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地理学报 2020年第5期75卷 891-903页

作者：刘焱序傅伯杰王帅赵文武李琰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 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

人地系统的概念表现了人与地在特定的地域中相互联系、相互作用而形成的一种动态结构,面向人地系统动态运行过程的复杂性,亟待构建更有力的指标体系表征地球系统和人类系统相互影响与反馈的过程。空间恢复力可以被理解为以保障人地系统... 详细信息

人地系统的概念表现了人与地在特定的地域中相互联系、相互作用而形成的一种动态结构,面向人地系统动态运行过程的复杂性,亟待构建更有力的指标体系表征地球系统和人类系统相互影响与反馈的过程。空间恢复力可以被理解为以保障人地系统结构稳定为目标的地域空间整体对自然和社会扰动的吸收、复原或转化能力,为人地系统研究中针对性理论模式和可定量化指标体系的塑造提供新途径。本文以从自然维度出发的政策与生态系统空间恢复力、从社会维度出发的环境变化与社区生产生活空间恢复力、从综合描述方式出发的空间恢复力综合指标体系三个角度梳理空间恢复力研究现状,并从结构、功能、阈值三个方面研讨不同地域功能类型下的空间恢复力指标体系,提出认知保障系统可持续性的空间状态、明晰人地系统动态过程的空间阈值、满足生态保护与社会进步国家需求三项内容可以作为人地系统动态研究的重要方向。

关键词：人地系统动态景观生态学可持续性阈值国家需求

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地理学:从知识、科学到决策

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地理学报 2017年第11期72卷 1923-1932页

作者：傅伯杰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 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

地理学是研究地理要素或者地理综合体空间分布规律、时间演变过程和区域特征的一门学科,是自然科学与人文科学的交叉,具有综合性、交叉性和区域性的特点。随着地理信息技术发展与研究方法变革,新时期的地理学正在向地理科学进行华丽转身... 详细信息

地理学是研究地理要素或者地理综合体空间分布规律、时间演变过程和区域特征的一门学科,是自然科学与人文科学的交叉,具有综合性、交叉性和区域性的特点。随着地理信息技术发展与研究方法变革,新时期的地理学正在向地理科学进行华丽转身,研究主题更加强调陆地表层系统的综合研究,研究范式经历着从地理学知识描述、格局与过程耦合,向复杂人地系统的模拟和预测转变。在服务国内重大需求和国际全球战略过程中,地理学正在扮演愈发重要的角色,在新型城镇化、生态环境保护、水土资源管理、地缘政治等领域拥有广阔发展前景。中国地理学正面临前所未有的机遇,需要紧紧围绕国家重大需求,创新发展综合性的理论、方法和技术,逐步形成具有鲜明中国特色、深远国际影响的地理科学体系,为中国和全球的可持续发展服务。

关键词：地理学可持续发展综合性范式人地系统

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东北黑土区北部典型小流域融雪径流及发生条件分析

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中国水土保持科学 2019年第4期17卷 34-40页

作者：杨鑫刘刚谢云高晓飞王翔鹰王大安邢婉君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

为了研究黑土区小流域尺度融雪径流及发生条件,利用2005—2015年黑龙江省鹤山农场鹤北小流域把口站春季融雪径流资料和气象站日气温、降雪资料,建立融雪初日的有效积温公式,采用回归方法分析春季融雪径流深与降雪量和秋季降雨量的关系,... 详细信息

为了研究黑土区小流域尺度融雪径流及发生条件,利用2005—2015年黑龙江省鹤山农场鹤北小流域把口站春季融雪径流资料和气象站日气温、降雪资料,建立融雪初日的有效积温公式,采用回归方法分析春季融雪径流深与降雪量和秋季降雨量的关系,有效积温与降雪量的关系,并探讨本研究区融雪径流发生的条件。结果表明:1)研究区内小流域春季融雪径流初日多发生于3月下旬至4月上旬,近10年平均融雪径流深为11.9 mm,发生融雪径流的年份,冬半年累积降雪量增加1 mm使春季融雪径流深增加0.9 mm;2)小流域春季融雪径流深(D)可以用冬半年降雪量(P s)和8—10月降雨量(P r)拟合,其关系为D=0.91P s+0.034P r-21.02,冬半年累积降雪量和8—10月降雨量满足D>0时,才发生融雪径流;3)在累积降雪量达到融雪径流发生的前提条件下,融雪径流发生初日前期稳定通过界限温度-2.8℃的积温T A(℃·d)与冬半年累积降雪量(P s)的回归关系为:T A=18.29 ln(P s)-10.78。研究结果可为该区小流域融雪径流快速预报及农业生产提供科学依据。

关键词：降雪小流域融雪径流产流条件积温黑土区

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中国北方农牧交错带生态系统服务空间格局及影响因子——以内蒙古中西部地区为例

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生态学报 2023年第18期43卷 7598-7609页

作者：邱嘉琦于德永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

中国北方农牧交错带是我国重要的生态安全屏障之一,面临经济发展与脆弱生态环境保护间的突出矛盾。生态系统服务的定量研究是生态可持续管理的重要科学依据,也是当前的研究热点之一。以北方农牧交错带的核心区域--内蒙古中西部地区为例... 详细信息

中国北方农牧交错带是我国重要的生态安全屏障之一,面临经济发展与脆弱生态环境保护间的突出矛盾。生态系统服务的定量研究是生态可持续管理的重要科学依据,也是当前的研究热点之一。以北方农牧交错带的核心区域--内蒙古中西部地区为例,结合中高分辨率遥感数据和生物物理模型准确量化了2000-2018年关键生态系统服务,基于Getis-Ord G*方法分析了生态系统服务的空间格局,考虑地理数据的空间自相关性选取了空间回归模型探索其影响因子。结果表明:(1)净初级生产力(NPP,Net primary productivity)、土壤水蚀控制服务(SC,Soil conservation)、产水量(WY,Water yield)及三层土壤含水量(SM1,Soil moisture of top layer;SM2,Soil moisture of middle layer;SM3,Soil moisture of bottom layer)在东部较高,防风固沙服务(SF,Sand fixation)在南部和西部较高;(2)以上生态系统服务受气候变化、景观格局、地形和土壤条件等综合影响,不同影响因素对生态系统服务的作用存在差异。NPP受森林景观格局和归一化植被指数的影响最为显著;WY、SM1、SM2、SM3及SC受降水量的影响较为显著;风速和表层土壤砂粒含量对SF影响最为显著。研究结果可以为优化景观格局和土地系统,缓解中国北方农牧交错带的社会-生态矛盾提供科学依据和案例参考。

关键词：中国北方农牧交错带生态系统服务空间格局空间回归模型气候变化景观格局

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高山嵩草气孔导度对环境因子的响应模拟

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生态学报 2020年第24期40卷 9094-9107页

作者：李泽卿黄永梅潘莹萍陈慧颖胡广荣杨崇曜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

以青藏高原地区高寒草甸常见建群种高山嵩草(Kobresia pygmaea)为研究对象,利用光合测定仪于2018年7—9月测定高山嵩草气体交换参数与环境因子的日变化值,利用土壤水分测量仪及环刀法、透膜法测得0—10 cm土壤水分数据作为模型变量。首... 详细信息

以青藏高原地区高寒草甸常见建群种高山嵩草(Kobresia pygmaea)为研究对象,利用光合测定仪于2018年7—9月测定高山嵩草气体交换参数与环境因子的日变化值,利用土壤水分测量仪及环刀法、透膜法测得0—10 cm土壤水分数据作为模型变量。首先,采用3种气孔导度模型对高山嵩草气孔导度进行拟合和检验,其次,用Jarvis模型、Leuning模型和Gao模型对高山嵩草气孔导度在不同月份(7,8,9月)日变化的模拟结果进行分析,最后,总结并讨论了气孔导度对3个主要环境因子(光合有效辐射(Photosynthetically active radiation, PAR)、气温(Tair)、饱和水汽压差(Vapor pressure deficit, VPD))的响应特征。主要研究结果:(1)3个气孔导度模型都可以较好地模拟高山嵩草的气孔导度变化,Leuning模型表现最好(R2=0.726),Jarvis模型次之(R2=0.659),Gao模型准确度最低(R2=0.624)。(2)高山嵩草叶片气孔导度对3个环境因子的响应敏感度为PAR>VPD>Tair。在5—35℃气温范围内气孔导度呈现"钟形"响应,在Tair为24.83℃时达到最高值;气孔导度随着光合有效辐射强度PAR的增加(300—2100μmol m^(-2) s^(-1))而增加,在高PAR时Gs增速变慢,随后出现下降趋势;气孔导度随着VPD增加(0.12—3.48 kPa)而降低。(3)三个模型均可以较好地模拟高山嵩草气孔导度对环境因子的响应特征,其中最敏感的环境因子均是VPD。Leuning模型对Tair和VPD最敏感,而Gao模型对PAR最敏感,对Tair不敏感。以上结果以期为气候变化背景下青藏高原地区植物叶片气孔导度的响应变化以及更大尺度的陆面模式中气孔导度模型的应用提供参考。

关键词：气孔导度模型高山嵩草环境因子青藏高原

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土壤侵蚀模型在水土保持实践中的应用

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中国水土保持科学 2018年第1期16卷 25-37页

作者：谢云岳天雨北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室地理科学学部北京100875

土壤侵蚀模型是土壤侵蚀理论研究的成果,也是指导水土保持实践的重要工具。本文回顾了美国经验模型USLE、中国经验模型CSLE、美国机理模型WEPP和几个代表性应用模型的发展历程,介绍了土壤侵蚀模型的应用案例,提出几方面启示:土壤侵蚀模... 详细信息

土壤侵蚀模型是土壤侵蚀理论研究的成果,也是指导水土保持实践的重要工具。本文回顾了美国经验模型USLE、中国经验模型CSLE、美国机理模型WEPP和几个代表性应用模型的发展历程,介绍了土壤侵蚀模型的应用案例,提出几方面启示:土壤侵蚀模型已经成功地应用于区域土壤侵蚀调查与水土保持措施效益评价,还会继续在水土保持措施设计与规划、径流泥沙输移与面源污染、大暴雨事件和重大工程的水土保持效益等生态与环境监测与评估方面发挥更大作用;长期高质量监测与试验是土壤侵蚀模型建立的基础;顶层设计并以管理用户需求为导向建立模型,是实现模型应用的前提;多学科交叉合作和长期坚持,不断与新技术和研究成果融合更新模型,是保持模型有长期生命力的条件。

关键词：土壤侵蚀模型水土保持 USLE CSLE WEPP

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内蒙古东北段森林衰退现状及种群竞争对其生长的影响

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生态学报 2022年第17期42卷 7222-7233页

作者：田育红刘怡青吴秀臣颜孟萱刘凤花栾静雅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

随着气候变化加剧,中国半干旱区东段发现大量森林衰退现象,威胁到社会生产和环境保护的可持续发展。种群竞争是森林动态的内在驱动因子,当前对该区域森林种群竞争与森林衰退关系的研究尚缺乏足够的依据。选取内蒙古大兴安岭典型森林作... 详细信息

随着气候变化加剧,中国半干旱区东段发现大量森林衰退现象,威胁到社会生产和环境保护的可持续发展。种群竞争是森林动态的内在驱动因子,当前对该区域森林种群竞争与森林衰退关系的研究尚缺乏足够的依据。选取内蒙古大兴安岭典型森林作为研究对象,依据Hegyi单木竞争指数模型计算个体水平上和样地水平上的竞争指数,利用树木个体树轮指数(TRI)年表作为个体水平上的衰退指标,利用样地年表(TRI)和胸高断面积增量(BAI)来分析样地水平上的衰退指标,探讨不同尺度上森林衰退状况。探讨个体水平上和样地水平上竞争指数与不同尺度上森林衰退指标之间的关系,分析研究区森林衰退的内因特征。主要结论如下:第一,样地年表与树木个体年表所指示的衰退时段基本一致,结合两者的重合结果,可以得出各样地的衰退年份。不同样地的生长衰退时段有重合的现象,个体年表中超过阈值50%的样地的严重衰退时期年份基本在2001—2005年间,而在样地年表中,样地五岔沟林场(L-WCG1)、五岔沟林场大样地(L-WCG2)、乌尔根(L-WRG)在1989年至1997年都出现生长衰退,样地军达盖林场(L-HDG)、L-WCG1、L-WCG2、L-WRG和s根河(L-GH1)衰退重合期在1998—2003年期间。这是由于这一阶段研究区发生了大规模的干旱事件,导致不同地点的树木生长都受到抑制。第二,各样地中树木个体的五年平均相对胸高断面积增量(rBAI)与个体竞争指数相关的显著性最高,两者的关系可用指数函数方程表达,即rBAI随着个体水平竞争指数的上升而下降。这说明了竞争指数对于树木生长存在显著的影响。而样地竞争指数与近2年、5年和10年内样地胸高断面积均值(BAI_(2)、BAI_(5)、BAI_(10))之间的关系不明显。从种群竞争方面研究中国半干旱区东段的森林衰退影响因素,旨在为森林衰退机理研究提供依据,为半干旱区森林资源可持续发展提供支持。

关键词：半干旱区种群竞争森林衰退样地年表胸高断面积

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黑河流域表层土壤水分干化特征研究

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高原气象 2023年第3期42卷 771-784页

作者：董世玉朱忠礼徐自为刘绍民柴琳娜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

土壤水分干化是指降水发生后土壤逐渐变干的过程,此过程一般包括重力排水、大气需求限制的蒸发以及水分限制的蒸发三个阶段,此三阶段在表层土壤中表现最为明显。黑河流域发源于祁连山中段,上中下游具有十分明显的景观地带性,探讨该地区... 详细信息

土壤水分干化是指降水发生后土壤逐渐变干的过程,此过程一般包括重力排水、大气需求限制的蒸发以及水分限制的蒸发三个阶段,此三阶段在表层土壤中表现最为明显。黑河流域发源于祁连山中段,上中下游具有十分明显的景观地带性,探讨该地区表层土壤水分干化特征将为理解流域内不同环境下土壤蒸发的规律和影响因素提供理论支撑。本文基于2016-2020年黑河流域上中下游10个气象观测站点表层土壤水分、土壤温度、气温等资料,利用降水后的土壤干化事件分析了各区域土壤水分、潜在蒸散、归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)和土壤质地等因素与表层土壤干化速率的关系,并使用指数模型拟合干化事件,总结了各站点干化速率的季节间变化规律。2016-2020年黑河流域10个站点共识别出362个有效干化事件,分析结果表明:(1)土壤进入干化期后,干化速率随土壤含水率降低而逐渐减缓,约12天后,上游、中下游站点土壤干化速率皆趋于稳定,上游站点稳定在约0.04 cm^(3)·cm^(-3)·day^(-1),中下游则趋于0。(2)上中下游表层土壤90%的蒸发效率分别低于0.25、0.15和0.12,无法满足大气需求,但若考虑土壤剖面5 cm以下的蒸散,其蒸发效率将接近1。(3)黑河上游表层土壤水分较高,土壤干化过程主要为大气需求限制阶段,中下游表层土壤水分较低,土壤干化过程为水分限制阶段。而就表层土壤蒸发速率而言,上游主要受大气水分需求影响,土壤蒸发速率随潜在蒸散的增加而增大,但当土壤水分超过0.4 cm^(3)·cm^(-3)时,潜在蒸散和土壤水分的变化对干化速率无显著影响;中下游主要受水分供应影响,土壤蒸发速率随土壤水分的增加而逐渐增大,潜在蒸散对土壤蒸发速率的影响不显著。(4)植被对表层土壤水分干化速率的影响与下垫面植被类型及土壤干湿状态有关,而土壤质地对干化速率影响较小。(5)指数模型拟合的干化事件具有明显的季节性特征。夏季各站点的干化速率(τ)及干化幅度(A)最大,土壤水分下限(θ_(w))最低,而对于下垫面为荒漠的地区,θ_(w)易受降水的影响,其在夏季达到最大值;就流域整体而言,表层土壤水分的干化速率表现为夏季>春季>秋季,上中下游干化速率的季节间变异性随下垫面类型的变化(草甸、农田、灌木)逐渐增大。

关键词：土壤水分干化土壤蒸发原位观测黑河流域

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基于生态系统服务簇分区的土地利用多目标优化——以巴彦淖尔市为例

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生态学杂志 2023年第5期42卷 1205-1213页

作者：李云霞王晨旭刘焱序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

土地利用空间结构的优化是有效管理生态系统服务、协调人地矛盾的重要途径。已有的优化方案多从区域整体角度出发,忽略了生态系统服务特征的地域分异规律,易导致对优化效益的低估或缺乏可行性。本研究以内蒙古自治区巴彦淖尔市为例,基于... 详细信息

土地利用空间结构的优化是有效管理生态系统服务、协调人地矛盾的重要途径。已有的优化方案多从区域整体角度出发,忽略了生态系统服务特征的地域分异规律,易导致对优化效益的低估或缺乏可行性。本研究以内蒙古自治区巴彦淖尔市为例,基于SAORES平台,使用生态系统服务簇和遗传算法实施分区土地利用优化。结果表明:相比于当前土地利用,土地利用布局的整体优化在功能上提高了16.8%的生态效益,降低了6.4%的粮食生产服务,而分区的优化具有更高的成本效益,生态效益提高了27.3%,粮食生产服务仅降低了5.6%;在格局上,景观干扰度在优化后出现了普遍的下降,边缘效应显著降低,整体和分区优化方案没有显著差异。提出了符合巴彦淖尔市长期发展的生态保护区空间配置优化方案。

关键词：干旱区生态系统服务国土空间优化遗传算法 SAORES

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新疆风力发电减碳效益全生命周期评估

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生态学报 2024年第8期44卷 3293-3302页

作者：杜文杰关梦茜江源曹鹏鹤王泽康慕谊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

风力发电减碳效益评估有助于从减碳角度更好制定能源发展相关政策。以风力资源总体丰富且亟需发展风力发电以实现能源系统脱碳的新疆为研究区,将生命周期方法与风力发电模型结合,在省、市级尺度分别评估了风力发电全生命周期的排放水平... 详细信息

风力发电减碳效益评估有助于从减碳角度更好制定能源发展相关政策。以风力资源总体丰富且亟需发展风力发电以实现能源系统脱碳的新疆为研究区,将生命周期方法与风力发电模型结合,在省、市级尺度分别评估了风力发电全生命周期的排放水平及发电效益,核算了风力发电相对于火力发电和光伏发电的减碳效益,有效弥补了传统生命周期评估中空间差异考虑不充分的问题。结果表明,风机全生命周期平均发电量为13.1×10^(7)kWh,风力发电全生命周期共排放3944.24 tCO_(2)⁃eq,通过材料处置回收和循环再利用可减少1424.79 tCO_(2)⁃eq。新疆发展风力发电具有低排放强度和高减碳效益的特点,与火电相比可减少97.44%排放,减碳效益平均可达906.72 gCO_(2)⁃eq/kWh,并且应优先布局在哈密、巴音郭楞蒙古自治州和北屯市;与光伏相比,减碳效益可分别达到43.85 gCO_(2)⁃eq/kWh(衰减率DR=1%)和169.84 gCO_(2)⁃eq/kWh(DR=3%),此情景下风电应主要部署在克孜勒苏柯尔克孜自治州、喀什和和田。在风电减碳效益较差地区如石河子市、铁门关市和双河市应考虑利用本地充足太阳能资源发展光伏发电。需注意风电的排放强度和减碳效益在局地小尺度评估中存在不确定性,获取更精细的结果仍需进一步评估。未来应大力发展新疆本地的风电产业,打造绿色供应链和加快发展处置回收技术以增加减碳效益。

关键词：风力发电生命周期评价碳排放发电量新疆

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