高精度曲面模型的解算

为了提高Gass-Seidel(GS)算法的收敛速度,提出了改进的GS算法(MGS),用于解算高精度曲面模型(HASM)(HASM-MGS)。以高斯合成曲面为研究对象,将HASM-MGS与HASM-GS和Matlab提供的函数进行对比,结果表明,达到相同的模拟中误差,HASM-MGS计算时间远小于HASM-GS和Matlab提供的函数;HASM-MGS计算时间与模拟区域的网格数呈非常好的线性关系,时间复杂度比传统的方法降低两个数量级。     

改进的HASM-AD算法及在空间变量模拟的应用分析

高精度曲面建模(HASM)可以显著提高空间曲面模拟的精度,但是计算速度低限制了该模型的进一步应用。为了提高HASM模型的计算效率,本文对HASM-AD算法作了改进,通过在计算过程中为采样点添加索引,避免了计算过程中对采样点信息的重复查找操作;同时,在遍历独立计算单元时实时计算第一类、第二类基本量及克式符号,避免了全局存储上述变量所需要的额外内存消耗。数值试验表明,由于将全局线性方程组求解问题转化为局部独立计算单元(5×5栅格)内的方程组求解,改进的HASM-AD算法显著提高了计算效率,同时降低了模型运行过程中的内存消耗。最后,本文以全国陆地降水空间分布模拟分析作为实例,验证改进的HASM-AD算法模拟精度及计算效率,模拟结果表明,改进的HASM-AD算法模拟结果精度优于其他HASM算法(以HASM-PCG为例),并且计算效率优势更为明显,实现全国10km分辨率的降水分布模拟耗时仅为4s。表明改进的HASM-AD算法提高了计算速度,并且适于大尺度的空间变量模拟应用。     

基于HASM-SSOR模型的近60年来中国气温与降水变化趋势模拟

为了改善HASM模型计算速度慢及存储量大等问题,提出了一种快速有效算法(HASM-SSOR),并以高斯合成曲面为例验证了该方法的有效性。利用全国752站1951—2010年的气象观测资料,对近60年的平均气温、降水分别采用多元回归与HASM-SSOR相结合的方法及多项式回归与HASM-SSOR相结合的方法进行模拟与分析;近60年平均气温、降水拟合的复相关系数分别为0.9923、0.9987;并对1951-2010年各年代际的平均气温、降水的变化趋势进行拟合与分析,发现各年代际气温变化并不一致,全国平均气温呈上升趋势,平均上升率为0.35℃/10a,全国降水平均变化率为9.4mm/10a,无明显的变化趋势。     

青海省冷湖-鱼卡地区中侏罗统含煤地层特征分析

柴达木盆地北缘冷湖-鱼卡地区侏罗系广泛分布,出露良好,在各露头剖面、钻井剖面资料的基础上,以沉积学理论为指导,系统研究了区内侏罗系含煤地层特征。结果表明：冷湖-赛什腾地区中侏罗统的沉积从盆地边缘开始向腹部扩展,并受基底断裂所形成的山前断陷控制;在西区的冷湖一带石门沟组发育,主要煤层形成于河漫沼泽相;东区的鱼卡一带大煤沟组发育,主要煤层沉积环境为三角洲间湾沼泽。     

中国土地覆盖时空变化未来情景分析

在对HLZ (Holdridge life zone) 分类系统与土地覆盖类型分类系统之间的差异性进行对比分析的基础上,根据土地覆盖类型与HLZ生态系统类型的最大对应概率,构建了基于栅格的土地覆盖边际转换模型。采用基于HadCM3 A1FI、A2a、B2a等三种未来气候变化情景数据模拟获得的中国HLZ生态系统时空变化的系列栅格数据,运行模型后获得相应时段中国未来土地覆盖时空变化情景系列数据。引入土地覆盖类型景观指数及平均中心系列模型和构造平均中心偏移距离及偏移方向的计算模型,对中国未来土地覆盖的景观指数变化及其平均中心的偏移距离、偏移方向及偏移趋势进行综合分析。基于HadCM3 A1FI、A2a、B2a三种情景模拟结果分析表明：在2000~2099年间耕地、草地、湿地、水域、冰川雪被等土地覆盖类型面积逐渐减少,林地、建设用地、荒漠等土地覆盖类型面积逐渐增加,沙漠面积有所减少。其中,林地增加速度最快 (平均每10年增加2.34%),裸露岩石减少速度最快 (平均每10年减少2.38%)。     

超熵理论在地震研究中的应用

本文在以往流域系统熵理论研究的基础上,引入了超熵的概念,解决了过去遗留的疑难问题;同时,应用这一理论建立了较微地貌法应用范围更广的地震预测方法;并将这一方法应用于活动不太强,且被第四系广泛覆盖的东北地区,得出了令人满意的结果。     

中国降水未来情景的降尺度模拟

基于长时间序列(1964～2007年)的全国降水观测数据, 结合经纬度数据以及DEM、 坡向、坡度等系列地形特征数据, 利用空间统计方法, 在构建年平均降水降尺度模型的基础 上, 运用高精度曲面建模(HASM)方法对经过降尺度分析的HadCM3的A1Fi、A2a和B2a 三种情景T1～T4时段的全国未来平均降水进行高精度曲面模拟。模拟结果显示, 在T1～T4 时段内, A1Fi、A2a和B2a三种情景的全国平均降水均呈持续增加趋势。其中, 平均降水在 A1Fi情景中增加速度最快, B2a情景中增加速度最慢;A1Fi和A2a两种情景的平均降水均呈 加速增加趋势, 而B2a情景的平均降水则呈减速增加趋势。模拟结果表明, 本文构建的降尺 度模拟方法可以有效地实现IPCC GCM 的低分辨率的降水情景数据降尺度转换成高分辨率的 降水数据。     

资源与环境模型标准文档库及其与GIS集成

论述了中国资源与环境模型标准文档库的结构和内容。通过研究总结数学模型及其研究现状发现，中国资源与环境模型标准文档库建设需要完善尚有缺陷的数学模型、创建尚缺少的数学模型；通过归纳现有数学模型与地理信息系统的现有集成方法发现，目前的集成方法不能满足区域可持续发展集成模型的需要，据此讨论了数学模型与地理信息系统有效集成需要深入研究的内容。最后，提出了通过大量案例研究，形成区域可持续发展集成模型和中国资源与环境模型标准文档库2个软件包的可行研究思路。     

生物多样性模型的理论分析

本文首先概括了50年代以来公开发表的27个生物多样性模型和有关专家对其中大多数模型的批评。在此基础上,以使用最广泛的Shannon模型为例,剖析了大多数生物多样性模型不能被成功应用于实践研究的根源所在;以基于分维几何学的物种多样性模型为例,从理论上分析了这种综合生物多样性模型的完备性。并以位于中国东北样带(NECT)东部的温带针阔叶混交林地区的8个样地作为案例,对比分析了Shannon模型大样本要求的局限性和基于分维几何学的综合生物多样性模型的实用性。