采用东北三省150个测站1961~2010年的逐日温度资料和同期美国环境预报中心(NCEP)以及国家大气研究中心(NCAR) 2.5°×2.5°分辨率的全球再分析资料,定义了东北夏季极端低温天气事件（extreme low-temperature event 以下简称ELTE事件）,统计给出了ELTE事件的发生、峰值和持续时间的日历表。根据该日历分析,发现了影响东北地区夏季ELTE事件的最主要的2条冷空气路径（西北路径和东北路径）,1961~2010年期间,影响东北地区的ELTE事件最主要是受西北路径的冷空气的影响,其次是东北路径。同时也发现,ELTE事件20世纪80年代发生频率最高,90年代后开始减少,但是东北路径的ELTE事件在90年代以后开始明显的增加。还发现,ELTE事件发生的前4 d,贝加尔湖地区若是被低压槽覆盖,易发生西北路径的ELTE事件,若该区域被一个东北-西南走向的高压斜脊控制,同时鄂霍次克海区域存在一个低压中心,形成西北“+”东南“-”的跷跷板形态,易发生东北路径的ELTE事件。
选择1992、2000和2010年的DMSP_OLS灯光数据,改进了基于统计数据提取城镇用地的算法,使用Python语言编程实现3个时期中国城市建成区的提取。利用ArcGIS 10、Visual FoxPro 6.0等软件,选择城市形态紧凑度和城市扩张速度2个指标,分别从城市规模（超大城市、特大城市、大城市、中等城市和小城市）、大区域（东部、中部、西部和东北区）、省级行政区划（省、自治区和直辖市）3个空间尺度分析了城市的空间扩张情况。结果表明：① 从城市形态紧凑度来看,同一年份,城市规模越大,城市外部形态紧凑度越小;而中、西部城市平均紧凑度大于东部、东北部。1992~2010年,除大城市和小城市平均紧凑度指数略微变小、基本不变外,其余各等级城市均变大;东部和西部城市平均紧凑度指数变小,而东北和中部变大。② 从城市扩张速度来看,同一时间段内,城市规模越大,城市建成区年均扩张速度越大;1992~2010年,东部城市建成区扩张速度最大,东北最小,中、西部次之;其中,北京、重庆、上海、天津扩张速度大,广东、江苏、山东、浙江和福建扩张速度次之,其余省份扩张速度较小;近20 a来,所有等级城市、不同区域城市以及各个省份内城市建成区在加速扩张。
基于第五和第六次人口普查数据,探讨了无锡市2000~2010年职住空间的变动情况,总结了职住空间关系的影响因素。研究发现：无锡市居住人口主要集中在老城区,但人口向外扩散的趋势明显,外围地区尤其是产业发达地区人口增长较快;就业人口分布以老城区为主,沿“西北-东南”向扩展。从职住空间匹配角度分析,无锡市总体职住空间匹配程度有所提高,存在老城区以居住功能为主、外围区以就业功能为主的特征,且部分区域职住空间匹配度较低。采用地理加权回归法定量分析了职住空间关系的影响因素,认为区域经济发展和交通通达性的提高一定程度上会加剧职住分离;产业发展、建设用地扩展、公共服务设施的完善会缓解职住空间的失配现象。在不同的经济社会发展阶段,城市应采取不同的职住空间组织模式。
渤海海峡跨海通道建设将极大地改善环渤海地区的交通格局,势必会对山东半岛、辽东半岛城市间的经济联系产生深远的影响。通过对区域经济联系引力模型进行修正,选取山东半岛城市群8个城市和辽中南城市群10个城市的地区生产总值、市区非农人口、城市间的时间距离以及克鲁格曼指数等指标,测度了渤海海峡跨海通道建设对两半岛城市间经济联系的影响。结论表明,渤海海峡跨海通道建设将大幅提升两半岛城市经济联系强度,明显改变两半岛城市经济联系空间格局,其潜在的无形中的影响是巨大的。所测算的经济联系量值用于两半岛城市间经济联系的影响研究具有一定的参考价值。
基于ArcGIS9.3平台,运用可达性分析技术,以江苏省淮安市为例,定量分析了城市功能用地可达性格局特征与演变。研究发现,城市功能用地可达性空间范围不断扩大,城市内部可达性水平变化不大,城市边缘的可达性变化较大;城市功能用地的空间分布与可达性水平关系密切,集中分布在可达性时间成本小的范围内;主要功能用地可达性空间格局演变表现出不同的特征,工业用地逐步由可达性成本小的城市核心区迁移到可达性成本相对较大的城市外围,居住用地相对均衡地分布在不同可达性时间范围内,小型公共设施用地主要分布于可达性时间成本小的城市核心区,大型公共设施用地则逐步迁移到可达性时间成本相对较大的城市外围;影响城市功能用地可达性格局及其演变的因素归纳为5个方面,包括地理环境、经济发展、交通引导、人口增长和政府调控。研究表明城市道路网可达性水平的提高,能够引导城市功能用地的空间布局,带动城市空间形态的演变。
区域旅游经济差异是旅游业“竞合”关系的主要影响因素之一,利用加权变异系数、基尼系数、锡尔系数等方法,以2002~2012年东北三省的国内旅游收入和旅游外汇收入为分析对象,揭示东北三省区域旅游经济差异的时空特征,以期为优化区域旅游经济结构,避免恶性竞争造成的不利影响提供依据。结果表明：① 东北三省旅游经济省间绝对差异不大,相对差异逐渐增大;② 三省省内各地市的国内旅游收入差异和旅游外汇收入差异都较大,黑龙江省的国内旅游收入差异在扩大,辽宁和吉林在减小;吉林省的旅游外汇收入差异基本保持不变,辽、黑两省在减小;③ 三省的地带间旅游经济差异基本保持不变。
以洞庭湖各典型年的遥感影像、相关图件、社会经济数据及水沙、水质监测等实测资料为依据,基于湖泊健康 “PSR”响应模型,构建了综合评价指标体系,确定了具体的评价指标、评价标准、指标权重和评价等级,采用主成分分析法评价洞庭湖系统健康状况的空间差异,以模糊综合评判法评价其典型年动态变化特征。结果表明：① 从各典型年来看,1986年和1998年洞庭湖处于不健康状态,1991年为临界健康;而三峡工程蓄水运行之后洞庭湖均处于临界健康状态。② 从空间分布上看,南洞庭湖系统健康状况相对较好,其次是东洞庭湖,最差的是西洞庭湖。③ 从压力-状态-响应健康指数来看,各典型年压力隶属度均为不健康,尤其是三峡工程蓄水运行后;其状态、响应隶属度一直保持在临界健康水平。这说明洞庭湖虽保持了较为完整的自然形态、结构基本合理、生态服务价值稳定,但已出现“病症”。作为国家级自然保护区,洞庭湖健康整体水平仍需进一步提升。
粮食问题是关系生态脆弱区发展的关键问题。在耕地面积有限、城市化加速、人口增长和生态保护急需加强的背景下,人均粮食的区域差异和驱动力研究对生态脆弱区生态安全具有重要意义。县级行政区是粮食生产和消费的基本单元,县域人均粮食变化的机制对于生态脆弱区发展至关重要。以南水北调中线水源区37个县为研究单位,借助ESDA和GWR模型,揭示南水北调中线水源区人均粮食区域差异的空间异质性及变化的驱动力。结果表明：2000~2011年,研究区县域人均粮食空间自相关特征明显,区域人均粮食变化的驱动因素呈现非均衡联动的局域性特征,单位面积产量对人均粮食变化的影响最大,耕地面积变动是第二大影响因素,都呈正相关。影响因素具有明显的平原向山区、亚热带向暖温带过渡的特征。因此,应结合南水北调中线水源区当前人均粮食的现状和驱动因子的效应机理,积极采取相应的有效措施,保障其粮食安全,促进区域生态保护。生态脆弱区自然生态环境复杂,在社会经济发展决策时,要充分考虑小尺度地理单元的特性,才能保证脆弱的生态环境能持续发展。
以抚顺市为研究区域,利用GIS和RS技术,对抚顺市1986~2000年、2000~2012年2个时期的土地利用动态变化及驱动力进行研究。结果表明：1986~2012年抚顺市主要的土地利用方式是林地、农田、水域和居民用地,其中林地面积逐渐减少,农田和居民用地面积逐渐增加,水域面积呈先减少后增加的趋势,单一土地利用动态度最大的是是居民用地,其次为水域和草地,而林地最小;抚顺市1986~2000年综合土地利用动态度较大且空间差异小,而2000~2012年综合土地利用动态度较小但空间差异大,表明抚顺市1986~2000年全区均在开发且开发强度大,而2000~2012年仅在局部地区进行大规模的开发活动;1986~2000年土地利用动态变化的热点地区主要有3个且分布范围较大,而2000~2012年土地利用动态变化的热点地区仅有1个且分布范围较小,4个“热点地区”均位于抚顺市内的居民地集中分布区。自然因素是土地利用变化的基础条件,相对自然因素,人类活动对土地利用的时空变化具有决定性的影响,是导致抚顺市土地利用快速集中变化的主因。
资源型城市随着资源的不断衰竭以及在多年的发展中积累的矛盾日益暴露出来,其可持续发展面临严重挑战,如何选择接续替代产业的发展方向与路径是当前研究的前沿与热点。萍乡是一个以煤立市、典型的以传统资源型产业为主的工矿城市,目前产业发展主要存在产业结构单一、主体资源（煤炭）不断衰竭、生态环境问题日益严重和煤炭工人就业、再就业困难等问题。利用PCDL模型对萍乡市产业进行了定性与定量分析,结果表明：萍乡的工业化总体上处于中期阶段,但已出现向后期阶段过渡的明显特征;随着煤炭资源的不断枯竭,采掘业特别是煤炭开采和洗选业优势地位在下降,产业发展动力有所不足,产业发展已逐步由煤炭资源开始采转向其它资源及相关的加工制造业。因此,萍乡应着力于把中间品制造业和深加工制造业作为当前的接续产业。
利用1986~2006年PATMOS-x 、ISCCP总云量和低云量产品与中国区域地面台站观测的总云量、低云量资料进行对比分析,对比不同来源、不同观测方法造成的云量数据在时间、空间上的差异,为资料使用者提供参考。结果表明,与台站观测资料相比,无论PATMOS-x还是ISCCP其总云量数据的空间分布、与站点观测数据的格点相关性均好于低云量数据;PATMOS-x总云量、低云量多年平均的空间分布较ISCCP更接近站点观测;中国区域平均低云量的线性趋势PATMOS-x与站点观测一致,表现为显著的上升趋势,而ISCCP低云量数据则呈现微弱的下降趋势。
分析了1942年中国北方八省市大旱的的旱情及其成因。结果表明：在1942年中国北方出现一次以河南为中心的极端干旱事件,以夏季和冬季最严重,它发生在年代际相对温暖背景下。太平洋海温的年代际暖位相是1942年大旱重要的海洋背景。1940~1942年南方涛动指数为负位相是1942年大旱重要的热带环流年际变化的背景。强度为1级的厄尔尼诺事件,东亚夏季风偏弱和登陆台风偏少可能是1942年北方大旱的重要原因。由于河南省是气候变化的敏感区和生态环境脆弱区,前期旱涝灾害频发,加上当年多灾并发,致使1942年河南省的旱灾最为严重。
通过对2010年7月27~29日吉林省一次较大范围的冷涡暴雨、大暴雨过程进行诊断分析,建立了此类暴雨的天气概念模型：200 hPa呈现“两脊一槽”型,高空急流呈辐散状位于吉林省上空,急流中心最大风速≥60 m/s;500 hPa东北冷涡强烈发展,鄂海阻高稳定维持是此次强降水发生的重要天气系统,中心最大风速≥20 m/s的偏西风急流带横穿吉林省中部;850 hPa风速≥12 m/s的3条急流带在吉林省中东部地区交汇,形成低层辐合、高层辐散的气旋性涡度柱,较强的垂直上升气柱一直向上伸展到500 hPa附近,极有利于对流的发展和强降水的维持。通过计算整层水汽通量与吉林省逐6 h平均降水量的相关矢量场,结果表明：偏西、偏南及偏北3条水汽通道在吉林省中南部汇集是此次强降水发生的重要条件,暴雨落区与整层水汽通量汇合区密切相关,水汽输送以经向(南北方)水汽流入为主。暴雨期间具有较好的动力、热力及能量条件,特别是湿对流有效位能明显偏强,强降水出现在对流有效位能 (CAPE)值由极大值开始下降的过程中。干侵入是激发冷涡发生、发展的动力条件之一,≥1 PVU(位涡单位)的高位涡舌在下降的过程中,同时南移,与中部地区强降水落区自北向南移动相吻合。
利用山东地区16个气象站1961~2012年逐月降水资料以及同期大气环流指数资料,采用Mann- Kendall非参数检验法、累积距平法、有序聚类分析法以及Mann-Whitney-Pettitt(MWP)法等方法,对最近50 a来山东地区夏季降水及其占全年降水比例的时空变化及影响因素进行了研究。结果表明,最近50 a来,山东地区夏季降水呈现总体下降趋势,但有显著的阶段性。其中,沿海地区变化幅度小于内陆,其阶段转换和突变也早于内陆,内陆中山区又早于平原。沿海地区夏季降水占年降水比例呈现总体上升趋势,但无明显的阶段性和突变现象;而内陆地区呈现总体下降趋势,但存在阶段性和突变现象,其中山地与平原间又有差异。分析表明,山东地区夏季降水变化与同期东亚夏季风、南方涛动和北极涛动之间有显著的响应关系,但在沿海与内陆、山地与平原之间存在差异。
台兰河流域作为阿克苏河的支流,是以冰川融水补给为主的河流,流域面积为1 324 km2。结合1：5万地形图、Landsat ETM+遥感影像及数字高程模型数据,通过综合计算机自动解译及目视解译的方法,将面向对象图像特征提取方法应用到该流域冰川信息提取中,并以影像叠加数字高程模型来提取表碛覆盖区的冰川末端边界,最后参照专家指导意见进行边界的再次修订,得到1972~2011年该流域的冰川变化数据,并分析了过去近40 a来冰川变化特征及其对气候变化的响应过程。结果表明：1972~2011年,台兰河流域冰川退缩明显,冰川总面积从435.44 km2退缩到385.38 km2,减少了50.06 km2,退缩率为11.50%,年均减少约1.25 km2,平均单条冰川面积减小0.31 km2;冰川总条数从113条减少到109条,消失冰川10条,有3条冰川分离成了9条,其余100条冰川都呈减小趋势。结合阿克苏和拜城气象站气象资料分析认为,台兰河流域冰川萎缩与该地区气温快速上升关系密切,气温上升导致的冰川消融在一定程度上抵消了降水增加对冰川的补给。
气候重建研究中,重建数据有限的特点对研究造成很大影响。对于解决这个问题,区域优化平均法是一个很有效的重建方法。区域优化平均法可以通过最优权值和有限的温度数据计算目标区域平均温度的一种方法。应用区域优化平均法时,首先利用均方差最小化的优化加权机制和拉格朗日乘子法计算得到最优权值,然后最优权值结合温度数据计算得到区域平均温度。现阶段的区域优化平均在计算大范围区域的平均温度时有其自身弱点。为克服这一弱点,使其可以计算大范围区域的平均温度,例如北半球平均温度,本文对区域优化平均法做如下改进：不再使用网格划分求和的方式求解协方差模式,利用Haar小波函数和矩阵算子求得协方差模式;利用全选主元高斯消去法求解线性代数方程组得到最优权值。结果表明,Haar小波函数和矩阵算子用于计算中,使协方差模式的计算结果更精确。计算所用数据源于气候研究中心（CRU）,CRU被认为是最权威的数据来源之一。以计算北半球1961~1990年平均温度为例,发现改进后的区域优化平均法的计算所得结果与CRU已有结果的相关性较改进之前有所提高。因此,针对古气候重建过程中代用数据记录有限的问题,改进后的区域优化平均法提供了一个更为合理可行的计算方法。
受人类活动的影响,水沙灾害事件相继发生,对人们的生产、生活造成了威胁。以洞庭湖流域代表性水文站的年径流量和年输沙量系列数据为基础,应用P-III型曲线分别拟合并求得“松滋口、太平口、藕池口”三口入湖、“湘江、资江、沅水、澧水”四水入湖和城陵矶站出湖年径流量、年输沙量的边缘分布函数,再采用水文事件遭遇分析中广泛应用的Copula函数,建立洞庭湖流域水沙联合分布模型,分析洞庭湖流域水沙丰枯遭遇频率。研究结果表明洞庭湖三口、四水和城陵矶站的水沙丰枯遭遇频率关系与洞庭湖流域的水沙运动有密切联系,运用该水沙耦合模型可以为洞庭湖流域防洪减灾提供重要的理论依据。
