基于集对分析的泾河河川径流多时间尺度变化研究

应用EMD方法对泾河张家山水文站1956~2005年还原径流系列进行多时间尺度分析,结果表明泾河年径流量具有复杂多时间尺度的周期性,其变化特性分别具有准2~4、准4~8和准11~13的周期。运用SPA方法研究泾河年径流量与EMD中基本模式分量IMF的关系表明,泾河年径流量与IMF分量的联系在短周期上仍以同一性为主,在中周期以对立性为主,在长周期以差异性为主。     

基于耕地—粮食—人口系统的休耕区域耕地压力时空演变及预测——以河北省为例

基于河北省65 a耕地面积、粮食产量和人口数量等统计数据,分析全省耕地—粮食—人口系统随时间变化的特点,结合人均最小耕地面积公式计算耕地压力指数并分析其时空特征,利用灰色预测GM(1,1)模型预测河北省未来11 a耕地压力指数。结果表明:(1)河北省1949—2014年65 a时间内耕地面积由726.58×10~4hm~2下降至653.77×10~4hm~2,人均耕地面积由0.24 hm~2下降至0.09 hm~2,粮食总产量由469.51×10~4t上升至3 360.2×10~4t,人均粮食产量由152.14 kg上升至455.07 kg,总人口数由3 086.06万人上升至7 384万人;(2)耕地压力指数在人均年粮食需求量取值为380、400、420 kg的情景下均呈下降趋势,分别在2005年、2008年、2010年之后持续低于1,65 a中全省11市耕地压力指数均呈现下降趋势,2010年底仅4市耕地压力指数大于1,耕地压力指数的全局Moran’s I指数从弱正相关到弱负相关再到明显的正相关性,其空间聚集性变强;(3)未来11 a全省耕地压力指数保持稳定微弱下降趋势,均小于1,耕地压力较小。针对河北省粮食安全问题提出了建议。     

河北省耕地压力动态分析与预测

本文分析了河北省自改革开放以来耕地压力指数的变化特点,对未来15年耕地压力指数进行了预测,提出减轻耕地压力的措施。研究结果显示:1978年以来,虽然河北省耕地数量持续减少,人口不断增加,但由于耕地生产率不断提高,粮食产量和人均占有量却在增加,耕地压力指数呈现降低的趋势。未来15年耕地压力指数仍较大,但将进一步降低。据此提出,依靠增加投入和科技进步从而不断提高耕地生产率,是减轻耕地压力、保证食物安全的根本途径。     

甘肃省耕地数量变化特征及其对粮食安全的影响

利用51年的耕地统计数据和近年的土地利用详查变更数据,揭示了甘肃省土地利用结构和耕地面积变化的总体特征,1955～2005年,甘肃省耕地面积和人均耕地面积呈现出逐年下降趋势,而粮食产量和人均粮食产量却呈现出上升趋势,最小人均耕地面积和耕地面积压力指数虽逐渐减小,但耕地压力指数历年都大于1,说明此期粮食的供给小于需求,粮食处于不安全状态。运用回归分析方法、预测理论、最小人均耕地面积和耕地压力指数模型,对耕地面积变化的主要驱动因子进行了分析,在定量分析耕地数量变化和人口增长及经济发展关系的基础上,对未来15年耕地、人口、粮食、最小人均耕地面积和耕地压力指数进行了预测。结果显示:2006～2020年,耕地压力指数继续减小,且越来越接近1,这说明耕地面积-人口-粮食之间的供需矛盾减小,粮食安全形势有所缓解。     

新疆耕地变化及驱动力分析

利用1949~2003年的统计和普查数据,分析探讨了新疆54年来耕地数量变化趋势、变化速度、区域差异及驱动因素。结果表明:新疆耕地数量经历了迅速上升→波动→下降→回升的变化历程;耕地变化区域差异显著;人口增长、经济发展和农业科技进步是影响新疆耕地动态变化的三类主要动因,政策因素是影响耕地变化的间接驱动力;通过模型计算,人类行为对耕地变化的影响尤其显著。并对研究结果应用GIS进行了空间表达。研究内容和分析结论对新疆农业可持续发展具有重要意义。     

建国以来黑龙江省粮食产量变化小波分析

采用Morlet小波变换分析方法,对建国以来黑龙江省粮食产量变化进行了多时间尺度分析,揭示了黑龙江省粮食产量变化的多时间尺度的复杂结构,分析了不同时间尺度下粮食产量变化的周期,并根据主要周期对未来粮食产量进行了预测。结果表明:建国以来黑龙江省粮食产量变化具有明显的6年、9年、13年、18年和24年的特征时间尺度和相应的周期性变化特征,并且特征时间尺度有逐步增加的趋势,即黑龙江省的粮食产量变化渐趋稳定;此外,根据小波方差发现黑龙江省粮食产量变化具有显著的9年、13年、18年和24年的主要周期,并以24年的周期尤为显著;最后综合5个时间尺度上小波系数的演变趋势发现,无论是大尺度还是小尺度上,在未来几年内,黑龙江省将走出粮食增产时期,而进入粮食减产时期。     

宁夏粮食生产与耕地压力变化的分析与预测

本文基于最小人均耕地面积、耕地压力指数模型和时间序列平滑外推预测的方法对宁夏回族自治区自建国以来50多年进行粮食生产、耕地压力指数作动态变化分析,对未来15年的粮食生产、耕地变化、人口、耕地压力指数预测。结果表明:(1)粮食总产量大幅增加的趋势,1950年宁夏的粮食总产量为33512×104kg,人均占有量为266.05kg,到2004年粮食总产量为290488×104kg,是1950年粮食总产量的8.87倍。(2)耕地压力指数变化大致分为四个阶段。第一阶段,1950-1957年,耕地压力指数迅速减小,从1950年的1.46减少至1957年的1.16。第二阶段,1957-1961年,粮食产量急剧下降,耕地压力指数高达1.61,该区域的粮食处于严重不安全的状态。第三阶段,1962-1984年,耕地压力指数呈下降的趋势,到1984年降至最低点0.9,粮食安全处于富余状态。第四阶段,1984-2004年,处于波动有升的趋势。(3)1950-2004年,人均耕地面积和最小人均耕地面积一直处于减少的趋势,分别从1950年的0.57hm2和0.832hm2降至2004年的0.19hm2和0.22hm2。(4)在未来的15年里,宁夏的耕地压力指数有下降的趋势,人口继续的增加,到2020年可能达7435792人,粮食产量也将会提高,到2020年预计可达426663kg。区域粮食安全隐患较小,但耕地面积减少的趋势很严重,所以对耕地的保护需要进一步的加强。     

陕西省耕地数量变化对粮食总产的影响

对1978年以来陕西省粮食总产量、耕地面积的变化以及相关影响因素进行统计分析,结果表明,陕西省耕地资源数量呈持续减少趋势,其主要原因是生态退耕和农业产业结构调整,其次为建设用地、灾毁等;粮食总产量呈波动上升趋势 ,粮食总量年变化率与粮食播种面积年变化率、耕地面积减少量和因其导致的粮食减产量变化趋势高度一致,说明耕地面积的减少直接导致粮食产量的减少,耕地资源数量是影响陕西省粮食产量的重要因素.因此,保持一定数量的耕地面积的动态平衡是保障粮食安全的先决条件.     

新疆耕地和粮食灰色关联分析

收集整理1949—2003年新疆耕地、人口与粮食等资料,定量分析耕地的数量变化、质量状况。用线性回归法预测人口变化趋势。对粮食生产与其影响因素进行灰色关联分析,分析表明粮食单产、有效灌溉面积对粮食产量的影响最大,农业现代化的影响需要进一步加大,粮食收购价格指数对粮食生产不会有更大的影响。提出增加科技投入提高单产、发展节水农业等挖掘耕地潜力增加粮食产量的途径。为新疆今后农业发展决策提供科学依据。     

咸阳市耕地变化特征及对粮食安全的影响

耕地资源和粮食安全不仅是国家层面的研究问题,也是区域层面的重要课题。文中利用55年的耕地统计数据和粮食总产量和人口数据,揭示了咸阳市耕地总体变化特征,分析了咸阳市耕地减少态势的空间差异,对粮食供需状况进行了分析和预测。研究结果表明:咸阳市的耕地面积在建国以后的55年内,经过小幅度的波动,总体上呈减少的趋势,而人均耕地面积持续减少;咸阳市各县区在近20年里耕地减少的幅度北部高于南部;咸阳市的粮食需求量随着人口的增长而增大,但是粮食的供给受多种因素的影响波动较大,总体上呈增长的趋势。预测结果表明,咸阳市的耕地面积还将继续减少,但是在提高复种指数和粮食单产的基础上,粮食供给在人均粮食消费量400kg/a.人情况下,未来10年还能保持较高的粮食自给水平,至2020年,咸阳市的粮食自给还能保持在90%的状态,仍将处于安全状态。     

甘肃省粮食和耕地变化及其趋势分析

实现粮食安全的最基本条件是保证粮食基本自给,而耕地资源是粮食自给能力的基础。随着人口数量的增加和城市化进程的加快,甘肃省粮食需求压力日益增大,耕地资源日益减少,人地矛盾将更趋尖锐。运用回归分析方法、预测理论、最小人均耕地面积和耕地压力指数模型,在分析甘肃省2000-2007年耕地、人口、粮食动态变化的基础上,分析了最小...     

黑龙江省粮食产量变化及驱动因素分析

在简要分析1949-2010年黑龙江省粮食产量变化的基础上,从生产条件、农业投入、政策保障、产出效益4个方面选取29个指标,采用通径分析法分析影响黑龙江省粮食产量变化的驱动因素及变化机理。结果表明:1)黑龙江省粮食产量总体呈增长趋势,60年间主要经历五个增长期和三个下降期;2)农业投入和产出效益是黑龙江省粮食产量变化的主要驱动因素,而生产条件和政策保障是黑龙江省粮食产量变化的次要驱动因素。     

河北省承德市退耕还林工程综合效益评价研究

以河北省承德市退耕还林工程为评价对象,从生态效益、经济效益和社会效益出发,采用林业行业标准(LY/T 1721-2008)和专家赋值法,对河北省承德市退耕还林工程综合效益进行了评价。结果表明:(1)承德市退耕还林工程的总生态效益为582619.09万元,生态效益主要以涵养水源和保持土壤肥力效益为主,二者占总生态效益的80.84%;(2)退耕后耕地的大面积减少导致的粮食总产量降低,2006年全市粮食总产量为108.8万t,1999年～2006年承德市农村人均纯收入都呈稳定上升趋势,变化范围为1642～2918元;(3)退耕后,承德市农林牧渔业从业人数占劳动力总数比例急剧减少,农村就业率逐渐升高,2006年恩格尔系数为36.69%;(4)承德市退耕还林工程综合效益评价结果等级为较好;生态效益、经济效益和社会效益评价结果均为较好,其中社会效益最大。     

大庆市土地利用变化及驱动机制分析

大庆是短时间内人地关系及土地利用发生剧烈变化的地区,其变化特征在全世界范围内已具有典型性和代表性。以大庆为研究区域,在GIS与RS技术支持下采用主成分分析法研究大庆市近20年土地利用变化特征及驱动机制。结果表明:1)1987-2005年大庆市未利用地、建设用地、耕地和林地呈增加态势,其他地类减少;2)土地利用向无序发展,土地利用多样性增加;土地利用程度下降,整体处于调整期;3)研究区土地利用变化的主要因素是社会经济驱动、粮食生产及气温因素;4)随经济社会和石油产业持续发展,社会经济因素中总人口、GDP、采油井等是主导;粮食生产因素主要包括与粮食生产密切的粮食产量、年均降水量及年蒸发量;同时研究区气温呈升高态势,导致气候趋于干旱,加之采油造成地下水位下降,从而加剧土地"三化"、湿地萎缩等。     

Factors determining soil water heterogeneity on the Chinese Loess Plateau as based on an empirical mode decomposition method

Soil water is a critical resource, and as such is the focus of considerable physical research. Characterization of the distribution and spatial variability of soil water content(SWC) offers important agronomic and environmental information. Estimation of non-stationary and non-linear SWC distribution at different scales is a research challenge. Based on this context, we performed a case study on the Chinese Loess Plateau, with objectives of investigating spatial variability of SWC and soil properties(i.e., soil particle composition, organic matter and bulk density), and determining multi-scale correlations between SWC and soil properties. A total of 86 in situ sampling sites were selected and 516 soil samples(0–60 cm depth with an interval of 10 cm) were collected in May and June of 2019 along the Yangling-Wugong-Qianxian transect, with a length of 25.5 km, in a typical wheat-corn rotation region of the Chinese Loess Plateau. Classical statistics and empirical mode decomposition(EMD) method were applied to evaluate characteristics of the overall and scale-specific spatial variation of SWC, and to explore scale-specific correlations between SWC and soil properties. Results showed that the spatial variability of SWC along the Yangling-Wugong-Qianxian transect was medium to weak, with a variability coefficient range of 0.06–0.18, and it was gradually decreased as scale increased. We categorized the overall SWC for each soil layer under an intrinsic mode function(IMF) number based on the scale of occurrence, and found that the component IMF1 exhibited the largest contribution rates of 36.45%–56.70%. Additionally, by using EMD method, we categorized the general variation of SWC under different numbers of IMFs according to occurrence scale, and the results showed that the calculated scales among SWC for each soil layer increased in correspondence with higher IMF numbers. Approximately 78.00% of the total variance of SWC was extracted in IMF1 and IMF2. Generally, soil texture was the dominant control on SWC, and the influence of the three types of soil properties(soil particle composition, organic matter and bulk density) was more prominent at larger scales along the sampling transect. The influential factors of soil water spatial distribution can be identified and ranked on the basis of the decomposed signal from the current approach, thereby providing critical information for other researchers and natural resource managers.     

基于EMD的洮河年径流量变化多时间尺度分析

在分析小波变换不足之处的基础上,提出了水文时间序列多分辨率分析的EMD方法,并将其应用于洮河天然年径流量时序波动特征的多时间尺度研究。结果表明其年径流量变化存在准2~6年、准8~10年、准26年的波动周期,并分析了各分量的趋势变化。EMD方法作为一种全新的非线性、非平稳信号处理理论,可以更精确地提取水文时序中不同波动周期的分量,在水文水资源系统变量的分析及预测中具有广阔的应用前景。     

长春市水资源承载力变动及可持续利用对策

以水资源的供需关系作为衡量水资源承载力的依据,利用统计资料分析了长春市水资源现状.以水资源利用量为因变量,采用主成分分析,在GDP、工业总产值、总人口数、工业需水量和农业需水量等9个与水资源利用量密切相关的指标中筛选出GDP和农业人口两个因子作为自变量,利用多元线性回归分析模型,通过对GDP和农业人口的增长预测了未来10年长春市水资源承载能力.结果表明,未来10年长春市水资源供需矛盾突出,水资源承载能力无法维持经济和社会的正常发展.根据长春市水资源的形势,从开源、节流和管理等方面提出了水资源的可持续利用对策.