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水土保持学报 2020年第5期34卷 81-85,93页

作者：杨静怡谢云辛艳北京师范大学地理科学学部北京100875 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

基于人工降雨试验,研究不同残茬覆盖度在4°坡对黑土坡面水土保持效益的影响。试验设置3个平行条件,分别为4个雨强(30,60,90,120 mm/h),5个残茬覆盖度(15%,35%,55%,75%以及裸土对照组)以及2种土壤初始含水量(8%和30%,分别对应干、... 详细信息

基于人工降雨试验,研究不同残茬覆盖度在4°坡对黑土坡面水土保持效益的影响。试验设置3个平行条件,分别为4个雨强(30,60,90,120 mm/h),5个残茬覆盖度(15%,35%,55%,75%以及裸土对照组)以及2种土壤初始含水量(8%和30%,分别对应干、湿运行)。结果表明:对黑土坡面进行残茬覆盖处理,能够起到抑制土壤产流产沙的作用,且覆盖度越高,其抑制作用越明显。15%,35%,55%,75%覆盖度下保水效益可以分别可以达到30%,27%,57%,72%;保土效益分别可以达到36%,53%,89%,94%。根据保水保土效益与覆盖度的关系建立了指数函数关系式。与保水效益相比,残茬覆盖处理的保土效益更为明显。残茬覆盖不仅能提高黑土养分,更是保护黑土的有效方式。

关键词：人工降雨黑土残茬覆盖水土保持效益

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基于遥感和作物生长模型的多尺度冬小麦估产研究

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光谱学与光谱分析 2021年第7期41卷 2205-2211页

作者：余新华赵维清朱再春徐保东赵志展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 北京大学深圳研究生院城市规划与设计学院广东深圳518055 华中农业大学资源与环境学院宏观农业研究院湖北武汉430070 南京大学大气科学学院江苏南京210023

粮食安全是社会和谐、政治稳定和经济可持续发展的重要保障。准确预测区域乃至全球的农作物产量能够为各级政府、相关部门制定农业农村政策提供技术支持,保障粮食安全。目前关于农作物估产的研究大多具有地域性、经验性,过分依赖地面实... 详细信息

粮食安全是社会和谐、政治稳定和经济可持续发展的重要保障。准确预测区域乃至全球的农作物产量能够为各级政府、相关部门制定农业农村政策提供技术支持,保障粮食安全。目前关于农作物估产的研究大多具有地域性、经验性,过分依赖地面实测数据,一种基于多光谱卫星遥感数据和作物生长模型估算农作物产量的模型框架SCYM(Scalable Crop Yield Mapper)能够极大地减少模型对实测数据的依赖,快速应用于不同空间尺度、不同种类作物的估产,为多尺度农作物估产研究提供了一条有效的途径。以安徽省2012年—2018年冬小麦为研究对象,通过总结前人研究确定的敏感参数及其在研究区内的波动范围,结合大量实割实测数据优化WOFOST(WOrld FOod STudies)模型参数;将模拟产量、不同时段的模拟叶面积指数(LAI)同遴选出的天气变量训练随机森林模型,并以最佳观测日期组合下的MODIS-LAI代替对应时段的模拟LAI进行产量估算。结果表明:(1)模型产量估算值与站点实测值的总体相关性为0.758(R 2为0.575),RMSE为790.92 kg·ha^(-1)。精度较高的站点主要分布在淮北平原(<1%)而高误差区域集中于皖南丘陵地带(>40%);(2)对2012年—2018年全省范围进行冬小麦估产,根据7年平均估产结果的空间分布,小麦单产由北向南逐渐减少,高值区出现在皖北的淮北平原,低值区主要分布于皖中、皖南地区;(3)2012年—2018年实测单产平均值为6058.00 kg·ha^(-1),SCYM估算单产平均值为5984.95 kg·ha^(-1),且估算产量与实测产量的年际时间序列的相关性为0.822,RMSE为189.96 kg·ha^(-1),每年估产的相对误差均不超过6%。研究表明SCYM估产框架对安徽省冬小麦产量估算具有一定的可行性,在产量预报方面效果良好。该方法能够在一定程度上改善以往估产模型存在的地域性、经验性问题,在区域尺度的应用方面具有极大的潜力,未来可为农业估产提供极其重要的理论依据和实用价值。

关键词：遥感农作物估产 WOFOST模型冬小麦安徽省

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切沟侵蚀研究进展与展望

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水土保持学报 2020年第5期34卷 1-13页

作者：张光辉地表过程与资源生态国家重点实验室北京师范大学北京100875 北京师范大学地理科学学部北京100875

切沟是重要的侵蚀类型,是小流域侵蚀泥沙的主要来源,对其发生发展的动力过程、形态特征、监测方法及预报模型进行系统分析和总结,是揭示切沟侵蚀发生动力学机制、治理切沟侵蚀、保护土地资源的前提和基础。通过系统分析、总结切沟及切... 详细信息

切沟是重要的侵蚀类型,是小流域侵蚀泥沙的主要来源,对其发生发展的动力过程、形态特征、监测方法及预报模型进行系统分析和总结,是揭示切沟侵蚀发生动力学机制、治理切沟侵蚀、保护土地资源的前提和基础。通过系统分析、总结切沟及切沟侵蚀概念、切沟形态特征与测量方法、影响因素、发育动力过程和预报模型等相关研究进展,明晰了切沟概念,对比了不同测定方法的优劣,量化了影响切沟发育的关键因素,明确了切沟发育各子过程的动力机制,比较了典型切沟侵蚀模型的结构与主控因素,提出了切沟侵蚀亟待加强的研究内容。为理解切沟侵蚀形成、发育动力过程、提高切沟侵蚀治理的有效性提供理论依据。

关键词：土壤侵蚀切沟测定方法动力机制预报模型

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1980—2017年祁连山水源涵养量时空变化特征

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冰川冻土 2022年第1期44卷 1-13页

作者：薛健李宗省冯起缪驰远邓晓红狄振华叶爱中龚伟张百娟桂娟高文德中国科学院西北生态环境资源研究院高寒山区同位素生态水文与环境保护观测研究站/甘肃省祁连山生态环境研究中心/内陆河流域生态水文重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049 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 兰州大学县域经济发展研究院甘肃兰州730000 兰州理工大学能源与动力工程学院甘肃兰州730050

祁连山是中国西北地区十分重要的生态安全屏障,也是当地极为关键的水源涵养区。基于InVEST模型中的产水量模块,对祁连山水源涵养量和时空变化进行了分析并探讨其影响因素。结果表明:祁连山多年平均产水总量和水源涵养总量约为93.03×... 详细信息

祁连山是中国西北地区十分重要的生态安全屏障,也是当地极为关键的水源涵养区。基于InVEST模型中的产水量模块,对祁连山水源涵养量和时空变化进行了分析并探讨其影响因素。结果表明:祁连山多年平均产水总量和水源涵养总量约为93.03×10^(8)m^(3)和57.83×10^(8)m^(3)。从时间变化来看,水源涵养量呈上升趋势,上升速率约为0.196 mm·a^(-1);在空间上呈“东多西少”的分布格局,与年降水量的空间分布大致相同。不同土地利用类型下的水源涵养总量依次为:草地(31.87×10^(8)m^(3))>林地(16.71×10^(8)m^(3))>耕地(4.92×10^(8)m^(3))>其他用地(2.29×10^(8)m^(3))>建设用地(0.63×10^(8)m^(3))。降水量与水源涵养量在所有研究时段内均存在显著正相关性。不同时期土地利用类型的变化也会对水源涵养量产生重要影响,研究区草地面积变化对水源涵养量影响较大。根据建立的经验公式并参考已有研究成果,估算得出研究区多年冻土地下冰储量在550 km^(3)以上,在全球气候变暖的背景下,消融趋势明显。研究可为祁连山水资源合理配置和生态系统保护提供参考。

关键词：祁连山水源涵养 InVEST模型生态系统

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基于CADDIES-2D模型的北京城区暴雨洪涝模拟及验证分析

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水电能源科学 2021年第11期39卷 107-110,92页

作者：刘伊萌杨赛霓王运涛刘晓燕张馨文朱羽遥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 北京师范大学国家安全与应急管理学院北京100875 北京师范大学水科学研究院北京100875

针对极端降水引发的洪涝灾害严重阻碍城市发展的问题,利用CADDIES-2D洪水模型,基于不同年份或不同空间分辨率的输入数据,模拟了北京五环内城区在2012年"7·21"特大暴雨降雨后的内涝情况,并将其结果与FloudArea模型和BUW... 详细信息

针对极端降水引发的洪涝灾害严重阻碍城市发展的问题,利用CADDIES-2D洪水模型,基于不同年份或不同空间分辨率的输入数据,模拟了北京五环内城区在2012年"7·21"特大暴雨降雨后的内涝情况,并将其结果与FloudArea模型和BUW模型结果进行比较。结果表明,分别基于2010、2017年的10m分辨率土地利用数据进行模拟,平均误差均为0.10m,模拟精度高且鲁棒性强;基于10、20、30m分辨率输入数据的模型模拟平均误差分别为0.10、0.16、0.18m,随着数据粒度变粗尽管模型存在一定精度损失,但结果仍较为可靠,且运行时间大幅降低;CADDIES-2D模型模拟精度优于FloodArea模型、稍逊于BUW模型,但相比于BUW模型,CADDIES-2D模型对地下管网资料要求低且在不同地区的迁移性较强,在缺乏精细建模资料时依然可提供较为准确的二维洪水模拟结果。可见CADDIES-2D模型鲁棒性强、运行效率高且对建模资料要求低,研究成果可为城市雨洪模拟与预警提供参考。

关键词：城市雨洪模拟 CADDIES-2D 北京城区元胞自动机

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Veejet80150喷头特性及其在降雨机中的应用

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水土保持研究 2021年第2期28卷 130-134页

作者：常琪琪刘宝元刘瑛娜路炳军符素华北京师范大学地理科学学部地理学院北京100875 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 北京易科立德生态环境科技有限责任公司北京100141

由于人工模拟降雨可以解决天然降雨耗时长、成本高以及难以取得精准控制数据等问题,越来越多的学者使用该方法进行科学研究。通过降雨量测量和计算分析方法,测定了Veejet80150喷头降雨特征参数,评价了改进后槽式下喷模拟降雨机的降雨均... 详细信息

由于人工模拟降雨可以解决天然降雨耗时长、成本高以及难以取得精准控制数据等问题,越来越多的学者使用该方法进行科学研究。通过降雨量测量和计算分析方法,测定了Veejet80150喷头降雨特征参数,评价了改进后槽式下喷模拟降雨机的降雨均匀性。结果表明:Veejet80150喷头降雨面积为矩形,且随喷头高度增加而增加,中心点降雨强度随高度增加而减小,并从中心点向外呈规律性减小,便于多喷头组合,获得空间均匀降雨。多喷头组合降雨时,2.5 m高度下的降雨均匀系数在0.88~0.90范围内;4 m高度下的降雨均匀系数在0.94~0.95范围内,该降雨机均匀性好,喷头高度大于2.5 m时可满足试验要求。

关键词：人工模拟降雨降雨强度降雨均匀性模拟降雨喷头喷头高度

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对土壤侵蚀研究的几点思考

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水土保持学报 2020年第4期34卷 21-30页

作者：张光辉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

土壤侵蚀是现代地理环境条件下改变地貌景观的主要过程,也是引起土壤质量退化、沙漠化与石漠化的核心因素,与土壤、生态、水文等多个地表过程密切相关。虽然土壤侵蚀研究需要气候、地质、地貌、土壤、水文、生态等相关学科的基本知识,... 详细信息

土壤侵蚀是现代地理环境条件下改变地貌景观的主要过程,也是引起土壤质量退化、沙漠化与石漠化的核心因素,与土壤、生态、水文等多个地表过程密切相关。虽然土壤侵蚀研究需要气候、地质、地貌、土壤、水文、生态等相关学科的基本知识,分析土壤侵蚀发生、发展过程的动力机制,但需要明确界定土壤侵蚀研究的时空尺度。土壤侵蚀与水土保持之间相互联系、相互促进。土壤侵蚀研究的时间尺度以次降雨、月、年为主,研究主题为次降雨侵蚀过程、土壤侵蚀季节变化与年际变化,时间尺度不宜超过100年。土壤侵蚀研究的空间尺度以小流域为主,基于土壤侵蚀垂直分带性,可以进一步分为样点、坡面、沟坡与小流域。在不同空间尺度上,研究内容与研究方法差异明显。土壤侵蚀过程包括土壤分离、泥沙输移和泥沙沉积,各个过程的主控因素存在差异,研究成果积累差异明显,研究重点会随着时空尺度的变化而有所不同。在土壤侵蚀过程研究中,应充分理解分离控制和输移控制及其时空转换阈值。虽然土壤侵蚀研究已经取得了大量成果,但在细沟网络结构及其时空变化、泥沙沉积过程、沟蚀形成与演变动力机制、重力侵蚀发育过程动力学机理、小流域土壤侵蚀过程模型等诸多方面,亟待加强研究。

关键词：土壤侵蚀水土保持时空尺度侵蚀过程研究领域

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基于Sentinel-2数据的天山山地针叶林识别方法研究

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遥感技术与应用 2021年第4期36卷 847-856页

作者：蒋嘉锐朱文泉乔琨江源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遥感科学与工程研究院北京市陆表遥感数据产品工程技术研究中心北京100875

阴影是影响山地针叶林遥感识别精度的关键因素。选取天山一块面积约为10000 km2的区域为案例,基于太阳高度角和方位角差异较大的两期Sentinel-2影像,从遥感数据阴影分布的时相特性、分类特征以及分类器选择三方面进行综合分析,提出了一... 详细信息

阴影是影响山地针叶林遥感识别精度的关键因素。选取天山一块面积约为10000 km2的区域为案例,基于太阳高度角和方位角差异较大的两期Sentinel-2影像,从遥感数据阴影分布的时相特性、分类特征以及分类器选择三方面进行综合分析,提出了一种适用于天山山地针叶林的遥感综合分类方案。该综合分类方案首先开展阴影识别以及阴影再分类以排除阴影对针叶林识别的影响;然后筛选出了海拔、归一化差值植被指数(NDVI)、红光到近红外波段斜率、蓝光波段、红光波段、短波红外波段和坡度作为区分天山山地针叶林的重要特征;最后比较支持向量机(Support Vector Machine,SVM)、随机森林(Random Forest,RF)和BP神经网络(Back Propagation Neural Network,BPNN)3种分类器的分类效果。结果表明:采用地形校正方法来消除山体阴影的效果不但不明显,反而还会造成过矫正现象,从而影响后续的针叶林识别,但利用太阳高度角和方位角差异较大的两期影像开展阴影识别以及阴影再分类来排除阴影对针叶林识别的影响,可使针叶林的总体精度提高1.3%~3.7%;SVM、RF和BPNN 3种分类器都能取得较好的山地针叶林识别精度,但SVM分类器的分类精度最高,其总体分类精度和Kappa系数分别是93.33%和0.87。该遥感综合分类方案经参数调整之后有望应用于北方干旱半干旱区的其他山地针叶林区域。

关键词：天山山地针叶林阴影特征选择多光谱遥感

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中国旱灾风险定量评估

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生态学报 2021年第3期41卷 1021-1031页

作者：赵佳琪张强朱秀迪申泽西余慧倩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减灾与应急管理研究院北京100875 长江流域水资源保护局长江水资源保护科学研究院武汉430051 中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室北京100085 中国科学院大学北京100049

全球变暖及经济社会快速发展导致区域及全球性灾害风险增大,中国更是几乎每年都会遭受旱灾,因此,开展旱灾风险评估及影响因素研究对于区域经济社会可持续发展和灾害风险管理具有重要意义。以前的旱灾风险评估在评估方法以及评估指标选... 详细信息

全球变暖及经济社会快速发展导致区域及全球性灾害风险增大,中国更是几乎每年都会遭受旱灾,因此,开展旱灾风险评估及影响因素研究对于区域经济社会可持续发展和灾害风险管理具有重要意义。以前的旱灾风险评估在评估方法以及评估指标选取方面都具有很强的主观性,导致风险评估结果具有强烈的不确定性,这在划定我国的高旱灾风险区域时可能会造成问题。基于旱灾风险的定义,合理假设"历史上旱灾损失高的地区遭受高旱灾损失的概率越大",引入历史旱灾损失资料对旱灾风险进行校正,构建了新的旱灾风险评估模型,揭示了中国旱灾风险的区域分异规律,并量化了各个影响因子的贡献水平。分析结果表明,我国存在5个显著的旱灾高风险区:东北地区、华北地区、西北地区东部、西南地区东部以及西北地区西部的小部分区域。影响因子分析进一步表明,高暴露度和高脆弱性是导致地区出现高旱灾风险的主要原因。

关键词：旱灾风险评估危险性暴露度脆弱性

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黄河流域景观破碎化对土壤保持服务影响研究

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地理科学 2022年第4期42卷 589-601页

作者：陈万旭梁加乐卞娇娇曾杰潘思佩中国地质大学(武汉)地理与信息工程学院湖北武汉430074 中国地质大学(武汉)空间规划与人地系统模拟研究中心湖北武汉430074 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 中国地质大学(武汉)公共管理学院湖北武汉430074

基于2000年、2005年、2010年和2015年土地利用现状遥感监测数据,分别采用景观格局指数和当量因子法测度了黄河流域多尺度景观破碎化和土壤保持服务的时空特征,并且综合运用热点分析工具、普通最小二乘法和空间回归分析模型,探索了2000—... 详细信息

基于2000年、2005年、2010年和2015年土地利用现状遥感监测数据,分别采用景观格局指数和当量因子法测度了黄河流域多尺度景观破碎化和土壤保持服务的时空特征,并且综合运用热点分析工具、普通最小二乘法和空间回归分析模型,探索了2000—2015年黄河流域多尺度土壤保持服务时空演变特征及景观破碎化对土壤保持服务的影响机制。结果如下:(1)黄河流域土壤保持服务低值区主要集中分布在黄河流域上游青海-甘肃-宁夏-陕西-内蒙古沿线地区以及流域下游河南和山东,另外省会城市以及周边地区同样是土壤保持服务低值区,土壤保持服务具有显著的尺度依赖性;(2)研究期间黄河流域土壤保持服务变化的热点区域主要分布在流域上游黄土高原地区,冷点区域主要分布在黄土高原的周边地区,不同尺度下土壤保持服务变化冷热点差异显著;(3)回归结果显示,经济社会因子与土壤保持服务具有显著的负相关;自然本底因子中海拔和林地面积比重与土壤保持服务具有显著的正相关;景观破碎化指数对土壤保持服务的影响差异性显著。未来黄河流域不同分区土壤保持和土地利用政策的制定不仅需要考虑自然本底和经济社会驱动因子,还应考虑多尺度景观格局破碎化以及空间溢出效应,跨区域协同治理对于黄河流域土地利用政策制定和生态系统保护具有重要现实意义。

关键词：景观破碎化土壤保持服务黄河流域跨区域协同治理

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