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  • 2023年, 41卷, 第05期
    刊出日期：2024-06-19
      
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  • 末次冰消期以来福建福宁湾钻孔的粒度特征及其环境指示意义
    侯晨阳, 靳建辉, 邱俊杰, 卫俊杰, 许岱玉
    2023, 41(05): 621-633. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000775
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    海岸沉积物是记录海-陆-气相互作用下区域古环境变化的重要载体。因短历时古气候事件发生时间短、各物质载体和代用指标都存在一定不足，对华南海岸带沉积物研究多探讨其与海平面波动等长时间尺度上的关系，限制了对粒度信息中可能记录的短期气候事件的深入研究，不利于解译古气候与古人类历史。本研究选取福建霞浦福宁湾FN1钻孔0～8 m部分，以光释光年代标尺为基础，使用粒度作为主要环境代用指标，并通过端元分析、主成分和相关性分析方法，阐明福建东北沿海地区沉积物粒度特征；再结合TOC/TN含量变化，探讨其环境指示意义。结果表明：(1)钻孔0～8 m沉积物以粉砂为主，不同沉积相中各粒级百分比含量波动较大，根据粒径变化趋势和各粒度参数变化曲线分为U1、U2、U3三层。(2)根据BasEMMA方法选取3个端元进行分析。其中，EM1代表低能沉积条件，以粉砂为主，是受冬季风影响的敏感组分，可指示冬季风强度变化；EM2代表中能沉积条件，出现粒级、TOC/TN及沉积速率的突变。受东亚冬季风影响，陆源物质含量增加；EM3代表高能沉积条件，区域水动力增强，沉积物粗颗粒含量增加；高能与低能条件的频繁变化使沉积过程变得复杂，形成海陆过渡相。(3) 3.9ka B.P.～3.7ka B.P.、 1.4ka B.P.～1.2ka B.P.以及距今约500 a以来，沉积物粒度与TOC/TN均出现明显变化。与前人对东亚季风与ENSO变化的研究对比发现，环境代用指标的突变与华南沿海在该时段发生的风暴潮频率密切相关，可能对该地区人类生活居住产生严重威胁，进而影响区域文化演替，这表明沉积物粒度特征和TOC/TN含量变化特征等具有指示区域人类活动和环境演变的潜力。本研究可以为古环境重建和人类文化研究提供支持。
  • 山西省湿地植物CSR策略的空间分布格局及其与气候因子的关系
    刘灿, 李帅, 李佳晟, 郭东罡, 张全喜
    2023, 41(05): 634-647. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000776
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    山西省位于黄河中游，黄土高原东部，生态区位十分重要。山西省湿地植物对湿地生境的变化敏感，但对湿地植物功能性状综合性，对其生态策略、空间分布格局及与气候变化的耦合研究尚不充分。本研究运用植物的竞争-耐胁迫-自由(CSR)策略，从湿地植物功能性状出发，采用PCA分析和Pearson相关分析，确定山西省湿地植物的主要CSR策略类型，研究湿地不同对策类型的空间分布格局和其与气候因子的关系，探究物种丰富度与植物CSR策略的关系。结果表明：(1)山西省湿地植物的CSR策略主要为C策略植物、CS策略植物和SR策略植物。(2)C策略植物与海拔极显著非线性相关(P<0.001),与经度极显著负相关(P<0.001),与纬度极显著非线性相关(P<0.001);CS策略植物与纬度负相关(P<0.05);SR策略植物与海拔(P<0.01)和纬度(P<0.05)正相关。(3)C策略植物与年均温(P<0.001)和降水季节变异(P<0.001)之间存在极显著非线性相关关系；CS策略植物与年降水量正相关(P<0.01),与气温季节变异负相关(P<0.01);SR策略植物与年均温负相关(P<0.01),与降水季节变异之间存在非线性相关关系(P<0.01)。(4)SR策略植物与丰富度正相关(P<0.01)。综上，海拔和纬度作为间接因子影响着湿地植物CSR策略，年均温和降水季节变异则是影响植物CSR策略的直接因子，两者对植物对策类型的共同作用导致现有山西省湿地群落的物种共存机制的形成。本研究可为山西省湿地的保护和修复提供理论基础。
  • 基于土地利用变化的成都平原经济区碳储量时空演变与情景模拟
    赵桐, 蒙吉军
    2023, 41(05): 648-661. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000777
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    土地利用变化对生态系统碳储量的时空变化具有直接影响。由于以城市群为代表的快速城市化地区的主导功能并非提供固碳等生态系统服务，因而对其研究相对较少，更多关注流域、湿地、山地等重要生态保护地土地利用变化对碳储量的影响。然而，这类区域生态系统固碳具有变化过程快、变化程度强烈的特征，对碳储量具有重要影响，因而有待于进一步研究。本文利用InVEST模型分析成都平原经济区2000—2020年碳储量的时空演变，探究土地利用变化对碳储量的影响，利用PLUS模型预测2030年不同情景下土地利用变化和碳储量的时空变化。结果表明：(1)20年间，研究区土地利用变化显著，主要表现为建设用地翻倍增加，耕地面积大量减少。(2)2000—2010年碳储量小幅上升(0.18%),2010—2020年碳储量小幅下降(0.76%),生态系统固碳能力有所下降。其中，碳储量减少区主要位于各城市中心城区和雅安市西部的山地；碳储量减少主要源于建设用地快速扩张和耕地被大量占用；退耕还林虽增加了生态系统固碳能力，但林地开垦为耕地或转化为草地又抵消了退耕还林带来的碳储量增加。(3)经济优先的政策情景将导致建设用地侵占林地和耕地，部分质量较差的森林向草地转化，碳储量显著下降，且下降总量是前20年下降总量的1.7倍；严格限制新增建设用地政策和生态建设工程的实施，可增强生态系统固碳能力，并助力成都平原经济区“双碳”目标的实现。本研究可为成都平原经济区自然资源管理、国土空间规划及“双碳”目标的实现提供科学依据。
  • 基于降水特征的华西雨屏地理范围界定
    胡文斌, 乔雪, 陈科艺, 唐亚
    2023, 41(05): 662-675. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000778
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    华西雨屏位于四川盆地向青藏高原的过渡区域，是中国西部年降水量的高值区之一，具有重要的生态服务价值，明确其地理范围有助于区域生态环境保护、山区发展和灾害防治。本文基于1975—2014年地面降水数据和2010—2019年CMORPH卫星降水数据，通过计算降水量和降水频次的空间距平值及应用空间聚类分析方法，分析了华西雨屏带与周边地区的降水差异，首次界定了华西雨屏的地理范围。结果表明：(1)华西雨屏带的整体范围北起广元市嘉陵江附近，沿四川盆地西部边缘山地及山前平原逆时针向南，止于宜宾市中东部，其降水量和降水频次都明显高于周边地区；(2)华西雨屏带由核心区、南支区和北支区组成，核心区位于雅安—峨眉山地区，即狭义华西雨屏区，南支区主要在冬半年表现出较高的降水量和降水频次，北支区在7—9月因多发暴雨而降水量偏高，南、北两支均是周期性的“准雨屏带”;(3)华西雨屏带降水具有明显的时空差异性，在研究华西雨屏带气候及相关生态环境问题时应注意区分季节和地区。本研究能提高人们对华西雨屏的认识并为区域生态环境保护和发展提供科学依据。
  • 湖南东江湖水库消落带地形因子与水文要素时空格局变化
    刘春香, 黄紫乐, 谭博文, 李有志
    2023, 41(05): 676-688. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000779
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    东江湖消落带岸坡侵蚀、水土流失严重，生态风险堪忧，生态修复刻不容缓。地形因子和水文要素作为湖库消落带修复最为关键的约束性条件，反映了库岸生态系统的基本状态。本研究基于东江湖流域DEM(Digital Elevation Model)数据和水文站2017—2021年的日水位数据，利用ArcGIS提取消落带范围，分析地形因子和水文要素时空格局变化。结果表明：(1)东江湖消落带位于263～278 m高程区间，垂直落差15 m,总面积25.16 km~2。消落带高程和坡度均呈现南北高、中间低的特点，即高高程和陡坡区段主要位于滁口镇和黄草镇等地区，而低高程和缓坡主要位于白廊镇和小东江等地区；消落带无坡向分布广泛，呈现出阴坡面积多于阳坡的特点，而长坡主要位于北部，短坡主要位于南部；消落带剖面曲率和平面曲率在空间上呈现相同的变化趋势，即在南北两端较低，在中部较高。(2)东江湖消落带地形因子和水文要素呈现出明显的空间异质性。东江湖消落带全年淹水天数、最低持续淹水天数、平均持续淹水天数、最大淹水深度、平均淹水深度等水文要素均随高程的增加而下降，呈现出显著负相关关系。(3)白廊镇、坪石乡、兴宁镇和小东江应为消落带综合治理的重点区域，滁口镇和黄草镇等为综合治理的难点区域。消落带263～266 m高程段属于常年淹水区域，不适宜植被存活；266～278 m高程段属于偶然淹水区，适宜开展一定植被修复。研究结果可为东江湖消落带的植物群落构建、生态修复与综合治理供科学依据。
  • 长株潭都市圈城市空间演化情景预测及其耕地影响分析
    贺城墙, 王盼成, 曾永年
    2023, 41(05): 689-700. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000780
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    长江经济带建设是新时期中国经济社会发展的重大战略之一。城市群国土空间的合理规划与科学管理对长江经济带健康、可持续发展具有重要的意义。位居长江中游的长株潭都市圈经历了快速的城镇化过程，城市扩展对区域资源与环境产生了深刻的影响，但目前该区域国土空间格局及变化预测的研究不足，城市空间扩展对耕地保护的影响尚不明确。本文基于极限学习的城市扩展元胞自动机模型，在自然增长、规划发展、生态优先三种城市发展情景下，模拟预测了2030年长株潭都市圈城市空间格局，分析了城市空间演化对耕地面积及其空间分布的影响。研究结果表明：(1)在自然增长、规划发展、生态优先三种城市发展情景下，2030年长株潭都市圈建设用地将分别达到1295.08、1166.44、1104.78 km~2。在三种城市发展情境下，长株潭都市圈建设用地均以边缘增长为主，向外扩展延伸，城市一体化趋势显著；(2)在自然增长、规划发展、生态优先三种情景下，2030年长株潭都市圈耕地将分别减少到2088.30、2134.94、2199.45 km~2。城市建设用地的扩展导致区域耕地面积的减少，从粮食安全与可持续发展的角度，生态优先的发展模式是未来长株潭都市圈优选的发展模式。研究结论可为长株潭都市圈城市空间规划与管理提供科学依据，为长江经济带城市生态安全和可持续发展提供参考。
  • 民系视角下的福建省乡村聚落空间格局演化及特征
    张永峰, 戴文远, 黄万里, 王少飞
    2023, 41(05): 701-715. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000781
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    福建省不同民系地域乡村聚落具有鲜明的地方特色和丰富的文化内涵，但快速城镇化进程导致不同民系乡村聚落及地方文化特色衰退甚至消亡。相关研究较少从人文地理视角分析乡村聚落演化，不能全面揭示多元地域文化下乡村聚落空间的演化特征和规律。本文采用GIS空间分析、景观格局指数等方法，分析1990—2020年福建不同民系乡村聚落规模、形态和空间演变特征，揭示乡村聚落空间格局形成的影响因素。结果表明：(1)1990—2020年，福建乡村聚落用地规模总体呈增加趋势，特别是2010—2020年乡村聚落规模扩张最为迅速，但聚落斑块数量呈现下降趋势。(2)30 a间不同民系乡村聚落形态趋于复杂化，其中闽南民系区乡村聚落的形状最为复杂，闽东民系区乡村聚落形态复杂度有所降低；聚落破碎度则整体表现为内陆民系区大于沿海民系区。(3)地形、坡度等自然因素为福建省不同民系乡村聚落空间格局的形成奠定了基础，但30 a间不同民系乡村聚落受河流、交通、距县城中心距离等区位因素影响日益明显，距道路不同缓冲距离的乡村聚落具有W型分布特征；距河流不同缓冲距离的乡村聚落具有U型分布特征。(4)30 a间不同民系乡村聚落用地空间格局处于差异发展期，乡村聚落密度呈V型空间结构特征；沿海的闽东民系区东部、莆仙民系区、闽南民系区东部形成乡村聚落高密度带状集聚区，客家民系区次之，闽中、闽北民系区处于低密度区。研究结果可为不同民系传承与保护乡村聚落地方文化及特色提供科学依据。
  • 聚落更新视角下山村院落景观分异特征及其提升策略——以长宁县为例
    谭琳, 张少尧, 邓伟, 张悦, 张凌青, 孟宝
    2023, 41(05): 716-732. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000782
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    山村院落景观是乡土景观的基本单元和重要表征，其景观要素的配置与组合对乡土景观的表达和美学价值具有重要影响。受数据及方法的限制，前人研究未从农户尺度上开展乡村景观要素的科学评价与定量解析。本研究基于聚落更新视角建立评价体系，以山村农户院落为单元，运用地理探测器对院落景观进行分异测度和归因解析，研究发现：(1)山村农户院落景观在村落间随地形变化而呈现分异性，院落个体景观是塑造村际尺度分异性的基质，村内不同聚落组团间的院落景观分异性小于村际间。(2)不同评价尺度对院落景观的贡献度差异明显，其中毗邻景观得分最低，主要缘于乡村规划和农户个体在院落营造中对毗邻景观协调性的重视度不够。(3)景观格局、地形、交通、生计模式是山村院落景观分异的主要动因。院落的适度集聚能有效增强优势院落景观的影响力，并通过同群效应影响个体景观的营造和聚落景观的协调性。(4)在乡村转型与聚落更新中，院落景观现代化趋势明显，但统一且多尺度的院落规划缺位，导致院落景观在不同尺度上协调性、有序性较低，据此本文提出山村院落景观品质的提升策略。本研究扩展了山村聚落景观分异及空间协调性的相关研究，可以为乡村聚落更新和景观美学价值的提升提供新的切入点，为促进乡村院落的合理布局及制定村庄规划提供指导性解决方案。
  • 基于无人机测量的泥石流固体颗粒图像识别与泥石流预警
    匡萱, 余斌, 陈龙, 董秀军
    2023, 41(05): 733-747. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000783
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    强震导致崩塌与滑坡碎屑物在泥石流流域内广泛堆积，挤压侵占天然沟道，完全改变了沟床物源级配构成，泥石流激发降雨临界值急剧降低。震后泥石流物源粒径和沟道宽度的变化直接改变了震后泥石流启动过程及机制。泥石流预警模型并未考虑震后泥石流物源组成的动态变化作为主控因素，需要进一步改进。本文现场调查了泸定9·5地震后泥石流沟的形成区及流通堆积区松散堆积物组成，采用无人机航测采集岩土粒径，结合PCAS软件进行泥石流粒径识别，分别通过系统误差、高度误差及坡度误差三个方面进行误差分析，探讨无人机航测泥石流形成区沟道粒径方法的准确性；对泸定大渡河流域得妥乡内的洛进沟和两岔河沟进行粒径测量，结合泥石流1 h预报模型和改进的精细化泥石流1 h预报模型，得到这两条沟震前震后的综合降雨临界值，发现强震后泥石流流域颗粒粒径明显减小，两条泥石流沟的激发临界降雨量都大幅降低；通过误差分析，得到无人机近地观测结合软件测量研究区域内泥石流沟道形成区物源粒径的方法与人工现场测量之间的误差较小，可以用于泥石流物源粒径识别，且由于强震后泥石流的激发降雨临界值是一个动态变化过程，采用无人机可以高效识别泥石流沟道物源的变化。
  • 贵州省极端降雨特征及其影响因子
    谭红梅, 贺中华, 陈莉会, 冯椰林, 顾小林
    2023, 41(05): 748-758. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000784
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    不同地区在下垫面结构、气候等方面存在区域异质性，极端降雨表现出不同演变趋势和独特的空间分布格局。贵州喀斯特地貌类型复杂，影响降雨空间再分配，极端降雨频发，地质灾害严重。针对贵州省极端气候的研究，大多关注其时空特征与模式数据预估，缺乏对其重现期特征及不同尺度影响因子的分析。本文基于贵州省31个站点1990—2020年逐日降雨数据计算极端降雨，采用8种分布函数对其拟合并选出各站点的最优分布函数，分析贵州省极端降雨重现期特征，探讨其不同尺度影响因子。结果表明：(1)近31年来贵州省极端降雨在时间上呈不显著增加趋势，空间上呈“南高北低、东高西低”的分布格局。(2)Weibull分布函数对贵州省大部分站点的极端降雨拟合效果最佳；极端降雨的估计值随重现期增加而增大，在不同重现期均呈南高北低的分布格局，且南北差异随重现期增加而逐渐减弱。(3)大尺度影响因子中厄尔尼诺对极端降雨的影响最大；局地尺度因子中温度、高程、二氧化碳为极端降雨的主要影响因子。研究结果可为贵州省防洪减灾提供科学指导。
  • 基于半经验模型的遥感影像地形校正效应及适用性分析
    晏红波, 王佳华, 卢献健, 李浩
    2023, 41(05): 759-770. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000785
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    地形校正是遥感影像数据处理的关键步骤，但校正模型在不同地形条件和不同尺度下的校正效果仍缺乏充分、全面验证和比较，限制了地形校正模型的广泛应用。为了探究不同地形条件下地形校正模型的效果和适用性，本研究选取Landsat 8 OLI 30 m影像数据作为数据源，并结合SRTM＿V3 30 m DEM数据，采用C、SCS+C(Sun-Canopy-Sensor+C)、Minnaert三种半经验地形校正模型在高原、山地、盆地、峰丛四种典型地形进行校正实验；运用目视分析、相关性分析和统计分析法，对上述方法在不同地形样区的校正效果进行了深入分析和对比。结果表明：(1)在高原样区，C模型的校正效果最好，能够显著减小影像反射率与太阳入射角余弦值之间的线性回归斜率和决定系数(R~2),并且各波段的四分位距减少量也最多，尤其在近红外波段，减少了26%。(2)在山地样区中，SCS+C模型考虑了植被生长的向地性，校正后R~2最小，为0.003,且各波段IQRR(Interquartile Range Reduction)也最大，说明其在山地样区适用性更高。(3)在盆地样区中，Minnaert模型考虑了地表的双向反射特性，校正后R~2最小，为0.008,说明其对影像反射率与太阳入射角余弦值之间相关性的削弱程度最大，IQRR也比其他两种方法更大，因此其对盆地样区具有较好的适用性。(4)在峰丛样区中，C和SCS+C模型校正后出现了过校正现象；相比之下，Minnaert模型的校正效果较好，但仍需进一步改进以提高对阴影区域的校正效果。本研究可为遥感影像数据处理提供技术支撑。
  • 基于多相态KE-I关系的降水动能计算方法
    孙晨玥, 戴强, 纪端阳, 顾于, 刘超楠, 李雁鹏
    2023, 41(05): 771-784. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000786
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    降水动能描述了水凝物到达地表的动能大小，是计算土壤颗粒分离和土壤侵蚀等地表物理化学过程的重要参数之一。针对目前降水动能计算多考虑降雨特征，忽略其他相态降水的问题，本研究基于2018年全国25个雨滴谱仪站点的降水观测数据，结合速度(V)-直径(D)关系对水凝物进行相态划分，拟合了不同相态降水的降水动能-降水强度(KE_V-I)经验公式，总结出适用于雨、雪、雹的动能计算关系模型，并对各相态降水动能进行偏差分析和校正。结果表明：(1)降雨动能计算适用KE_V-I指数型关系公式，降雪和降雹动能计算适用幂函数型关系公式；(2)降水动能偏差与总降水中非液态占比呈正相关，仅以降雨KE_V-I经验公式估算所有相态降水的动能会显著高估降雪动能和低估降雹动能，对降水整体估算偏差在-0.05到0.31之间；(3)通过建立各相态的KE_V-I计算模型，降水整体估算误差得到有效降低，降雪偏差从7.08降至-0.05,降雹偏差从-0.29降至0.03。本文所提出的方法能够有效提高降水动能估算的准确度，为区域土壤水力侵蚀计算提供更好的支撑。