中国地域辽阔,基于陆地表层地域分异规律,开展自然地域系统研究是支撑自然资源有序开发和产业合理布局、保障区域可持续发展的重要基础。本文在总结分析中国自然地域系统及相关方法研究进展的基础上,探讨全球变化背景下自然地域系统研究前沿问题。1950s以来,伴随着社会经济发展,中国高度重视自然地域系统研究,包括综合自然区划、生态地理区划和综合区划工作,目前随着全球变化研究的深入,地域系统的动态研究被高度关注。在此过程中,研究方法从以专家智能集成为主的定性研究,逐步发展至以观测、实验和信息技术、数理模拟方法为主的定量研究。随着全球变化研究的日益深入,自然地域系统研究将与未来地球计划的理念、目标和研究内容结合,重点开展陆地表层关键要素相互作用机理及区域效应,地域系统对全球变化的动态响应,陆地表层地域单元界线定量化识别等研究,加强地域系统研究中自然要素与人文要素的结合。
自然地理综合研究是指将陆地表层地貌、气候、水文、植被、土壤等基本要素融为一体,研究各要素之间总的联系,研究单个要素及其周围现象之间的联系,从而揭示出陆地表层要素相互作用的过程及其形成的格局。这是认识自然地理环境形成和发展的根本途径。地理学家郑度先生,在自然地理综合研究的理论与实践的长期探索中取得开拓性成果,是当代自然地理综合研究的引领者之一。他在青藏高原自然环境的地域分异与格局研究中,构建了高原山地垂直带谱系统,阐明了高海拔区域三维地带性规律,揭示出高原独特的地生态现象及其空间格局,证实并确认高原寒冷干旱的核心区域,提出了青藏高原自然地域系统方案;在自然地域系统综合研究中,建立了适用于山地与高原的自然区划原则和方法,提出中国生态地理区域系统的新方案;在生态建设领域,强调要重视地域分异和尊重自然规律,指出干旱区土地和水资源的开发利用要重视区域发展和环境的协调;基于人类与自然界和谐的理念,他积极推动区域发展中环境伦理的研究和应用。本文回顾分析郑度先生半个多世纪以来,在自然地理学综合研究的理论与实践成果,力图从中参悟郑度先生自然地理综合研究的系统性思想以及开拓进取、探索创新的科研方法。
基于中国155个农业气象观测站1981-2010年逐旬土壤湿度资料,分析了全国和12个气候区域0~50 cm逐层的土壤湿度时空分布规律,采用趋势分析和Cramér-von Mises（CVM）方法探究了土壤湿度的变化趋势及突变性。结果表明：西南、江淮、东北、江南、江汉、黄淮和华南地区各层土壤湿度均高于全国平均值,内蒙古地区最低;随着深度增加,西南地区土壤湿度增加最明显,仅青藏高原地区土壤湿度减小。不同区域0~50 cm各层土壤湿度年变化和季节变化差异明显,并具有阶段性特征,大部地区深层土壤湿度高于浅层;总体上,新疆、华南、华北、青藏高原、东北、黄淮地区1981-2010年土壤湿度减小趋势显著,其中新疆地区减小最为明显。除江淮地区外,各区域土壤湿度均存在较为明显的年际差异,突变时段主要集中在20世纪80年代后期至90年代初期、90年代后期两个时间段。
不同时段河道的侧向侵蚀/加积面积变化的定量研究可以揭示河道的变化特征。以黄河临河段213 km长的河段为研究对象,利用1977年以来19个时段基于遥感影像绘制的河道平面形态图的面积变化来估算其4个亚河段（S1、S2、S3和S4）在不同时段的河岸侧向侵蚀/加积面积以及全河段的河道平均萎缩速率。研究结果表明,黄河临河段左右河岸在37年间都表现为侧向净加积,其4个亚河段左岸的侧向累计加积面积分别为33.16 km2、49.59 km2、29.52 km2和30.85 km2,其中1995-2000年的加积面积分别占到其总加积面积的85.5%、51.2%、47.2%和104.6%;右岸的侧向累计加积面积分别为30.83 km2、8.74 km2、26.44 km2和18.76 km2,而1995-2000年的加积面积分别占到其总加积面积的57.2%、111.9%、65.7%和61.6%。该河段河道面积1977-2001年具有减小趋势,2001年之后河道表现为侧向侵蚀、加积的交替变化,1977-2014年间河道平均萎缩速率为6.16 km2/yr。该河段河道平面形态值最明显的变化也发生在1990s,与1995年相比,2000年的河道长度增加了5.8%,河道面积减少了39.4%,河道平均宽度减小了42.8%,弯曲系数增加了6.6%。黄河临河段河道形态剧烈变化及河道严重萎缩都发生在1990s,这主要是黄河上游刘家峡和龙羊峡水库联合运行导致汛期水沙量大量减小所致,4个亚河段的河岸冲淤变化还受到局部河岸物质结构、护岸工程及水动力差异的影响。随着2000年后河流综合管理措施的调整,黄河临河段河道的上述变化趋势明显弱化,河流健康程度有所好转。
2011年9月可可西里地区卓乃湖溃决后,关于盐湖湖水能否外溢进入楚玛尔河继而成为长江的最北源是公众及学界普遍关注的话题。本研究基于2010-2015年Landsat TM/ETM+/OLI遥感影像、SRTM 1弧秒数据、Google Earth高程数据和五道梁气象台站观测数据,首次对盐湖变化、湖水外溢条件及其可能性进行分析。结果表明：卓乃湖溃决后,盐湖在2011年10月至2013年4月期间面积急剧增加,之后湖泊进入稳定扩张期,2015年10月27日盐湖面积为151.38 km2,是2010年3月3日湖泊面积的3.35倍。盐湖发生湖水外溢的条件是湖泊面积达到218.90~220.63 km2。由于SRTM和Google Earth高程数据间的差异,盐湖湖水外溢时的水位将比当前高12 m或9.6 m,相应湖泊库容增加23.71 km3或17.27 km3,届时湖水将由湖泊东侧流入清水河流域。尽管盐湖在未来10年内不可能发生湖水外溢,但是随着盐湖集水区的扩大及预估的区域未来降水量的增加,在更长时间尺度内盐湖发生湖水外溢并成为长江支流的可能性依然存在。
运用岩溶地貌及洞穴次生化学沉积物的成景机制和原理,结合动态耦合的方法和系统的观点,通过“洞穴”这一共同作用的对象,将洞穴的区域地质背景、洞穴外部环境、洞穴内部环境与洞穴次生化学沉积物成景过程进行有机联系,创立某一洞穴次生化学沉积物成景耦合系统,概括其内涵、特征和意义。同时通过对广西巴马水晶宫区域地质背景、洞穴外部环境、洞穴内部环境等系统分析和研究,全面系统探讨水晶宫洞穴次生化学沉积物的成景耦合过程,并按不同时期区域构造运动的程度及洞穴次生化学沉积物的形成特征,将该成景耦合过程划分为4个可往复循环的阶段：① 区域构造平稳前期—洞穴次生化学沉积物形成发育阶段;② 区域构造平稳中期—洞穴次生化学沉积物大规模发育阶段;③ 区域构造平稳后期—洞穴次生化学沉积物缓慢或停止发育阶段;④ 区域间歇性构造运动—洞穴次生化学沉积物崩塌阶段。
本文以云南省大理白族自治州为例,综合考量生态风险源、受体、暴露响应过程及生态终点,采用信息量模型评估滑坡灾害危险性,基于景观格局指数表征生态脆弱性,并将生态系统服务纳入风险损失的定量表征,定量评估流域滑坡灾害生态风险。结果表明：① 低于1800 m高程、15°~25°坡度、小于0.31植被覆盖指数等10方面因素构成了诱发大理州滑坡灾害的最佳信息量组合,全州普遍处于滑坡灾害危险性中高水平,且西北低、东南高;② 生态脆弱性高值区主要集中在红河流域南部、金沙江流域东南部、澜沧江流域中部;③ 低生态损失流域的水源涵养、粮食供给服务相对较差,生态损失中等流域的净初级生产、土壤保持服务优势明显,高生态损失流域则具有较强的粮食供给和水源涵养服务;④ 基于高中低3种生态风险等级和“高危险—低脆弱—低损失”等8种风险结构,全州367个小流域可划分出避让监测预警区、生态保护恢复区、避让保护兼顾区、自然适应调控区等4种风险防范类型区。
风蚀坑是固定沙丘活化的标志,也是沙漠化的首要环节。本文利用三杯风速仪、风向标及阶梯式集沙仪,对浑善达克沙地南缘固定沙丘风蚀坑的气流及输沙进行了观测。结果表明,气流进入风蚀坑后,经历了扩散减速—辐合加速—分离减速—逐渐恢复的过程。入风方向的微小变化、地形及植被导致风蚀坑气流结构、强度及输沙模式趋于复杂。与轴线平行（< 10°）的纵向气流使侵蚀坑内减速区西移,风速及输沙率由坑底向两侧壁及积沙区增加;与轴线斜交（≥ 10°）的气流使减速区东移,气流沿两侧壁向东加速及输沙。积沙区顶部的气流汇集与植被的作用使其加积增高。气流—形态相互作用使风蚀坑加深和纵向延伸并伴随侧向扩展。
近年来,全球再分析气象数据已经越来越多地被运用到世界各地的水文建模中,但是其模拟的效果有很大差异。为探讨CFSR再分析数据在流域水文模拟中的适用性问题,本文以灞河流域为研究区,使用两种气象数据（传统气象数据和CFSR气象数据）构建SWAT水文模型,并从年和月尺度分别进行灞河流域2001-2012年的径流模拟,利用回归分析、纳什效率系数NSE和百分比偏差PBIAS等评价方法对两种数据的模拟效果进行对比。最后,提出了CFSR气象数据订正的方法。结果表明：① CFSR气象数据在灞河流域水文模拟中有一定的适用性,模拟结果的拟合优度R2>0.50,NSE>0.33,|PBIAS|<14.8,纳什效率系数NSE偏低。尽管CFSR气象数据质量存在一定问题,但是经过降雨数据订正后能够取得比较满意的模拟效果。② CFSR气象数据模拟流量比实测流量偏高,这主要是由于CFSR逐日降水数据估算的降雨天数较多、雨强较大,一般会导致该数据在水量平衡方面能够模拟出较高的基流和洪峰流量（个别年份除外）。③ 灞河流域CFSR降水数据（x）与实测降水数据（y）之间的关系大致可用幂指数方程表达：y = 1.4789x0.8875（R2 = 0.98,P<0.001）,每个CFSR站点的拟合方程略微不同,此方程为CFSR降水数据的订正提供了理论基础。
在评估山地生态系统对气候变化响应的过程中,作为气温要素的重要输入参数,气温直减率（γ）的精确性直接影响到相关科研工作的真实性和可靠性。本文基于秦岭主峰太白山（3771.2 m）11个分布于南北坡和不同海拔的标准气象站点2013-2015年连续3年实测日均温资料和25 m×25 m空间分辨率的DEM数据,研究了太白山气温直减率在不同时间尺度上的变化规律及不同坡向上的空间分布特征。结果表明：① 2013-2015年太白山年均γ北坡均大于南坡,北坡为0.513 ℃/100m,南坡为0.499 ℃/100m;北坡年均γ随海拔变化表现出一定的差异性,而南坡相对稳定。② 年内γ在不同时间尺度上均存在明显差异,且南北坡变化趋势不一致。在季尺度上,γ最大值北坡为夏季,为0.619 ℃/100m,而南坡最大出现在春季,为0.546 ℃/100m,最小值均为冬季,南北坡分别为0.449 ℃/100m和0.390 ℃/100m;春季和夏季,北坡γ均大于南坡,而冬季相反,北坡小于南坡,秋季几乎无差异。在月尺度上,气温相对高的月份γ亦较高,北坡γ变化幅度大于南坡;年始和年末（11-12月、1-2月）北坡γ小于南坡,而5-9月北坡大于南坡,且南北坡γ相差较大。③ 经数据可信度分析,所获得的γ可较为客观地反映太白山气温随海拔变化的规律性,将为山地气温空间分布规律及其生态系统响应等定量研究提供理论基础。
植被净初级生产力（NPP）作为重要的植被参数和生态指标,能够直观地反映生态环境的变化和区域碳收支水平。鉴于三江源特殊的地理环境和战略地位,众多学者曾应用不同的方法对三江源植被NPP进行了估算,但是由于各方面原因,NPP估算结果存在较大差异。目前,虽在三江源地区开展了大量NPP估算研究,但尚未有相关文章对这些研究进行汇总并加以分析和评价。因此,本文在前人研究成果的基础上,通过综述已有文献,对三江源植被NPP估算的相关方法与结果进行了系统地总结,探讨不同方法在三江源地区的适用性,指出已有方法存在的主要问题,并对现有NPP估算结果进行评估分析,最后提出了未来三江源NPP估算研究亟待加大研究力度的方向。
在相关研究的基础上,对区域“水—土—能—碳”耦合系统及其要素关系进行解析;分析其耦合作用机制、主要研究视角和影响因素;并提出了未来的研究趋向。① 区域“水—土—能—碳”耦合作用系统不仅体现了地表系统四大圈层的作用,更以水循环、土地利用、能量流通、碳循环的形式构成了区域“自然—经济—社会”的核心内容,该系统不仅反映了区域不同资源类型的匹配关系和开发利用效率,也体现了人类社会对环境的影响程度;② 该系统可以分为三个相互联系、相互作用的子系统：水系统、土地系统和能源系统。它们之间通过不同途径相互联系、互为资源,共同构成了区域社会经济发展的资源基础,而区域碳排放强度则主要取决于水、土、能等要素之间相互需求的类型、产业活动方式和能源类型与结构等;③ 区域“水—土—能—碳”耦合作用机制可以从微观角度、产业活动、土地利用等不同视角来分析;④ 区域“水—土—能—碳”耦合作用系统主要受自然、经济、社会和压力等因素的影响。其中经济因素,特别是经济发展水平、生产效率和技术水平是系统结构、功能和效率的决定性要素;⑤ 未来应重点从区域“水—土—能—碳”耦合系统模拟、其与气候变化和粮食安全的关系、资源耦合开发的碳排放效率及其综合评估与调控研究等方面开展研究。
本文利用GIS空间分析、模型分析,按照裴李岗（9000-7000 aBP）、仰韶（7000-5000 aBP）、龙山（5000-4000 aBP）、夏商（4000-3000 aBP）4个时期对环嵩山地区史前（9000-3000 aBP）聚落的空间分布形态、演化特征及其形成机制进行研究与分析,提出了一套适应于史前聚落时空分布模式研究的分析方法。结果表明：① 环嵩山地区裴李岗、仰韶、龙山、夏商4个时期史前聚落均具有集聚型空间分布特征,其中裴李岗和夏商时期聚落分别具有2个集聚中心,仰韶和龙山时期聚落分别具有3个集聚中心;② 区域史前聚落空间分布重心具有由南向北迁移的特征。裴李岗时期聚落以分布于南部地区为主,仰韶聚落分布重心开始向北部迁移,这种态势在龙山时期仍在持续。夏商时期,聚落分布形成了以嵩山北部为重心的东西分异特征;③ 史前聚落空间分布总体形态及演化特征的形成与自然环境条件与人类文化演进关系密切。以狩（渔）猎采集为主的经济形态使得裴李岗聚落主要分布于近山丘陵岗地与近水高台地两种地貌单元。全新世中期温暖湿润的气候条件对于南部平原地区影响较大,近山地区地势较高、顶面平坦的地貌单元成为仰韶、龙山时期聚落营建与开展农业生产理想的场所。夏商时期社会形态的复杂化使得聚落具有围绕都邑性中心聚落集中分布的趋势,嵩山北部也成为聚落分布的核心区域。
用GIS方法和既有的考古资料研究了嵩山南麓颖河上游和双洎河上游龙山晚期和夏商期聚落的时空特征。受距今4000年前降温事件影响,嵩山南麓地区的史前聚落在夏商期对地貌的选择与龙山晚期有显著差异,而且两个时期聚落的R-S分布也从多要素竞争型向单因素支配型转变;对聚落在龙山晚期和夏商期的域面进行的泰森分析表明,环境变迁对聚落域变化幅度的影响在颍河上游大于双洎河上游。根据影响聚落分布的自然和文化因子,文章认为龙山晚期的聚落空间结构演化表现为文化选择型模式,反映了人本主义的规划法则,而夏代早期的聚落结构则表现出环境选择型的某些特征。基于此演化序列,文章最后归纳了气候转折期史前聚落演化的两种模式。
以广州市2014年登革热疫情早期11周内679个登革热病例数据为例,提出了一种基于扩展Knox检验的疾病时空传播网络模型,研究登革热疫情早期时空传播特征。首先,应用扩展Knox检验方法发现2周1 km内、1周5~7 km两个时空标度下,病例之间具有显著的时空交互特征;其次,提取两个时空标度下的病例点对,分别构造时空近邻传播（STAT）网络和日常移动传播（HDMT）网络;最后,对STAT和HDMT传播网络的同配性、空间特征、网络中心位置进行对比分析。结果显示,广州市登革热传播是空间近邻交叉传播和空间扩散传播的混合传播模式;利用STAT网络亲近中心度标识出的“爆发中心”与病例空间核密度中心基本重合,HDMT网络中介中心度标识出的“扩散中枢”多位于城市快速交通干线附近。
