基于滑动无偏灰色马尔科夫模型的水库年降雨量预测

为了判别灰色模型与灰色马尔科夫模型哪一个更适合于降雨量的预测,以山西省寿阳县蔡庄水库为研究对象,通过灰色模拟、无偏灰色模拟、滑动无偏灰色模拟3种模拟方法对研究区40a的降雨量进行数值模拟,比较了3种方法的精确程度。选出最优方法,将精度最高的滑动无偏灰色模型辅以马尔科夫模型,形成灰色马尔科夫模型,再与灰色模型作对比较,判断其精度。结果表明,灰色模型对于长期预测和波动性较大的数据列拟合效果较差,灰色马尔科夫模型能够更好地适应数据的波动性,模拟效果更好。因此,在改进灰色模型的基础上辅以马尔科夫模型,形成改进的灰色马尔科夫模型,发挥出灰色模型与马尔科夫模型各自的优点,达到了更好的模拟效果。     

基于等维新息灰色马尔可夫模型的河流水质预测

河流水质预测是对河流水环境污染进行分析、控制和治理的基础。基于太湖流域上海市青浦区急水港点位2004-2011年的水质指标COD,NH₃^-N数据,分别建立等维新息灰色预测模型;由于NH₃^-N指标的平均相对误差没有达标,因此利用马尔可夫模型对NH3-N指标的预测结果进行修正,之后应用两种模型分别预测未来几年两项水质指标数值。结果表明,等维新息灰色马尔可夫模型有效地减小了预测结果的平均相对误差,提高了预测精度;未来几年,两项水质指标均呈整体下降趋势,并在一定程度上趋于平缓。但由于太湖流域污染的长期性,其水环境形势依然严峻,应继续采取合理有效的治理措施,如从源头上进行减污,生态清淤,加快转变流域经济发展方式及完善流域管理等,使流域水质得到整体改善。     

基于马尔科夫过程的明城镇土地利用结构预测研究

利用明城镇数十年来土地利用现状变更调查数据,运用马尔科夫过程的基本原理,预测明城镇未来十年土地利用结构的变化状况,探寻明城镇土地利用变化的趋势。     

基于马尔科夫过程的明城镇土地利用结构预测研究

利用明城镇数十年来土地利用现状变更调查数据,运用马尔科夫过程的基本原理,预测明城镇未来十年土地利用结构的变化状况,探寻明城镇土地利用变化的趋势。     

基于马尔科夫模型的郑州市郊区多方案耕地保有量预测

以TM、ETM、SPOT-5等遥感影像和地形图为数据源,建立遥感解译标志进行人机交互解译获取1988、1997、2000、2002年郑州市土地利用现状数据,根据每一组时段获取不同的年均土地利用转移概率矩阵,以每个年均转移概率为预测方案,利用马尔科夫模型预测未来郑州市土地利用结构,进行不同发展模式下的耕地保有量预测。研究结果表明:随着城市化的不断发展,城市等建设用地面积不断增加,耕地面积将不断减少。到2015年,耕地保护模式下耕地保有量达到43 957.84 hm2,普通发展模式下耕地保有量分别达到38 703.89 hm2和30 491.87 hm2,快速城市化发展模式下耕地保有量为22 455.74 hm2。     

基于秸秆补饲的青藏高原草地载畜量平衡遥感监测

为了快速准确地掌握青藏高原草地生产力/产草量及草畜平衡情况,促进藏区草地资源可持续利用,实现青藏高原生态与生产协调发展,有必要对青藏高原不同行政区域天然草地及补饲后的载畜能力和草畜平衡问题开展研究。该研究首先结合MODIS(moderate-resolution imaging spectroradiometer)的归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)数据、青藏高原草地类型图、气象数据、土壤质地数据等数据,利用改进的CASA(carnegie-ames-stanford-approach)模型,对青藏高原草地产草量进行了估算,并分析了青藏高原草地天然产草量的空间分布情况。然后利用草谷比法估算了青藏高原饲用秸秆资源量及空间分布情况,计算得出各县市可利用的秸秆资源的载畜量情况。最后根据草地产草量、秸秆资源载畜量和实际载畜量,利用草畜平衡模型,模拟得出各县市的超载过牧情况。结果表明:2010年,青藏高原年产草量区域差异十分明显,西藏年产草量最大为2642.89万t,青海藏区次之,为2 307.60万t;云南藏区最低,为37.36万t。青藏高原天然草地总载畜量为8 363.04万只(羊单位,以下同),其中,青海省藏区为2 889.10万只,西藏为2 789.35万只,四川藏区为1 854.10万只,甘肃藏区为796.42万只,云南藏区为34.09万只。青藏高原饲用秸秆资源量为372.16万t,其中青海藏区和西藏的饲用秸秆资源总量占整个藏区的74.77%;其他3个省份的可饲用秸秆总量比例仅占25.23%。青藏高原饲用秸秆资源可饲养牲畜293.53万只,其中青海省藏区为172.48万只,西藏为46.80万只,四川藏区为31.94万只,甘肃藏区为19.69万只,云南藏区为22.65万只。青藏高原各县市超载过牧十分突出。在未补饲情况下,超载率超过5倍的县市占7.69%,2~5倍的占13.46%,1~2倍的占28.84%,超载率小于1倍的占38.82%,未超载的仅占11.19%。通过补饲秸秆资源,未超载过牧的县市比例未发生变化,但各县市的超载过牧情况有所改善。超载率超过5倍的县市比例下降了3.2个百分点,2~5倍的下降了4.49个百分点,1~2倍的增加了5.49个百分点,超载率小于1倍的增加了2.2个百分点。因此,今后青藏高原需根据草地资源及饲用秸秆资源的承载能力严格控制牛羊的养殖数量,实现生态环境和畜牧业的可持续发展。     

新疆地区参考作物腾发量的灰色模型预测

该文依据新疆地区6个站的长序列逐日气象观测资料,基于Penman-Monteith公式计算了逐日参考作物腾发量（ET0）,并应用重标极差法对ET0未来变化趋势进行了分析。运用灰色关联理论计算了各站各气象因子与年ET0间的灰色关联度和关联序。在此基础上,运用灰色系统理论建立灰色不等维递补GM（1,h）模型对6个站的年ET0进行了模拟预测,并与灰色GM（1,1）模型进行了比较。结果表明：各站ET0年内变化均呈抛物线型,4－9月ET0依各站顺序为：若羌＞吐鲁番＞哈密＞喀什＞和田＞伊宁;6站年ET0赫斯特指数均大于0.5,各站未来的趋势与历史呈正相关,依然是波动递减;总体上,平均温度、日照时数、饱和气压差对各站年ET0的影响比较大;灰色不等维递补GM（1,h）模型预测相对误差限为0～7.31%,预测精度明显高于GM（1,1）模型。该研究表明采用灰色模型预测新疆地区参考作物腾发量精度较好。     

基于灰色预测法的芜湖市耕地变化研究

应用灰色系统预测理论，建立芜湖市耕地预测模型GM（1，1），利用1996-2003年耕地面积建立时间数列，对其求解、检验、预测，可得到今后数年的芜湖市耕地面积数量，对合理利用耕地资源、实现耕地的可持续发展有重要意义。最后并对灰色系统模型应用于耕地面积预测作了可行性分析，研究表明：①灰色模型适合于任何一个无规律到有规律的系统。②耕地数据在主导因素——政府政策没有太大的变化的情况下，它本身就是一个理想的灰色数列。③应用灰色模型作耕地面积预测为政府做耕地长期规划提供了一个较精确的预算方案。     

灰色GM(1,1)及其残差修正模型在不同程度春旱发生年份预测中的应用

针对近年来临沂春旱发生频率和程度较前期有所增加的事实,利用临沂1971-2009年的降水资料,采用降水距平法进行春季干旱划分,在此基础上,利用灰色GM(1,1)及其残差修正模型分别建立当地轻度和中度以上春旱的预测模型。结果表明:轻度以上春旱模型以原始序列建模方程精度最高,而中度以上春旱模型则以3次残差序列模型的精度最高;分别用最佳轻度和中度以上GM(1,1)模型进行未来5个时刻的预测,得出下一次轻度春旱时间在2010年;而轻度和中度以上预测模型共同预测结果表明2018年临沂将发生中度以上程度的春旱,为将灾害损失降到最小,对此次春季旱情应引起高度重视,并提前做好防灾减灾应对措施。     

人工草地建设对甘南草原土壤理化特性和微生物数量特征的影响

研究甘南草原高寒草甸退化草地人工种草后土壤理化性质和微生物数量特征,为退化草地的修复与利用提供参考。于2017年5,7,10月分别采集播种燕麦、黑麦及其未播种的草地土壤,测定其理化特性及微生物数量特征。结果表明:人工种植的黑麦草地土壤水分均大于燕麦人工草地,5,7月人工草地土壤含水量均显著大于对照草地,但10月差异不显著(P>0.05);pH在各月份不同播种方式下差异均不显著(P>0.05);土壤全氮、全磷在不同月份间差异亦不显著(P>0.05),但黑麦人工草地5月10—20cm层的有机碳、10月40—50cm层的全氮含量均显著大于燕麦人工草地及对照样地(P<0.05),7月20—30cm层燕麦人工草地的有机碳含量显著大于黑麦人工草地及对照草地;5月0—30cm层燕麦人工草地和黑麦人工草地的细菌数量显著高于对照草地的细菌数量(P<0.05),7月0—10cm层人工草地细菌数量显著高于对照草地(P<0.05),10月黑麦人工草地0—30cm层细菌数量均显著高于对照草地(P<0.05);5,10月真菌数量在0—10cm层人工草地显著高于对照草地(P<0.05),7月10—30cm层人工草地的真菌数量、0—10cm层的放线菌数量均显著高于对照草地(P<0.05);冗余分析发现,土壤细菌和真菌的变化具有联动性,且与土壤有机质、全氮、全磷等养分呈正相关。综上,人工种草后土壤养分的变化导致了土壤微生物数量的差异,这需要在草地管理中予以重视。     

基于产量阶段的河南省夏玉米灰色——马尔柯夫预测模型

针对较长产量序列纵向及横向可比性较差的问题 ,提出用划分产量阶段的方法进行分段处理。用 GM(1,1)灰色模型分段模拟预测河南省夏玉米单产 ,根据相对气象产量划分产量状态 ,再用马尔柯夫模型转移概率预测系统未来发展方向并修正前者的预报结果。通过模拟和预报 ,准确率都有所提高     

干旱区灌溉饲草料地载畜量计算方法

水分是制约干旱区荒漠草原草畜平衡管理的最关键因子,解决这一问题的关键在于如何合理实现"以水定草,以草定畜,实现水草畜平衡"的思路。鉴于传统理论载畜量计算方法在产草量估测和牲畜采食量计算中存在较大误差,该文从水量平衡角度出发,提出了基于水草畜平衡的理论载畜量计算方法,以内蒙古中部达尔罕茂明安联合旗为研究区域,根据不同降水量和灌溉水量条件下的水分生产率曲线,对1 a生优质牧草青贮玉米进行估产,在分析不同体质量下绵羊采食和饮水规律的基础上,分别计算出草量载畜量和水量载畜量,以此确定理论载畜量。计算结果表明,在丰水年情景,该文方法比传统方法多6只羊/万m2,有利于提高畜牧业的经济效益;在枯水年情景,该文方法比传统方法少7只羊/万m2,有利于保护草原生态,避免草原退化。该文提出的载畜量计算方法适用于达茂旗荒漠草原,对牧区畜牧业的可持续发展和草原生态环境保护具有重要的指导作用。     

基于三维生态足迹模型扩展的土地承载力指数研究——以河北省为例

河北省地理条件优越,经济发展迅速,但也面临着资源短缺,生态恶化等问题,可持续发展受到严重阻碍,为实现可持续发展,必须维持自身的自然资源存量。因此,测量河北省居民对自然资源的需求与自然所能够提供资源的差距有极其重要的意义。本文通过将Niccolucci三维生态足迹模型中足迹深度的取值范围从≥1扩展到≥0,运用统一的三维模型框架分析生态盈余状态,实现了人类生产生活中对资源流量和存量占用程度在核算上的统一,并得到了河北省2002—2016年的生态足迹、赤字盈余及足迹深度。在此基础上,引入农产品压力指数、水资源压力指数、碳汇压力指数、建设压力指数和土地综合负担指数等土地压力评价指数,判断当前土地是否处于超载状态及超载程度。结果显示:1)2002—2016年河北省的人均生态足迹不断升高,但人均生态生产性土地面积变化较小。2)河北省足迹深度较大,尤其是水域和化石燃料用地,河北省居民生产生活消耗的自然资源远远超过了资源流量,造成了河北省资源存量大量消耗。3)河北省生态赤字较为严重,2016年的生态赤字为3.26hm2·人-1。4)农产品压力指数、水资源压力指数、碳汇压力指数、土地综合负担指数均大于1,且水资源压力指数、碳汇压力指数、土地综合负担指数的值均在10以上,河北省面临严重的土地压力,居民的生产生活对各类生态生产性土地造成了严重的负担。以上4点说明河北省对资源的需求远远大于供给,可持续发展受到严重阻碍。河北省要实现可持续发展,必须要节能减排、保护环境、减少资源浪费。     

基于粒子群优化投影寻踪模型的区域土地资源承载力综合评价

为了解决土地资源承载力评价中指标权重赋值客观性差的问题,提出了基于粒子群优化投影寻踪模型的土地资源承载力评价方法,并将其应用于2008年三江平原土地资源承载力综合评价中,结果表明,该方法不仅可有效避免指标赋权时的主观任意性,而且评价结果与实际相符,方法可行有效。评价结果显示,2008年三江平原区域整体土地资源承载力综合评价值为2.621,土地资源的利用对社会的发展和生态环境的保护支撑能力较强,但其对经济技术发展的保障程度较差;三江平原区域内各市县土地资源承载力差异较为显著,应结合区域资源特点,制定科学合理的土地开发利用方案和社会经济发展战略。     

基于供给生态服务价值的云南土地资源承载力评估方法研究

以往土地资源承载力的评估方法研究多倾向于综合研究,而关注某种承载力的评估则少有研究。本研究构建的土地资源承载力评估方法仅侧重于土地资源的供给生态服务价值,以卫星遥感影像为基础数据源,进行土地覆盖分类,并参考Costanza的生态系统服务价值计算方法,利用面积加权方法计算特定研究区域内的生态系统服务价值。利用统计年鉴人口数据,结合年食物消费价值总量需求对生态服务价值进行量化,最终建立了基于供给生态服务价值的土地资源承载力评估参数及标准。并以云南省为例进行了土地资源承载力评估,以期扩展和补充土地资源承载力的评估方法。根据研究区特点及研究需要,将土地覆盖/利用类型分为6种类型:农田、林地、草地、湿地、人工表面和未利用地。在收集覆盖云南省全境的2010年Landsat TM遥感影像及研究区地形图数据等的基础上,基于分类软件e Cognition 8.7,应用面向对象的土地利用自动分类方法,得到云南省6大土地覆盖类型的整体分布情况。结果表明,本研究构建的土地资源评估方法能够对生态服务价值进行有效量化,综合考虑土地资源供给服务价值和区域人口食物消费,2010年云南省北部的迪庆、怒江和丽江,以及南部人口稀少地区西双版纳、普洱的土地资源状况较为乐观,而其他地区由于开发历史悠久、人口众多等原因,土地资源供给服务价值量相对人口更显不足。本文所构建的基于供给生态服务价值的土地资源承载力评估方法是对承载力相关评估方法的拓展和有益尝试,可为省域区域土地资源承载力评估及可持续发展规划提供科学依据。     

基于LMDI-SD耦合模型的绿色发展灌区水资源承载力模拟

针对灌区大量引水导致的河道断流、生态环境恶化以及水资源利用效率不高等问题,开展绿色发展模式下水资源承载能力模拟研究。以宝鸡峡灌区为研究区,基于Divisia指数分解、Kaya恒等式以及系统动力学理论,提出对数平均迪氏分解与系统动力学耦合模型,从需水机理出发识别灌区用水量变化的主要驱动因子;运用情景分析法,考虑生态需水、高效节水、产业结构调整和外调水等情景设置5种模拟方案,对2017-2030年灌区需水量进行动态模拟;引入水资源承载指数探讨规划年2025年和2030年的水资源承载力水平。结果表明:灌区各部门用水定额对用水量变化起主要驱动作用;按方案1(现状发展模式),2025年水资源基本可承载灌区社会经济发展,但2030年出现轻度超载;方案5(绿色发展模式)通过对用水变化主要驱动因子的调控,到2030年,水资源承载指数均小于1,属于可承载状态。研究表明,通过合理的调控措施可有效地缓解灌区水资源供需矛盾、提升水资源承载能力。研究可为干旱半干旱灌区绿色发展模式下水资源合理开发提供科学的决策依据。     

基于氮素循环的耕地畜禽承载能力评估模型建立与应用

为了避免畜禽粪便大量流失对环境构成威胁,指导农区畜禽养殖规模合理配置与布局,建立农牧结合、种养平衡、生态循环、环境友好型现代动物农业可持续发展产业模式,提供直观、实用、易行的科学方法,该研究基于农牧生产系统中"耕地-作物-畜禽"氮的流动循环规律及养分收支平衡原则,运用畜牧生产学及线性规划的理论与方法,引入猪饲料蛋白当量及粪便氮排泄当量等参数,设计建立农区耕地畜禽承载能力评估数学模型(N-LSCM)。并以四川农区为案例分析评估表明,2006年该农区畜禽养殖规模较为合理,对环境不构成威胁,且仍有新增22419574头猪(杜洛克×长白×大约克夏三元杂交,出栏体质量100kg的商品肉猪的头数)的发展潜力。