理论与方法是GIS可持续发展的核心问题

地理信息系统(GIS)在40年中快速地从一个技术性概念发展成一个学科门类,并且成为现代信息科学的重要组成部分,其中理论与方法的发展起到了至关重要的作用,特别是在地理信息系统已经深入人心的今天,理论与方法已经成为其可持续发展的核心问题。     

含石量对软质岩土石混合料土力学特性影响研究

在中国西南地区边坡工程中大量存在含软岩的土石混合体（S-RM）,其力学特性与软岩破碎特性有别于以往研究的块石强度较高的土石混合体。本文通过大型室内剪切仪开展了不同含石量（WBP）的剪切试验研究含石量对软岩土石混合体力学特性的影响,基于筛分试验研究软岩块石破碎特性,结果表明:当S-RM密度一定时,随着WBP的增加,S-RM剪切强度增加,应变硬化现象增强;S-RM黏聚力随含石量的增加呈线性增长,内摩擦角在含石量为20%~60%时随含石量的增加呈线性增长;S-RM在剪切破坏过程中软岩块石出现破碎现象,当法向应力一定时,块石破碎率随土石混合体含石量增加而增长;S-RM块石破碎率随内摩擦角增加呈指数形式增长,表明块石之间咬合作用越大,块石的破碎程度越高。     

广州番禺眉山阶地第四系剖面的年代学框架及构造学意义

眉山阶地第四系剖面地处番禺断隆区的边缘,毗邻狮子洋断陷区,是珠江三角洲第一次海侵所到达的区域,附近的断裂包括文冲断裂、化龙—黄阁断裂、新会—市桥断裂等三角洲内典型断裂。发育于网纹红土基座上的堆积阶地,自下而上大致分为杂色砂层、白色砂层、淤泥质层3层,构成一个完整的从动水环境到静水环境的沉积旋回。野外调查及14C测年和光释光（OSL）测年结果表明,眉山第四系剖面年龄约在70～30 ka B.P.之间,相当于深海O同位素4—2阶段。结合前人的研究资料,认为阶地面与沉降区的下旋回原本在同一高度,但自晚更新世以来,在断块差异升降中被错开,垂直距离在20 m以上,直观地指示了断隆区与断陷区的运动特征。     

我国海岛旅游发展与生态环境耦合协调评价与影响因素研究

海岛旅游发展与生态环境协调是实现人海关系可持续发展的基础。选取中国12个海岛县（市、区）作为研究区,首先基于CSAED模型和PSR模型分别构建了旅游发展水平和生态环境质量评价指标体系,并借助BP神经网络模型测算其2018年旅游发展水平与生态环境质量,同时引入耦合协调模型对旅游发展与生态环境的协调程度进行定量评价,最后运用地理加权回归模型探究影响其协调发展的因素。结果表明：①我国12个海岛旅游发展与生态环境的协调程度整体上有待提升,多处于勉强协调状态。②我国12个海岛中75%的海岛旅游发展的速度还未超越生态环境的承载力,但其协调程度低,其不协调的发展状态将会导致旅游的发展超越生态环境的承载力。③旅游吸引力和生态脆弱压力对海岛旅游与生态环境的协调发展影响显著,旅游吸引力与协调程度呈负向影响,空间上旅游吸引力对协调程度的影响自南向北逐渐减弱;生态脆弱压力与耦合协调程度呈正向影响,空间上生态脆弱压力对协调程度的影响自南向北逐渐增强。     

利用Sentinel-3A OLCI可见光通道反演台湾岛气溶胶光学厚度

OLCI（Ocean Land Colour Instrument）作为MERIS（Medium Resolution Imaging Spectrometer）的后继升级版传感器,在气溶胶反演中存在潜在优势,但是目前利用OLCI数据进行气溶胶监测的研究较少。因此,本文针对OLCI多通道反射特征开发了OLCI云检测算法,并对传统查找表构建方法进行改进,根据观测几何特征提出动态查找表法,并通过光谱卷积方式等效转换MODIS和OLCI红蓝通道地表反射率并获取OLCI红蓝通道地表反射率固定关系,进而实现台湾岛550 nm处的AOD反演。与550 nm处AERONET level 2.0 AOD验证结果首先表明不同季节、不同站点的精度表现存在一定差异,其次相对于同期MOD04_3K AOD产品,本文反演结果与全球气溶胶自动观测网（AERONET）站点实测值之间表现出更显著 的相关性（R²=0.8199）,均方根误差（RMSE）从0.175下降到0.113,相对平均误差（RME）从33.6%下降到26.7%,且67.5%的OLCI AOD落在预测误差（EE）区间内,明显大于MOD04_3K AOD落在预测误差区间的百分比（55.7%）。此外,误差分析表明,当实际AOD值较低时,红蓝通道地表反射率之间关系的误判会导致较为明显的AOD反演相对误差。     

利用区域气候模式预估未来登陆中国热带气旋活动

鉴于热带气旋（TC）对我国沿海地区的影响,研究全球变暖背景下未来登陆我国TC活动的变化,对于我国沿海地区的防灾减灾具有重要意义。基于CMIP5中全球气候模式HadGEM2-ES数据,文中利用区域气候模式RegCM4开展了历史时期和3种情景（RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5）下未来东亚区域气候的动力降尺度模拟,检验了模式对历史登陆我国TC活动及其相关大尺度环境场的模拟能力,并预估了3种情景下2030—2039年、2050—2059年和2089—2098年,登陆我国TC的路径、强度和频率的变化特征。结果表明：模式能合理地再现东亚区域历史时期（1986—2005年）大气环流场的空间结构以及登陆我国TC的特征;在3种情景下未来登陆我国TC的平均强度和数量均有不同程度的增加,尤其是台风及以上级别TC的总数明显增加,其中RCP8.5情景最突出,到21世纪末期（2089—2098年）登陆我国TC的平均强度、台风及以上级别TC总数的年平均值较历史时期将分别增加7.56%和1.05个;不同情景下未来登陆我国TC的路径均有不同程度的北移趋势,且全球升温的幅度越大,北移趋势越明显,这可能与未来中国近海显著变暖和垂直风切变减弱有关。未来我国沿海地区尤其是中高纬度很可能将面临日益严峻的TC灾害风险,亟需尽快开展防灾减灾及对策研究。     

京津冀地区气溶胶时空分布及与城市化关系的研究

利用AERONET（AErosol RObotic NETwork）数据对2008~2012年Terra MODIS（MOderate-resolutionImaging Spectroradiometer）C006 3 km卫星遥感气溶胶产品在京津冀地区的适用性进行了验证,分析京津冀地区3km分辨率气溶胶光学厚度（AOD）的时空分布和变化特征。利用DMSP（Defense Meteorological Satellite System）/OLS（Operational Linescan System）夜间灯光数据作为城市化评价手段,对京津冀地区城市化与AOD时空分布之间的关系进行了研究。结果表明:（1）MODIS 3 km气溶胶产品遥感反演数据和同期AERONET监测数据在研究区具有很好的一致性,相关系数达0.91,满足期望要求;（2）时间上,2008~2012年研究区年平均AOD值在0.361~0.453之间变化,年际间变化浮动大,总体呈下降趋势;AOD春季呈明显下降趋势,夏季总体呈微弱上升趋势,秋季和冬季呈明显上升趋势;（3）空间上,2008~2012年北京、天津和河北中南部的AOD值较高,河北北边AOD值较低;四季AOD空间分布呈现较强烈季节变化,夏季最高,冬季最低;（4）夜间灯光数据和AOD时空分布不仅在空间分布上呈现较好的一致性,且2008~2012年二者的地理权重回归（GWR）模型拟合度R2达0.8左右。研究区内AOD与夜间灯光数据二者相关性显著,城市化发展水平和人类活动对气溶胶的分布有着明显的影响。     

北京地区静稳天气综合指数的初步构建及其在环境气象中的应用

静稳天气与大气重污染的发生有紧密联系,为定量描述大气的静稳程度,文章研发了静稳天气综合指数。结合统计和预报经验,挑选发生大气污染的气象要素及其阈值条件,通过权重求和得到初步构建静稳天气指数(SWI)。此后,基于近13年的气象数据,分段统计各气象要素不同区间内雾-霾天气出现概率相对气候态的倍数作为分指数,根据分指数最大值和最小值的比值排序,得到10个对静稳天气具有较强指示意义的气象要素,对这10个要素的分指数求和得到静稳天气指数。改进后的指数和PM_(2.5)浓度有更好的相关性。以2015年1月一次重污染过程为例,分析不同阶段SWI和AQI指数的变化,两者具有较好的一致性,均表现出发展阶段稳定增长,消散阶段迅速降低的特征。应用静稳天气指数评估发现,APEC减排期间京津冀地区大气静稳程度和减排之前相当,但污染持续时间和峰值强度较减排前明显降低。SWI可以在重污染天气预报和重大活动减排措施评估中得到有效应用。     

基于土地集约利用的长株潭城市群建设用地供需仿真模拟

土地集约利用反映了土地利用的综合状态,是协调土地供需平衡的重要指标。运用系统动力学（SD）构建城市建设用地供需反馈关系回路以及指标变量函数,在此基础上,建立长株潭城市群建设用地供需系统模型,仿真模拟低土地集约利用度、中等土地集约利用度、高土地集约利用度三种不同状态条件下,2016-2030年区域的建设用地、工业用地和居住用地供需变化趋势。结果表明：① 研究区用地规模仍处于扩张状态,城市建设用地数量增长速度总体较快。但三种发展状态下用地增长规模、速度存有差异;② 在低集约度模式下,建设用地规模及供地数量大,易造成土地资源的浪费;高集约度模式下,建设用地供给紧缩,用地规模增长缓慢,总规模偏小,不利于城镇化的良性发展;中等集约度模式则在用地规模和供给量上均与社会经济发展相适应,能体现现代城市发展理念;③ 工业用地占建设用地比例保持在15%~21%之间,其中低集约度模式下比例逐年上升,中等和高集约度模式下呈缓慢下降并趋于稳定之势;居住用地占建设用地的比例维持在27%~35%之间,其中低集约度和中等集约度模式用地占比呈下降趋势,高集约度模式比例总体维持在较高水平。研究通过对三种发展模式的设定,确定了不同指标在三种模式下的变化趋势,可为土地供需决策优化、城市建设规划及土地供给侧结构性改革提供科学参考。     

降水集中度的变化特征及影响因素分析——以山西为例

基于山西14个站点1957—2014年逐日降水资料,计算年尺度与多年尺度下的降水集中指数（CI）和极端降水指数（R_95p和R_99p),利用统计方法,研究了山西降水集中度的时空变化和影响因素。结果表明,CI值与R_99p显著正相关,CI值增大则发生极端强降水几率增大。多年尺度CI值体现出明显的纬度地带性和较大的局地空间差异。受温带大陆性季风气候控制,山西省降水CI值介于0.59~0.64,相对亚热带地区较小,且变化范围较小。总体上年尺度CI值呈下降趋势,五台山、右玉、五寨、运城等站点下降趋势显著。盆地区域较高山高原区的CI值更大且下降趋势不显著,更易于发生极端降水事件。较高的高程和较大的变幅可增强高程对CI值的影响。太平洋年代际振荡（PDO）与年尺度CI值显著负相关。PDO冷位相时期,西太平洋副高西进、偏强,CI值偏高,发生极端强降水的可能性增大。本研究揭示了自然地理条件和海-气相互作用对区域尺度降水集中度存在复杂的影响。