流域景观功能网络构建及应用——以台湾乌溪流域为例

选择生态及城市功能并重的台湾乌溪流域,在乡镇行政单元的基础上,利用耗费距离模型将景观功能网络落实于实际的空间单元。透过网络节点间的通达性分析可知,乌溪流域的景观功能网络中以城市功能网络结构较佳,城市子节点多环绕于城市功能中心,功能的输出与传递有较高的效益;而生态功能网络节点间通达性差异并不显著,唯作为一级及二级功能节点的红香、高美湿地等位置孤立、通达性较差,需就其功能向外传输路径进行优化,并提升二载山及北坑子等重要联系节点的生态功能强度。     

中国东北耕地物候期对气候变化的响应(英文)

We investigated the responses of cropland phenophases to changes of agricultural thermal conditions in Northeast China using the SPOT-VGT Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) ten-day-composed time-series data, observed crop phenophases and the climate data collected from 1990 to 2010. First, the phenological parameters, such as the dates of onset-of-growth, peak-of-growth and end-of-growth as well as the length of the growing season, were extracted from the smoothed NVDI time-series dataset and showed an obvious correlation with the observed crop phenophases, including the stages of seedling, heading, maturity and the length of the growth period. Secondly, the spatio-temporal trends of the major thermal conditions (the first date of ≥10℃, the first frost date, the length of the temperature-allowing growth period and the accumulated temperature (AT) of ≥10℃) in Northeast China were illustrated and analyzed over the past 20 years. Thirdly, we focused on the responses of cropland phenophases to the thermal conditions changes. The results showed that the onset-of-growth date had an obvious positive correlation with the first date of ≥10℃ (P < 0.01), especially in the northern part of the Songnen Plain, the eastern part of the Sanjiang Plain and the middle and eastern parts of Jilin Province. For the extracted length of growing season and the observed growth period, notable correlations were found in almost same regions (P < 0.05). However, there was no obvious correlation between the end-of-growth date and the first frost date in the study area. Opposite correlations were observed between the length of the growing season and the AT of ≥10℃. In the northern part of the Songnen Plain, the eastern part of the Sanjiang Plain and the middle part of Jilin and Liaoning Provinces, the positive correlation coefficients were higher than the critical value of 0.05, whereas the negative correlation coefficients reached a level of 0.55 (P < 0.05) in the middle and southern parts of Heilongjiang Province and some parts of the Sanjiang Plain. This finding indicated that the crop growth periods were shortened because of the elevated temperature; in contrast, the extended growth period usually meant a crop transformation from early- or middle-maturing varieties into middle or late ones.     

基于时间序列植被特征的内蒙古荒漠化评价

荒漠化是中国北方干旱、半干旱地区面临的主要生态环境问题。从植被特征着手,关注其年际动态变化特征,已经成为国内外荒漠化评价的发展趋势。选取遥感反演的高时间分辨率的植被降水利用率作为评价指标,利用时间序列分析方法,评价了内蒙古自治区1999-2009 年的荒漠化发展态势,并对荒漠化逆转问题进行了初步讨论。结果表明：内蒙古自治区11 年来生态环境总体趋于改善,荒漠化发展态势并不明显。其中,鄂尔多斯高原的东部至大青山南麓、大兴安岭及燕山北部余脉是内蒙古自治区生态环境改善最为明显的地区,反映出该区的植被保护政策发挥了积极的作用;荒漠化土地空间分异特征表明,降水因子和植被恢复有着密切的联系,300mm以上降水量的地区,其植被恢复能力要明显大于降水稀少的地区;干旱、极干旱地区的荒漠界限极不稳定,对荒漠化是否逆转的判断必须在特定的时间尺度,结合当年的气候条件进行综合分析。     

东北三省耕地物候期对热量资源变化的响应

选取1998-2010 年期间的SPOT/VGT NDVI逐旬时间序列数据、物候观测数据和气候数据,利用函数拟合方法、GIS空间分析和统计方法,分析了东北三省不同耕地物候期对热量资源变化的响应关系。首先,基于拟合数据提取了耕地物候期特征(包括生长季开始期、峰值期、结束期与生长季长度等),验证结果显示与不同作物的观测物候期存在明显对应关系,能较好地反映作物物候期特征的宏观时空分异。其次,分析了1991-2009 年期间区内主要农业热量资源(≥ 10 oC初日,初霜日,温度生长期天数和≥ 10 oC积温) 的时空变化特征。最后,重点分析了1998-2009年期间耕地物候期特征对热量资源变化的响应。结果表明,生长季开始期与≥10 oC初日在松嫩平原北部、三江平原东部和吉林省中东部的正相关系显著(P < 0.01);生长季长度与温度生长期天数亦在上述区域内表现为显著正相关关系(P < 0.05);然而,生长季结束期与初霜日的相关关系整体上较不明显;此外,生长季长度与≥ 10 oC积温的相关关系存在两种相反的情形,在松嫩平原西北部、三江平原、吉林省中部和辽宁省中部的负相关关系显著(P < 0.05),而黑龙江省中南部和三江平原部分区域,两者相关系数达到0.55 (P < 0.05),分别反映了作物生长发育周期的缩短态势和中早熟作物被中晚熟作物替代的趋势。     

近30年中国农作物种植结构时空变化分析

综合运用时序变化趋势、空间集聚分析等方法,从种植结构类型和种植比例变化趋势分析了1980年以来中国县域种植结构的时空特征。结果表明：① 近30年来中国前10位的种植结构类型有16种,2002年后多元种植结构逐步替代单一型种植结构。粮食作物占优的单一种植结构类型呈逐年递减趋势,其中1980年全国82.7%的县级农业种植结构是水稻、小麦、玉米及其组合种植类型,2002年后的果蔬类型增加改变了种植结构格局。② 全国种植县中有47%的水稻、61%的小麦和29.6%的玉米的种植比例显著减少,其他作物呈现增加趋势。粮食作物由以水稻为主的格局调整为水稻、小麦和玉米共存格局,其中玉米种植面积比例在空间上变化最为显著,在中国形成北东—西南向的“玉米减少带”。种植结构调整热点的城市地区,城市化对种植结构变化影响显著,水果和蔬菜类种植比例在城市化地区快速增加。③ 种植结构变化趋势在1300个县形成空间集聚效应,水稻的高高聚集占全国县数的2.86%、小麦占5.64%、玉米占6.11%、大豆为4.53%、麻类为1.62%、棉花占7.77%、蔬菜占8.24%、薯类占12%、水果占10%、糖料占1.41%、油料占9.35%,主要分布于中国东北、新疆和沿海的城市化地区。     

遥感影像正射纠正的GPU-CPU协同处理研究

提出了一种基于CUDA的遥感影像正射纠正GPU-CPU协同处理方法,以实现重采样操作的GPU细粒度并行化。根据GPU的并行结构和硬件特点,采用执行配置优化技术提高warp占有率,利用共享存储器优化减少对效率低下的全局存储器中坐标变换系数的重复访问,通过纹理存储器代替全局存储器优化对原始影像数据的访问。实验结果表明,并行算法能够充分发挥GPU的并行处理能力,利用GeForce 9500 GT显卡,对大小为6 000像素×6 000像素的全色影像进行多项式纠正对比实验,最邻近灰度内插重采样和双线性灰度内插重采样的最终加速比分别能够达到8倍和10倍以上。     

近30年中国水稻种植区域与产量时空变化分析

通过综合80年代初以来的农作物面积与产量统计、耕地分布、农业灌溉分布以及作物生长适宜性分布等多源数据,利用基于交叉信息熵原理的作物空间分配模型(Spatial Production Allocation Model,SPAM),获得了我国10km像元尺度的水稻分布信息。在此基础上,重点分析了80年代初以来水稻种植面积与产量的时空变化特征。总体来看,在全国水稻种植区域内发生变化的地区中有超过50%的地区水稻种植面积出现缩减态势,但仍有近70%的地区水稻产量在增加。空间变化来看,种植面积缩减主要发生在东南沿海的广东、福建和浙江等省,而增加主要出现在东北地区的吉林和黑龙江等省,我国水稻种植重心因此向东北方向迁移约230km,产量重心向东北迁移约320km。同时,研究还发现我国水稻种植面积变化对产量增减具有重要影响,其中产量增加表现为面积与非面积因素的共同作用,数据显示种植面积扩展对水稻增产的平均贡献率约54.5%,而在产量减少的区域,面积缩减对减产的贡献率高达80%以上。     

景观生态区划的理论研究

景观生态系统由多个层次水平的等级体系所组成, 在不同的时间和空间尺度中, 其结构与 功能具有不同的相互依存关系, 区划的概念有助于整合景观的等级性并厘清复杂性。本研究在景 观生态学格局、过程、功能研究的基础上, 结合综合自然地理区划、生态区划、生态经济区划、农业 区划等相关研究的成果,探讨了景观生态区划应依循的原则、内容及区划等级系统, 指出景观生 态区划不仅强调景观水平方向上的空间异质性, 还必须综合景观单元的过程关联和功能统一性。 同时以生态系统完整性原则为核心制定了开展景观生态区划需遵循的等级性、多尺度性、发生一 致性、格局与功能依存性、功能协调性以及界线完整性等原则。在其指导下, 重点讨论了景观生态 区划过程中涉及的方法论构建、景观生态分析与评价、景观生态区划体系构建等研究内容。最后, 通过比较了景观生态区划与自然区划、生态区划以及经济区划之间的异同,提出了不同尺度下景 观生态区划理论的应用方向。     

混合式球面退化剖分模型的设计与编码

为了解决球面退化四叉树格网(DQG)模型孔径较大、格网单元面积分布不均匀以及三角格网单元应用不完全四叉树剖分的问题,通过控制单元面积的思路设计了一种格网单元孔径更小、分布更均匀的四边形(中低纬地区)与三角形(高纬地区)的混合格网模型——混合式球面退化格网模型(MSDG);并对所有格网单元利用四叉树进行编码。通过对格网单元的几何属性统计分析发现,该格网模型的几何属性与DQG模型相比,其单元面积变化更小、分布更加均匀稳定。     

混凝土大坝冻融破坏问题的数值计算分析

根据大坝上游水库水温和气温观测资料,建立了大坝上游水库水温和当地气温的回归模型。采用有限元数值计算方法,分析了混凝土大坝的温度场,研究了混凝土大坝由于气温变化引起的应力场交替变化。研究表明,由于气温随季节的交替变化,大坝下游面浅层的最大主应力远大于混凝土的抗拉强度,进而导致混凝土大坝下游面的冻融老化甚至破坏。计算结果表明,有限元数值模拟结果与现场勘查结果基本一致。