纵向岭谷区河流生态水文时空分异及驱动力分析

以纵向岭谷区两条典型高山峡谷河流为例,对河流生态水文的时空异质性及变化驱动力进行相应的分析.通过对河岸带植被物种环境二元数据矩阵进行典型对应分析,识别影响河岸带植被分布的环境因子;借用生物多样性指数的变化来反映研究区生态状况的时空变异性;利用河流水文气象要素的多元相关性分析,界定河流水文情势变迁的主导性因素;对比分析澜沧江干流及元江水系水环境状态的时空变异性规律及影响要素.通过对纵向岭谷区典型河流的生态水文时空分异及驱动力分析,可知:南北纵向上,澜沧江与元江流域的生态水文时空分布呈现规律性变化;东西横向上,纵向岭谷区生态状况时空变异性显著;自然驱动力主要是海拔、坡向以及水分要素,而人为驱动力主要是水电开发、河岸带边坡公路建设以及流域土地利用等.     

“典型山地水土要素时空耦合特征、效应及其调控”项目简介

正本项目拟破解的关键科学问题:山地不同时空尺度水土要素耦合过程与资源效应;变化环境下山地水土作用失衡的发生机理与灾害风险;山区水土资源承载力与国土空间功能优化关联机制。其主要研究内容:气候、地形、地质条件约束下的山地水文过程;土地空间变异特征、功能及控制机制;山地水土要素时空耦合格局及其对生态稳定性和脆弱性的影响;新构造运动活跃区水土作用失衡机制与灾害风险评价;山区国土空间功能优化与人地关系协调机制。其总体目标是:通过对我国易受水分快速胁迫的太行山区、横断山     

本期专题简介

正我国是一个多山的国家,山地面积约占陆域国土的70%,目前仍有40%多的人口生活在山区。山地是集水源涵养、气候调节、生物多样性维持、生态产品供给等多种功能,关乎区域乃至国家的生态安全,既是重要的国土空间,也是国家可持续发展的保障基础。本期专题刊登的7篇文章,解读了我国山地科学研究进展。以山地水土要素时空变化及其耦合过程与资源效应为关键,探究和阐释变化环境下水土时空过程、效应与影响,科学分析资源环境承载能力的动态特征及阈值,阐明生态空间占用与生态系统服务权衡关系,建立多目标协同的国土空间功能优化的指标体系,探索和建立其理论与方法体系,定量分析变化环境下水土失调、失衡作用与可能风险及其应对策略。     

干旱区生态资产遥感定量化评估及其动态变化分析

生态资产是生态系统生物资源直接价值及其生态服务功能价值的总和,在3S技术的支持下,利用卫星遥感Landsat TM数据、中巴CBERS数据、NOAA数据和MODIS数据,以及地表覆盖类型和野外测定观测数据等生态参数,在传统生态学生态资产单位面积价值研究的基础上,建立了基干遥感定量测量的生态资产价值评估模型,以天山北坡昌吉地区1990,1995和2003年生态资产评估的时空分析为例,开展了生态资产遥感动态测量,进行了GDP的比较分析,编制了生态资产空间分布图,分析了其空间分布特征．研究结果表明:天山北坡典型干旱区生态资产的分布具有从高山向平原,从绿洲向荒漠逐渐减少的趋势,具有和干旱区植被地带性分布一致的特征,其测量结果可以更加客观地反映干旱区生态资产及其空间分布的现实情况,为今后开展相关研究奠定良好的基础,同时可将生态系统服务功能研究与区域规划相结合,使之成为区域规划的一个重要依据．     

中国山区国土空间特性与区域发展*

中国是一个多山的国家,其地理空间的差异性与山地有着诸多联系,甚至是必然性的联系。山地的纵横分布构成了独特的地域空间,导致陆地表层过程的复杂性与分异性凸显,对自然系统和人文社会的演进都产生了不同程度的影响与制约,进而关联到山区国土空间开发格局变化及其可持续发展。充分认识中国山区国土空间特性,对因地制宜地促进山区经济社会发展具有全局性意义,是确保绿水青山本源、维系国家可持续发展战略的重要基础。     

青藏高原关键区域土地覆被变化及生态建设反思*

青藏高原独特而敏感的生态系统,是中国生态安全屏障的重要载体,也是区域经济发展的必要基础。生态建设是生态文明的需求,也是社会经济可持续发展的保障。由于青藏高原内部自然条件差异显著,各区生态功能及区域问题也不尽相同,生态建设亟需因地制宜地提出建设与保护的对策和措施。本文从生态系统的主要功能、脆弱程度、变化趋势及面临风险等特征,辨识出阿里西部、那曲中南部、三江源地区和三江并流区等4 个生态建设的关键区;并在分析各区环境和生态特征与土地覆被变化及其原因的基础上,提出了稳定和提升青藏高原生态安全屏障功能的措施与建议,对于高原生态安全屏障保护与建设具有重要的参考价值。     

西藏地区草地承载力及其时空变化

在不适合和不能放牧区域划定、满足生态保护需要的牧草生物量估算、草地生产能力修正等的基础上,开展西藏地区县域草地承载力及其时空变化研究,分析农业、林业等补饲对草地承载力的影响机制,以及草地承载力与草地生态状况变化的相互关系.结果表明:(1)西藏地区县域草地载畜量和补饲载畜量呈显著的地域差异,主要影响因素分别为水分条件和热量因素;(2)2011年藏东南、藏西北部分县域草地资源仍有盈余,但是全区及其多数县域草地生态系统处于超载状态且自2000年以来不断加剧,草地承载状况及其动态变化的空间自相关性下降、空间异质性增强;(3)牲畜存栏量增长过快、草地资源供需空间匹配不协调是造成草地超载且不断加剧的主要原因;(4)通过缓解草地资源供需的不平衡性和不协调性,农业、林业等补饲可以改善全区尤其是农业县、半农半牧县草地承载状况,但对草地承载状况变化趋势的影响有限;(5)县域草地生态状况的下降趋势与其草地超载、草地承载率下降具有较强的相关性.因此,适合放牧区域划定、牲畜存栏量控制和畜牧业布局优化是改善西藏地区草地承载状况、减缓其草地生态状况下降趋势的主要途径.     

青藏高原土地利用与覆被变化的时空特征

青藏高原土地利用与土地覆被变化(LUCC)研究是区域土地科学与全球变化科学研究的重要内容,也是保障高原生态安全屏障功能稳定与提升的科学基础.本文通过对已有LUCC数据与成果的再分析,研究了高原整体LUCC时空特征、典型区LUCC的时空过程及典型类型的变化过程与机制.结果表明:青藏高原土地利用与土地覆被结构稳定,一级地类变化面积比例低于7%,并以单次变化为主,土地覆被状况总体改善.近年来高寒草地覆被状况整体好转、局部退化,林地恢复良好,耕地基本稳定,建设用地显著扩张,裸地轻微减少.人口较为密集的河湟谷地与"一江两河"地区,建设用地、耕地、人工林地等增加明显;藏北高原和三江源等牧区,超载过牧和生态建设的作用均有体现;珠穆朗玛峰国家级自然保护地区土地覆被类型多样、变化复杂,并表现出对气候变化和人类活动有较强的敏感性.高原土地变化研究中还存在现有数据产品数量不足、精度不高,土地利用变化过程及其环境效应认识不够深入等问题,需要加强野外监测和遥感技术的结合,关注LULC在不同时空尺度下的变化特征,同时注重土地利用与土地覆被类型转化和类内渐变,使高原LUCC研究更好地服务于高原生态安全屏障建设和区域可持续发展.     

我国大气环境立体监测技术及应用

大气环境是一个十分复杂的动态系统,大气气溶胶及其气态前体物、大气成分及环境要素分布在从大气边界层、对流层到平流层的垂直空间里,具有显著的时间和空间变化特征以及典型的地理环境气候区域特征,影响着空气质量、气候变化.提高大气环境的监测技术水平,发展遥感观测手段,实现对大气环境的在线、快速、立体探测,对于了解大气中各种成分的动态变化过程、源汇机制以及其对环境、气候的影响等具有重要意义.近年来,日新月异的激光/波谱技术促进了大气立体监测技术的发展,以光学探测和光谱数据解析为核心的各种立体监测技术以高灵敏度、高分辨率、高选择性、多组分以及实时等优势在大气、环境、气象、空间、遥感以及军事领域得到了广泛的应用.通过光与大气中物质相互作用产生的吸收、散射、发射等过程,形成了多种探测技术,实现了对大气痕量气体、大气气溶胶、温室气体、大气风场、水汽、温度以及多种大气污染成分的快速、实时探测,并通过光波的遥感特性,在地基、车载、机载及星载多平台上对大气多种成分、大气参数进行多尺度的探测.     

基于遥感与GIS的干旱区生态资产评估研究

在3S技术的支持下, 利用地面Landsat TM数据、中巴卫星数据、气象数据和MODIS数据, 以及地表覆盖类型和野外测定观测等数据, 在景观生态学的基础上研究干旱区生态资产单位面积价值, 建立了基于遥感与GIS的干旱区生态资产价值评估模型, 并结合野外测验数据, 以2003年的新疆玛纳斯河流域为例, 将流域划分为4个生态资产区, 对其生态系统的生态资产进行了定量的计算, 并分析了生态资产空间分布特征, 编制了生态资产空间分布图, 分析了其空间分布特征. 结果表明: 玛纳斯河流域生态系统2003年的生态资产总价值为1494.54亿元人民币, 生态资产的分布具有从高山向平原、从绿洲向荒漠逐渐减少的趋势, 具有和干旱区植被地带性分布一致的特征. 测量结果更加客观地反映干旱区流域生态资产及其空间分布的现实情况, 为全面开展生态资产测量进行了初步的探索研究.     

山地水土要素耦合效应及土地利用的优化配置

针对已有水土要素的耦合研究多强调水土资源的匹配及其对资源开发的影响,而较少关注水分的有效性和土壤养分对生态过程的影响,论文提出了“格局-效应-土地利用优化”的水土耦合研究框架,以水、土要素和其他环境因素的综合作用为基础,在同时考虑经济、社会和生态因素的约束下,对土地利用优化配置过程中的不确定性和风险性进行评估,并考虑土壤、坡度、土壤水、温度等约束因子,协调生态系统服务的权衡关系,对山地垂直带土地利用方式进行优化,提出 水土资源高效利用和生态系统服务提升的途径,为变化环境下的生态功能保育提供科学依据。最后,对水土要素耦合的生态与环境效应及土地利用优化配置的优先研究方向给出建议。     

物联网技术在山地灾害监测预警中的应用#br# ——需求、现状、问题与突破展望

中国是世界山地分布最广大的国家,山地区域的山洪、泥石流、滑坡等山地灾害十分发育。随着物联网技术的发展,山地灾害监测预警成为物联网技术应用的重要应用领域。从山地灾害监测预警实际出发,阐述了山地灾害对物联网技术需要的迫切性,介绍了物联网技术在山地灾害监测预警中的应用现状,同时提出了物联网技术在山地灾害监测预警应用中需要解决的问题和需要突破的关键技术。     

基于可持续发展的太行山区生态系统服务垂直分类管理*

生态系统服务优化调控管理是实现山区可持续发展的根本措施。太行山区虽然没有明显的垂直带谱特征,但仍呈现较明显的生态特征垂直分异规律。本文选取生态要素指标,确定了太行山区生态系统的2个垂直分异关键线带和3个生态类型区。根据单位面积垂直梯度生态系统服务特征,确定生态系统服务调控管理的可持续发展模式和目标为：亚高山区为非供给服务为主的生态系统服务外溢区与调控区;中山区为4种服务均衡发展的生态系统服务外溢廓道和供给服务人工调控提升区;低山丘陵区为以供给服务为主导兼顾协调其他功能的生态系统服务过程控制与调整区。     

中国典型山地植被垂直地带性特征及其影响要素*

山地的地形特征影响其气候特性,使山地植被呈现显著的垂直地带性分异。对中国典型山地--太行山、横断山和喀斯特山地的研究表明：3个典型山地降雨的垂直地带性差异较大,北太行山迎风坡存在两个最大降雨高度,横断山最大降雨高度位于其背风坡上,而喀斯特山区没有明显的最大降雨高度。植被分布沿海拔梯度表现出较大共性：低海拔地区主要为耕地和灌丛;随着海拔的升高,针叶林和阔叶林的比例逐渐增加,植被覆盖度达到峰值;高海拔地区则主要被高山草甸或冰雪带所占据。水分是限制太行山低海拔地区植被生长的主要因子,而高海拔地区植被生长则主要受温度限制;横断山和喀斯特地区降雨充沛,植被生长主要受温度影响。     

崩滑型地质遗迹景观的保护与开发——以青川县东河口王家山滑坡为例

汶川地震触发的崩滑地质灾害的工程防治、生态修复,以及地质遗迹景观资源的保护与开发,一直是地震灾区灾后重建的重点研究课题之一。笔者以青川县东河口王家山由地震引起的高速远程水平抛射-碎屑流类型的滑坡为例,基于其特殊的形成机制、运动学特征,以及动力学机制等,将生态修复理论与地质灾害防治工程相结合,采用自然景观重建、生态修复、景观打造、区域规划、工程治理等手段,完善区域内生态系统的恢复能力和防护功能,提出汶川地震崩滑型地质遗迹景观资源在生态环境脆弱区的治理措施与保护策略,从而实现对青川县东河口王家山滑坡灾害的有效防治,以及对汶川地震地质遗迹景观资源合理保护、适度开发的目标,满足地震灾区生产生活及经济发展的需要。     

山区公路土质边坡绿化工程研究

山区公路建设应有生态公路的意识，逐渐让公路成长为永久绿色和天然结构，通过合理实施边坡绿化工程，运用多种科技手段减少公路对自然的破坏，以保护现状良好的生态系统，恢复已遭破坏的生态环境。     

氢冶金的发展历程与关键问题

在“双碳”(碳达峰碳中和)战略背景下，以氢代碳的氢冶金成为钢铁企业优化能源结构和工艺流程、实现绿色低碳可持续发展的有效途径之一。以《联合国气候变化框架公约》和《京都议定书》的通过为时间节点，梳理和追溯了氢冶金的发展历程。从“以煤代焦、以气代焦”到“以氢代碳、以氢减碳”，铁矿石冶炼工艺由以减少焦炭和焦煤依赖为初衷，转变为以降低碳排放为重心，再到以净零碳排放为最终目标，逐渐形成高炉富氢冶炼和全氢直接还原工艺两大技术路线。从目前中国钢铁生产结构以及降碳目标来看，长流程产钢量占90%，高炉炼铁碳排放占比大、基数大。高炉低碳冶炼是规模化实现中国钢铁工业低碳的重要路径，而高炉富氢冶炼对“双碳”过渡时期的炼铁工业应用具有重要意义。从未来钢铁行业发展及能源结构转变来看，全氢直接还原工艺是实现钢铁行业净零碳排放的重要路线。发展氢冶金的关键问题包括如何解决绿色经济化制氢和安全规模化用氢。     

一沙一世界——藏于海底的地球环境变迁史

世界一些大陆边缘沉积记录连续性好,堪称记录地球环境变迁和陆海相互作用历史的档案馆。河流系统作为联系陆与海的枢纽,是大陆边缘从源到汇系统中传递地球环境演变信息的关键。由于河流从源到汇系统中存在复杂的"缓冲区"和"中间过程",最终入海河流沉积物的真实通量、组成与原始的源区特征存在显著差异,不同的河流系统具有截然不同的环境信息传递模式,需要慎重解读。东亚大陆边缘作为典型的"河控型"宽陆架边缘海,接收世界大河长江/黄河和台湾山溪性小河的巨量入海物质,是全球开展河流源汇过程和多时空尺度陆海相互作用研究的理想地区。要深入理解边缘海典型沉积体系的物源、成因和蕴含的古环境信息,需要以"从源到汇"和地球系统科学的思路,深化对"源"区组成时空变化的研究,更要加强研究源区信号从陆向海的传递并最终在边缘海保存的过程。