北京大学综合自然地理学研究的发展与贡献

北京大学的综合自然地理学缘起于1952年全国院系调整时在本校设置的自然地理学学科,在半个多世纪的发展历程中,经历了学科初创和完善等阶段,逐渐形成了面向学科前沿和国家需求的综合自然地理学学科体系。针对日趋严峻的气候变化、资源环境和社会经济发展问题,北京大学综合自然地理学在陆地表层过程及机理、土地利用/覆被变化及其生态环境效应、生态系统服务与人类福祉、生态风险评价与安全格局构建、自然地域系统划分等方面进行了开拓创新,取得了丰硕成果,引领了中国综合自然地理学的发展。展望未来,北京大学综合自然地理学将持续进行水、土、气、生等自然地理要素与过程的综合研究,认识人类活动与全球环境变化对主要自然地理过程和格局的影响机理,通过构建观测数据与地表系统模型融合系统,定量评估要素与过程耦合的区域资源环境效应及其对社会经济的影响,在生态文明建设、主体功能区划、国土开发整治和流域综合管理等国家战略服务方面做出更大贡献。     

特大城市群地区城镇化与生态环境交互耦合效应解析的理论框架及技术路径

特大城市群地区是国家经济发展的战略核心区和国家新型城镇化的主体区,担当着世界经济重心转移承载地的历史重任,但在发展过程中面临着日益严重的资源与生态环境的胁迫压力。开展特大城市群地区城镇化与生态环境交互耦合效应的研究,是未来10 年地球系统科学研究的前沿领域和高优先研究主题。本文系统解析了特大城市群地区城镇化与生态环境交互耦合效应的基本理论框架。首先从理论上分析了特大城市群系统各自然要素和人文要素交互作用的非线性耦合关系及耦合特征,科学辨识近远程主控要素作用下城市群系统内外部各要素相互作用的胁迫强度、近远程耦合机理与规律,总结特大城市群地区城镇化与生态环境交互耦合圈理论,进一步构建多要素—多尺度—多情景—多模块—多智能体集成的时空耦合动力学模型,研发特大城市群地区可持续发展优化智能调控决策支持系统;其次从方法上将特大城市群地区视为一个开放的复杂巨系统,在建立同一标准化共享数据库的基础上,采用多要素—多目标—多模型—多情景环境下的城镇化与生态环境交互耦合集成技术方法、大数据支持下的城镇化与生态环境交互耦合技术方法,构建多尺度—多技术—多智能体集成的城镇化与生态环境交互耦合技术框架,按照分析时空演变特征—寻求主控要素—辨识耦合关系—揭示胁迫机制—发现耦合规律—筛选调控变量—求解临界阈值—进行调控试验—完成情景模拟—提出优化方案—完成情景模拟—提出优化方案—实现国家目标这样一条技术路径,提出解 决问题的整体优化方案。本文旨在为特大城市群地区由问题集中区转为可持续发展区提供理论指导和方法支撑。     

GIS技术在环境资源工作中的应用与发展

地理信息系统(GIS)技术是近些年迅速发展起来的一门空间信息分析技术,在资源与环境应用领域中,发挥着技术先导的作用。GIS技术不仅可以有效地管理具有空间属性的各种资源环境信息,对资源环境管理和实践模式进行快速和重复的分析测试,便于制定决策、进行科学和政策的标准评价,而且可以有效地对多时期的资源环境状况及生产活动变化进行动态监测和分析比较,也可将数据收集、空间分析和决策过程综合为一个共同的信息流,明显地提高工作效率和经济效益,为解决资源环境问题及保障可持续发展提供技术支持。     

基于生态-经济权衡的京津冀城市群土地利用优化配置

探索生态保护与经济发展的权衡关系,并利用该权衡关系协调土地利用优化配置是解决城市群经济与生态协调发展难题的重要途径,已成为目前的一个研究热点。论文针对京津冀城市群生态友好型协同发展的需求,设置生态系统服务价值最大化和经济价值最大化2种优化目标,每种目标下再设置“生态保护”“统筹兼顾”“粮食安全”和“经济发展”4种土地利用情景,采用CLUE-S模型模拟2025年京津冀城市群在不同情景下的土地利用空间配置格局,及其生态系统服务价值、经济价值在不同目标的各种情景下的变化。研究结果表明：相比2015年,2025年在不同目标不同情景下,各类土地利用面积的数量变化和空间格局均有较大不同,且生态目标和经济目标下不同情景的土地利用配置不同。生态系统服务价值在生态目标生态保护情景下最大,为14423.58亿元;而经济价值则在经济目标经济发展情景下最大,为96771.49亿元。从土地利用变化的空间分布上来看,生态用地中林地与草地的增加多出现在坝上高原和燕山与太行山山地,水体的增加则主要分布在东部沿海地区。研究认为,生态效益与经济效益间存在权衡关系,基于生态-经济权衡的土地利用优化研究结果对未来京津冀城市群生态实践工作有较大的参考价值。     

基于夜光遥感影像与百度POI数据的中国城市群空间范围识别方法

提出基于夜间灯光遥感影像、电子地图兴趣点和社会经济统计数据等,以经济地理学中的“点-轴”理论为基础,以“点-轴集聚区”的识别为核心,利用迭代自组织聚类、聚合分析、指标阈值筛选等方法,识别中国城市群及其空间范围的技术方法。通过该方法识别出中国14个城市群,其中8个城市群的空间范围与规划范围接近;与规划范围不一致的则表现为三种情况,分别揭示出规划中需要考虑的不同问题。研究结果表明,本文提出的方法能突破行政边界限制,科学反映城市群辐射范围,客观反映城市之间的社会经济联系强度,并基于“现状-动态”视角有利于深入发掘潜在的城市群对象。研究结果可以为城市群规划和管理提供参考。     

中国道路网与生态系统破碎化关系统计分析

道路修建引起的生态系统及其生境破碎化具有一系列的生态效应,定量表达破碎化特征对于道路及其周边生态系统管理具有重要意义。本文以1:25万中国道路网矢量数据为基础,利用GIS和FragStat软件,分析了不同级别道路网络与破碎化的关系。研究结果表明:中国道路影响生态系统面积占全国国土面积的18.37％。在各级道路中,影响面积以等外公路最大,可达到161.76×104 km2,其次是二级公路可影响5.86×104km2,高速公路影响面积居第三位,达到4.59×104 km2,三级公路影响面积为2.27×104 km2,四级公路影响面积最小,仅有0.39×104 km2。在各级道路影响各类生态系统面积中,高速公路和一级公路对于农用地的影响比例最高,均在70％以上。公路级别越低,影响农用地的比例越低,四级公路和等外公路分别影响21.62％和27.40％;对于林地和草地的影响比例则大致相反,道路级别越低影响林地和草地面积比例越大:各类道路对荒漠和水体的影响比例没有显著差异。随着公路等级降低、公路条数的增加,生态系统的破碎化程度明显增加,表现为斑块数目显著增多,平均斑块面积减小;另一方面,平均斑块分维数显著增大,这说明道路切割出的斑块形状复杂性加大。     

气候变化对中国沿海地区城市群的影响

气候变化和城市化是使得人类更容易遭受灾害影响的两大因素,这两个因素在城市群叠加,使其成为容易遭受灾害侵袭并造成重大损失的高风险区。中国沿海地区五大城市群经济实力雄厚,是国家经济社会发展的重要引擎。但其处于海-陆交互作用地带,受海陆复合型灾害的影响,而且承灾体庞大,在气候变化背景下更容易遭受重大灾害损失。建议国家相关部门充分认识到沿海城市群应对气候变化影响的紧迫性,尽快提出应对策略,并将气候变化的影响和适应对策纳入沿海城市区域的各种社会经济发展规划。     

青藏高原统计数据分析--以人口为例

在自然地理单元与行政单元交叉情况下,如何根据行政单元统计数据获得该自然地理单元的精确数据是当前研究的难点和重点之一。以青藏高原为自然地理单元和人口数据为例,选用并设计了数据统计的运算方法(实际数值模型、边缘等密度法推算模型、最小值模型、最大值模型和估测值模型等5个线性统计模型)及试验应用。主要研究结论为：(1)在青藏高原中国境内分布于6个省区的221个县(市),其中155个县(市)位于高原内部,其余66个县市位于高原边缘地区,文中给出了边缘县在高原内外的面积比;(2) 边缘等密度法的计算结果更接近实际, 而估测值模型与边缘等密度法计算结果相差最小;截止2001年,青藏高原人口约1204万人; (3)结合居民点的实际空间数据进行叠加分析或结合多源数据融合技术,将进一步提高测算的精确度。     

立足地理学科前沿,服务国家战略需求——北京大学地理学科65周年

地理学研究地球表层要素间相互作用、空间分异格局及其变化过程,人地关系是地理学的核心问题,区域研究是地理学的特色。地理学是国家可持续发展和生态文明建设的支撑学科,在解决国家经济发展过程中面临的资源、环境、城镇化等方面的问题中发挥着不可替代的作用。北京大学立足地理学科前沿,服务国家战略需求,国际影响力不断提升,形成了自然地理学和人文地理学两个国家二级重点学科,并发展了生态学一级学科。     

基于多维视角的“城市病”诊断分析及其风险预估研究进展与发展趋势

特大城市群地区“城市病”问题是目前国内外相关研究的热点问题。全面认识城镇化与生态环境之间复杂的互动关系,才能对特大城市群地区“城市病”进行机理性剖析,并建立“城市病”病情诊断与风险预估的方法和技术体系。本文围绕“‘城市病’病因分析—‘城市病’病情诊断—‘城市病’风险预估”的研究主线,基于多维视角评述了“城市病”诊断分析及风险预估的研究进展,并提出了目前国内外研究中存在的主要问题,包括“城市病”的形成机理尚不清晰、对“城市病”的诊断多停留在表面、“城市病”风险预估研究不平衡、研究尺度单一。最后对研究趋势进行了展望：研究方向上,城镇化与生态环境的交互作用研究将持续深入,微观过程与城市整体机能及表象内在联系的综合研究将得到强化,生态系统服务研究将在“城市病”诊断分析及风险预估发挥更大作用;研究方法上,数据获取与模型构建技术的发展将有助于推动城市问题的综合研究。