黄河流域水资源-能源-粮食的协同优化

黄河流域是中国重要能源和粮食主产区,然而水资源短缺已成为制约能源、粮食发展的关键要素。为优化流域水资源、能源、粮食之间的关系,引入协同学原理构建水资源-能源-粮食整体分析框架,建立具有总分结构、互馈关联的协同优化模型,采用多要素均衡智能算法,提出黄河流域粮食生产、能源开发与水资源调配一体优化的布局方案。结果表明,通过水资源-能源-粮食协同优化,2030年增加流域供水量23.98亿m3;优化了流域粮食生产布局,人均粮食产量提高12%;优选了能源产业规模和结构,煤炭开采、石油加工和火电总装机分别增加了2.86倍、4.08倍和0.80倍;在满足生活、生态环境用水的同时实现了粮食增收、能源增产。     

黑河流域近两千年人—水—生态演变研究进展

理解流域历史时期的人—水—生态演变过程和规律,对其当前和未来的管理规划极为重要。通过梳理近几十年来有关学者对西北干旱区典型内陆河流域——黑河流域过去2 000年的水环境、人类活动、生态环境演变及其耦合研究等方面的成果,发现单个方面的研究均已较为普遍和成熟,并且积累了大量的素材和数据,但是缺乏以流域为单元,从长时间尺度综合考虑人—水—生态相互作用,定量分析人—水—生态协同演化过程的研究成果。今后的研究,一是应当着重于数据挖掘方法的探索,对已有成果进一步挖掘并进行对比和校正,构建一套长时间序列的可靠的人类活动、水文和生态数据集;二是应当着重于动力学模型的构建,增加生态—水文系统与人类活动的互馈机制描述,刻画人—水—生态的协同演化过程,从而达到通过揭示流域过去2 000年的人—水—生态协同演化过程,为流域当前和未来的管理提供历史镜鉴,为国内外的其他类似流域提供参考。社会水文学的提出无疑将极大地促进流域人—水—生态演变研究的发展。     

生态区评价研究的兴起与发展——以美国森林生态系统管理评价(FEMAT)研究为例

生态区评价是近年来出现在美国的一种新型区域生态系统管理方法的理论与实践科学研究,起始于美国总统森林会议(1993)后成立的森林生态系统管理评价组(FEMAT),目标是实现地区生态系统的科学管理.本文评介了生态区评价首项案例--美国西北太平洋沿岸区原始森林及其他各类森林经营管理方案的生态、经济、社会影响综合评价的科学与方法实践意义.指出FEMAT的生态区评价:1)迈出了生态区评价历史上坚实的第一步,实现了区域土地利用规划与生态系统管理方案从以行政疆域为准划分向以生态区域为准划定边界的转变;2)方案优化过程充分考虑区域生态、经济、社会的历史、现状与未来趋势等各方面,将科学、政策、管理融为一体,使之易于在实践中贯彻;3)促进了不同政府机构和利益团体间为实现资源开发与生态保育双重目标而共同协作.     

全球森林生态系统净初级生产力的空间格局及其区域特征

净初级生产力(Net Primary Productivity)是生态系统碳循环过程中的一个重要组成部分,森林生态系统的NPP占全球陆地生态系统的65%,深入了解全球森林生态系NPP的空间变异规律,是理解全球碳收支格局的基础。本论文以收集获得的野外站点实测NPP数据为基础,对全球森林生态系统NPP的空间分布格局及其区域特征进行综合分析得出:全球森林生态系统的NPP呈现出随着纬度升高而降低的趋势,北半球森林生态系的NPP随着纬度的升高显著降低,南半球森林生态系统的NPP则纬向规律不显著。全球各个大洲之间森林生态系统的NPP整体上差异不显著,只有南美洲森林生态系统的NPP显著高于亚洲、欧洲和北美洲的森林生态系统。全球森林生态系统的NPP呈现出从寒冷性气候区域向温暖性气候区域逐渐增大的趋势。经典的Miami模型能够较合理地估算当前气候条件下森林生态系统NPP的空间分布格局。在全球尺度上,年均温(r~2约为0.50)较年降水(r~2约为0.40)与森林生态系统的NPP有更强的相关性。这些研究结果为进一步探讨全球陆地生态系统碳源汇功能奠定了一定的基础。     

全球气候变化对森林生态系统影响的研究(述评)

由于大气中二氧化碳等温室气体浓度的急剧增加,全球气候正呈现变暖多雨的趋势。全球气候变化对森林生态系统影响的研究是现代森林生态学的一个重要发展方向。本文综述了全球气候变化对森林生态系统影响研究的目的、内容和主要方法。全球气候变化将不同程度地影响森林生态系统分布、组成、结构、功能和生产力,同时也将影响生物多样性。森林生态系统的长期定位监测、实验生态学和生态系统的计算机建模是开展全球气候变化对森林生态系统影响研究的主要方法。最后简要探讨了全球气候变化对我国森林生态系统影响研究的现状及存在的问题。     

河流生态系统结构功能整体性概念模型

在完善与整合现有河流生态系统结构功能概念及模型的基础上,提出河流生态系统结构功能整体性概念模型。水文情势、水力条件和地貌景观格局是对河流生态系统结构与功能具有关键影响的3大生境要素,结构功能模型的核心是建立以3大生境要素为构架的生命支持系统与河流生命系统之间的相互作用和相互制约关系,同时考虑由于人类活动引起生境要素变化对于河流生态系统的影响。河流生态系统结构功能整体性概念模型由以下4种模型组成:河流四维连续体模型、水文情势-河流生态过程耦合模型、水力条件-生物生活史特征适宜模型以及地貌景观空间异质性-生物群落多样性关联模型,这4种模型的一体化整合,基本概括了河流生态系统结构功能的整体特征。     

数据同化算法在青藏高原高寒生态系统能量—水分平衡分析中的应用

位于青藏高原腹地的多年冻土地带,其冻融过程中的土壤含水量和土壤冻结深度的变化对气候强烈响应并产生显著的陆面能—水平衡变化,进而又对全球气候产生较大的反馈作用。为了能准确模拟这种变化,选取青藏高原多年冻土分布区的风火山左冒孔流域（长江源）进行了相关的野外数据采集和试验,以考虑土壤冻融影响的水—热耦合陆面过程模型——SHAW为动力学约束框架,验证集合卡尔曼滤波算法在改进模型对土壤冻融过程中土壤水分和冻土深度的计算效果。基于试验点的数据同化计算结果表明：数据同化方法可以融合观测信息显著提高水—热耦合模型对土壤冻融过程中状态变量（土壤水分和冻深）的模拟,并进而改善模型对其它相关能量—水分变量的计算,为在高寒冻土地区利用多源信息进行融合监测提供了理论依据。     

中国钙华-岩溶景观中最值得世界研究和保护的自然资产

正地球表层是人类赖以生存和发展的环境生态系统,是大气—水—岩石—生物四个圈层相互作用构成的复杂系统区,也是相互渗透"交织"调控的有机整体;而人类活动会对地球表层环境生态的结构、演化方向、变化速率、物质和能量循环改变、资源消耗、环境破坏和生物消亡产生剧烈影响。岩溶景观,特别是钙华是大自然在地表赐给人类的资产和宝藏,其成因和演化也是陆地表层气—液—固—生物之间的物质交换以及各相间不平衡的开放系统相互耦合的结果,所构筑形成的千姿百态的钙华景观,需要从地球系统科学的角度加深认识。     

碳酸盐岩系有机氮与无机氧热化学交换作用研究

深埋碳酸盐岩储层中的水与金属氧化物可能会影响到吡咯类含氮化合物的保存。对吡咯—水—氧化铝反应体系进行了热模拟实验研究,根据模拟实验结果,探讨了反应机理,并考察了反应的动力学特征。结果表明,吡咯—水—氧化铝体系可以发生反应,产物主要为呋喃与氨气,升高温度对反应有利。氧化铝对有机氮与无机氧热化学交换作用起到了明显的催化作用...     

典型森林生态系统碳交换的机理模拟及其与观测的比较研究

CEVSA模型是一个基于生理生态过程模拟植物—土壤—大气系统能量交换和水碳氮耦合循环及其对环境变化响应和适应的机理模型，在区域和全球尺度上得到广泛应用，但缺乏在生态系统尺度上的验证。本研究对CEVSA模型中碳循环关键过程的定量表达进行了重要改进：将模型的模拟时间步长由“旬”改为“日”；增加了物候参数化的子程序；调整了生物量的分配方案；基于碳平衡模拟叶面积指数的季节动态等。分别使用改进前后的CEVSA模型模拟了3类典型森林生态系统碳交换的季节动态，模拟的结果与通量观测进行了比较分析。结果表明，改进后的CEVSA模型能更好地模拟不同类型森林生态系统碳交换的季节动态，但在不同生态系统的不同时段，模型模拟的结果与通量观测相比还有一定的偏差，模型在碳交换关键过程对环境变化的响应和适应，尤其是针叶林光合作用对温度变化的响应和适应，以及生态系统对高温和水分亏缺的响应和适应等方面的模拟还需要进一步的改进和验证。