基于生态系统服务和PSO-SOFM神经网络的中亚水土热资源匹配分区 被引量：7

1

作者 闫雪 黄法融 +2 位作者 李倩 周宏飞 李兰海 《中国生态农业学报（中英文）》 CAS CSCD 北大核心 2021年第2期241-255,共15页

水土热资源匹配度分区研究对于区域农业规划具有重要意义。中亚地区长期以来缺乏合理的水土热资源管理,已引发了一系列资源环境问题,严重威胁该地区农业生产。目前的研究也较少关注中亚水土热资源匹配分区模式。本研究利用遥感数据,通... 水土热资源匹配度分区研究对于区域农业规划具有重要意义。中亚地区长期以来缺乏合理的水土热资源管理,已引发了一系列资源环境问题,严重威胁该地区农业生产。目前的研究也较少关注中亚水土热资源匹配分区模式。本研究利用遥感数据,通过量化4种主要生态系统服务(植被固碳、土壤保持、水源供给与涵养及生物多样性保护)的时空分布特征,结合PSO-SOFM(particle swarm optimization,PSO;self-organizing feature map,SOFM)神经网络模型实现中亚水土热资源匹配度分区,并利用Spearman秩相关分析探索不同匹配度分区与生态环境因子的关系,应用偏相关分析确定气温和降水量对中亚地区生态系统服务的影响。结果表明,中亚生态系统服务总体呈东南高、西北低的空间格局,沿山地—绿洲—荒漠方向递减。在2000—2015年间,各类生态系统服务均有不同程度变化,其中植被固碳和土壤保持呈显著下降的面积占整个中亚的84.81%和84.82%;水源供给与涵养以及生物多样性保护服务呈显著下降的面积较少,占比分别为69.48%和19.8%,且这两种生态系统服务在个别地区有增加趋势。PSO-SOFM神经网络模型在中亚水土热资源匹配度分区中表现良好,根据生态系统服务值空间模式,中亚水土热资源匹配度可被划为5大类21个子类分区。在空间尺度,各类匹配度分区之间生态系统服务值有显著差异,降水是影响生态系统服务和匹配度高低的重要限制因子,而气温和土壤因素影响较弱;在时间尺度,降水和各生态系统服务值间呈显著正相关关系的范围更广,而气温对生态系统服务值有显著影响的区域主要集中在哈萨克斯坦北部草地—半荒漠生态敏感区、中亚荒漠生态脆弱区、中亚中部半荒漠生态敏感区以及巴特赫兹—卡拉比尔半荒漠生态敏感区等地。而在其他区域,气温和降水量并非决定生态系统服务值高低的主要因素,生态系统服务值的变化可能与土地开发利用模式有关。结合不同匹配度分区的生态地理条件,本研究可为中亚地区水土资源开发利用、农牧业发展以及生态环境保护提供有用信息。 展开更多

关键词 水土热资源 生态系统服务 PSO-SOFM神经网络 匹配度分区 中亚

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基于生态系统服务的中亚水土热资源匹配度时空变化特征 被引量：6

2

作者 闫雪 孟德坤 +3 位作者 陈迪桃 李倩 杨涛 李兰海 《应用生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第3期794-806,共13页

水土热资源匹配程度与生态系统的稳定及其可持续性密切相关。本研究通过引入与人类福祉相关的生态系统服务的概念,利用基于遥感数据的植被净初级生产力(NPP)指标法构建了中亚地区水土热资源匹配度指数,采用趋势分析和Hurst指数方法,分... 水土热资源匹配程度与生态系统的稳定及其可持续性密切相关。本研究通过引入与人类福祉相关的生态系统服务的概念,利用基于遥感数据的植被净初级生产力(NPP)指标法构建了中亚地区水土热资源匹配度指数,采用趋势分析和Hurst指数方法,分析了中亚水土热资源匹配度的时空变化特征,并探讨其与气候因子及水分利用效率的相关性。结果表明:中亚地区水土热资源匹配度总体偏低(9.3),且在不同生物群区具有明显的空间差异性,总体表现为高山森林区>高山草甸区>典型草原区>荒漠草原区>湖区>荒漠区。2000-2015年间,中亚地区各生物群区的水土热资源匹配度与区域总体水土热资源匹配度均表现为波动下降,但变幅小、持续性较差。气温和降水在空间分布上的巨大差异性及错位性是中亚水土热资源匹配度总体偏低的主要原因,降水对中亚水土热资源匹配度的影响强于气温,中亚水土热资源匹配度与水分利用效率之间也有较强的相关性。 展开更多

关键词 水土热资源匹配度 生态系统服务 气象因子 水分利用效率 中亚地区

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雪崩灾害防治研究进展及展望 被引量：7

3

作者 郝建盛 李兰海 《冰川冻土》 CSCD 北大核心 2022年第3期762-770,共9页

雪崩是冰冻圈内主要的自然灾害之一,严重威胁高寒山区内的交通廊道、能源输送和通信干线、矿区、牧区、旅游区等安全并造成基础设施毁坏和人畜死伤,阻碍山区社会经济的可持续发展。随着气候变化和人类活动不断向高寒山区扩展,暴露在雪... 雪崩是冰冻圈内主要的自然灾害之一,严重威胁高寒山区内的交通廊道、能源输送和通信干线、矿区、牧区、旅游区等安全并造成基础设施毁坏和人畜死伤,阻碍山区社会经济的可持续发展。随着气候变化和人类活动不断向高寒山区扩展,暴露在雪崩危险之下的人口及基础设施日趋增多,雪崩的风险显著增强。为保障山区的社会经济可持续发展,对雪崩灾害防治管理需求不断增加。在梳理我国1960年以来主要雪崩研究进展基础上,结合世界各地雪崩研究成果,总结了雪崩的影响因素和区域规律、雪崩的形成与运动机理、雪崩监测预警、雪崩风险评估和雪崩工程防治等方面的进展和亟须研究的前沿问题以及科学难点。同时本文论述了气候变化对雪崩活动的影响,以及人类活动与雪崩活动之间的相互影响,展望了未来雪崩防灾减灾的需求并提出对策,推动雪崩防灾减灾研究。 展开更多

关键词 雪崩研究 气候变化 雪崩灾害 雪崩防治和管理

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1966—2015年天山南北坡空气湿度差异及其影响因素 被引量：12

4

作者 陈迪桃 黄法融 +1 位作者 李倩 李兰海 《气候变化研究进展》 CSCD 北大核心 2018年第6期562-572,共11页

利用天山地区近50年(1966—2015年)逐日气象资料,采用Mann-Kendall趋势检验法研究了天山南北坡相对湿度(RH)的时空变化特征,分析了天山南北坡RH对平均气温、降水量、平均风速、参考蒸散量、日照时数的敏感性,并探讨了引起RH变化的主导... 利用天山地区近50年(1966—2015年)逐日气象资料,采用Mann-Kendall趋势检验法研究了天山南北坡相对湿度(RH)的时空变化特征,分析了天山南北坡RH对平均气温、降水量、平均风速、参考蒸散量、日照时数的敏感性,并探讨了引起RH变化的主导因素。结果表明:(1)整个天山地区RH变化有略微上升的趋势但不显著,北坡RH总体呈下降趋势,南坡RH总体呈上升趋势。(2) RH空间分布呈自北向南递减趋势,南北坡全年及春季以下降趋势为主,而夏、秋、冬三季均以上升趋势为主,且南坡变化趋势的显著性高于北坡。(3) RH对风速、气温、日照时数及参考蒸散量均为负敏感,对降水量为正敏感。北坡RH对各气象因子的敏感程度依次为日照时数>参考蒸散量>风速>气温>降水量,南坡敏感程度依次为日照时数>风速>参考蒸散量>气温>降水量。空间分布上,仅降水量敏感系数高值区位于北坡伊犁河谷,其余要素敏感系数高值区均位于南坡。(4)参考蒸散量是影响天山地区RH变化的主导因子,整个天山地区参考蒸散发贡献率较高,日照时数贡献率高值区集中于北坡伊犁河谷,风速、降水量、气温贡献率高值区均集中于南坡克孜勒苏地区。 展开更多

关键词 天山南北坡 相对湿度(RH) 差异 Mann-Kendall趋势检验法 敏感性分析

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亚洲高山区雪崩灾害时空分布特点及其诱发因素分析 被引量：7

5

作者 郝建盛 黄法融 +1 位作者 冯挺 李兰海 《山地学报》 CSCD 北大核心 2021年第2期304-312,共9页

雪崩灾害严重威胁亚洲高山区社会经济发展,掌握亚洲高山区雪崩灾害的时空分布特点及其影响因素对雪崩灾害防治具有重要的理论及现实意义。本研究采用文献分析、数据整理等方式,收集了2009—2019年间亚洲高山区的雪崩灾害数据,基于雪崩... 雪崩灾害严重威胁亚洲高山区社会经济发展,掌握亚洲高山区雪崩灾害的时空分布特点及其影响因素对雪崩灾害防治具有重要的理论及现实意义。本研究采用文献分析、数据整理等方式,收集了2009—2019年间亚洲高山区的雪崩灾害数据,基于雪崩灾害活跃指数定量分析不同时空雪崩的活跃度,阐明亚洲高山区雪崩灾害的时空分布特点及其影响因素。结果展示:(1)10月到次年4月为亚洲高山区雪崩灾害危险期,2月下旬和3月为雪崩的危险性和活跃度的高峰期。(2)由于积雪特性和气候的差异,不同山区的雪崩活跃度和受灾程度呈现显著差异。64%的雪崩灾害事件发生在帕米尔高原和克什米尔地区为中心的天山、西喜马拉雅山、兴都库什山区,该区域的雪崩造成的伤亡人数占总伤亡人数的78%。(3)多数雪崩灾害事件是由自然因素(强降雪、温度剧增、雨夹雪、地震和风等)诱发,其中强降雪诱发的雪崩灾害最多,其次为春季快速升温诱发的雪崩。本研究可为评估在气候变化下亚洲高山区雪崩灾害未来发展趋势和应对防治策略的研究提供数据支持。 展开更多

关键词 雪崩 亚洲高山区 雪崩灾害活跃指数 积雪特点 气候

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1979-2020年天山地区积雪量估算及其特征分析 被引量：6

6

作者 朱淑珍 黄法融 +2 位作者 冯挺 赵鑫 李兰海 《冰川冻土》 CSCD 北大核心 2022年第3期984-997,共14页

积雪作为干旱区的重要水源,深刻影响区域水资源及经济发展。决定积雪量的积雪深度、积雪面积和积雪密度在时空分布上存在不确定性,尤其是积雪密度难以获取。本文利用FY-3B/MWRI(Fengyun3B Microwave Radiation Imager)数据反演积雪密度... 积雪作为干旱区的重要水源,深刻影响区域水资源及经济发展。决定积雪量的积雪深度、积雪面积和积雪密度在时空分布上存在不确定性,尤其是积雪密度难以获取。本文利用FY-3B/MWRI(Fengyun3B Microwave Radiation Imager)数据反演积雪密度,结合1979-2020年长时间序列遥感雪深数据集,对天山地区40多年来积雪期(11月-次年3月)及其不同时期(积累期、稳定期、消融期)的积雪量进行估算,并分析其时空分布及与地形、气象等因子之间的关系。结果表明:1979-2020年,天山地区积雪期不同时期积雪量存在差异,稳定期积雪量最大,消融期次之,积累期最小。研究时段内,积雪期积雪量最大值出现在1979年,最小值出现在1998年,积雪期积雪量呈微弱的下降趋势,消融期积雪量下降趋势显著。多年平均积雪量空间格局与积雪深度和积雪密度基本一致,主要呈现为西北多东南少的特点。天山地区积雪量空间分布主要受海拔、坡度影响,积雪量与海拔正相关,海拔越高,积雪量越丰富;在15°以下时,坡度对积雪的影响较大,且坡度越大,积雪量越大。不同时期积雪量的多年变化与气温关系密切,在一定温度范围内,气温越低,积雪量越大;稳定期积雪量变化同时受积累期降水影响,积累期降水越多,稳定期积雪量越大。本文基于遥感积雪深度和密度的天山积雪量研究结果,可供气候变化条件下新疆水资源利用和经济发展参考。 展开更多

关键词 积雪密度 积雪量 遥感 FY-3B/MWRI 天山

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巴基斯坦干旱特征及其风险评估 被引量：4

7

作者 朱淑珍 黄法融 李兰海 《干旱区地理》 CSCD 北大核心 2021年第4期1058-1069,共12页

干旱深刻影响着巴基斯坦的水资源、粮食产量和社会经济格局,分析当地的干旱特征及其风险对其社会发展具有重要意义,但当前鲜有学者从长期视角分析整个巴基斯坦的干旱特征或评估该地区的干旱灾害风险。通过采用1982—2013年第三代归一化... 干旱深刻影响着巴基斯坦的水资源、粮食产量和社会经济格局,分析当地的干旱特征及其风险对其社会发展具有重要意义,但当前鲜有学者从长期视角分析整个巴基斯坦的干旱特征或评估该地区的干旱灾害风险。通过采用1982—2013年第三代归一化植被指数(Global inventory mod⁃elling and mapping studies normalized difference vegetation index,GIMMS NDVI3g)数据集构建植被状态指数(Vegetation condition index,VCI),分析了32 a巴基斯坦干旱范围和频率;采用由干旱频率、牲畜、土壤、作物、灌溉面积等资料表征的危险性、脆弱性、暴露度和防灾减灾能力对巴基斯坦干旱风险进行了评估。结果表明:(1)研究时段内,各月多年平均干旱范围存在差异,1月和9—12月干旱范围较大(面积比例大于40%);5—8月干旱范围较小(面积比例小于30%);5—6月受升温和降水减少影响,干旱面积有上升趋势。(2)研究区5—8月干旱频率较低,西部山区林地、草地9月干旱频率较高,东部平原1月和9—12月干旱频率较高。(3)巴基斯坦干旱风险空间格局主要由干旱频率、作物产量、大牲畜比例、土壤持水能力决定,其中干旱频率对区域干旱风险的影响最大。在牲畜比例和土壤持水性的分别作用下,巴基斯坦北部山区向平原过渡的地带和东南部自然植被覆盖地区干旱风险较高;受灌溉影响,地形平坦的河谷地区干旱风险较低;北部山区自然植被覆盖度高,干旱风险也较低。研究结果有益于巴基斯坦灾害风险管理。 展开更多

关键词 干旱 风险评估 归一化植被指数(NDVI) 植被状态指数(VCI) 巴基斯坦

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中亚农业水资源脆弱性及其变化特征分析 被引量：4

8

作者 于水 黄法融 李兰海 《中国生态农业学报（中英文）》 CAS CSCD 北大核心 2021年第2期256-268,共13页

农业用水是链接自然环境和社会经济发展的重要环节,研究农业水资源脆弱性的时空变化对揭示水资源的可持续开发利用、保障水资源安全、应对洪旱灾害具有重要意义。为研究中亚地区农业水资源脆弱性变化特征,本文以中亚五国为研究区,基于... 农业用水是链接自然环境和社会经济发展的重要环节,研究农业水资源脆弱性的时空变化对揭示水资源的可持续开发利用、保障水资源安全、应对洪旱灾害具有重要意义。为研究中亚地区农业水资源脆弱性变化特征,本文以中亚五国为研究区,基于气象、土地覆盖、地形和社会经济数据,依据脆弱性概念框架,从暴露度、敏感度和适应度3个方面选取18个指标,建立了农业水资源脆弱性评价指标体系,采用等权重法和主成分分析法确定指标权重,对1992-2017年中亚农业水资源脆弱性进行了评价及特征分析。结果表明:1)中亚农业水资源脆弱性空间分布表现为“南高北低”的特征,5国中土库曼斯坦农业水资源脆弱性最强,其次为乌兹别克斯坦、塔吉克斯坦和吉尔吉斯斯坦,而哈萨克斯坦农业水资源脆弱性最弱;研究时段内农业水资源脆弱性空间分布格局变化较小。2)中亚农业水资源脆弱性随时间变化表现为“前期升高,中期降低,后期稳定”的态势,整个研究期内研究区农业水资源脆弱性变化类型以相对稳定为主。不同地区农业水资源脆弱性随时间的变化存在差异,吉尔吉斯斯坦西部和土库曼斯坦的农业水资源脆弱性升高,乌兹别克斯坦、塔吉克斯坦以及咸海地区水资源脆弱性降低,其他地区相对稳定。3)不同地区农业水资源脆弱性对各指标的敏感性不同,北部农业水资源脆弱性动态变化对农田灌溉定额和灌溉指数以负敏感为主,对其他指标以正敏感为主,而南部对各指标的敏感性正负均有;相关性分析表明,森林覆盖率、农业用水比例、农田灌溉定额、水分胁迫指数、灌溉指数和农业水分生产率是导致中亚农业水资源脆弱性空间差异的重要因素。4)为降低农业水资源脆弱性,中亚地区需发展集约型农业,调整作物种植结构,推广耐旱品种农作物,进行节水灌溉。研究结果可为中亚农业水资源规划管理、农业生产布局调整以及农业可持续发展提供参考依据。 展开更多

关键词 农业 水资源 脆弱性评价 中亚

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哈萨克斯坦农业水土资源承载力评价及其影响因素识别 被引量：16

9

作者 朱薇 周宏飞 +1 位作者 李兰海 闫英杰 《干旱区研究》 CSCD 北大核心 2020年第1期254-263,共10页

水土资源的数量与质量对农业可持续发展具有重要意义。选取22个指标建立了哈萨克斯坦农业水土资源承载力评价体系,将层次分析法、熵权法与模糊综合评价模型相结合,分析了哈萨克斯坦2001-2017年农业水土资源承载力的动态变化及区域差异,... 水土资源的数量与质量对农业可持续发展具有重要意义。选取22个指标建立了哈萨克斯坦农业水土资源承载力评价体系,将层次分析法、熵权法与模糊综合评价模型相结合,分析了哈萨克斯坦2001-2017年农业水土资源承载力的动态变化及区域差异,用障碍度法定量识别其影响因素。结果表明:①2001-2017年,哈萨克斯坦农业水土资源承载力整体呈波动缓慢上升趋势,水土资源子系统和经济子系统的评价指数缓慢上升,生态子系统和社会子系统评价指数明显下降。②农业水土资源承载力在地区间差异显著,高承载力区主要集中在北部、中部和东部地区,低承载力区在南部和西部地区。北哈萨克斯坦州、科斯塔奈州和阿克莫拉州的承载力高,呈逐年增大趋势,阿特劳州和南哈萨克斯坦州的承载力较低,且呈减小趋势。③承载力在2001-2009年主要受垦殖率、单位耕地面积农业产值及农业灌溉率的影响,在2010-2017年主要受农业水土资源匹配系数、人口密度及单位土地污水负荷的影响,生态环境因素逐渐成为承载力障碍因子。 展开更多

关键词 农业 水土资源 承载力 模糊综合评价法 哈萨克斯坦

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天山中部大陆性雪气候条件下不同类型雪崩的诱发机制 被引量：1

10

作者 郝建盛 崔鹏 +1 位作者 张雪芹 李兰海 《中国科学：地球科学》 CSCD 北大核心 2022年第12期2428-2440,共13页

气候变化和人类活动导致高寒山区雪崩风险与日俱增,因此,亟待加强对雪崩灾害的防治研究,以保障山区社会经济可持续发展.雪崩预警是雪崩灾害防治的重要手段.但由于目前缺乏对雪崩诱发机制的系统认识,雪崩预警的理论发展与应用效果有限.为... 气候变化和人类活动导致高寒山区雪崩风险与日俱增,因此,亟待加强对雪崩灾害的防治研究,以保障山区社会经济可持续发展.雪崩预警是雪崩灾害防治的重要手段.但由于目前缺乏对雪崩诱发机制的系统认识,雪崩预警的理论发展与应用效果有限.为此,基于对天山中部雪崩频发区2015~2019年雪崩、积雪、气象、表层土壤温湿度和地形等观测,本研究分析了大陆性雪气候条件下不同类型雪崩的活动特征,以及诱发不同类型雪崩形成的气象与积雪等环境条件;结合雪层断裂模型,讨论了大陆性雪气候条件下不同类型雪崩的诱发机制.结果发现:(1)积雪积累、稳定和消融期间,雪场、天气条件和土壤温湿度特征差异显著,从而导致在雪场演化的不同阶段盛行的雪崩类型不同;(2)大陆性雪气候条件下,单一外动力因素或多种复合驱动雪层断裂.其中,研究区54%的雪崩形成在降雪期间或降雪后,36%的雪崩形成与气温剧增有关;(3)在不同诱发情景和雪场演化阶段,以及造成雪层剪切破坏的内外动力耦合作用下,大陆性雪气候条件下的山坡雪场存在5种诱发雪层剪切断裂模式以及12种雪崩诱发模式. 展开更多

关键词 大陆性雪气候 雪崩灾害 雪层剪切破坏 雪层断裂模式 雪崩诱发模式 天山中部

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巩乃斯河谷地带地表土壤水分和电导率的分布特征 被引量：3

11

作者 冯挺 黄法融 +1 位作者 郝建盛 李兰海 《干旱区研究》 CSCD 北大核心 2020年第6期1457-1468,共12页

土壤水分和土壤电导率是影响植被生长和农业发展的重要因素,传统方法测量土壤水分和土壤电导率成本高,导致当前缺少基于实测资料的这两种土壤变量在山区流域不同空间尺度下的研究。本研究利用地表土壤水分和电导率实测数据,应用统计学方... 土壤水分和土壤电导率是影响植被生长和农业发展的重要因素,传统方法测量土壤水分和土壤电导率成本高,导致当前缺少基于实测资料的这两种土壤变量在山区流域不同空间尺度下的研究。本研究利用地表土壤水分和电导率实测数据,应用统计学方法,分析了天山西部巩乃斯河谷地带不同空间尺度下秋季地表土壤水分和地表土壤电导率的分布特征及其影响因素。结果表明:(1)在巩乃斯河谷,流域尺度地表土壤水分随海拔的升高而显著(P<0.01)增加,增加速率为每公里10%,但在阿拉图拜小流域,地表土壤水分随海拔的升高先上升后降低;流域尺度平均地表土壤电导率为17.51 mS·m^(-1),表层土壤整体上不存在盐碱化,但2000~2500 m海拔范围内部分点的电导率大于35 mS·m^(-1),为轻度盐渍化;坡地尺度下,不同坡向地表土壤水分和电导率均存在较大差异,阴坡地表土壤水分(均值:44.22%)>阳坡(均值:22.83%),阳坡地表土壤电导率(均值:8.33 mS·m^(-1))>阴坡(均值:4.58 mS·m^(-1));(2)随空间尺度增大,影响土壤特性的环境要素更加复杂,地表土壤水分与地表土壤电导率关系逐渐变弱;(3)不同土地利用类型的地表土壤水分依次为:草地(均值37.19%)>耕地(均值37.04%)>林地(均值34.67%),地表土壤电导率依次为:耕地(均值17.36 mS·m^(-1))>草地(均值14.95 mS·m^(-1))>林地(均值13.81 mS·m^(-1))。在海拔、坡向、土地利用类型的影响下,巩乃斯河谷地带地表土壤电导率和土壤水分均呈中度变异。本研究有益于巩乃斯河流域水土资源合理利用及生态环境保护。 展开更多

关键词 地表土壤水分 地表土壤电导率 空间分布 巩乃斯河流域

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