Dynamic land use change simulation using cellular automata with spatially nonstationary transition rules

The dynamic relationships between land use change and its driving forces vary spatially and can be identified by geographically weighted regression (GWR). We present a novel cellular automata (GWR-CA) model that incorporates GWR-derived spatially varying relationships to simulate land use change. Our GWR-CA model is characterized by spatially nonstationary transition rules that fully address local interactions in land use change. More importantly, each driving factor in our GWR model contains effects that both promote and resist land use change. We applied GWR-CA to simulate rapid land use change in Suzhou City on the Yangtze River Delta from 2000 to 2015. The GWR coefficients were visualized to highlight their spatial patterns and local variation, which are closely associated with their effects on land use change. The transition rules indicate low land conversion potential in the city’s center and outer suburbs, but higher land conversion potential in the inner near suburbs along the belt expressway. Residual statistics show that GWR fits the input data better than logistic regression (LR). Compared with an LR-based CA model, GWR-CA improves overall accuracy by 4.1% and captures 5.5% more urban growth, suggesting that GWR-CA may be superior in modeling land use change. Our results demonstrate that the GWR-CA model is effective in capturing spatially varying land transition rules to produce more realistic results, and is suitable for simulating land use change and urban expansion in rapidly urbanizing regions.     

冲击地压关键层远程区域水力压裂防治技术

针对我国目前冲击地压防治工程人员身处冲击危险区域,无法实现区域先行、超前治理的局面,论文提出了矿井冲击地压关键层远程钻孔水力压裂防治技术。分析了我国冲击地压矿井的地质条件和近几年重大冲击地压灾害的特点,认为华北石炭—二叠系煤田和侏罗系煤田很多冲击地压煤矿煤层上覆地层,普遍发育厚层坚硬的砂岩关键层,能量的释放符合冲击地压形成的“3因素”理论。经论证,关键层脆性强,硬度大,易于压裂,利用水力压裂法解除地应力是合适的;井下长钻孔、地面深孔和地面导斜钻孔的施工技术和钻孔水力压裂技术已成熟,实现远程钻孔水力压裂区域性的防治冲击地压是可行的。工业性试验显示,井下长钻孔顺层分段水力压裂长度可达800 m,水压可达40 MPa,裂缝半径为40 m;地面垂直钻孔分段压裂深度可达3000 m,压裂段高>100 m,压力达80 MPa,裂缝半径为100~200 m;地面导斜钻孔水平顺层段长度达1000 m,压力达80 MPa,裂缝半径为100~150 m;压裂前后煤体应力或支架压力的检测数据对比显示,压裂后的应力较压裂前降低了10 MPa以上,满足区域治理的要求,钻孔远程水力压裂在防治冲击地压上较传统方法具有显著超前优势、区域优势、效率优势、安全优势和环保优势,可以做到冲击地压防治区段的无人化,满足区域先行、超前治理的国家要求。     

冲-洪积平原1:5万区域地质调查技术方法探索

首都地区规划建设工作主要分布于平原松散地层之上,第四纪地质研究显得尤为重要。依托近几年来在北京地区开展的平原覆盖区1:5万区域地质调查和活动断裂专项调查项目成果,系统总结了平原区第四纪区域地质调查与评价的主要工作手段和技术方法,及其在解决第四纪基础地质问题及生态环境中所起的作用。通过平原区区域地质调查工作,可查明第四纪精细地质结构、含水层分布特征,精确厘定活动断裂位置及其活动时限,探讨自然环境演化序列与人类活动关系等,为城市规划、重大工程建设和应急水源地水资源合理开采提供基础地学数据。研究成果对首都城市减灾防灾、生态环境演变研究具有重要地学支撑作用。     

生态地质研究进展与展望

生态地质学是研究生态系统与地质环境之间关系的一门交叉学科,对国土空间生态保护修复工作有重要理论支撑作用。我国生态地质研究工作虽然经过了多年的发展与积淀,但时至今日生态地质学仍然处于研究和探索阶段。鉴于此,基于前人的大量研究,总结了国内外生态地质研究进展: 国际上,俄罗斯建立了生态地质学研究体系,美国发起的地球关键带研究是与生态地质研究十分契合的主题; 在国内,生态地质研究主要着眼于”生态-地质”相互作用过程与机理以及地质环境影响下的系统性生态修复研究。在此基础上,提出了生态地质学涵义及其研究内容、方法技术创新及学科体系构建思路,以期为服务山水林田湖草沙整体保护、系统修复、综合治理和生态地质系统深化研究提供借鉴。     

区域自动气象站蓄电池异常状态判别方法

针对天津市一种常见的CAWS600型区域自动气象站对其供电及功耗进行了详细分析,利用对电池放电特性曲线的归一化处理,得到了针对12V38AH铅酸蓄电池的剩余容量估算方法,同时利用该站蓄电池工作电压的统计规律,提出了针对蓄电池工作电压的极值判定、时间/空间一致性质量控制方法,并对2017年逐10min观测数据进行检验。检验结果显示,文章提出的质量控制方法可以有效识别出蓄电池异常站点,针对2017年个站蓄电池持续放电情况可提前10d定位。     

GRAPES区域集合预报两种侧边界扰动方法对比试验

中国气象局数值预报中心自2014年建立了区域集合预报业务系统,其使用的侧边界扰动由全球集合预报系统动力降尺度得到。为深入了解侧边界扰动对区域集合预报的影响,基于15 km水平分辨率的区域集合预报模式,使用动力降尺度方法和尺度化滞后平均法(scaled lagged average forecasting,SLAF)设计构造了两种侧边界扰动方案,并开展了2015年7月共6天的集合预报试验,利用集合均方根误差、集合离散度、连续分级概率评分、离群值、Brier Score及相对作用特征曲线面积等概率预报检验方法进行了多方面检验,分析了两种侧边界扰动方案对区域集合预报质量的影响。结果表明:动力降尺度侧边界扰动方案(DOWN)的扰动总能量在各垂直层次均大于SLAF方案,使得边界上前者的离散度大于后者,集合扰动增长更为合理;对于等压面要素和地面要素,DOWN方案的离散度、Outlier、CRPS等评分优于SLAF方案,反映了DOWN方案构造的侧边界扰动更加合理;在降水概率预报技巧方面,SLAF方案在评分上具有一定优势,但评分的提高没有通过显著性水平检验,因此认为两种方案对降水预报的改进基本相当。     

不同要素谱逼近对高分辨区域数值模式梅雨模拟的改进

为改进高分辨率区域数值天气预报模式雨带模拟偏差,利用WRF模式探讨了不同要素及其组合谱逼近方法对2015年浙江典型梅雨天气预报性能的影响。结果表明:(1)不同单要素逼近对梅雨模拟效果影响差异明显,风场逼近对模拟结果改进较大,高度场逼近对结果略有改善,而温度场逼近主要表现为负效应;风场组合了其他要素的逼近效果与单要素类似,故将水平风场谱逼近确定为最优方案。(2)最优方案对梅雨期间形势场各要素改进程度的排序为纬向风、经向风、相对湿度、温度场和高度场;三个特征层850、500、200 hPa各要素平均的均方根误差(相关系数)分别降低了(增加了)24. 1%(13.6%)、22.7%(21.7%)和13.0%(12.2%);且改进幅度随预报时效的延长而增加,这主要与区域模式内部大尺度系统的误差随积分时间增长有关。(3)典型个例分析显示,最优方案在较好订正低层风场及切变线动力条件的基础上,经过数值模式各物理过程的协同积分也修正了高湿区等关键热力因子,最终改进了高分辨率区域模式的梅雨模拟。     

四川地形扰动对降水分布影响

引入一维加权平均的谱分析方法定量研究四川地形强迫对该区域降水分布的影响。结果表明:纬向地形和冬季降水谱峰锁相于同一波长（475.8 km）,呈共振关系,地形与其他季节降水呈漂移关系,这与经向和纬向上环流变动有关,即冬季纬向环流占主导,纬向地形触发的大气波动对冬季降水策动作用大;夏季降水是各种不同尺度系统相互作用的结果,地形是重要因素之一。经向和纬向地形特征尺度分别为296.8 km和475.8 km,反映了地形强迫的中尺度特征,且纬向地形谱峰比经向大1个数量级,纬向强迫更明显。夏季降水谱峰比冬季大2个数量级,降水系统纬向特征尺度比冬季小约150 km,说明夏季在纬向地形强迫下,降水系统尺度减小的同时其强度大大增加,这在一定程度上可以解释中尺度对流性降水在夏季偏多。四川夏季最大降水位于雅安地区,其地形扰动比四川整体扰动更明显,故产生的降水也更大。夏季降水和经向地形锁相于同一波长（37.1 km）,经向地形对雅安夏季强降水起关键作用。     

江苏省区域发展空间结构研究

沿沪宁线高新技术产业带、沿江基础产业带和沿东陇海加工产业带是江苏省区域发展三大重点轴线,简称为"三沿"."三沿"战略对江苏省区域发展起到重要的作用,但它存在着一定的问题,它忽视了省内南北之间的协调发展,同时,没有将全省发展置于长三角一体化之中.基于这样考虑,作者提出"一圈五轴"的发展战略,并提出整合资源、跨江联动、突出沿江轴线的可持续性,提升沿沪宁轴线高新技术创新能力,重视对沿海轴线的开发,加快发展东陇海和内陆轴线开发等重要建议.     

区域产业升级理论评价和升级目标层次论建构

产业升级相关文献综述表明,区域产业升级具有丰富的理论含义.产业结构升级研究寻求对产业宏观结构比例的统计学意义上的优化;产业地域分工思路则考察产业分布演进的空间格局及其升级含义;企业升级思路则细化到产业内部,指出企业创新以获得更高附加值是产业升级的根本;集群研究则注意到区域产业发展的整体特征,并指出了推动产业集聚、产业联系与创新等升级含义.中国集群实践更进一步验证了集群层面集体效率的提升以及企业发展环境的和谐共进(区域发展目标)也是影响产业升级的重要方面.在讨论产业升级的经济维度与空间维度、个体层面与系统层面的基础上重新构建区域产业发展的理论框架,认为企业升级、集群升级和区域和谐3个层次构成了区域产业升级的3个目标层次,其相互衔接与互动对于区域产业发展具有重要意义.