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中国干旱半干旱区1990-2020年土壤水蚀时空变化及动态驱动力

水土保持学报 2025年第1期39卷 10-20页

作者：陈硕赵文武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 北京师范大学地理科学学部陆地表层系统科学与可持续发展研究院北京100875

[目的]我国干旱半干旱区生态环境脆弱,土壤流失问题严重,为探究气候变暖背景下干旱地区的土壤水蚀现状。[方法]基于修正通用土壤流失方程(revised universal soil loss equation,RUSLE)模型计算中国干旱半干旱区1990年、2000年、2010年... 详细信息

[目的]我国干旱半干旱区生态环境脆弱,土壤流失问题严重,为探究气候变暖背景下干旱地区的土壤水蚀现状。[方法]基于修正通用土壤流失方程(revised universal soil loss equation,RUSLE)模型计算中国干旱半干旱区1990年、2000年、2010年、2015年、2020年的各模型因子和土壤水蚀模数,并进行精度验证(R^(2)=0.60);在此基础上利用最优参数地理探测器分析其单因子及交互因子动态驱动力大小和变化。[结果]1)1990—2020年中国干旱半干旱区平均每年土壤水蚀量为4.71×10^(10)kg,土壤水蚀模数呈微弱上升趋势,速率为0.0007 t/(hm^(2)·a)。2)中国干旱半干旱区的土壤水蚀强度多以微度和轻度侵蚀为主。土壤水蚀强度上升和下降的区域面积占比均处于上升趋势,土壤水蚀强度不变的区域面积占比处于下降趋势。3)坡度、降水、降水侵蚀力因子是中国干旱半干旱区1990—2020年土壤水蚀的主要单因子驱动力,且3个因子在研究期间交替为第1主导因子;在选取的因子中任意2个因子在进行交互作用时均增加对中国干旱半干旱区土壤水蚀的解释力,其中,坡度与降水侵蚀力因子交互时解释力在研究期间一直为第1主导交互因子。[结论]中国干旱半干旱区土壤水蚀状况正处于微弱恶化趋势,在一系列治理措施实施时应同步考虑地形、降水特征及其他动态因子,从而更好地改善干旱区的土壤水蚀情况。

关键词：中国干旱半干旱区土壤水蚀地理探测器动态驱动力分析

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青藏高原木本植物扩张对生长季地表昼夜温度的影响

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生态学报 2023年第21期43卷 8816-8829页

作者：屈卓然李小雁邓元红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 北京师范大学地理科学学部自然资源学院北京100875

木本植物扩张或灌丛化是全球性的生态环境问题。近年来青藏高原发生了大规模的木本植物扩张。然而木本植物在青藏高原扩张的时空分布特征及其对局地地表温度(LST)如何影响尚不清楚。基于MODIS土地覆盖产品识别出青藏高原木本植物扩张的... 详细信息

木本植物扩张或灌丛化是全球性的生态环境问题。近年来青藏高原发生了大规模的木本植物扩张。然而木本植物在青藏高原扩张的时空分布特征及其对局地地表温度(LST)如何影响尚不清楚。基于MODIS土地覆盖产品识别出青藏高原木本植物扩张的空间分布,并利用移动窗口搜索法,探究其对生长季昼夜LST的影响规律及成因。结果表明,2001至2018年木本植物扩张的范围和程度均整体呈增加的趋势。在2018年,木本植物扩张使生长季白天LST降低(2.60±0.34)℃,夜间LST增加(0.94±0.22)℃,净效应使日均LST降低(0.83±0.24)℃。产生这种现象的原因是蒸散发增加((+13.46±6.65)mm/a)等引发的降温效应超过了以反照率减少(-0.031±0.003)为代表的增温效应。气候背景对该影响的空间分布具有相当的控制作用,即降水主导着白天LST的改变,但气温在夜间LST变化中占据更重要的地位。总体上,在气温越低、降水率越高、高程越低的地方发生的木本植物扩张更倾向于降低局地LST。与同一年中越湿润的地方越倾向于降温“相悖”的是,在不同的水文年,更干旱的年份对白天LST具有更强的降温作用,这可能是受木本植物和草本植物从土壤深处吸水能力差距的影响。理解木本植物扩张在改变LST方面的生物物理效应有利于准确预测青藏高原植被变化带来的气候反馈,并为土地利用和管理提供借鉴。

关键词：木本植物扩张青藏高原地表温度气候反馈土地覆被变化

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块石出露对喀斯特坡耕地土壤理化性质的影响

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水土保持学报 2023年第6期37卷 228-237页

作者：陈磊张卓栋李业桐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

喀斯特坡面伴随有大量直径>25 cm的块石出露,为探明块石出露对土壤理化性质的影响,以坡面4个块石出露的农地和1个对照组为研究对象,分析土壤理化性质空间变异特征。结果表明:(1)在块石出露的农地中,土壤容重、黏粒、粉粒和砂粒的变... 详细信息

喀斯特坡面伴随有大量直径>25 cm的块石出露,为探明块石出露对土壤理化性质的影响,以坡面4个块石出露的农地和1个对照组为研究对象,分析土壤理化性质空间变异特征。结果表明:(1)在块石出露的农地中,土壤容重、黏粒、粉粒和砂粒的变化分别为0.87~1.42 g/cm^(3),25.70%~41.80%,38.11%~51.60%,13.76%~27.54%,土壤容重、黏粒和粉粒空间变异性均为弱且高于对照组,砂粒空间变异性为中等且低于对照组。(2)土壤全碳、全氮、全磷、全钾变化分别为9.82~23.13,0.94~2.15,0.65~2.93,7.38~20.35 g/kg,土壤有效磷、速效钾的变化分别为1.44~2.63,7.35~106.02 mg/kg,空间变异性均为中等且高于对照组。(3)土壤容重、黏粒、粉粒与其他土壤理化性质的之间的关系总体上呈负相关,且相关性在块石出露的农地中比对照组更显著。砂粒与黏粒之间呈显著负相关,与其他土壤化学性质之间的关系总体上呈正相关。(4)块石出露数量、出露坡度、出露比率和出露高度,对土壤理化性质的影响具有复杂性,土壤理化性质的空间变异随块石出露特征不同而存在差异性。研究结果有助于深入理解喀斯特坡面块石出露对侵蚀过程和机制的影响,为土壤侵蚀和水土保持工作提供科学借鉴。

关键词：喀斯特坡耕地块石出露土壤理化性质空间变异

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三种多站点随机天气发生器日降水模拟对比研究——以嫩江流域为例

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地理研究 2023年第5期42卷 1425-1440页

作者：范聪慧殷水清李志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 西北农林科技大学资源环境学院杨凌712100

天气发生器是对气候模式低分辨率输出数据进行统计降尺度的一种重要工具,可为气候变化对生态、水文、作物生长和土壤侵蚀等地表过程的影响评价提供高时空分辨率气候输入数据。特别是针对流域或区域尺度的模拟,为保留降水等变量的时空相... 详细信息

天气发生器是对气候模式低分辨率输出数据进行统计降尺度的一种重要工具,可为气候变化对生态、水文、作物生长和土壤侵蚀等地表过程的影响评价提供高时空分辨率气候输入数据。特别是针对流域或区域尺度的模拟,为保留降水等变量的时空相关性,需使用多站点天气发生器。当前多站点天气发生器众多,但其适用性缺乏系统评估。本文利用嫩江流域及其周边区域75个气象站点1961—2020年日降水数据,对比了三种主流的多站点日尺度天气发生器,分别为MulGETS模型(Multi-site weather GEneraTor)、TSWG模型(Two-Stage Weather Generator)和EHS(EOFA+HHT+SS)模型,在日、月和年降水量均值和极值,日降水空间相关性和时间相关性等方面的模拟精度。结果表明:①三个模型中EHS模型表现最佳,除了年降水偏态系数以外,其余参与评估指标的平均绝对百分比误差均在15%以下;TSWG模型表现其次,除了年降水偏态系数、月降水偏态系数和一阶自相关系数以外,其余参与评估指标的平均绝对百分比误差在30%以下。②TSWG模型对95%分位数日降水量、最大连续降水日数、最大和平均连续非降水日数四个指标的模拟最优;其余指标均为EHS模型最优。③三个模型在降水极值、连续降水日数和连续非降水日数方面的模拟能力均有待进一步提高。研究可为多站点日降水发生器的优选和进一步发展提供参考。

关键词：天气发生器降水 MulGETS TSWG EHS

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中小城市家庭交通和饮食选择的碳排放差异--以山东省滨城区为例

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生态学报 2025年第3期45卷 1261-1274页

作者：宋子康黄甘霖北京师范大学地理科学学部自然资源学院北京100875 北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室人与环境系统可持续研究中心北京100875

工业化和人口增长导致人类活动大规模扩张,使得温室气体排放量大幅增加,由此带来了一系列亟待解决的环境问题。城市是我国碳排放的主体区域,而城市家庭则是城市碳排放的主要来源之一,因此城市家庭碳排放的研究对于节能减排有重要意义。... 详细信息

工业化和人口增长导致人类活动大规模扩张,使得温室气体排放量大幅增加,由此带来了一系列亟待解决的环境问题。城市是我国碳排放的主体区域,而城市家庭则是城市碳排放的主要来源之一,因此城市家庭碳排放的研究对于节能减排有重要意义。我国现有研究大多忽略了中小型城市家庭尺度上的不同生活方式选择方面的碳排放差异。故本文对城市家庭之间极具日常性、差异性的交通出行和饮食方式选择所致碳排放作为研究内容,采用碳排放系数法、多元逐步回归和有序多分类Logistic回归等方法对滨城区城市家庭展开碳排放及作用机制研究。结果显示研究区城市家庭平均交通和饮食碳排放总量约为357.97 kgCO_(2)/月,其中交通出行与饮食方式碳排放量的比例关系约为4∶1。私家车、网约车、摩托车、公交车和电动车分别占交通出行碳排放量的92.72%、4.88%、1.83%、0.37%和0.19%,居家用餐、外食、外卖分别占饮食碳排放量的75.29%、19.71%和5%。分析发现,户主受教育水平、家庭收入和家庭规模共3个影响因素指标会对家庭交通和饮食碳排放造成显著影响,且各因素与碳排放量均呈正相关关系。上述3个影响因素通过影响家庭选择的方式作用于家庭交通和饮食碳排放,对其作用机制分析发现,户主受教育水平会对家庭购买私家车和外食、外卖频率造成影响,家庭收入会对网约车出行频率造成影响,而家庭规模则主要通过对交通和饮食活动的人均值造成影响。最终提出部分碳减排建议,对城市生态可持续和全民低碳行动的落实具有参考意义。

关键词：城市家庭碳排放消费者生活方式方法交通出行饮食方式

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基于物资调配网络韧性的区域应急物资保障能力评估

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灾害学 2023年第4期38卷 204-210页

作者：寇龙斌赵晗萍薛莹北京师范大学地理科学学部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

灾害事件发生后,区域内应急物资运转能力易受打击,各城市应急物资保障性能出现波动甚至失效,严重阻碍应急救助与灾后恢复。有效评估区域内应急物资保障能力,需要充分考虑受灾区域与周边区域的物资动态调配效率。因此本文提出了基于物资... 详细信息

灾害事件发生后,区域内应急物资运转能力易受打击,各城市应急物资保障性能出现波动甚至失效,严重阻碍应急救助与灾后恢复。有效评估区域内应急物资保障能力,需要充分考虑受灾区域与周边区域的物资动态调配效率。因此本文提出了基于物资调配网络韧性的区域应急物资保障评估模型,用于分析灾害打击后城市应急物资保障的时间—性能动态变化过程;针对西藏地区的物资和交通现状,构建区域协同与自上而下两种物资救助模式下的应急物资调配网络,对不同网络结构下西藏地区物资保障能力进行对比分析,探索最适合西藏地区的应急物资救助模式,并提出改进意见。

关键词：灾害打击应急物资救助模式应急物资调配网络韧性评估西藏自治区

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北极气候与环境变化对第三产业影响的研究进展及展望

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地理科学进展 2023年第11期42卷 2213-2230页

作者：陈力原朱文泉效存德王世金吴通华赵涔良郭红翔北京师范大学遥感科学国家重点实验室北京100875 北京师范大学地理科学学部遥感科学与工程研究院北京100875 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 中国科学院西北生态环境资源研究院冰冻圈科学国家重点实验室兰州730000

北极日益加剧的气候与环境变化对当地社会经济造成了系列影响。从第三产业视角认识北极变化的影响,能为北极/全球的可持续发展和域外国家参与北极事务提供参考。论文通过文献综述,系统梳理了北极变化对第三产业典型行业的影响途径与效... 详细信息

北极日益加剧的气候与环境变化对当地社会经济造成了系列影响。从第三产业视角认识北极变化的影响,能为北极/全球的可持续发展和域外国家参与北极事务提供参考。论文通过文献综述,系统梳理了北极变化对第三产业典型行业的影响途径与效果。结果发现,以气温升高、降水增加、冰层消融、冻土退化为代表的各北极变化均以多种途径广泛影响着第三产业,并对大部分行业要素产生了利害并存的影响。这些影响为相关研究和中国提供了多项启示。未来研究需要:(1)填补影响途径的认知冷点,综合北极变化的致利与致害效应;(2)探究北极变化的间接和级联影响;(3)融合多源数据。中国可以通过提高对北极规则制定的参与度,改善“冰上丝绸之路”的运输设施和运输保障,丰富北极旅游产品并创造贸易增长条件,进而把握北极第三产业变化的机遇。

关键词：北极气候变化环境变化第三产业中国

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应用XCT断层扫描技术和GAN深度学习模型的多孔介质微观结构定量研究

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生态环境学报 2024年第1期33卷 119-130页

作者：李雪莹陆峥何源杨晓帆北京师范大学/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北京100875

物质在土壤中的迁移转化行为是研究地下水动力学的核心问题。定量化表征多孔介质拓扑结构并计算分析相关表面形态学参数,为研究复杂介质内物质运移微观机理提供了重要的数据基础和参数。应用微米级X射线计算机断层扫描(XCT)和图像处理技... 详细信息

物质在土壤中的迁移转化行为是研究地下水动力学的核心问题。定量化表征多孔介质拓扑结构并计算分析相关表面形态学参数,为研究复杂介质内物质运移微观机理提供了重要的数据基础和参数。应用微米级X射线计算机断层扫描(XCT)和图像处理技术,结合前沿的机器学习算法重建和定量分析多孔介质微观结构,可快速、批量创建高分辨率的复杂多孔介质研究样本。首先采用XCT技术,提取石英砂和散装土壤两类典型多孔介质的微观孔隙结构;而后基于生成对抗神经网络(GAN)模型重构复杂多孔介质的微观空间结构,与XCT扫描图像进行交叉验证;最后,计算获取Minkowski形态学参数,并基于多孔介质微观结构开展计算流体力学(CFD)数值模拟,计算石英砂和土壤多孔介质内的流动特征和渗透率。结果表明:1)GAN生成的合成数据与原始数据符合KS同分布,说明GAN能够成功合成与原始图像结构空间分布模式一致的图像;2)Minkowski宏观参数评价误差的较小,KS同分布结果表明,多孔介质样本的结构异质性会在一定程度上影响GAN模型的计算精度和效率;3)Open FOAM模拟计算得到的渗透率结果表明,GAN模型生成的多孔介质图像与原始图像具有一致的统计特征和物理性质。综上,综合运用前沿的XCT扫描、图像处理技术和机器学习算法,构建了土壤微观结构重建和定量分析模型,并结合多孔介质形态学和计算流体力学方法对模型进行了验证和分析。该研究为多孔介质微观结构研究提供了新技术和新方法,为进一步研究复杂多孔介质内溶质运移提供了科技支撑。

关键词：多孔介质 XCT断层扫描 GAN模型 Minkowski参数计算流体力学渗透率

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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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森林蓄积量的碳达峰行动目标与经济发展期望对福建省土地利用/覆被的权衡影响

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北京师范大学学报（自然科学版） 2024年第1期60卷 129-137页

作者：高怡凡杨志衍彭荣开孙子芸高培超宋长青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北京北京师范大学(珠海校区)知行书院地理信息科学专业广东珠海

利用CLUMondo模型,探究福建省在生态预期目标(生态效益最大化且森林蓄积量不低于目标值)、经济预期目标(满足经济发展目标且林地面积不减少)以及常规协调预期目标(生态、经济目标均按现状稳定发展)下土地利用的优化配置.研究表明:1)CLUM... 详细信息

利用CLUMondo模型,探究福建省在生态预期目标(生态效益最大化且森林蓄积量不低于目标值)、经济预期目标(满足经济发展目标且林地面积不减少)以及常规协调预期目标(生态、经济目标均按现状稳定发展)下土地利用的优化配置.研究表明:1)CLUMondo模型适用于福建省的土地利用/覆被变化模拟;2)福建省若要在未来尽可能保持现有林地面积的情况下实现经济发展,需要进一步提高森林管理水平,完善森林生态效益补偿制度;3)福建省应在未来优化城镇规划开发格局,加强城市、生态等主题功能区的集约高效发展,保证在经济发展的情况下生态环境得到可持续发展.本文的研究为促进福建省的经济发展、助力我国碳达峰目标的实现提供了参考.

关键词：土地利用变化 CLUMondo模型情景模拟碳达峰 GEP 福建省

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