小流域水分行为、生态效应及其优化调控研究方面的若干问题

把小流域水文生态研究,分解为小流域水分行为、生态效应及其优化调控研究3个方面。在分析国内外研究现状与问题的基础上,指出了其需要系统加以探讨的若干内容,认为由此可构建流域水文生态学的基本框架,进而发展流域水文生态学。     

基于“城—村—地”三维视角的农村居民点整理策略——以江苏省新沂市为例

农村居民点作为当前国土资源利用效率提升的重要潜力空间,对其进行调控研究是促进可持续乡村建设的重要内容。城镇作为区域社会经济文化中心,村城关系在一定程度上影响着农村居民点发展的空间潜力;土地作为农村居民点发展的支撑条件和空间载体,村地关系在一定程度上体现了农村居民点布局的适宜性及资源利用的协调性。在扎实推进新农村建设、统筹城乡发展、促进土地集约节约利用的背景下,将“城—村—地”纳入统一分析框架,有利于统筹不同空间尺度要素对居民点整理的影响。本研究立足农村行为主体的空间关联性,综合“城—村—地”三级空间对象,提出农村居民点整理策略分析框架;基于对农村居民点地域系统要素构成和结构层次的分析,从城镇发展辐射性、村域布局适宜性、土地利用协调性等三方面构建了农村居民点整理潜力评价体系,进而探讨了相应的农村居民点整理途径。最后选取江苏省新沂市进行实证分析,将其划分为优先整理区、重点整理区、适度挖潜区、优化调整区及特殊整理区等居民点用地整理类型,提出相应的整理模式及优化路径,以期为农村居民点的整理优化提供有益借鉴,助推可持续的城乡空间重构。     

基于“多规合一”的市级国土空间优化方法——以烟台市为例

针对现阶段各规划边界交叉、空间重叠的问题,本文从提高空间价值、减少空间破碎度和协调各类空间的角度出发,在梳理现有空间优化模型及智能算法的基础上,改进多目标规划模型并适应性改造遗传算法,以此二者构建市级国土空间优化模型。以烟台市为例,设置3种情景为决策者提供方案集进行3类规划主导下的2020年国土空间优化研究,结果显示：①优化后烟台市农业、城镇和生态空间价值分别增加了23.24%、29.27%、6.30%;②不同情景下空间分布合理且较为集中,生态保护情景有利于国土空间集合连片,经济发展情景更适合于多空间协调发展。研究表明：该模型能有效地解决国土空间内容重叠问题,明显提高了国土空间价值,同时优化模型适应性强,为“多规合一”背景下市级国土空间优化提供技术支撑。     

高分辨率青藏高原历史月降水数据重建

青藏高原对全球气候研究具有重要意义,而降水数据对水文、气象和生态等领域的研究也至关重要,且随着研究内容和尺度的变化,对高时空分辨率的历史降水数据的需求越发迫切。本文基于TRMM 3B43降水数据,采用随机森林算法,引入归一化植被指数(AVHRR NDVI)、高程(SRTM DEM)、坡度、坡向、经度、纬度6个地理因子,建立历史降水重建模型,获得1982-1997年分辨率为0.0833°的青藏高原年降水数据,然后根据比例系数法计算出月降水数据。为提高精度,利用站点数据对月降水数据进行校正。结果表明,该方法能简单有效地获得高时空分辨率的历史降水数据,决定系数R²大部分在0.4~0.9之间,平均值为0.6767,其中夏季效果最好,冬季效果最差;均方根误差RMSE和平均绝对误差MAE均在50 mm以下,RMSE均值为22.66 mm,MAE均值为15.97 mm;偏差Bias较小,基本在0.0~0.1之间。     

基于贝叶斯网络的水源涵养服务空间格局优化

以渭河流域关中—天水经济区段（简称“渭河流域关天段”）为研究区,基于贝叶斯网络和水量平衡原理建立了水源涵养服务网络模型;将CA-Marcov模型与贝叶斯网络模型相结合,预测了2050年不同土地利用情景及其水源涵养服务分布概率;提出了关键变量关键状态子集方法,对研究区水源涵养服务空间格局进行优化。结果表明：① 保护情景下,林地面积增长了18.12%,其主要来源为耕地;草地和城市面积增长缓慢,分别增加了0.73%和0.38%;水体和未利用地分别减少了5.08%和0.92%,该情景下的水源涵养量值偏高的概率在3种情景中最大,保护情景的设计对未来的土地利用政策制定具有一定参考价值。② 水源涵养服务的关键影响因子是降水、蒸散发和土地利用,水源涵养量最高状态对应的关键变量关键状态子集是：﹛降水= 1,蒸散发= 2,土地利用= 2﹜,该子集主要分布在年平均降雨量和蒸散发量较大,植被覆盖率高的地区。③ 研究区适宜优化水源涵养的区域主要分布在天水市麦积区南部、宝鸡市陇县西南部和渭滨区南部、咸阳市旬邑县东北部和永寿县西北部,以及铜川市耀州区西部。结合贝叶斯网络模型研究水源涵养服务的优化区域,不仅有助于提升对生态系统水源涵养服务过程的直观认识,而且增加了情景设计和格局优化的合理性。在此基础上提出的关键状态关键因子方法,对研究区水源涵养生态环境建设和政策制定都具有重要的意义。     

基于数值预报和随机森林算法的强对流天气分类预报技术

随机森林算法是当前得到较为广泛应用的机器学习方法之一,有着很高的预测精度,训练结果稳定,泛化能力强,解决多分类问题有明显优势。本文将随机森林算法应用于强对流的潜势预测和分类,分短时强降水、雷暴大风、冰雹和无强对流四种类别,基于2005—2016年NCEP 1°×1°再分析资料计算的对流指数和物理量,开展强对流天气的分类训练、0～12 h预报和检验,经2015—2016年独立测试样本检验表明,针对强对流发生站点的点对点检验,整体误判率为21. 9%,85次强对流过程基本无漏报,模型尤其适用于较大范围强对流天气。随机森林算法筛选的因子物理意义较为明确,和主观预报经验基本相符,模型准确率高,可用于日常业务。     

Lipschiz-type的高阶非线性多智能体系统分布式优化算法研究

主要研究了具有Lipschiz-type非线性多智能体系统的分布式优化问题.在多智能体网络中,每个个体都拥有一个代价函数,整个多智能体网络的好坏由这些代价函数的和来进行评判.在整个过程中,每个目标仅知道局部的交互信息和其自身代价函数的梯度.为了实现协同优化的目标,提出了一个新的分布式优化算法,运用李雅普诺夫稳定性分析的方法可以证明该算法能够保证所有智能体实现协同优化.最后进行数值仿真,成功地验证了该算法的正确性和可行性.     

基于随机森林模型的珠江三角洲30 m格网人口空间化

人口空间化是实现人口统计数据与其他环境资源空间数据融合分析的有效途径。本文选取夜间灯光数据、道路网数据、水域分布数据、建成区数据、数字高程模型和地形坡度数据作为影响珠江三角洲人口分布的变量因子,利用随机森林模型对珠江三角洲2010年人口数据进行了30 m格网空间化,并将模拟结果与三个公开数据集作精度对比,最后基于随机森林模型的变量因子重要性分析珠江三角洲人口空间分布的影响因素。结果表明：本文模拟整体精度达到82.32%,均优于WorldPop数据集以及中国公里网格人口数据集,接近GPW数据集,而且在人口密度中等区域模拟精度最高;通过对变量因子重要性进行度量,发现夜间灯光强度是珠江三角洲人口分布的最重要指示性指标,到水域的距离、到建成区的距离和路网密度对珠江三角洲人口分布均具有重要作用。利用随机森林模型结合多源信息能够实现高空间分辨率的人口空间化,可为精细化城市管理提供重要数据源,也可为相关政策决策制定提供支持。     

CIMISS中气象观测资料处理入库效率优化方法

气象资料种类多、海量、格式多样复杂,造成综合气象信息共享系统(CIMISS)巨大的处理压力。以高空L波段数据作为个例,进行详细的分析,在数据库表设计上,通过"键-要素"的拆分方式减少数据库冗余,建立合理的索引和分区提高数据表访问效率。在处理流程方面,通过简约化流程减少系统间消息交互和IO,从而优化系统的存储效率。同时简约流程中对比PRO*C和OCI两种入库方式,PRO*C简单高效便于开发,而OCI功能全面但相对复杂,通过比较两种入库方式的效率,系统采用PRO*C方式。高空L波段数据实际运行效果表明,平均28s完成一份数据的处理。对比高空探测数据的处理,简约流程比原流程入库更快。     

新型城镇化背景下中国城乡统筹的理论与实践问题

城乡统筹问题是当代中国社会经济发展的综合性课题,随着新型城镇化的提出,许多省市的城乡关系都面临复杂的困境,而新型城镇化与城乡统筹发展关系实践不仅是解决农业、农村、农民问题的重要途径,还是推动区域协调发展的强劲动力和扩大内需及促进产业升级的重要抓手。新型城镇化与城乡统筹具有内在的共同点,因此在新型城镇化背景下,分析两者在实践过程中共同存在的生态环境、人口流动、产业布局、城市空间利用以及土地制度等存在的问题具有重要的理论和现实意义。提出了 树立资源节约型的城乡统筹理念、确立健康城市化的城乡统筹方向、从区域空间角度认识城乡统筹问题、 着力解决城乡统筹的土地问题等观点,并指出了新型城镇化背景下城乡统筹主要优化方向：优化重点区域发展、优化空间布局形态、优化集群产业结构、优化发展美好环境、优化市场导向机制。