通过分析中科院地理科学与资源研究所地域系统研究的开拓与发展历程,总结了"综合自然区划－生态地理区域系统－综合区划"重要发展阶段的创新成果,介绍了重要的格局研究所取得的进展。地域系统研究与社会发展的客观需求密切相关。20世纪50年代,为了认识自然规律,为农业生产布局服务,开创了综合自然区划;20世纪90年代,从生态建设和环境保护的需求出发,将生态系统观点、生态学原理和方法引入地域系统研究,开展了生态地理地域系统研究;随着地球系统科学和可持续发展研究的深入,从20世纪末开始探索综合区划研究,自然要素和社会经济要素的有机融合成为近期格局研究的鲜明特色。在此过程中,地域系统研究的方法论和技术手段不断创新,遥感、地理信息系统和数值模型等的深入应用,极大地推进了该领域的研究。中科院地理资源所的地域系统研究,始终与国家的重大经济建设和环境保护紧密结合,成为今后自然地理学乃至地理学发展的一个重要方向。
地貌学是现代地理科学的一个重要分支学科。本文对中国科学院地理科学与资源研究所建所以来在地貌研究领域的主要研究成果进行了综述,包括河流地貌、黄土高原与坡地地貌、青藏高原及南极地貌与第四纪、喀斯特与旅游地貌、地貌实验与模拟、地貌制图共六个方面,对地理资源所地貌研究团队目前的研究方向进行了介绍,并就提高地理资源所地貌研究在学科发展和服务国家建设中的作用提出了建议。
总结了中国科学院地理科学与资源研究所在过去2000年中国气候变化研究方面的主要进展,并对未来研究动向进行了展望。在过去10余年中,中科院地理资源所的历史气候变化研究在已有基础上,面向国际本领域研究的前缘科学问题,开展了大量研究工作,在代用资料的收集、整理与数据库建设,温度与降水变化重建以及气候变化的时空特征分析等方面取得了许多新成果。未来不但需要进一步利用历史文献、树轮等气候变化重建手段,加强高分辨率的气候变化重建工作,加密气候变化代用资料的空间覆盖度,并结合历史气候模拟等手段,深入开展气候变化动力学机制研究;而且还需要进一步利用地理资源所在本领域已积累的研究优势,开展历史时期的气候变化与人类相互作用等方面的研究。
中国科学院地理科学与资源研究所倡导和建立了化学地理研究机构,是我国最早从事环境科学研究的单位之一,推动了环境质量调查、环境质量评价、环境背景、环境容量和环境治理等理论和技术的建立和发展;长期进行克山病、大骨节病等地方病的调查及其环境病因与防治的研究,为上述疾病的控制做出了重大贡献;创立和发展了中国的医学地理学研究体系。2000年以后,在持续开展西部地方病地理流行规律和稀土元素生物地球化学循环研究基础上,重点开展了重金属等污染物及全球环境变化的健康风险评价研究,拓展了区域碳、氮、磷等生命元素的生物地球化学循环与温室气体排放的关系研究,强化了环境污染治理和健康保护的技术研究。实现了从化学地理到环境地理、从医学地理到健康地理的转变。未来的环境地理与人类健康研究将以地理环境的化学属性为重点,以人口健康保护为核心,探讨环境保护、社会经济发展和人类健康安全在整体上协调的机制与途径。
基于ArcGIS与ERDAS遥感影像制图软件,利用2007年SPOT2.5m分辨率遥感影像,结合实地调查,详细编绘了开封市段黄河河道边界、开封段黄河滩区土地资源的利用现状。采用1992~2007年最大洪峰时期的TM影像与沿河水文站点的观测资料,提取1992~2007年7个典型日期的河道行洪边缘线,与本底数据叠加,编制了开封段不同常遇洪水流量下滩区淹没范围。按照黄河下游二维水沙数学模型,采用2004年汛后河道大断面资料,计算生成不同流量级大洪水在滩区的可能淹没范围图(淹没区边界)。在此基础上,结合土地资源管理与河道行洪安全性的要求,总结当前黄河下游滩区利用开发的现状与存在问题,制订土地安全利用规避洪险的原则,规划土地安全利用分区,分为临河风险缓冲带、近河宜耕地带、相对稳定利用带(中风险带)和稳定利用带。提出了黄河滩区土地资源合理安全利用的对策。
次生滑坡灾害的影响是震后较长时间里人们持续关注的焦点,对其开展敏感性评价具有重要意义。选取5.12地震的重灾区汶川县北部作为研究区,利用遥感与地理信息技术提取地震滑坡信息,在全面分析滑坡与高程、坡度、坡向、岩性、断裂带、地震烈度以及水系等7个影响因子相关特性的基础上,采用信息量法与逻辑回归模型进行灾害敏感性评价,将研究区划分为极轻度、轻度、中度、高度和极高危险5个级别,并对不同模型的适用性开展分析和对比。结果表明,逻辑回归模型在描述区域滑坡灾害危险度总体特征方面稍具优势。
自20世纪80年代滦河上中游大型水库的修建以及下游农业用水量的激增,滦河下游水沙锐减。至桃林口水库修建后,滦河入海水量减至5.96亿m3/a,下泻泥沙减至2.43万t/a,滦河断流趋势日益严重。本文选择1979年至2007年多期遥感影像,探讨在大规模水资源开发影响下滦河下游河道及三角洲地貌的演化。结果表明:20世纪90年代以后滦河下游水沙量的大幅减少直接导致下游河道萎缩。由于上游水库的拦截以及下游河道搬运能力下降,入海泥沙量大幅减少几至断绝,致使滦河三角洲主汊道1984年改道后并未发育形成新的三角洲叶瓣,入海汊道由多汊萎缩为单汊,三角洲逐渐转入全面侵蚀阶段。
增加陆地生态系统碳汇已成为一项重要的减排手段,被纳入有关国际气候变化协定。区域尺度土壤固碳量估算成为当前研究的热点与难点。本文综述了目前国内外常用的区域土壤固碳量估算方法,并依据估算精度与方法差异将这些方法总结为四类:简易模型、清查法、经验模型和基于GIS的机理模型。同时对这四类方法的特点和适用性进行了评述,建议根据研究地区及目的不同选择合适的方法。此后,通过分析土壤固碳机理、数据收集、尺度推移、情景分析和土壤有机质机理模型发展等与区域土壤固碳量估算密切相关的各方面中存在的不足,提出今后区域尺度土壤固碳量估算方法将向耦合土壤有机质机理模型、土壤可溶性碳模型、土地利用模型和区域水文模型的基于GIS平台的区域综合模型方向发展。
依据2007~2008年野外实地调查以及相关文献资料,运用植物区系地理学和数量生态学方法,分析了秦岭蕨类植物区系的物种组成和地理分布特征,划分了秦岭蕨类植物的垂直带谱,并以此为基础探讨了秦岭山地生态分界线的划分,得出以下主要结论:(1)秦岭共有蕨类植物36科85属311种,优势科为鳞毛蕨科、蹄盖蕨科和水龙骨科,优势属为鳞毛蕨属和耳蕨属;在科属水平上,以热带成分占优势;而种的水平则以温带成分占绝对优势。(2)根据秦岭蕨类植物南北坡垂直带谱的对比分析,南坡海拔1000m左右应该是一条重要的生态分界线。(3)南坡1000m以下蕨类植物区系组成更接近亚热带区系,而其他地带则与温带蕨类植物区系更为接近,DCA排序很好地证明了此结果。综合来看,将南坡海拔1000m作为秦岭山地亚热带与暖温带的生态分界线较为科学。
采用2003~2007年江苏省能源消费和土地利用等数据,通过构建能源消费的碳排放模型,对江苏省5年来能源消费碳排放进行了核算,并通过土地利用类型和碳排放项目的对应,对不同土地利用方式的碳排放及碳足迹进行了定量分析。结论如下:(1)江苏省能源消费碳排放总量从2003年的8794.24万t上升到2007年的16329.85万t,涨幅达86%。其中,终端能源消费碳排放占53.6%。(2)江苏全省土地单位面积碳排放从2003年8.24t/hm2上升到2007年15.53 t/hm2,增幅为88.5%。其中,居民点及工矿用地单位面积碳排放最大,为95.62 t/hm2。(3)江苏全省能源消费碳足迹大于生产性土地的实际面积,由此造成的生态赤字达1351.285万hm2。(4)不同土地利用类型的碳足迹大小顺序为:居民点及工矿用地＞交通用地＞未利用地及特殊用地＞农用地和水利用地,其中居民点及工矿用地的碳足迹高达10.89 hm2/ hm2。(5)江苏全省单位面积碳足迹也呈明显的扩大趋势,从2003年的0.938 hm2/ hm2上升到2007年的1.769 hm2/ hm2。
控制温室气体排放最终要落实到不同国家、不同行业之间的利益分配和责任分担,尤其是通过国际商品贸易转移的碳排放是在国家间分配排放配额时必须考虑的指标。基于中国钢铁产品国际贸易流的分析表明,中国在国际钢铁产品贸易中处于垂直产业内贸易的低端,中国具有比较优势的钢铁产品多为加工程度低、技术含量低、能源消耗强度大的初级产品。由于我国进出口钢铁产品在附加价值和能源消耗强度方面存在明显的差异,随着中国钢铁产品国际贸易规模的扩大,使大量CO2排放责任向中国净转移。我国学者应以更加积极的姿态参与到国际谈判、国际规则的制订中,从产品生产者和消费者两个层面合理界定中国在全球温室气体减排中的责任,力争在气候变化国际谈判中确保中国的经济贸易利益。
以克里斯泰勒提出的中心地空间结构为研究对象,回顾和总结了中心地理论的主要内容、理论发展和实际应用,并以复杂性科学的理论和方法为基础,根据中心地理论假设,提出基于agent建模的两层次agent模型结构,通过遗传算法再现和验证了克氏单一职能的六边形中心地空间格局。模拟表明,微观自主体的相互作用的确可以突现出六边形宏观空间格局,这为以后突破克氏理论中"均质、静态、封闭"的不足提供了新的研究途径。中心地宏观空间结构的微观机理需要进一步结合经济学演绎模型和ABM的计算实验深入研究。
从基于企业活动为城市经济活动的主要动因、企业组织联系为城市网络基础的认识出发,以企业跨国母子组织联系为根据,建立网络基本要素和联系密度等概念与指标。以中韩城市联系为例,分析了中国城市跨国网络结构特点。结果表明:跨国城市网络不断扩大的同时,网络基本要素分布呈现区位倾向性,集聚于环渤海和长三角;城市对和结点城市联系密度位序—规模分布显著,形成青岛、上海、北京、天津与首尔主导轴和青岛、天津、上海、北京等主导结点;城市对和结点城市的联系密度规模位序不断调整,同时在高位序群中保持相对稳定性;结点城市呈现专门性、综合性的分化,如北京和上海显示综合性,青岛和天津显示专门性等;受企业母子相互关系影响网络联系键具有矢量性,进而结点城市中形成源结点和受结点之分。
选取沙化严重但近期沙化防治效果显著的宁夏盐池县北部风沙区为案例,基于SPOT 5遥感影像将沙区聚落按居民点与周边土地的空间关系分成11种类型,并抽象成3个基本模式(放射状、环状、放射+环状)。同时,构建由3大支撑系统的30项指标组成的聚落人居评价指标体系,对11种类型聚落中的典型案例进行人居环境质量评价。结果表明:环状模式聚落的人居环境质量最高,其中又以单环状聚落最优;复杂半放射+半环状聚落次之;放射状聚落相对最差,其中又以居民点与沙地直接接触的有耕地放射状最差。最后,分析了各等级聚落的优势与不足,并结合沙区实际情况提出复杂半放射+半环状聚落中有耕地半放射+半环状的聚落为沙区聚落相对适宜人居的聚落类型。
目前,迫切需要一套切实可行的评价指标体系和评价方法来衡量城市自身的休闲实力和休闲发展能力,以此判断一个城市是否具有建设休闲城市的资质和条件。本文综述了当前人们对休闲城市评价指标体系的看法,在对休闲城市内涵分析的基础上,构建了一套切实可行的休闲城市评价指标体系。以此为依据,借助SPSS统计分析软件,运用因子分析法评价了杭州、成都、大连、青岛和南京等15个城市的休闲水平和实力。结果表明,深圳、杭州、成都、北京休闲主体意识、休闲设施水平较高,而厦门、上海、大连、杭州休闲环境较为适宜。就综合休闲实力相比,北京、上海、深圳、广州、杭州水平较高,充分证明了其构建休闲城市的实力和基础。
坡位的空间渐变特征影响着小流域及坡面尺度上的土壤、水文、地貌等现象和过程,因此对精细尺度下的地理建模(如土壤空间信息推理)有重要作用。虽然目前已有多种模糊坡位信息定量提取方法,但所得到的模糊坡位信息还缺乏实际应用。本文以精细尺度下的土壤属性空间分布推测为例,对此展开探索。应用模型假设:(1)在小流域内,地形因素主导着土壤属性空间分布的变化;(2)典型坡位上对应分布着典型的土壤属性值,土壤属性与坡位之间存在协同变化关系。据此建立以模糊坡位信息对各类典型坡位上土壤样点属性值的加权平均模型,推测土壤属性的空间分布。模型应用于黑龙江省嫩江流域一个地形平缓的小区(面积约60 km2),通过一个以坡位典型位置作为原型的模糊坡位定量方法提取5类坡位(山脊、坡肩、背坡、坡脚、沟谷)的空间渐变信息,对土壤表层有机质含量的空间分布进行推测。推测结果通过研究区70个土壤采样点进行评价,以推测结果与评价样点集之间的相关系数、平均绝对误差、均方根误差作为定量评价指标,与使用常用地形属性的多元线性回归模型推测结果进行对比。评价结果表明,仅使用极少建模点的加权平均模型的推测结果优于多元线性回归模型的推测结果。
虚拟旅游系统是利用三维GIS、虚拟现实与网络等技术构建的面向旅游业的网络虚拟现实系统平台。在整个虚拟旅游系统构建中,最基础也是最重要的部分是虚拟旅游景观的实现,它关系着虚拟景观的展示效果、显示速度以及空间分析、情景模拟等各项功能的实现。本文基于虚拟旅游景观的特点及实现难点,使用ArcGIS和3DSMax分别建立具有不同形态特征的虚拟地面模型和虚拟地物模型,将所有模型转换为VRML文件格式并进行优化,不仅有效融合了虚拟地面模型和虚拟地物模型,并且兼顾了模型的逼真度和显示速度。本文提出了一套虚拟旅游景观的设计方案、关键技术,并通过圆明园遗址公园虚拟旅游景观的实现,验证了其可行性。本研究对于虚拟旅游的发展具有积极的参考意义,对于我国众多旅游景区虚拟旅游系统的研发具有技术的应用性和可推广性。
