农村居民点作为农村人口重要空间聚集区,其空间布局、演变特征受历史、自然、社会、经济、传统文化等多重因素的影响。科学识别农村居民点的时空分布形态,并揭示其内在的变化规律和驱动因素,对促进农村居民点科学规划、提高农村土地资源空间布局优化均具有重要意义。利用都江堰市2005和2012年两期遥感影像提取农村居民点、城镇、道路、河流等矢量数据,借助RS、GIS空间分析技术,定量研究都江堰市农村居民点时空变化过程、格局和特征,并引入空间自回归模型深入分析不同环境因素对农村居民点空间布局的影响程度。研究结果表明:(1)都江堰市农村居民点的空间分布密度存在显著的空间正相关性,即密度值较高或较低的地区在空间上呈现显著的聚集状态,但局部的空间异质性在增强;(2)密度的高值集群主要集中分布在都江堰市东南部沙西线沿线以及南部成青快速通道一线,并且有进一步沿道路延线纵深扩张的趋势,而密度的低值集群由于受地形的影响,在空间分布上变化不大,主要位于龙门山沿线的乡镇;(3)2005~2012年,地形位指数每增加1%,农村居民点的空间密度减少0.505%,而距城镇、河流和道路的距离每增加1%,农村居民点的空间密度分别增加0.124%、0.144%、0.006%;(4)不同环境因素对农村居民点空间分布的影响程度大小为:地形影响 >城镇辐射影响 >河流影响 >道路影响,并且随着时间的推移,各环境因素的影响程度都在不断地增强。该研究以期为今后同类研究提供一定的方法借鉴,为农村居民点动态变化监测、农村土地节约集约利用、新农村规划等提供理论方法和技术应用支撑。

运用基尼系数、空间自相关等方法分析改革开放以来县域和地级市空间尺度下的江苏省区域经济差异变化及其空间机制。研究表明:改革开放以来江苏省县域和地级市尺度的区域经济差异在2008年前均呈扩大趋势,以后差距缩小,且县域尺度大于地级市尺度。在县域和地级市尺度上江苏省区域经济差异均存在明显的空间正相关关系,且不断增强,在县域尺度空间集聚更强。在地级市水平上,苏北的低水平集聚是其产生区域差异的主要原因,而在县域尺度上则苏南的高水平集聚是江苏区域差异主要原因。针对江苏省区域经济差异重点关注县域尺度的区域差异,在地级市尺度上侧重提升落后地区发展水平,而在县域空间尺度上以促进高水平地区的空间扩散为主。

根据旅游、城镇化、生态环境3个子系统交互耦合的作用机理,构建鄱阳湖地区旅游产业-城镇化-生态环境复合系统的评价指标体系,引入协调发展度模型,定量测算了1999~2013年鄱阳湖地区的协调发展度,根据测算结果对鄱阳湖地区的协调发展状况进行整体评价及6个城市(南昌、景德镇、九江、鹰潭、抚州、上饶)的对比分析。结果表明:整体上鄱阳湖地区协调发展度呈上升趋势,但旅游和城镇化相对滞后导致其平均水平仍处于初级协调阶段,协调水平有待提升,6市之间的协调发展水平差异明显,且特征各异,城镇化和旅游业发展与生态环境之间的矛盾是制约鄱阳湖地区协调发展的主要因素,未来鄱阳湖地区应在坚持修复和改善生态环境的基础上,加快旅游业发展和城镇化进程,从而实现鄱阳湖地区旅游产业、城镇化、生态环境的全面协调和快速提升。

人口空间分异研究是区域协调发展的基础,便捷准确地获取城镇人口全局和局域的空间信息,对于合理制定区域人口、经济和社会发展政策具有重要意义。在DMSP/OLS(夜间灯光)数据和人口数据之间的定量关联基础上,模拟出格网尺度上江苏省2012年人口密度,采用人口集中指数、空间变差函数识别人口分布的空间格局并探讨区别于行政单元尺度的人口格局形成机理。区域层面,江苏省人口空间分异呈现苏北地区"低密度点状"分布,苏南、苏中为"高密度面状"分布并存格局。城镇层面,江苏省人口空间分布结构具有4种类型,H-H型地区人口各向差异性最强,网格单元内随机变异最小;H-L型人口各向差异性最小,网格单元内随机变异较大;L-L型人口轴向均质化特征明显,网格单元随机变异较小;L-H型空间各向差异性较小,网格单元的随机变异最大。结果表明,基于DMSP/OLS夜间灯光数据反演而得到的人口格网模型具有巨大潜力,结合变差函数进行拟合分析可定量地刻画城镇内部人口分布的空间异质性特征。

碳氧平衡法可通过比较人类活动引起的释碳耗氧量与生态用地的固碳释氧能力之间的平衡关系来测算碳氧平衡标准下生态用地需求量。以武汉市为例,遵循"环境友好、资源节约"的两型社会建设原则构建了土地利用综合效益最优的多目标函数,以2013年为基期年且2020年为目标年,探索了碳氧平衡约束条件下武汉市土地利用结构的优化方向。研究结果表明:土地利用结构优化后2020年较2013年增加了 40 908 hm² 标准生态用地,产生431亿元的综合效益,年固碳能力和释氧能力分别达到532.03万t和 1 418.33 万t,分别占武汉市释碳耗氧量的43.25%和30.29%,能完成区域内的固碳任务且有盈余,但不能实现区域内的氧平衡。研究结果表明仅通过增加生态用地来维持碳氧平衡将难以为继,长期来看,必须转变发展方式来维持碳氧平衡状态。

将资源诅咒的研究领域由传统的矿产资源转向土地资源研究问题域,以近10 a江汉平原18个县(市)的统计数据为依据,运用诅咒系数对其进行资源诅咒的实证分析。结果显示,近年来发展滞后的荆州市所辖的监利县、江陵县以及其他7个县市的土地资源诅咒系数大于1,确实存在资源诅咒现象,且江陵县与监利县还属于严重诅咒区。通过对选取指标作进一步的计算分析,得出导致其产生资源诅咒的原因主要为:以土地资源为依托的农业没有得到高效发展,而受到发展观念与投入等束缚,其二、三产业发展同样滞后。根据影响资源诅咒地区产业发展的具体因素,有针对性地给出化解土地资源诅咒的对策建议,为今后资源诅咒地区打破诅咒束缚,持续快速发展指明方向。

以长江中下游典型草型湖泊龙感湖为研究对象,借助生物指标(沉积物表层硅藻),通过硅藻分析、DCA分析、聚类分析以及硅藻属种指示的湖泊营养特征分析,探究龙感湖沉积物表层硅藻属种分类、影响硅藻的潜在环境梯度、表层沉积硅藻属种的空间分布特征以及分析表层沉积硅藻属种指示的湖泊营养特征。研究表明:龙感湖表层沉积硅藻属种分布存在空间差异;表层硅藻属种的分布主要由第一轴的环境因子所解释,反映的样点的排列受第一轴的控制,第二轴反映的环境意义不显著;龙感湖硅藻组合是以富营养的浮游种为优势,已经接近富营养态,以半浮游种Aulancoseira granulata为最大优势种,而Aulancoseira granulata在中营养湖泊中占绝对优势。主要出现在富营养湖泊中能较好指示富营养化的浮游、半浮游种Cyclotella atoms和C.meneghiniana、Aulacoseira alpigea、Cyclostephanos dubius、Stephanodiscus parvus、S.hantzschii出现在龙感湖内;以浮游种为优势种的东部湖区比以附生底栖种为优势种的西部湖区富营养化更严重,研究以期为湖泊治理提供一定的理论依据。

作为湖泊底栖动物优势种类的霍甫水丝蚓在长江中下游湖泊分布广泛,在湖泊生态系统的能流和物流中占有十分重要的地位。为了了解霍甫水丝蚓在大型浅水湖泊中的种群动态规律、生活史和周年生产量等的状况,于2005年1~12月对太湖霍甫水丝蚓进行周年的研究,以期为了解太湖这一优势种类的生产力状况及合理利用这一资源提供理论依据。研究发现,2005年太湖霍甫水丝蚓年均密度和生物量分别为 3 274 ind./m²(0 ~13 800 ind./m²)和4.70 g/m²(0 ~29.15 g/m²),一般均在冬季达到高峰,空间分布上霍甫水丝蚓密度和生物量呈现出明显的差异性,在太湖北部梅梁湾和竺山湾及西部河口湖区分布较高,而在其它区域的现存量均较低。根据体长频数分布的周年变化特征,推测太湖霍甫水丝蚓约为一年三代,繁殖可能发生在3、7和11月份期间。2005年太湖霍甫水丝蚓年生产量为480.21 g·m^-2·yr^-1,P/B为14.17,与同类研究报道相比属于较高水平。分析表明太湖霍甫水丝蚓的高世代数导致其高P/B系数,而高周年生产量与其所处的营养水平相对较高有关,这对于太湖渔产潜力具有显著意义。

以全球变暖为特征的气候变化已成为当今科学界、各国政府和社会公众普遍关注的最重要议题之一。气候变化对水资源管理的影响是具有重要学术价值的新兴研究方向,目前的重点研究领域主要包括:气候变化背景下水资源综合管理方式与集成研究,气候变化下水资源适应性管理机制,中国面临的水资源均衡性管理,公众参与水资源适应性管理的政策制定,对减缓措施与水资源可持续发展的认识。主要的研究方法包括:适应气候变化的定性分析方法(多尺度适应综合分析方法)、成本效益分析方法等。适应性管理是目前应对气候变化伴随的不确定性问题的有效策略,未来应在分析中国各流域水资源不确定性问题的基础上,建立气候变化情景下适应气候变化的水资源适应性管理体制机制。

通过实地调查和制图分析,研究1983~2013年南洞庭湖区万子湖湿地和鱼类生境景观变化及其人为驱动,结果表明:湿地洲滩面积由1.410×10⁴ hm²增加到2.135×10⁴ hm²,敞水面面积由1.363×10⁴ hm²减少到0.631×10⁴ hm²;芦苇洲减少,但林地由0.056×10⁴ hm²增加到0.728×10⁴ hm²并扩展到保护区核心区;新增泥围21个、网围10个,引淤、沥水排水设施长度增加了201.71 km。人为干扰对景观变化有极大影响,其中引种意大利杨及芦苇改变了地形和群落结构,挤占了自然演替条件下应有的草洲景观空间,使鱼类产卵、索饵的适宜生境减少;泥围作为有害渔法,与网围都处于建设发展阶段,占据了草洲、洼地等鱼类产卵、索饵的适宜生境;引淤渠建设使大面积湖泊快速淤积成洲,将水生生态景观转变为大多数时间干露的以陆相生态景观为主的水陆相生态景观,鱼类生境被压缩,并对南洞庭自然保护区核心区继续发挥促淤作用。

中国曾大量生产和使用有机氯农药(OCPs),目前虽已被禁止生产和农业中使用,但含三氯杀螨醇的林丹和滴滴涕(DDTs)仍在非法生产和使用。为了解农业大省江西省城市内湖OCPs的残留情况,以鄱阳湖生态经济区象湖为研究对象,用GC/ECD 分析象湖表层沉积物中8 种OCPs的残留水平,采用ArcGIS空间分析、主成分分析法探讨OCPs 的残留特征、来源及其可能的风险。结果表明,8 种OCPs 在象湖表层沉积物中均有不同程度检出,六六六( ∑ HCHs) 含量为nd~61.89 ng/g, ∑ DDTs含量为nd~81.47 ng/g。含量较高的组分为o,p'-DDT、β-HCH和δ-HCH。象湖表层沉积物中OCPs残留空间分布不均,其中象湖南边湿地花卉公园沉积物中OCPs含量相对较高。同中国其他城市内湖/内河相比,象湖表层沉积物中HCHs和DDTs残留水平偏高,这可能与象湖区域曾经作为南昌市农业发展区有关。来源解析结果表明象湖HCHs和DDTs主要来源于农药的历史使用,但近年来很可能有林丹和三氯杀螨醇的输入。风险评价结果显示目前象湖表层沉积物中DDTs类污染物对人体健康风险总体处于较低水平,但湿地花卉公园周边环境生态风险较高,对周围环境的生物毒性较大。研究结果可为城市内湖的污染控制及风险管理提供科学依据。

以湘江长沙段5个监测断面9个检测项目的实测数据为依据,运用综合指数法、污染物分担率以及营养状态综合指数法,分析了湘江长沙综合枢纽蓄水初期长沙段水环境参数的变化。结果表明:从总体上讲,长沙综合枢纽蓄水初期,长沙段5个监测断面水体的氨氮、高锰酸盐、总磷(营养物质)、挥发酚、石油类(有机毒物)镉、砷、汞、铅(重金属)9项综合污染指数等级、污染物分担率,以及营养物含量等级在时空尺度上均呈不同程度的下降趋势,其中以重金属污染指数下降趋势最明显。改善长沙段水环境质量的主要原因是:①长沙经济结构的优化与调整;②长沙综合枢纽建设与库区长沙段治污工程建设同步;③长沙综合枢纽蓄水功能,当水库蓄至正常水位时,一方面使库区长沙段年最低水位上升约1.5 m;另一方面使库区长沙、湘潭、株洲三江段分别较多年平均水位抬高4~6 m、2~4 m、1~2 m,如此增加了长沙段水量,从而对水体污染物起到一定的稀释、降解与输移作用。

城镇化是人类改变地表最深刻、最剧烈的过程之一, 针对平原区城镇化引起的洪涝加剧问题,以浙东沿海奉化江流域中下游平原为例,利用高分辨率遥感影像和地形图资料获取1990~2010年间下垫面特征信息,从土地利用类型、河网水系和地面高程3个方面,分析城镇化过程中平原河网地区下垫面特征变化及其对区域洪涝调蓄能力的影响。研究结果表明:平原区城镇化对下垫面的影响不仅表现为城镇不透水面的增加,径流系数的增大,同时城镇扩张过程中农田和水系转化为城镇用地,而后者具有相对较高的防洪标准,使得新建城区地面高程明显增大,河网调蓄能力亦呈不断减少趋势。洪涝模拟显示以上下垫面变化导致区域可调蓄洪涝的空间逐渐减少,洪涝风险程度加大,并呈现向相对低洼地带转移的趋势特征。

基于长江中下游流域75个雨量站1960~2012年的日降水资料,通过定义长、短周期旱涝急转指数,全面地分析了长江中下游流域旱涝急转的趋势变化和时空分布特征。研究结果表明:(1)长周期旱涝急转表现为以涝转旱事件为主,且存在由旱涝急转事件向全旱或全涝事件过渡的趋势,短周期的旱涝急转发生频率较高的也是涝转旱事件;(2)长江中下游北岸多发生旱转涝事件,南岸则多发生涝转旱事件;(3)1998年和2011年6~7月短周期高强度旱转涝事件发生在长江北岸,涝转旱事件发生在南岸地区;5~6月与7~8月旱涝急转事件强度分布则呈相反状态;(4)总体来说,长、短周期涝转旱频次呈现不断减小的趋势,旱转涝有轻微增加的趋势。7~8月则较为特殊,湘江流域涝转旱有增加的趋势,洞庭湖地区涝转旱显著增加,此研究结果可以为长江中下游流域防洪抗旱工作提供一定的依据。

利用2011年1月~2014年2月上海崇明岛地区颗粒物(PM_2.5、PM₁₀)的连续监测资料,研究了PM_2.5总体分布、季节变化、日变化及浓度频率分布规律,初步分析了逆温、相对湿度、风向风速等气象要素对颗粒物浓度的影响。结果表明:2011~2013年该地区PM_2.5平均值分别为24.7,33.6和28.3 μg/m³,均低于PM_2.5的年平均浓度限值35 μg/m³,细粒子污染程度较轻。PM_2.5浓度日变化幅度不大,呈微弱的单峰型分布,9:00左右达到一天中的最大值,15:00 左右达到最小值。PM_2.5浓度的季节分布特征明显,呈现出冬季 >春季 >秋季 >夏季,一般情况下5月份PM_2.5月均浓度值最高,8月份浓度最低。PM_2.5日平均浓度有57.9%达到国家空气质量一级标准,有93.4%达到国家空气质量二级标准,超标率为6.6%。对PM_2.5与各气象要素进行分析后发现:PM_2.5质量浓度在逆温层结稳定、风速小、高湿以及近地面盛行西北到西风这样的静稳天气条件配合高空西北方向上的外来污染物输送,容易造成高浓度的PM_2.5污染。

城市化与环境空气的相互作用关系研究,是引导城市可持续发展和环境政策制定的重要依据。利用主成分分析法和集成的环境空气质量指数分别评价了城市化和环境空气质量水平,进而拟合了两者的最优高次多项式曲线。结果发现:①2001年来,武汉城市圈的城市化综合水平表现出以武汉为核心,黄石和鄂州为次核心,咸宁、孝感等为边缘的层级结构;②城市圈空气污染的重心主要在武汉市和鄂东南的黄冈、鄂州、黄石等地区,PM₁₀是首要污染物;③不同城市由于其自然地理背景、城市发展类型、经济产业结构的不同,环境空气效应(关系)存在差异,在武汉城市圈内主要表现为三类:武汉市的复合型空气污染,黄石、鄂州等煤烟型为主的空气污染,以及咸宁、天门等煤烟和机动车尾气混合型的转变空气污染。未来,城市圈在生态环保一体化的进程中,需加强空气污染的联合防治,也需结合城市的自身特点采取有针对性的污染治理措施。

为了弄清安徽省大雾时空演变规律,利用安徽地面气象站1970~2009年40 a的气象观测资料,对安徽省大雾的气候特征进行了系统的分析。研究发现安徽省大雾具有显著的年代际、季节性和区域性变化特征,结果表明:(1)年代际变化,安徽省雾日数在80年代达到最高,由于城市发展和气候变化的影响,雾日数不断减少。同时,雾生时间年代际变化不大,而雾消时间则不断后延,直接导致雾的持续时间不断增加,40 a间雾的持续时间增加将近1 h;(2)安徽省大雾四季特征分明,空间分布不均。冬季是安徽大雾的高发期,大雾日数最多,持续时间最长,雾中最小能见度最低,雾的影响最为严重。在夏季,大雾日数最少,持续时间最短,雾中最小能见度最大,雾的影响最弱;(3)空间分布上,皖北和皖南山区雾日数和雾的持续时间都较长,雾中最小能见度都较低。而在中部地区则相反,雾的影响较弱。

为研究云南省及5个子区域年降雨侵蚀力和各量级降雨侵蚀力的时空变化特征,基于云南120个站点近43 a逐日降水资料,利用Man-Kendall趋势检验、Morlet连续复小波变换分析等方法进行系统分析。结果表明:各区域大雨侵蚀力在年降雨侵蚀力中起主导作用;年内各月降雨侵蚀力滇西北基本以大雨侵蚀力为主,其余区域干季以中雨侵蚀力为主,雨季以大雨侵蚀力为主;各量级降雨侵蚀力表现出降雨量级越大,季节性越强,集中程度越高的特征;各区域中雨侵蚀力相对变化呈减少趋势,其余量级降雨侵蚀力变化趋势以减居多;暴雨侵蚀力相对变化程度最强,大雨和中雨侵蚀力相对较缓;滇西北年降雨侵蚀力、大雨和中雨侵蚀力以9 a左右时间尺度为主震荡周期,其余区域主震荡周期多为18~21 a左右,暴雨侵蚀力主震荡周期在各区域存在一定差异。

通过对1981~2012年24例长江上游流域大洪水过程进行普查,发现影响长江上游大洪水强降水过程的天气系统主要为:巴湖槽东移型、贝湖槽稳定型和东北冷槽型。采用统计、诊断及合成分析方法,对3种不同天气类型的大尺度环流背景、主要影响系统及致洪降水发生机理进行研究,并总结其特点及差异。结果表明:3种类型大洪水的洪水特征及降水特征各不相同,大尺度环流背景及天气系统也有所差异。副高及500 hPa中高纬环流形势异常是导致强降水发生的直接因素,西南涡、冷暖式切变线及冷空气在不同的类型洪水降水中作用各不相同,异常气旋性环流场、水汽输送方向及水汽通量辐合区与强降水的位置密切相关。

北川羌族自治县是2008年"5·12"地震的极重灾区,地震给其境内的各类城乡建筑造成了严重的损失,经过3 a多的灾后重建,该县聚落空间得到快速的重构。2013年的7·9洪灾之后,北川境内的地质灾害事件全面爆发,给重构聚落空间的安全造成了严重的威胁。以2013年7·9洪灾之后的灾情普查数据和北川的土地利用图为基础数据,利用GIS技术,使用最邻近法及主成份分析法分析评价了北川境内聚落空间的地质灾害灾情特征,并根据各个聚落斑块的灾情指数值的大小将其划分为灾情轻微、较重、严重和极严重的4个等级。评价的结果表明:北川县境内共有1 016个聚落斑块受到地质灾害点的威胁,占聚落斑块总数的5.702%;其中,灾情极重的聚落有45个、灾情严重的聚落有64个、灾情较重的聚落有775个、灾情较轻的聚落有132个。该评价结果可以为地方政府根据各受灾聚落灾情的轻重缓急而制定出科学的防灾减灾决策提供基本依据。

八步里沟位于大渡河上游,沟口堆积扇为金川县城,历史上泥石流灾害严重。20世纪80年代以来,对泥石流灾害进行了综合治理,工程防治效果明显,通过近30 a的演化,防治工程与泥石流灾害共同作用形成了独特的泥沙资源并进行了初步开发。分析了八步里沟的资源特征、综合开发利用的制约因素、开发与保护的优化配置以及进一步开发的空间等问题,发现拦砂坝库区的建材开发有效延长了工程运行年限,沟内种植经济林抑制了泥石流灾害,拦砂坝抬高沟床侵蚀基准面为小水电开发和灌溉提供了水头,经济发展与灾害防治形成良性循环,达到可持续发展的目的。为提高资源利用率,最大化发挥防灾工程的经济效益和社会效益,可进一步利用现有治理工程建立泥石流防治的科普基地,沟口堆积扇泥石流排导工程两侧设立限制开发区、建立生态公园,达到优化资源开发的目的。

基于大渡河流域1961~2010年逐日降水数据资料,运用Mann-Kendall非参数检验、Morlet小波分析法,分析了近50 a来大渡河流域极端降水事件的时空变化特征。结果表明,大渡河流域的极端降水指数均呈现出相对稳定的波动增加;多年平均值均呈现出由西北向东南方向逐渐增多的分布特征,变化趋势的空间分布存在着区域差异:除强降水日数外,其他极端降水指数均呈现下游增加,上游减小的变化趋势,大渡河流域极端降水与年降水量变化趋势密切相关。大渡河流域各指数突变特征不一致, 1 d、5 d最大降水量突变年集中在1974~1976年前后;强降水日数、极端降水量及极端强降水日数发生突变的年份分别为1984年、1979年及1977年,且突变后呈现明显的增大趋势。大渡河流域极端降水指数周期特征较复杂,但普遍存在5~10 a的年际振荡周期和20~25 a的年代际振荡周期,且25 a是最强的主周期。