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1. 地貌信息图谱研究述评与展望
程维明, 宋珂钰, 周成虎, 汤国安
地球科学进展    2022, 37 (7): 661-679.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2022.037
摘要59)   HTML20)    PDF (2414KB)(64)    收藏

从地貌信息图谱概念的起源——地学信息图谱开始介绍,论述了地貌信息图谱的概念与发展历程,从具体研究的角度归纳了包括地貌形态特征图谱(地面坡谱、剖面谱、二维格局谱系、地形纹理谱)和地貌发育谱在内的地貌信息图谱研究类型及研究现状。结合遥感、计算机和人工智能等技术的发展,分析了知识图谱与信息图谱结合的研究方法在未来地貌研究中的前景,总结了地貌信息提取、地貌信息分类和地貌制图等地貌信息图谱关键技术研究进展,并从构建完备的地貌信息图谱体系、提升地貌信息图谱关键技术、加强全球地貌格局与演变的精细化与定量化研究三方面对未来地貌信息图谱的发展进行了展望,以期为地貌研究工作的数字化、信息化和智能化提供参考,进而服务于国家资源环境重大战略并推进地貌学科的发展。

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2. 变化环境下 19562020年黄河兰州站以上干支流径流演变特征及驱动因素研究
王学良, 李洪源, 陈仁升, 刘俊峰, 刘国华, 韩春坛
地球科学进展    2022, 37 (7): 726-741.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2022.027
摘要28)   HTML7)    PDF (13545KB)(14)    收藏

系统分析黄河径流量变化是实现黄河流域生态保护和高质量发展的重要基础研究。基于11个水文站和19个气象站1956—2020年实测径流量和气象数据,采用线性回归法和Mann-Kendall检验法,定量和定性分析了兰州水文站以上区域黄河干流和主要支流大夏河、洮河、湟水和大通河径流演变特征及其驱动因素。结果表明:1956—2020年研究区各水文站径流量变化有增有减,其中源区及西北部呈微弱增加趋势,东南部为减少趋势,非源区全部为减少趋势;各站径流量突变年份在1990年前后,1990s径流量基本为研究时段最低值,之后缓慢增加,到2020年前后达到或超过历史丰水值;与年径流量变化趋势相异,研究区各站冬季径流量除人类影响剧烈的大夏河以外均呈增加趋势。降水和冰雪融水量变化是源区径流量变化的主要原因,区域用水和耗水加大导致非源区实测径流量减少,在2010s之后融雪径流量增加、且积雪融水在缓解研究区1990s枯水状况中起到了关键作用,而冻土退化则是导致研究区年内径流过程线变缓和冬季径流增加的主要原因。

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3. 切沟侵蚀预报研究进展与展望
张光辉, 杨扬, 符素华, 张岩
地球科学进展    2022, 37 (6): 551-562.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2022.032
摘要81)   HTML23)    PDF (2474KB)(67)    收藏

切沟侵蚀是重要的土壤侵蚀类型,是小流域侵蚀泥沙的主要来源。准确预报切沟侵蚀空间分布及其强度的时空变化,对于优化小流域水土保持措施配置、维持区域粮食产能和保障区域生态安全,具有重要的理论和实践意义。地形临界模型、敏感性评价、切沟形态特征经验关系、侵蚀预报模型和景观演变模型是预测切沟发育部位、评价发育概率或估算切沟侵蚀强度的主要方法。从这些方法的基本思路与原理出发,系统分析了相关研究进展,对比了研究结果的差异并评价了各方法的优缺点。未来研究需聚焦切沟监测方法优化与数据积累、切沟演变过程与数据可比性、预报方法遴选及区域适宜性、经验模型研发与参数区域分异,以及切沟侵蚀机理研究与过程模型研发,从而为促进切沟侵蚀预报研究、阻控切沟侵蚀、保障区域社会经济可持续发展提供技术支撑。

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4. 青藏高原地区气象干旱研究进展与展望
王劲松, 姚玉璧, 王莺, 王素萍, 刘晓云, 周悦, 杜昊霖, 张宇, 任余龙
地球科学进展    2022, 37 (5): 441-461.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2022.022
摘要173)   HTML44)    PDF (3972KB)(139)    收藏

青藏高原是承受自然灾害脆弱性较高的地区。该区域经常遭受雪灾、干旱、大风、雷电、冰雹和洪涝等气象灾害的危害,其中,干旱是该区域除雪灾外影响最为严重的气象灾害。随着气候变化和人类活动的加剧,青藏高原由气象灾害造成的损失不断加剧。为此,着眼于青藏高原的区域特点,对其气象干旱研究现状进行了梳理与分析,系统总结了青藏高原气象干旱的主要研究成果,揭示了青藏高原气象干旱时空分布的基本特征:干旱的高发区在高原的北部、东北部、西南部和东南部,高发时段为1980年代和2000年代;归纳了青藏高原气象干旱监测和预测的主要技术方法:基于干旱指数开展的干旱监测评估和基于干旱影响因子利用气候模式进行的干旱预测;给出了青藏高原干旱灾害风险的发生规律:青藏高原东北部偏南地区是农牧业干旱灾害的高风险区,东北部、西南部和东南部是较高风险区;高寒草原比高寒草甸面临的干旱灾害风险高。基于数值模式和未来情景,预估21世纪青藏高原气温升高、降水增加;但由于降水增加表现出明显的时空分布不均匀性,未来发生季节性和区域性气象干旱的可能性仍然很大;同时,提出了青藏高原气象干旱研究在资料、技术方法和模式应用等方面存在的问题,并结合国际前沿,展望了青藏高原气象干旱未来研究需关注的关键科学问题和技术领域。

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5. 全球气候变化对干旱区影响分析
陈亚宁, 李玉朋, 李稚, 刘永昌, 黄文静, 刘西刚, 冯梅青
地球科学进展    2022, 37 (2): 111-119.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2022.006
摘要352)   HTML81)    PDF (2475KB)(308)    收藏

干旱区约占地球陆地面积的41%,养育了世界上超过38%的人口,是大多数发展中国家和贫困人口的聚集地,也是全球气候变化影响和响应最敏感的地区之一,对其气候、水文和生态环境变化开展研究是十分必要的。近几十年来相关研究不少,但结论比较零散,也有很多不一致的地方。基于对国内外文献的分析,归纳梳理了气候变化下干旱区的气候、水文、面积和类型的变化及其这些变化对生态系统的影响。梳理的主要结果如下:干旱区CO2排量约为湿润区的30%,但升温速率却比湿润区高20%~40%。在过去的半个多世纪,干旱区面积增加了约2.61×106 km2,预计21世纪末,全球干旱区面积将继续扩大约5.8×106 km2,占陆地总面积的一半以上。在全球变暖背景下,干旱区中以降水和冰雪融水补给为基础的水资源系统将会更为脆弱,冰、雪等水文要素及水资源构成发生改变,水文波动加大,水资源不确定性加剧。伴随干旱区面积扩大和干旱程度增加,干旱区水资源短缺、水体面积萎缩、生态系统退化、荒漠化程度也随之加剧,未来干旱区社会经济发展和生态安全保障将面临更严峻的挑战。这些归纳梳理所凝练出的一些综合性结论,对政府决策以及未来提出可信明确的科学认识具有一定的参考意义。

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6. 非线性最优扰动方法在热带气旋目标观测研究和外场试验中的应用
段晚锁, 秦晓昊
地球科学进展    2022, 37 (2): 165-176.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2022.010
摘要76)   HTML23)    PDF (6987KB)(40)    收藏

综述了我国学者近年来用非线性最优扰动方法探索热带气旋目标观测及其外场试验的主要进展,具体包括:从提高数值模式初始场精度的角度,用条件非线性最优扰动方法确定了热带气旋路径和强度预报的目标观测敏感区,并成功应用于“风云四号”气象卫星和下投探空仪台风目标观测外场试验,助力业务部门获得了宝贵资料。从减小模式误差或外强迫不确定性的角度,将非线性强迫奇异向量方法应用于探讨热带气旋强度预报的敏感性,揭示了模式误差的敏感气象要素和敏感区,以及海表温度强迫的敏感区;用集合扰动的思路识别了热带气旋快速增强过程预报的行星边界层的模式误差敏感区。讨论了目前热带气旋目标观测研究存在的问题以及可能的解决方法,展望了未来热带气旋目标观测研究应努力的前沿方向,及其在实际预报中的应用前景。

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7. 交通—区域发展交互的理论创新与实践应用
王姣娥, 黄洁
地球科学进展    2022, 37 (2): 177-186.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2022.011
摘要95)   HTML9)    PDF (1493KB)(99)    收藏

交通系统是人类经济社会活动的重要空间载体,在全球—区域—地方发展中不断促进各类生产生活要素与人口流动,交通—区域发展交互是人文与经济地理学研究的重要内容。在中国高速交通快速发展和“以人为本”的出行理念下,国内交通地理学在以任务带学科、多学科交叉融合、大数据挖掘与技术多元化的发展模式下,瞄准学科难点和研究瓶颈,服务国家发展需求。围绕交通—区域发展交互领域进行相关的理论与方法创新,以中国科学院地理科学与资源研究所交通地理研究团队为代表,阐明近10年来在交通地理学学科的创新发展。主要贡献在于: 高速化、网络化和复杂化视角下的交通地理学理论与方法创新; 交通系统与区域—地方互动机制; 交通大数据支持下的城市空间组织机理。基于学科理论与方法,研究成果在交通基础设施布局与区域发展、“一带一路”互联互通、新冠疫情防控与交通出行等方面进行了实践应用,为交通强国战略背景下交通地理学研究添砖加瓦。

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8. 末次冰盛期和中全新世气候模拟分析进展
姜大膀, 田芝平, 王娜, 张冉
地球科学进展    2022, 37 (1): 1-13.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2021.098
摘要235)   HTML29)    PDF (902KB)(180)    收藏

回顾了课题组近年来有关末次冰盛期和中全新世气候模拟分析的研究进展,包括中国气候、东亚和全球季风以及相关的主要大气环流系统等变化。多模式试验数据的分析表明,末次冰盛期中国降温和年均有效降水变化与重建记录定性一致,但模拟幅度偏弱;中国冻土区扩张、永冻土区活动层变薄,中国西部冰川物质平衡线高度降低;东亚季风变化在不同模式间差异较大,中国季风区范围和季风降水减小,北半球陆地季风区南移、全球季风区缩小和降水强度减弱共同引起全球季风降水减少;全球降水和潜在蒸散发共同减小使得全球干湿变化总体很小;北半球西风带在高层北移、低层南移,热带宽度变化依赖于指标的选取,厄尔尼诺—南方涛动气候影响、热带太平洋沃克环流均减弱并东移。在中全新世,多模式模拟的中国年和冬季偏冷仍然与大部分重建记录显示的偏暖不同;东亚冬季风增强,东亚夏季降水变化存在空间不一致性;中国和全球尺度的季风区范围和季风降水均增加;东北多年冻土退化、青藏高原多年冻土向低海拔扩张,北半球永冻土区减小、季节性冻土扩张、冻土区北退、永冻土区活动层变厚;全球干旱区面积总体变化很小;夏季东亚西风急流显著减弱并北移,厄尔尼诺—南方涛动减弱,热带太平洋沃克环流加强并西移。上述变化主要是对末次冰盛期大范围冰盖和较低温室气体浓度或中全新世轨道强迫的响应,海洋反馈起一定调制作用,植被反馈作用具有不确定性;模式与记录不一致的原因仍待深入探究。

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9. 西太平洋深层西边界流研究进展
汪嘉宁, 马强, 王凡, 刘彤, 张航, 张志祥
地球科学进展    2022, 37 (1): 26-36.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2021.107
摘要244)   HTML16)    PDF (6361KB)(110)    收藏

中国科学院西太平洋科学观测网实现了对西太平洋深层西边界流的长期连续和组网观测。基于观测网获取的数据并结合模式数据,逐步摸清了深层西边界流在雅浦—马里亚纳海沟连接区季节性入侵西太平洋的路径、流量和动力机制,揭示了地形罗斯贝波引起的深层季节内振荡特征和能量来源,发现了深海与上层海洋和气候变化联系的“高速公路”,改变了以往“深海是死水、杂乱无章和非常缓慢变化”的传统认知,就该方面的创新进展进行了总结,并讨论了下一步太平洋深层环流的观测和研究设想。

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10. 中亚地区干旱变化及其影响分析
李稚, 李玉朋, 李鸿威, 刘永昌, 王川
地球科学进展    2022, 37 (1): 37-50.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2021.124
摘要231)   HTML40)    PDF (6108KB)(161)    收藏

全球变暖加剧了中亚地区的干旱威胁,使得因干旱引发的水资源短缺、生态退化及跨境河流争端等问题更加突出。研究显示:过去半个多世纪,基于帕默尔干旱指数表征的中亚地区干旱程度整体变化趋势不显著,但伴随着区域的高温波动,中亚地区帕默尔干旱指数自2000年以来呈现明显下降趋势,约65%的区域表现为干旱化程度加剧,且在未来共享社会经济路径下中亚地区干旱强度持续增强。设计“去趋势”数字试验定量解析干旱指标对气候变化中各项因子的敏感性,发现气温对中亚干旱化趋势影响较大,降水变化加大了干旱的变率。从不同干旱亚类来看,中亚地区极端干旱区和干旱区面积以0.02×104和0.22×104 km2/a的速率增加,主要集中在新疆塔里木盆地北缘和哈萨克斯坦南部等地区。同时,平原荒漠区的植被蒸腾和土壤水耗散量加大,浅层土壤含水量(0~10 和10~40 cm)分别约有84%和81%的区域表现为下降趋势,导致一些依靠地下水和土壤水维系生存的、抗旱性弱的浅根系荒漠植物衰亡,生态农业干旱加剧,且水文干旱呈更加复杂的态势,研究结论为中亚地区水资源规划管理和生态保护提供科学依据。

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11. 海洋热浪研究进展与展望
胡石建, 李诗翰
地球科学进展    2022, 37 (1): 51-64.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2021.121
摘要251)   HTML17)    PDF (6972KB)(138)    收藏

海洋热浪对海洋环境、生态系统和经济生活具有非常重要的影响。近年来,全球气候变暖导致海洋热浪加剧,海洋热浪研究迅速发展成为一个重要的研究前沿。全面回顾了国内外海洋热浪研究的科学背景和研究现状,总结了海洋热浪的多种定义、时空分布特征、形成机制、海洋热浪对海洋环境和生态系统的影响,以及在未来全球气候变暖背景下,海洋热浪可能发生的变化趋势。此外,讨论了海洋热浪研究领域一些尚未解决的重要科学问题,并基于此展望了未来可能的研究发展方向。

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12. 过程——一种地理时空动态分析的新视角
薛存金, 苏奋振, 何亚文
地球科学进展    2022, 37 (1): 65-79.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2021.108
摘要87)   HTML23)    PDF (7610KB)(90)    收藏

地理世界中存在一类具有产生、发展和消亡的地理现象/对象,综合对地观测技术和多源信息获取技术的发展提升了获取这种动态地理现象的能力。现行的地理时空分析方法以点、线、面、体为基本单元,以数据获取尺度为分析尺度,割裂了地理现象的时间连续性,限制了地理时空动态的分析能力。把产生、发展和消亡的动态演变抽象为地理过程,从演变过程的尺度,提出一种新的地理时空分析方法。首先,提出“地理过程—演变序列—时刻状态”的分解抽象和逐级包含的地理时空过程语义,并基于“节点—边”的图思想建立地理时空过程图表达方法和存储模型,实现地理对象(节点)和对象演变行为(边)一体化表达和存储;其次,以地理过程为基本单元,设计“地理状态对象提取—演变序列追踪—过程对象重构”的过程对象提取方法,并基于节点的出度(该节点引起其他节点变化的边的个数)和入度(其他节点引起本节点变化的边的个数)实现过程对象演变行为的识别;再次,以地理过程为分析尺度,拓展时空邻域为过程邻域、时空相似性为过程相似性,设计面向过程的地理时空挖掘方法,开展地理对象及其演变行为的时空模式挖掘;最后,以1950—2019年月尺度的太平洋海洋表面温度异常变化过程对象为例,挖掘了海洋表面温度异常变化结构及其行为,并分析了与ENSO类型之间的关联模式,验证了所提方法的可行性和适用性。

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13. 链接热带东印度洋环流的海洋波动桥梁
陈更新
地球科学进展    2022, 37 (1): 80-86.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2021.113
摘要104)   HTML7)    PDF (2383KB)(58)    收藏

热带印度洋环流动力研究对认识海盆尺度物质和水体交换、区域乃至全球气候变化具有重要意义,亦服务于人类的生产生活。回顾了近年来基于中国科学院南海海洋研究所热带印度洋观测取得的环流动力方面的研究进展,探讨提出海洋波动桥梁概念,即:赤道波通过水平传播、垂向传播和东边界反射,在赤道上混合层、次表层和中深层调制着赤道流系的生成与变化;随着波动能量在东边界以沿岸开尔文波和反射罗斯贝波的形式往外赤道传输,赤道动力过程亦调节着外赤道的环流结构变化。作为能量传输的十字路口,海洋东边界是环流变化的动力支点。在其支撑下,海洋波动成为环流间重要的能量纽带,贡献于环流的动力联系,是东印度洋环流多尺度变化的重要内因。基于观测,初步探讨了大尺度气候模态等外因对热带东印度洋环流的影响。凝练的海洋波动桥梁动力学框架,为进一步研究热带印度洋的环流的特征、变化及影响提供科学启示。

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14. 水体稳定同位素在青藏高原大气环流研究中的应用
杨晓新
地球科学进展    2022, 37 (1): 87-98.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2021.122
摘要141)   HTML17)    PDF (7211KB)(148)    收藏

水体稳定同位素作为贯穿水循环的介质,是研究大气环流过程和传输路径的有效手段。介绍了水体稳定同位素技术在青藏高原大气环流研究中的应用,聚焦典型站点降水、河水和冰芯等水体稳定同位素的季节和空间变化特征,揭示了大气环流对地表水稳定同位素高程效应的显著影响,以及大气降水对地表水的主导;引入降水稳定同位素标准判断亚洲夏季风爆发时间;通过冰芯稳定同位素揭示了厄尔尼诺—南方涛动对整个青藏高原水循环的影响及其响应机制的区域差异。在未来的研究中,将加强跟地球系统模型的结合,关注水体稳定同位素在不同时间尺度的控制因子、突变过程以及激发机制,进而量化古气候替代指标中的稳定同位素变化、从较长的时间尺度上重建影响青藏高原的水汽来源的演变历史。同时关注过量氘等具有水汽来源诊断能力的参数,研究其与大尺度环流参数的相关性,从海表温度、蒸发等陆—气相互作用分析并将高原环流过程与全球环流过程紧密结合综合分析。

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15. 吸湿凝结水对荒漠地区生物土壤结皮生态功能的影响综述
潘颜霞, 张亚峰, 虎瑞
地球科学进展    2022, 37 (1): 99-109.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2021.109
摘要113)   HTML20)    PDF (898KB)(112)    收藏

生物土壤结皮可以作为一种模式系统来研究复杂的生态学问题,而吸湿凝结水是生物土壤结皮在干旱期维持功能活性的基础,吸湿凝结水输入期间生物土壤结皮的生理活动会影响土壤中的碳交换和许多生物地球化学过程,因此,在荒漠生态系统中,地表吸湿凝结水与生物土壤结皮的关系研究显得尤为重要。但由于吸湿凝结水的形成过程受下垫面特征以及诸多热力及气象环境要素的影响,需要基于土壤学、生物学、气象学、物理学和表面科学等学科的交叉集成研究。在综述国内外研究动态的基础上,根据吸湿凝结水形成的物理基础,对比分析了不同原理测量方法的优缺点及发展趋势,从吸湿凝结水对生物土壤结皮的作用机制和生物土壤结皮发育对吸湿凝结水形成的影响两方面总结和讨论了目前吸湿凝结水形成与生物土壤结皮关系研究的进展和不足,根据现有研究结果,阐述了在未来全球变化背景下,非降雨水输入特征的改变及对生物土壤结皮发育和荒漠生态系统功能的生态作用,并提出了当前研究中存在的问题及未来的研究重点,这些问题的解决将提高我们对荒漠生态系统稳定性和可持续性的科学认知水平。

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16. 建设中国陆表遥感产品真实性检验基准台站网络的思考
方红亮, 车涛, 晋锐, 李爱农, 李新, 李增元, 刘绍民, 马明国, 肖青, 张永光
地球科学进展    2021, 36 (12): 1215-1223.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2022.003
摘要344)      PDF (1072KB)(273)    收藏

全球卫星遥感生产了系列陆表参数产品,在地球系统科学研究和服务国家决策支持等方面发挥了巨大效用。为了更好地发挥这些产品的功能,人们亟需了解相关产品的质量和精度信息,这就需要利用地面参考数据对这些产品进行真实性检验。陆表基准参考测量提供独立、标准、常态化的监测数据,是陆表遥感产品验证必不可少的基础条件,对深刻理解陆表地球系统的历史、现状和未来变化具有深远意义。首先总结了国内外在基准参考网络建设方面的经验,分析了我国现有遥感真实性检验网络的建设工作。在此基础上,提出了建设我国陆表遥感产品真实性检验基准参考站网的思路,探讨了建设我国基准观测网络的设计方案、站点遴选、仪器选择、组织和管理方式。同时,综合陆表基准站网与大气、海洋、测高、地球重力测量等基准站网,提出了构建中国陆表遥感验证超级站和国家级遥感产品真实性检验网络系统的框架。国家级验证网络体系的建设将有助于实现全国定量遥感产品的真实性检验,助力地球系统科学综合研究,提升遥感产品服务国家决策支持的水平。

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17. 地理可达性减贫效应与机理研究进展
曹小曙, 徐建斌, 李涛, 黄晓燕, 欧阳世殊, 李保超
地球科学进展    2021, 36 (11): 1105-1116.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2021.093
摘要134)   HTML15)    PDF (4537KB)(82)    收藏

可达性是早期人地关系产生的最重要媒介。地理可达性作为地理要素的主要表征模式之一,是解释人类活动与地理环境相互作用的关系、影响、效应及机理的有效手段与方法。分析地理可达性的演化与发展,剖析地理可达性与贫困的关系,地理可达性减贫的影响及其耦合作用,对于系统性构建地理可达性减贫的研究框架具有重要意义。在梳理地理可达性研究进展的基础上,发现可达性内涵逐渐从单一的距离表征(可进入性)转变为多维要素的可获性,凸显了可达性表征内涵的系统性和整体性。伴随着我国区域性绝对贫困的消除,贫困研究的重心也逐步从绝对贫困向相对贫困转变,从精准脱贫向可持续减贫及乡村振兴转变;已有文献中地理可达性与贫困的关系主要体现在地理空间对贫困的基础性作用,地理可达性对减贫影响的多重路径等方面。基于已有研究,以系统性和整体性为基础,构建了地理可达性减贫的研究框架,认为应当从“关系—影响—效应—机理”4个板块对地理可达性减贫进行探究,系统性地剖析地理可达性对减贫的影响效应和机理。研究结果对于丰富基于中国国情的减贫地理学理论,实践上支撑减少相对贫困、促进乡村振兴发展和可持续发展目标的实现具有重要意义。

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18. 表土磁学特征揭示的青藏高原及其周边地区的气候边界
昝金波, 宁文晓, 杨胜利, 方小敏, 康健, 罗元龙
地球科学进展    2022, 37 (1): 14-25.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2021.125
摘要135)   HTML39)    PDF (9061KB)(143)    收藏

青藏高原及其周边位于东亚季风、印度季风与西风环流系统的交汇地带,是气候变化的敏感区和影响显著区。刻画青藏高原及其邻区降水的空间分布以及干湿气候区边界位置,不仅对深入认识该地区大气环流分布形势具有重要意义,同时还可以进一步加深对欧亚大陆大气环流动力学过程的理解。通过对青藏高原及其周边现代地表沉积岩石磁学参数空间分布特征的综合集成研究,结合300多个气象站点近70年气温和降水数据的详细对比分析,发现降水量是控制青藏高原及其邻区地表土壤磁学性质变化的主要因素,表土磁学性质可以用于揭示高原及其邻区降水的空间分布。已发表及新获取的700余块表土样品成壤相关的磁学参数呈现出显著的空间梯度变化,揭示出北祁连山—横断山以及帕米尔高原—北天山是青藏高原及其周边地区2条重要的成壤强度分界线,其大致分别对应半湿润—半干旱区(400 mm)以及干旱和半干旱区(200 mm)的干湿气候区降水界线。此外,高原北部及其周边多个末次冰期—间冰期以来的风尘沉积剖面磁学参数的空间对比结果,还进一步揭示第四纪冰期时,随着全球变冷,干旱化加剧导致高原北部气候梯度差异显著减小,全球冰量变化可能是控制高原北部气候格局演化的主要因素。

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19. 鄂尔多斯盆地东南缘黄陵矿区中生代煤系烃源层构造—热演化过程与生物气生成
鲍园, 唐佳阳, 琚宜文, 安超
地球科学进展    2021, 36 (10): 993-1003.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2021.076
摘要171)   HTML3765)    PDF (2609KB)(183)    收藏

煤系烃源层的构造—热演化过程研究对揭示煤系气的生成机制具有重要意义。为揭示鄂尔多斯盆地东南缘黄陵矿区向斜核部中生代煤系烃源层的构造—热演化过程、生排烃阶段及煤系气成因类型,根据含煤地层岩性、剩余地层现今埋深、储层孔隙度、镜质组最大反射率、甲烷碳氢同位素组成和生物甲烷产率等数据,运用Petromod 1D模拟软件与回剥反演法及EASY% RO法对研究区煤系烃源岩的受热和生烃演化过程进行重建。研究结果表明:黄陵矿区自晚三叠世以来,煤系主要经历了3~4次“沉降—抬升”过程,其生烃演化过程可分为原生生物成因气、热成因气和次生生物成因气3个阶段。晚三叠世末期至中侏罗世早期,煤系烃源岩镜质组最大反射率演化至0.3%,对应原生生物成因气生成阶段;中侏罗世早期至早白垩世末期,煤系埋深及受热温度逐渐升高至最大值,镜质组最大反射率演化至0.67%~0.74%,热解生烃作用停止,对应热成因气生成阶段;自始新世早期至今,煤系发生抬升且埋深浅于2 077~2 148 m,受热温度低于75 ℃,对应次生生物成因气生成阶段。侏罗系延安组3号和2号煤层中甲烷碳、氢同位素组成数据和微生物降解煤岩生成生物气实验(甲烷累计产率为10.5~16.1 μmol/g)为该区存在次生生物成因气提供了直接证据。

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20. 海洋涡旋在模态水形成与输运中的作用
许丽晓, 刘秦玉
地球科学进展    2021, 36 (9): 883-898.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2021.085
摘要355)   HTML1849162241)    PDF (11038KB)(557)    收藏

模态水在全球气候变化中有着重要作用。但是由于缺乏海洋次表层的高分辨率观测,对空间尺度为百公里的海洋中尺度涡旋如何影响空间尺度大于千公里的模态水的认识仍然欠缺。为了解决这一科学难题,在科技部的支持下,实施了一次成功的海上观测试验。系统梳理了基于该观测数据所发表的有关涡旋影响模态水潜沉和输运的主要研究成果:①捕捉并揭示了中尺度涡导致混合层水潜沉的过程和动力机制;②发现了中尺度涡携带模态水迁移的新路径;③阐明了模态水多核结构的形成机制。研究结果揭示了黑潮延伸体海域中尺度涡旋影响大尺度模态水的物理本质,为该海域多时空尺度海洋—大气相互作用作出了一定的贡献。通过对该次观测试验结果的分析和总结,得到了如下新的科学推论:海洋次中尺度过程对模态水的形成和耗散也具有重要影响。

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21. 多主体建模在水资源管理中的应用:进展与展望
原世伟, 李新, 杜二虎
地球科学进展    2021, 36 (9): 899-910.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2021.089
摘要336)   HTML34)    PDF (2579KB)(303)    收藏

多主体建模作为研究“人类与自然耦合系统”等复杂适应性系统的重要工具,已经被广泛地应用于水资源管理领域。在调研国内外重要研究的基础上,回顾了多主体建模的基础理论、建模工具和框架,并对多主体建模在城市水资源管理、农业水资源管理和流域水资源综合管理3个方面的研究和应用进行了阶段性总结。针对当前研究的不足和难点,结合我国水资源管理的研究现状,提出以下4个研究重点:①加强主体行为决策规则刻画;②加强模型验证和评估研究;③开展代表性流域多主体建模研究;④推动学科交叉和综合集成研究。多主体建模能够揭示人类活动—水文循环的互馈机制,为水资源及水环境的可持续利用和管理提供政策建议,加强多主体建模在水资源管理领域的研究可为水资源管理提供新的思路,推动我国水资源的可持续发展。

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22. 基于变分模态分解的机器学习模型择优风速预测系统
摆玉龙, 路亚妮, 刘名得
地球科学进展    2021, 36 (9): 937-949.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2021.090
摘要207)   HTML16)    PDF (6694KB)(221)    收藏

精准的风速预报对风力发电系统具有重要意义,但风速信号自身固有的随机性使其波动复杂且不可控,以往的研究采用单一或固定的组合模型很难把握风速序列的特征。提出一种基于分解的机器学习模型择优风速预测系统,采用变分模态分解算法降低原始风速序列的复杂度。进而利用模糊神经网络、非线性自回归神经网络、Elman神经网络、反向传播神经网络和自回归差分移动平均模型构成机器学习模型择优系统,分别对子序列的验证集进行预测,通过均方根误差等性能指数选择其最优模型,提高了整体模型的预测精度。试验采用宁夏地区4个站点的实测风速数据,仿真实验结果表明,所提模型相比于单模型以及较新的深度学习组合模型,具有更高的预测精度。

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23. 第二次青藏高原综合科学考察研究”征稿启事
地球科学进展    2018, 33 (5): 1.  
摘要2261)      收藏
青藏高原是世界屋脊、亚洲水塔,是地球第三极,同时也是我国重要的生态安全屏障、战略资源储备基地。2017年启动的我国第二次青藏高原综合科学考察研究,致力于揭示青藏高原环境变化机理,优化生态安全屏障体系,对推动青藏高原可持续发展、推进国家生态文明建设、促进全球生态环境保护将产生十分重要的影响。为了更全面、系统和快速地展示此次青藏科考最新研究成果,推动我国青藏高原综合研究,青藏科考办公室与《地球科学进展》期刊联合设立“青藏高原综合科学考察研究”专栏,以集中发布综考团队青藏科考相关研究成果。专栏首批稿件拟于2018年11月出版(正刊),现将有关事项通知如下。
一、专题征稿范围
    (1)青藏高原隆升与季风演化
    (2)湖泊与冰川环境变化
    (3)古生态与古环境变化
    (4)污染物传输及其环境影响
    (5)青藏高原生态安全屏障与功能保护(含国家公园建设)
    (6)青藏高原环境变化与经济社会发展
二、投稿要求
    (1)稿件要求观点明确,主题突出、文字简捷,论据充足,文献精炼,体例不作统一规定,根据内容可长可短,字数以不超过20000字(包括图表)为宜。
    (2)引言中研究目的清晰明确,详细介绍国内外研究背景,对现有其他研究者的工作进行正确的评述;阐述自己的观点,并对自己的研究思路做一总体介绍,引言字数不少于1000字。
    (3)研究设计和方法叙述清楚,数据合理并被正确地分析和解释;比较所提出的方法和现有方法的优缺点。
    (4)来稿请用Word排版,具体格式要求参阅《地球科学进展》的投稿须知。来稿涉及国家保密问题的应提供作者单位的保密审查证明材料,地图图件必须采用自然资源部标准地图服务系统(网址:http://bzdt.ch.mnr.gov.cn/)发布的经过审核的相关标准地图,并标注审图号,对原图的任何修改均需要重新送审。
三、投稿方式
      请登录 http://www.adearth.ac.cn注册作者用户名和密码投稿,投稿时请注明“青藏高原综合科学考察研究”专栏稿件。真诚欢迎国内外相关领域的专家学者踊跃投稿!
四、联系方式:
      联系人:迟秀丽   贺郝钰    孙力炜   联系电话:0931-8762293
      邮箱: adearth@lzb.ac.cn
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