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土壤学报 2024年

作者：王志强李秧秧张晓萍北京师范大学地理科学学部北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室西北农林科技大学水土保持科学与工程学院

土壤侵蚀是导致东北黑土区土壤退化和作物生产力降低的主要因素，但关于土壤侵蚀对黑土土壤质量和作物生产力影响的定量评价相对较少。基于2005年在黑龙江省嫩江市鹤山农场建立的土壤侵蚀—生产力关系田间小区试验，在试验布设后的第18... 详细信息

土壤侵蚀是导致东北黑土区土壤退化和作物生产力降低的主要因素，但关于土壤侵蚀对黑土土壤质量和作物生产力影响的定量评价相对较少。基于2005年在黑龙江省嫩江市鹤山农场建立的土壤侵蚀—生产力关系田间小区试验，在试验布设后的第18年（2022年），系统研究了模拟侵蚀和施肥对土壤理化生性质、土壤质量和玉米产量的影响。试验为不同侵蚀程度（设0、10、20、30、40、50、60和70 cm 8个侵蚀深度）和施肥（不施肥和施肥2个水平）的二因素完全随机区组设计。测定项目包括土壤耕层（0～20 cm）的主要理化性质（包括容重、黏粒含量、含水量、pH、有机碳、碱解氮、速效磷、速效钾）、生物学性质（包括微生物生物量碳、微生物生物量氮及过氧化氢酶、脲酶、β-葡萄糖苷酶和纤维素酶活性）和玉米产量。结果表明：1）随模拟侵蚀深度增加，土壤黏粒、有机碳、碱解氮、速效磷、微生物生物量碳含量和纤维素酶活性显著下降，土壤容重和速效钾含量显著增加；施肥导致土壤容重、pH、速效钾含量和过氧化氢酶活性显著下降，黏粒、有机碳、碱解氮、速效磷含量及脲酶、b-葡萄糖苷酶、纤维素酶活性显著增加。施肥削弱了土壤脲酶活性、容重与其他理化性质间的相关关系。2）模拟侵蚀导致土壤质量和玉米产量显著降低，且主要发生在侵蚀深度为40 cm前。侵蚀深度40 cm时土壤质量指数分别下降28.1%（不施肥处理）和26.7%（施肥处理），玉米产量分别下降了45.8%（不施肥处理）和11.7%（施肥处理）。施肥使土壤质量指数和产量分别增加7.0%和3倍。3）影响侵蚀条件下土壤质量的主要因素在不施肥处理下为纤维素酶活性、微生物生物量碳和碱解氮含量，施肥处理则为纤维素酶活性、微生物生物量碳和速效磷含量。影响侵蚀条件下玉米产量的主要因素不施肥处理为碱解氮含量，施肥处理则为速效磷含量。上述结果初步阐明了土壤侵蚀影响黑土土壤质量和生产力的程度及主要因素，对于退化黑土土壤修复有一定指导价值。

关键词：侵蚀深度施肥黑土土壤质量玉米产量

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21世纪10年代初中国东部夏季小雨频次地形效应的趋势转折

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科学通报 2022年第2期67卷 184-192页

作者：董雪晨龚道溢王子晴北京师范大学地理科学学部/灾害风险科学研究院北京100875 北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室北京100875

利用中国东部地区1979~2019年9个山地站及相邻的27个平原站逐日降水资料,分析了夏季不同等级降水地形效应的变化特征,并探讨了相关气象因子的可能影响.统计显示,近40年来小雨频次地形效应于21世纪10年代初发生了显著的趋势转折,1979~201... 详细信息

利用中国东部地区1979~2019年9个山地站及相邻的27个平原站逐日降水资料,分析了夏季不同等级降水地形效应的变化特征,并探讨了相关气象因子的可能影响.统计显示,近40年来小雨频次地形效应于21世纪10年代初发生了显著的趋势转折,1979~2010年时段呈显著下降趋势(-2.24%/10a,P<0.1),之后则为显著上升趋势(34.02%/10a,P<0.05).对山地站和平原站的比较显示,小雨频次地形效应趋势的转折主要是由山地站的变化引起.进一步分析相对湿度、气温、气柱水汽量、近地面风速等气象因子的相关变化,结果显示近地面风速与小雨频次的地形效应有显著的正相关,去趋势后二者相关达0.51(P<0.01),尤其在仅考虑山地站存在降水同时相邻平原站无降水的情况下,山地站小雨频次与风速的相关达0.60(P<0.01);而其他3个因子与地形效应的变化缺乏显著相关.观测显示,21世纪10年代初中国东部近地面风速的趋势发生了显著变化,由之前的减弱(-0.10 m/(s 10a),P<0.01)变为显著增强(0.19 m/(s 10a),P<0.05).这说明,近地面风速很可能是小雨频次地形效应趋势转折的主要原因.

关键词：地形效应小雨频次影响因子近地面风速趋势转折

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改进U-Net模型的城市水体精细提取——以洞庭湖为例

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遥感信息 2024年第3期39卷 82-89页

作者：贺相綦徐红涛何斌郝坤钰吴嘉琪北京师范大学地理科学学部地表过程与资源生态国家重点实验室北京100875 南京佳格耕耘科技有限公司南京210000

针对在大范围、高分辨率遥感影像中传统水体提取方法效率低、微小水体提取效果差的问题,提出一种改进U-Net模型的遥感影像水体精细提取方法。实验以航空高分辨率可见光影像为数据源。分析结果表明,改进的U-Net模型在各项评价指标上均高... 详细信息

针对在大范围、高分辨率遥感影像中传统水体提取方法效率低、微小水体提取效果差的问题,提出一种改进U-Net模型的遥感影像水体精细提取方法。实验以航空高分辨率可见光影像为数据源。分析结果表明,改进的U-Net模型在各项评价指标上均高于经典U-Net模型、基于光谱特征法与基于分类器法,并且改进的网络水体提取结果更加完整,对小目标水体能够准确提取。该研究提高了水体提取语义分割算法的性能,使遥感水体提取工作更加自动化和智能化,不仅验证了基于航空亚米级光学影像在城市水体提取方面的可行性,也为今后相关的研究提供了新的探索思路。

关键词：水体提取 U-Net 高分遥感影像深度学习洞庭湖

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长江流域降雨侵蚀力时空变化及成因分析

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农业工程学报 2022年第3期38卷 84-92页

作者：高歌殷水清陈涛黄大鹏王文婷中国气象局气候研究开放实验室国家气候中心北京100081 南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京210044 地表过程与资源生态国家重点实验室北京师范大学地理科学学部北京100875 西藏自治区气候中心拉萨850000 地表过程与资源生态国家重点实验室珠海基地北京师范大学珠海校区珠海519087

基于1961-2017年均一化逐日降水资料,采用线性回归及Mann-kendall显著性检验、Spearman秩偏相关、广义极值分布等方法对长江流域年降雨侵蚀力及侵蚀性的降雨特征时空分布特点、变化趋势和成因、10年一遇次降雨侵蚀力极端变化进行分析,... 详细信息

基于1961-2017年均一化逐日降水资料,采用线性回归及Mann-kendall显著性检验、Spearman秩偏相关、广义极值分布等方法对长江流域年降雨侵蚀力及侵蚀性的降雨特征时空分布特点、变化趋势和成因、10年一遇次降雨侵蚀力极端变化进行分析,并从总体趋势和极端变化角度综合探讨导致土壤水蚀加剧的气候危险性格局,为长江流域生态环境保护、可持续发展及制定针对性精细化水土保护措施和流域治理提供参考。结果表明:1)1961-2017年,长江流域年降雨侵蚀力和年侵蚀性的降雨量、降雨日数、雨强变化速率增加,雨强增加趋势明显;2)流域和大部分分区年降雨侵蚀力增加主要受年侵蚀性降雨量和雨强增加变化的影响,多数分区因雨强的显著增加起主导作用;3)71.6%的站点年降雨侵蚀力变化速率增加,10年一遇次降雨侵蚀力1961-2017年相对1961-1990年时段增加的站点比例为61.2%;4)1961-2017年年降雨侵蚀力增加趋势和/或10年一遇次降雨侵蚀力后一时段增加,均可能造成土壤水蚀加剧的危险,长江流域水蚀气候危险性增加的站点范围广,比例多达81.5%,对水土流失预防和治理十分不利。

关键词：侵蚀降雨变化趋势成因分析重现期气候危险性

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中国岛礁区热带气旋不同空间分辨率风场模拟比较研究

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热带地理 2024年第6期44卷 1001-1015页

作者：胡晓方伟华北京师范大学环境演变与自然灾害教育部重点实验室北京100875 北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室北京100875 北京师范大学地理科学学部灾害风险科学研究院北京100875 应急管理部-教育部减灾与应急管理研究院北京100875

中国岛礁数量众多,地形复杂,受热带气旋灾害影响大。高空间分辨率热带气旋风场模拟有助于表达风速空间异质性,对面积相对较小的岛礁地区开展高分辨率模拟具有重要意义。文章利用热带气旋路径、岛礁分布、土地覆盖以及数字高程数据,按照1... 详细信息

中国岛礁数量众多,地形复杂,受热带气旋灾害影响大。高空间分辨率热带气旋风场模拟有助于表达风速空间异质性,对面积相对较小的岛礁地区开展高分辨率模拟具有重要意义。文章利用热带气旋路径、岛礁分布、土地覆盖以及数字高程数据,按照1000、90和30 m分辨率风场模型模拟了中国岛礁区历史热带气旋风速,分地形类型对比分析了各分辨率下岛礁模拟风速大小的差异性,并比较了不同空间分辨率热带气旋100 a一遇风速的差异。结果表明:1)30 m空间分辨率风速模拟准确率更高,模拟风速与8个站点实测风速的均方根误差为4.28 m/s,比90和1000 m模拟结果误差分别降低了0.08和1.04 m/s;2)不同空间分辨率模拟风速误差与地形类型相关,浙江省舟山市朱家尖岛90和1000 m模拟风速与30 m模拟风速的对比表明,平均风速模拟差异比例在山峰地形下分别为6.57%和7.61%,山谷地形下分别为21.28%和17.35%,峭壁地形下分别为22.85%和23.37%,且30 m模拟风速对于迎风坡与背风坡地形转换更敏感;3)对于100 a一遇热带气旋风速,30 m模拟风速会出现最大的风速值且空间差异更大。以浙江省舟山市朱家尖岛为例,1000、90、30 m分辨率下的模拟风速最大值分别为71.13、73.18和79.97 m/s,标准差分别为3.88、3.72和7.18 m/s。

关键词：热带气旋风场空间分辨率复杂地形岛礁区中国

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基于机器学习算法的热带气旋灾害县级直接经济损失等级评估:以福建省为例

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热带地理 2024年第6期44卷 1064-1078页

作者：邵婧妍方伟华北京师范大学环境演变与自然灾害教育部重点实验室北京100875 北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室北京100875 北京师范大学地理科学学部灾害风险科学研究院北京100875 应急管理部-教育部减灾与应急管理研究院北京100875

为了探索机器学习模型在热带气旋灾害损失评估中的作用,基于2009—2020年福建省县级热带气旋灾害损失数据,分别采用LightGBM(Light Gradient Boosting Machine,LightGBM)、随机森林(Random Forest,RF)、极限梯度提升(eXtreme Gradient Boosting,XGBoost)、支持向量机(Support Vector Machine,SVM)、BP神经网络(Back-Propagation Neural Network,BP)等5种算法,优化了直接经济损失等级评估模型参数,并用不同的热带气旋事件进行验证。结果表明:基于LightGBM算法性能最佳,其准确率、精确率、召回率和F1分数(精确率和召回率的调和平均值)均在79%以上,具有较好的泛化能力;最大小时降雨量、3 s极值风速是最重要的2个致灾指标,固定资本存量是比GDP更重要的指标;通过4种登陆点/路径和2种风雨强度的热带气旋事件的对比,发现评估结果与实际结果较为一致,模型具有较好的适用性。

关键词：热带气旋直接经济损失损失评估机器学习评估指标福建省

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中国农产品贸易结构演化及对粮食安全的影响

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地理学报 2022年第10期77卷 2599-2615页

作者：王念程昌秀林耿中山大学地理科学与规划学院广州510275 北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室北京100875 北京师范大学地理科学学部北京100875 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 珠海519082

利用可比净出口指数、贸易集中度指数、Hilbert曲线、时空多元模式可视化、岭回归等方法,对1992—2020年中国农产品贸易结构演化进行分析,并解释其与粮食安全的关系。结论认为:①1992—2020年中国农产品贸易总体格局发生了转变,表现为... 详细信息

利用可比净出口指数、贸易集中度指数、Hilbert曲线、时空多元模式可视化、岭回归等方法,对1992—2020年中国农产品贸易结构演化进行分析,并解释其与粮食安全的关系。结论认为:①1992—2020年中国农产品贸易总体格局发生了转变,表现为对国际进口的依赖显著增强,猪肉、牛肉、玉米、高粱、油菜籽等众多农产品由出口转变为进口状态。快速增长的进口直接增加了国内食物的供应,提升了粮食安全水平。②农产品进口呈现产品结构和空间结构双集中的叠加效应,这种效应使得重点农产品进口极易受美国、澳大利亚等少数国家贸易政策变化的不利影响;在出口方面,农产品集中度较小,随着与“一带一路”等地区国家贸易的发展,地理集中度也显著降低。较低的集中度有利于稳定出口的经济效益,保障出口部门农业生产的稳定性。③中国农业生产出现部分进口产品生产规模压缩的趋势,加上高度集中的进口结构,将使得国内农业生产与粮食安全保障在面对外部冲击时更加脆弱。建议在坚持贸易开放的同时,优化农产品的生产和贸易结构,引导形成合理的农业种植格局。

关键词：农产品贸易结构进口出口粮食安全中国

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时空Moran散点图及其在中国干旱时空聚集区识别中的应用

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地球信息科学学报 2022年第7期24卷 1301-1311页

作者：王峥程昌秀李畅北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室北京100875 北京师范大学环境演变与自然灾害教育部重点实验室北京100875 北京师范大学地理科学学部北京100875 威斯康星大学麦迪逊分校地理系麦迪逊53706-1404

干旱灾害给整个自然灾害体系带来的经济损失最为严重,也是目前检测难度较高的自然灾害之一。SaTScan在灾害时空聚集区的识别中已有应用,但其存在参数设定困难、识别区域不够精确等问题。本文对Moran散点图和局部空间关联指标(Local Indi... 详细信息

干旱灾害给整个自然灾害体系带来的经济损失最为严重,也是目前检测难度较高的自然灾害之一。SaTScan在灾害时空聚集区的识别中已有应用,但其存在参数设定困难、识别区域不够精确等问题。本文对Moran散点图和局部空间关联指标(Local Indicators of Spatial Association, LISA)进行时空扩展,提出了一种时空Moran散点图的方法,根据研究者对关注现象阈值及置信程度的要求,筛选出符合条件的点,并将其绘制在对应的时空坐标系上,从而得到时空聚集区。以2009—2014年中国干旱时空聚集区识别为例,结果表明:(1)时空Moran散点图识别到的干旱时空聚集区与实际基本相符,验证了方法的有效性;同时,与时空扫描法相比,该方法具有识别结果边界清晰、精确,参数设置容易等优点;(2) 2009年和2011年呈现大范围、较强的干旱时空聚集区,2010年和2014年出现局部、较强的干旱时空聚集,而2012年和2013年的干旱时空聚集情况较轻。综合来看,2009—2014年干旱时空聚集区主要出现在云贵川、东北、黄淮地区和长江中下游等地区。

关键词：时空聚集区时空扩展 Moran散点图 LISA SaTScan 干旱干旱识别 NSPEI

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柴达木盆地典型风蚀区土壤质量评价

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中国沙漠 2023年第3期43卷 199-209页

作者：黄梦真鲁瑞洁赵瑾马罗北京师范大学防沙治沙教育部工程研究中心/地表过程与资源生态国家重点实验室北京100875

开展土壤质量评价是有效保护土壤的关键环节,对保障生态系统稳定和区域生态安全及可持续发展至关重要。柴达木盆地是青藏高原土壤风蚀最严重的地区,风蚀导致的土壤系统的变化深刻影响着青藏高原生态安全屏障和水源涵养功能。本研究基于... 详细信息

开展土壤质量评价是有效保护土壤的关键环节,对保障生态系统稳定和区域生态安全及可持续发展至关重要。柴达木盆地是青藏高原土壤风蚀最严重的地区,风蚀导致的土壤系统的变化深刻影响着青藏高原生态安全屏障和水源涵养功能。本研究基于对柴达木盆地典型风蚀区表层土壤的理化性质分析,利用主成分分析法建立最小数据集,构建土壤质量综合指数并进行土壤质量评价。结果表明:(1)柴达木盆地土壤有机质、全氮、全磷、有效磷、容重、碳酸钙含量仅达到全国第二次土壤普查六级土壤肥力分级标准下的四级到六级水平指标评分空间分布上,有机质、全氮、有效磷、全磷、砂粒含量东高西低,速效钾、砾石含量则西高东低。(2)柴达木盆地土壤质量评价最小数据集(MDS)包括容重、有机质、全磷、速效钾、砂粒含量5个指标,基于最小数据集构建的土壤质量综合指数(MDS-SQI)具有较好的代表性和适用性。(3)盆地整体土壤质量较差,且呈现出东部土壤质量优于西部的分布规律。将研究区的土壤质量由高到低划分为Ⅰ~Ⅴ级,Ⅰ~Ⅱ级土壤样点主要分布在东部地区,且所占面积较小,中部和西部地区主要分布Ⅲ~Ⅴ级样点。(4)MDS-SQI和风蚀强度显著负相关,柴达木盆地土壤风蚀的防治是遏制土壤质量继续恶化的重要措施。

关键词：土壤质量评价最小数据集主成分分析法柴达木盆地

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垂直与倾斜相机观测对遥感物候参数验证影响的对比研究

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遥感学报 2024年第10期28卷 2565-2581页

作者：许丽娜屈永华孙晨曦万华伟阿斯娅·曼力克刘绍民北京师范大学遥感科学国家重点实验室北京100875 北京师范大学北京市陆表遥感数据产品工程技术研究中心地理科学学部遥感科学与工程研究院北京100875 生态环境部卫星环境应用中心北京100094 新疆畜牧科学院草业研究所新疆畜牧科学院天山北坡草地生态环境野外定位观测研究站乌鲁木齐830057 北京师范大学地理科学学部地表过程与资源生态国家重点实验室北京100875

基于卫星遥感的大尺度植被物候监测对于农业生产管理、气候变化响应等领域具有重要意义。卫星遥感提取的物候参数真实性检验常以近地面数字相机观测为数据源。以往验证研究大多关注观测尺度的差异造成的影响,忽略了地面相机与卫星观测... 详细信息

基于卫星遥感的大尺度植被物候监测对于农业生产管理、气候变化响应等领域具有重要意义。卫星遥感提取的物候参数真实性检验常以近地面数字相机观测为数据源。以往验证研究大多关注观测尺度的差异造成的影响,忽略了地面相机与卫星观测天顶角的不一致性。本文将获取的垂直(PhotoNet)与倾斜(PhenoCam)物候相机在相近纬度、同种植被类型的观测站点数据,分别与Sentinel-2卫星提取的物候参数进行对比,系统性地评估2种地面相机观测角度对卫星物候期验证结果的影响。结果表明:相机的观测角度是卫星遥感物候验证研究中的不确定性原因之一;在多数情况下,卫星遥感与垂直观测相机提取的物候期表现出更好一致性,平均相差9 d,而与倾斜观测相机平均相差可达19 d,偏差天数受植被类型和生长阶段的影响;在玉米凋落期至休眠期,垂直观测偏差反而高于倾斜观测;植被冠层方向反射特性和相机视场范围内目标组分差异是引起这种现象的主要原因。本研究证实了地面相机观测角度是卫星物候真实性检验中不可忽视的影响因素,相机野外布设时应充分考虑角度效应带来的验证误差,从而为卫星遥感物候监测提供更可靠的验证数据。

关键词：遥感数字相机观测角度卫星物候近地物候植被绿度

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