用探测器的结合能更精准地刻画影响因子的作用方式、方向、路径和强度。中国重点镇的布局不是5个显著性因子均匀、独立、直接作用的结果,而是影响均具空间异质性的各因子两两交互作用后增效的产物。③ 县际均衡政策与其他因子的协同作用是形成现有重点镇分布格局的主导力量;区域倾斜政策的效果总体较好,但目标区域还需更准确。     

民宿空间分布的集聚模式与影响因素研究——基于杭州、湖州、恩施的比较

近年来,民宿依托其个性化的服务以及温馨的住宿体验发展起来并走向成熟,其在空间上的集聚也推动着民宿产业向集群化和专业化发展。论文选取浙江省杭州市、湖州市和湖北省恩施州3个典型区域作为研究对象,基于途家网的民宿数据,运用全局自相关统计量和局域Getis-Ord G_i ^*指数分析三地民宿的集聚模式,并从区位、交通、旅游资源和区域品牌4个方面分析其影响因素。研究发现：① 杭州、湖州、恩施民宿空间分布均出现集聚状态,其中杭州最大的热点区域以市中心为圆心向周围扩散,杭州民宿是依托城市区位的集聚模式;湖州民宿的热点区域远离市中心且以莫干山为中心向四周扩散,湖州民宿是依托区域品牌的集聚模式;恩施民宿的热点区域由3个较小的热点区域构成,且均与恩施著名景点相连接,恩施民宿是依托自然景点的集聚模式。② 区位是城市民宿集聚的基础;区域品牌是民宿集聚的助推器;旅游资源是民宿集聚的早期动力;道路交通是民宿集聚和向外扩张的保障。研究结果为民宿的选址、空间优化布局和资源合理化配置提供有益的参考。     

山地旅游小镇功能转型与重构的时空特征研究——-以黄山风景区汤口镇为例

山地旅游小镇是新时代乡村发展的重要类型,功能转型与空间重构是山地旅游小镇转型发展的核心内容之一。本研究采取参与式农村评估方法、GIS空间分析和高清遥感影像相结合的方法,以汤口镇为例,从微观尺度研究山区旅游乡村功能转型与空间重构的过程与格局。研究显示:(1)汤口镇生活功能由传统型向现代型转变,生产功能由农业主导型过渡到农旅融合型再向旅游主导型转变,生态功能由单一型向多元复合型转变。(2)旅游经济发达镇区相较于边缘乡村社区,旅居综合混质度较低。其中,旅游与居住时间分配相对均衡,宅屋空间倾斜于旅游,社群上融合度高,各区域间各混质维度存在差异。(3)汤口镇经历了旅游空间引入、生成、快速重构和导控更新4个重构阶段。该研究可为汤口镇村镇建设和旅游发展提供参考,也为下一步研究其转型发展的模式与机制奠定基础。     

利用多元回归分析反演西南印度洋区域海底地形

针对海底地形与重力异常和重力异常垂直梯度在相应频段呈现强线性相关的特点,引入多元回归分析技术,提出并详细推导了联合多元重力数据的海底地形建模方法。然后,在西南印度洋SWIR(Southwest India Ridge)所在部分海域开展了海底地形反演试验及地形地貌分析研究。试验结果表明:6种海深模型中,基于多元回归分析技术构建的海深模型(BDVG模型)检核精度最高,相较于S&S V18.1模型和ETOPO1模型精度分别提高了11.51%和57.81%左右;2000 m以上水深海域,各个海深模型的检核精度较高,相对误差波动较小,反映了深海海域具有良好的反演效果;地形起伏剧烈海域或者浅海海域,BDVG海深模型,相较于以重力异常和重力异常垂直梯度作为单一输入源建立的BDG模型和BVGG模型相对误差及相对误差波动变化较小,反映了BDVG模型拥有更好的稳定性,从而体现了联合反演的必要性和优势。Indomed FZ—Gallieni FZ上唯一轴部缺失裂谷洋脊段(27洋脊段)目前属于岩浆供应充足阶段,构造作用的海底扩张对其影响较小;同时由于对称裂离方式影响,27洋脊段沿轴南北对称分布有地形隆起。     

基于深度学习理论的无人机影像分类

针对无人机影像深度学习分类方法缺乏现状,本文利用深度学习理论卷积神经网络方法对无人机影像进行了分类。该法首先抽取无人机影像作为训练集和检验集,然后建立一个2个卷积层-池化层的卷积神经网络模型进行深度学习,通过设定参数并运行模型实现无人机影像分类。实验表明,本文提出的方法可完成较复杂地区无人机影像分类,其分类精度与支持向量机方法相当,为无人机遥感影像分类提供了一个崭新的技术视点。     

京津冀协同发展重要地理国情监测研究与应用

文章阐述了开展京津冀协同发展重要地理国情监测的现实背景和意义,依托地理国情普查和常态化监测,结合京津冀一体化发展需求,提出了京津冀协同发展重要地理国情监测的总体思路、研究内容、关键技术和研究方法等,并开展了京津冀地区自然生态空间变化监测、高等级公路和铁路交通网络变化监测、重点大气颗粒物污染源空间分布监测等重要地理国情信息监测研究,成果已经在京津冀地区可持续发展评价、京津冀生态文明建设、空间规划管理等工作中得到了广泛应用。