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2011年 第47卷 第2期 刊出日期：2011-03-20

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平流雾过程湍流微结构与能量输送的分析研究

吴彬贵,张宏升,王兆宇,朱好,解以扬

2011, 47(2):  295-301. 

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利用天津255m气象塔大气边界层实验资料, 分析了2006 年2 月一次平流雾过程湍流微结构及能量输送的演变特征, 并结合冷锋过境、晴朗小风及轻雾等天气条件, 讨论了雾过程中湍流动能特征。得到:雾中各向风速能谱密度峰值频率偏于高频段, 雾前和雾后风速能谱峰值频率偏向于低频段; 与速度能谱相比较, 雾形成前期, 温度谱峰值频率的变化大于速度谱; 雾消散期间, 温度谱峰值频率比速度谱峰值频率更偏向于低频; 雾过程中, 平均动能较小, 但湍流扰动活跃, 湍流动量输送以垂直方向为主; 平均动能和湍流动能在雾前 出现异常增强, 这可能是平流雾的启动信号。

薄互层水平井测井电阻率的各向异性校正

孔繁达,何涛,姜洪福

2011, 47(2):  302-308. 

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对薄互层水平井测井电阻率进行各向异性校正。首先依据水平井测井参数对井轨穿层特征作出判断, 通过在穿层界面位置设置虚拟直井提高三维地层插值建模的精度, 确定水平井井眼轨迹在三维空间上与目标地层的相互位置关系。然后, 针对砂-泥岩薄互层提出 “相对电阻率各向异性”的概念, 获得水平井周围目标地层受三维地质模型约束的相对电阻率各向异性系数数据体。最后, 结合地层与井轨的夹角, 计算得到可以代表目标地层真实电阻率的水平电阻率。该方法成功应用于肇州油田某区块水平井, 校正后的水平井测井电阻率能够更好的反映储层岩性特征, 并能够真实的反映储层含油性特征, 提高了储层评价的准确度和可靠性。

闪电函数族

岳曾元

2011, 47(2):  193-200. 

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构造了一族处处连续而又处处不可微的函数。与已有的不可微连续函数相比, 这族函数有如下特点。1)每个函数都有直观的形象???形如闪电, 故称为 “闪电函数 ”, 这族函数之全体称为 “闪电函数族”;2)很容易直观地理解为什么每个闪电函数是处处连续而又处处不可微的; 3)每个闪电函数均具有如下意义下的准自相似性: 其局部图像适当地在横向和纵向拉伸后将与整体图像相同; 4)每个闪电函数均可由无穷次地重复相应的“闪电变换”而获得。根据 Mandelbrot 关于海岸线分维数的定义, 还讨论了闪电函数的分维性。

贵州晚三叠世关岭鱼龙的原始尾弯对比研究

季承,江大勇,郝维城,孙元林,孙作玉

2011, 47(2):  209-314. 

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通过对贵州关岭上三叠统卡尼阶法郎组瓦窑段地层中的两件关岭鱼龙属标本的观察、测量, 并与早侏罗世鱼龙标本对比研究, 发现晚三叠世的关岭鱼龙尾椎中部存在一定数量形态发生变化的侧视呈梯形的椎体, 已经具有了传统观点认为只在侏罗纪和白垩纪鱼龙中出现的尾弯, 弯角为 15°左右(侏罗纪鱼龙尾弯弯角可达 60°) 。这一衍生性状的出现表明晚三叠世关岭鱼龙已经在一定程度上具有了鼎盛时期鱼龙所拥有的尾鳍, 并已获得了较强的游泳能力, 开始成为完全适应远洋快速游泳的生物, 并将以前认为截然分离的三叠纪的早期鱼龙类群与侏罗纪-白垩纪鼎盛时期特化的鱼龙类群联系起来, 是鱼龙目单系起源的又一例证。

双窗 K 空间权重导航技术在3.0 T 磁共振冠脉成像中的应用

赵旭娜,俎栋林

2011, 47(2):  217-223. 

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提出了一种新的K 空间权重导航技术(DKWN) , 该技术有利于缩短磁共振冠脉成像扫描时间同时获得好的图像质量。并将该导航技术应用到 25 位健康志愿者。经过实验分析, 相比于常规固定窗导航技术而言, DKWN 可以使导航效率提高30%(p < 0. 05) , 同时平均扫描时间由2. 12 min 缩短至 1. 64 min ( p < 0. 05), 并且图像质量相当。冠脉的直径和长度没有显著差异。

圆柱形金纳米线中表面等离激元的传输性质研究

孙宝清,古英,龚旗煌

2011, 47(2):  224-230. 

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从理论上研究了圆柱形金纳米线中, 可见光波长下(λ= 632. 8 nm) 表面等离激元模式的传输性质。通过求解麦克斯韦方程组, 得到圆柱形金纳米线中表面等离激元波导的传播常数, 进而得到表面等离激元模式的传输性质, 包括其传播长度及有效半径等。还发现了表面等离激元模式的传输性质受到模式结构以及介质介电常数的影响, 并且得到了表面等离激元传输距离和能量局域之间的普遍矛盾, 即能量局域越好传播距离越短。通过计算, 能够在特定的结构参数下获得较好的局域特性和传播长度, 例如, 当金属芯半径为 40 nm, 介质( SiO₂ ) 厚度为 40 nm时, HE₁₁ 模式的传播长度为 103. 6 μm, 有效半径 642nm。

一个改进的 Salsa20 流密码算法

张中亚,关杰,丁林

2011, 47(2):  201-207. 

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提出了一种新的流密码算法设计结构, 并基于此结构对流密码算法 Salsa20 进行改进。分析结果表明, 改进后算法的滑动对个数从2256 降为0, 能有效抵抗滑动攻击, 并能更好地抵抗第二原象攻击和差分攻击。实验结果表明, 改进算法的软件实现速度基本保持不变。

自旋极化对量子点系统电导的影响

陈星,郭卫

2011, 47(2):  213-216. 

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从自旋非简并 Anderson 模型出发, 研究局域电子自旋能级分裂对系统电导的影响。由于局域电子自旋极化会破坏近藤类型的电子强关联, 在非关联近似下, 通过求解量子点的 Green函数并以自旋能级劈裂为小参数将Green 函数展开, 利用Landauer公式推导出电导变化与局域自旋能级劈裂的关系。

二阶线性非散度型抛物方程解的局部正则性估计

姚锋平,张克竞

2011, 47(2):  208-212. 

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发展了Acerbi 等的方法, 得到了一类具有小 BMO 系数的二阶线性非散度型抛物方程解的二阶偏导数在Orlicz 空间中的局部正则性估计。这种正则性估计可以应用于 W^2,1_p解的存在性问题。

ReSim: 一个面向可重构处理器的仿真平台

戴鹏,魏来,辛灵轩,王新安,张兴

2011, 47(2):  231-237. 

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针对可重构处理器 ReMAP( reconfigurable multimedia array processor) 面向视频高清编解码提出的灵活互联、计算资源密集、易于扩展的结构优化需求, 提出了一个基于模块化分层设计、时钟周期精确的可重构处理器仿真平台ReSim。该仿真器基于3 级软件框架层次搭建, 设计了可快速仿真多种互联结构的互联模块、多种计算模型的控制模块等模块化功能单元, 结合时钟驱动模块对全局系统结构的运行驱动, 可快速搭建可重构处理器的目标仿真模型, 验证其正确性和有效性, 精确评估计算性能, 具有可视化、易于调试的特点。经实际测试表明, ReSim 对可重构处理器 ReMAP-2 架构的系统评估与验证予以良好的支持。

基于粒子群优化的过程神经网络学习算法

刘坤,谭营,何新贵

2011, 47(2):  238-244. 

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基于粒子群优化为过程神经元网络提出了一种新的学习算法。新算法在对网络输入函数和连接权函数进行正交基函数展开后, 将网络中的结构参数和其他参数整合成一个粒子, 再用粒子群优化算法进行全局优化。新算法不依赖于函数梯度信息, 不需要手动调节网络结构。粒子群优化具有良好的全局优化性能和收敛性能, 保证了过程神经元网络的全局学习能力和新学习算法的收敛能力, 更好地发挥过程神经网络的逼近性能。两个实际预测问题的实验结果表明, 基于粒子群优化的学习算法比现有的基于梯度的基函数展开方法 以及误差反传神经网络模型具有更好的预测精度。

2000?2008 年西北太平洋热带扰动的时空分布特征

张超,张庆红

2011, 47(2):  278-286. 

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利用热带气旋预警资料( WX-TROPL) , 统计了2000?2008 年西北太平洋热带扰动的频数和时空分布, 发现2000?2008 年西北太平洋共生成热带扰动 596 个, 有456 个集中在夏半年( 5?10 月) , 并在 8 月份达到峰值( 年均11. 6 个) 。全年热带扰动生成于季风槽内的有 369 个。热带扰动的平均发展率为 43. 8% , 其中在 8 月最高, 达54.8% ; 2 月最低, 仅为20% 。年末 ENSO3. 4 指数与下一年夏半年的扰动频数负相关可达 76. 1% , 拉尼娜效应信号的峰值越强(弱)和持续时间越长(短)的年份, 下一年夏半年西北太平洋热带扰动生成频数越多(少)。就整个西北太平洋而言, 冬半年扰动主要集中在 15°N 以南, 夏半年则分散在 0°?35°N 的广大区域内。进一步利用卫星资料对冬夏半年的低层相对涡度和水汽潜热释放等条件的分析表明西北太平洋热带扰动生成在低层涡度和潜热释放的高值区。

重味分子态综述

沈雷雷,陈晓林

2011, 47(2):  373-377. 

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介绍了最近几年在 BaBar, Belle, CDF, D0 等实验室发现的新 “奇特”强子 以及国内外相关的理论研究情况。同时也介绍了作者所在课题组最近关于重味分子态, 特别是 X( 3872) , Y( 4260) 和 Z⁺( 4430) 的研究进展。介绍了目前关于这些 “奇特”强子态研究的困难和不足, 指出了未来可能的研究方向。

使用缓存的虚拟机内存扩展

钮艳,杨春,夏虞斌,程旭

2011, 47(2):  251-257. 

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针对虚拟机内存需求预测困难及内存分配不足时性能严重下降的问题, 提出在虚拟机监视器中加入一个缓存 HECache。HECache 预先保留部分内存, 运行在同一台物理主机上的所有虚拟机共享该部分内存, 且对 HECache中内存的使用申请都可以立即得到满足。通过预先牺牲少量内存的方法, 所有的虚拟机都获得了更多的可用内存。实验结果表明, 将内存保留在 HECache 中与直接分配给虚拟机相比开销很低。HECache 对应用程序透明, 与现有的其他内存机制( 例如 ballooning, page-sharing, hotplug) 等兼容。

浅积云中微物理特性的垂直分布对短波辐射的影响

张双益,薛惠文

2011, 47(2):  263-270. 

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使用大涡模拟模式获得浅积云的液态水含量和云滴有效半径的垂直廓线, 结果显示云的液态水含量和云滴有效半径均随高度的增加而增加( 垂直非均一) 。使用辐射传输模式 SBDART 研究了浅积云中微物理特性的垂直廓线对短波辐射的影响, 以及液态水路径相同时, 垂直非均一云和垂直均一云的短波辐射强迫的差异, 结果表明微物理特性的垂直廓线对云的辐射特性有很大影响。当垂直均一云的云滴有效半径约为垂直非均一云在云顶处的云滴有效半径的76% ～90% 时, 两种类型云的短波辐射强迫相当。结果说明在气候模式中对云的辐射传输特性进行参数化时, 如果假定云是垂直均一的, 则采用的云滴有效半径应该大致为实际观测的云顶云滴有效半径的76% ～90% 。对于浅积云的研究结果与以往对于层状云的研究结果一致。

热带气旋与南海季风的相互作用

戴展鹏,张庆红

2011, 47(2):  287-294. 

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通过个例分析和历史统计, 对热带气旋与夏季南海季风的相互作用进行了研究, 揭示了热带气旋活动导致南海低空急流增强的机制。在个例分析中, 以0604 号热带气旋 “碧利斯”为例, 利用中尺度数值模式 MM5 进行了多组数值模拟实验。结果表明, 强盛的西南季风使热带气旋登陆的维持时间变长, 对热带气旋的降水有显著的增幅作用; 与此同时, 热带气旋对西南季风的作用也不可忽略。在热带气旋登陆过程中引发的一系列中尺度对流系统, 会使得南海上空低层大气的气压梯度力增大, 导致南海季风中低空急流增强。最后, 对 1950?2009 年具有与 “碧利斯”相似路径的30 个热带气旋进行了统计, 发现其中80% 的热带气旋活动伴随着南海区域低空风速的正异常。

中国近海海面风场的分类

石慧,蔡旭晖,宋宇

2011, 47(2):  353-362. 

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为系统研究中国近岸海域海面风的统计特征, 利用聚类分析方法实现了风区域划分和风场的自动分类, 得到4个风区域, 共31个风场类型。风区域反映了中国近海海域风速的区域相关性。风场类型很好地识别出各海区季风典型场, 以及反映海区常见天气系统的特征风场。一些处于冬夏季风过渡时期和可在全年出现的特定风场类型也被识别出来。风场类型除了对平均风速有影响外, 对其他气象要素包括温度、湿度, 也有显著性影响。对各个风场类型的出现频率、时间分布、平均风速和风向分布等特征量的全面分析, 揭示了中国近岸海域海面风场的统计特征。

铷频标中制作吸收泡的一种新方法

王延辉,刘淑琴,董太乾

2011, 47(2):  370-372. 

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提出了利用微波慢波结构的铷频标制作吸收泡的一种新方法, 不仅可以加强铷原子与微波场的相互作用, 提高 0-0 跃迁谱线的信噪比, 将改善铷频标的稳定度, 还可以增强吸收泡的机械强度, 提高合格率, 特别对在真空下工作的铷频标更为有利。

分子生态技术在微生物硝化及反硝化研究中的应用

柏耀辉,孙庆华,温东辉,唐孝炎

2011, 47(2):  378-384. 

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对微生物硝化、反硝化的机理及作用的相关酶及近年来的研究热点问题进行了探讨。综述了分子生态技术在微生物群落结构分析的操作步骤及应用情况, 分析了荧光原位杂交、变性梯度凝胶 电泳及末端限制性片段多态性技术的原理、操作流程、优缺点及其在硝化和反硝化中的应用。以往 的研究表明分子生态技术已成为环境中硝化和反硝化过程及机理研究的有力工具。

使用嵌入式处理器 的水声调制解调器控制系统设计方法与研究

李莹,Bridget Benson,于敦山,Ryan Kastner,张兴

2011, 47(2):  245-250. 

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提出了一种使用带有嵌入式处理器的FPGA 实现水声调制解调器控制系统的方法, 根据声波通信的数据特点选择适合的通信总线搭建系统结构, 设计出合理的软硬件协同工作流程和中断控制信号。通过在Xilinx VirtexIVFPGA 的嵌入式 MicroBlaze 软处理器上实现并通过软硬件协同验证, 表明所设计的控制系统能够准确控制整个数字信号处理过程, 实时监控电路工作情况, 性能稳定可靠。

京津地区对流性和层状降水回波的特征分析

林隐静,王洪庆,韩雷,王玉,郑永光

2011, 47(2):  258-262. 

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利用自动分类算法, 识别出2005?2007 年 5?8 月京津地区雷达回波中的对流性和层状降水回波。在此基础上, 分析了该地区对流性和层状降水回波的垂直廓线和回波面积的 日变化特征。结果表明: 京津地区层状降水回波的垂直廓线在4 km 高度( 0℃) 附近, 出现了明显的 “零度层亮带”, 亮带强度在当地夜间最强, 当地上午最弱;该区域内, 两种类型的回波面积均呈明显的单峰型日变化特征, 面积峰值出现在当地夜间, 在当地午间面积最小;层状降水回波面积的变化比对流性降水回波的变化滞后了 1 ～2h; 对流性回波与层状回波面积比的日变化存在两个明显的峰值, 分别对应两类影响京津地区的主要对流系统: 午后出现的热对流和具有夜发性的湿对流。

GRAPES 奇异向量研究及其在暴雨集合预报中的应用

刘永柱,杨学胜,王洪庆

2011, 47(2):  271-277. 

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为了产生好的集合预报初始扰动, 并能够用有限的集合样本来模拟大气概率密度函数在相空间中的时间演变, 把奇异向量法引入非静力 GRAPES 中尺度模式中, 研究了 GRAPES 奇异向量的基础性问题和基于奇异 向量构造集合样本的方法。对2008 年7 月的一次西南涡移动带来的暴雨过程进行 GRAPES SVs 求解, 并进行集合预报试验。结果表明: 前 27 个 GRAPES SVs 反映了分析误差的主要信息; 要素的集合平均的均方根误差比控制预报具有更好的预报技巧, 且它们的集合离散度随时间逐渐增加, 反映了预报误差的主要信息; 从降水 Brier 评分和 ROC 技巧上可以看出该集合预报具有好的概率预报技巧, 能为暴雨预报提供一定的指导作用。

塔里木盆地二叠系火山岩空间展布的精细刻画及其地质意义

刘晓,关平,潘文庆,田伟,黄少英,潘?,敬兵,于红娇

2011, 47(2):  315-320. 

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利用塔里木油田的大量勘探资料, 通过野外露头、钻井、测井、2D 地震资料的综合研究, 确定了塔里木盆地内二叠系火山岩的地震反射特征, 建立了火山岩测井-地震综合识别模式, 精细刻画了盆地内二叠系残余火山岩的空间展布情况。在此基础上计算得出:盆地内二叠系残余玄武岩覆盖面积约为 2. 46 ×10⁵ km², 盆地内二叠系残余流纹岩覆盖面积约为4.04 ×10⁴ km²。由于盆地内北部和东部二叠系大范围缺失, 盆地内二叠系火山岩原始喷发面积和喷出量可能远大于残余量。该研究对塔里木二叠系大火成岩省的进一步认识具有重要意义。

内蒙古苏尼特右旗查干诺尔石炭系本巴图组火山岩地球化学特征及其地质意义

汤文豪,张志诚,李建锋,冯志硕,晨辰

2011, 47(2):  321-330. 

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内蒙古查干诺尔地区石炭系本巴图组地层的火山岩, SiO₂含量集中分布在48. 20% ～51. 11% 和 64. 66% ～ 65. 42% 两个区间, 分别属于玄武岩和英安岩, 构成一套双峰式火 山岩组合。其中基性火山岩具有枕状和块状构造, 属于碱性玄武岩系列; 英安岩的碱含量较高, 属于钙碱性系列。基性火 山岩中, 枕状玄武岩轻稀土略亏损而重稀土略富集, 具有轻微 Eu 的正异常, 富集Hf,Zr, Th 等高场强元素, 亏损 Ba,Nb 等元素; 块状玄武岩富集 Rb, Th, Zr, Hf 等大离子亲石元素和高场强元素, Ta, Nb 亏损。酸性火山岩的轻重稀土分馏较 明显, Eu 负异常明显, 富集Rb, Th, Pb, Hf, Zr 等大离子亲石元素和高场强元素, 亏损Eu, Sr, Nb, Ta 等元素。根据 Rb-Sr 同位素等时线年龄和 SHRIMP 锆石 U-Pb 同位素定年数据, 结合古生物资料分析, 查干诺尔双峰式火山岩形成于晚石炭世, 介于 313 ～ 308 Ma 之间。岩石地球化学及其区域地质综合特征表明, 查干诺尔双峰式火 山岩可能形成于碰撞后的伸展环境, 由此推断索伦缝合带在晚石炭纪之前就曾经闭合过。

面向三维城市地理信息系统的体相交分析方法的实现与应用

刘义勤,潘懋,彭博,李云,宣文玲

2011, 47(2):  331-336. 

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提出一种应用于三维城市地理信息系统的空间分析方法:体相交分析。该方法先后输入两个体数据集, 经过分析计算, 输出一个关系集合, 集合中的每一条关系代表第一个输入数据集 中的一个体对象与第二个输入数据集中的一个或多个体对象之间存在的相交关系。基于 OO3D 数据模型, 实现了一种稳定、快速 的体相交分析算法,并将其应用到一个三维城市地理信息系统项目(TG-U-3D) 之中。在该项目中, 体相交分析用于辅助检测城市地下空间规划过程中的用地冲突, 以及查询某一城市设施所位于或者穿越的地层。

基于水、盐均衡的鄱阳湖TP负荷探究

罗定贵,吴学文,李述,胡春华,周文斌

2011, 47(2):  337-343. 

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基于1∶5万DEM, 利用 ARCGIS92 将鄱阳湖流域划分为子流域。以2008年为均衡期, 入湖径流划分为河道径流( 赣江、抚河、信江、饶河、修河) 、区间径流、地下水径流与降水 4 个部分, 通过水量均衡对入湖水量进行修正。进一步研究总磷( TP) 负荷, 结果表明: TP 年总入湖负荷为7758 t, 湖泊滞留比例约为 10% , 河道入湖负荷占总入湖负荷的 87% , 赣江入湖负荷占河道入湖总负荷的57% 。河道径流主要枯水时段多集中在 12 月和 1 月, 以主要枯水时段负荷为单一点源负荷, 推求得到河道径流全年点源、非点源负荷, 二者负荷贡献率平均为 39% 和 61% , 非点源是首要的入湖污染来源。

基于能值-生态足迹整合模型的城市生态性评价方法研究??以天津市为例

张雪花,李建,张宏伟

2011, 47(2):  344-352. 

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针对传统生态足迹模型在理论上的缺陷, 从能值分析的角度对其进行了改进, 提出了能值-生态足迹整合模型。该模型在生态承载力的计算中, 基于物质的投入产出和人的能动性, 融入了实体产品产出的生态承载力和虚拟产品供给的生态承载力; 在生态足迹的计算中, 考虑了废弃物排放造成的污染, 将废弃物的生态足迹纳入生态占用之中。最后, 应用该模型从生物产品等多个账户对天津市 2001?2008 年的发展情况进行了分析, 结果表明: 天津市的生态承载力大于生态足迹, 且生态盈余有逐年扩大的趋势, 因而天津市处于相对可持续的发展之中。

栅格数据支持下的滨海蔬菜主产区耕地质量评价研究??以山东省寿光市为例

唐秀美,陈百明,路庆斌,杨克,刘芳

2011, 47(2):  363-369. 

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以山东省寿光市为例, 进行了滨海蔬菜主产区耕地质量的综合评价研究。选取影响寿光市耕地质量的各个因子, 以层次分析法( AHP) 确定权重, 在 GIS 支持下, 以50 m ×50 m栅格为评价单元, 采用综合评价法对寿光市的耕地进行了耕地质量综合评价, 模糊评判法确定耕地质量等级。评价结果表明, 寿光市耕地质量情况总体良好, 一、二等地占总面积的 54. 76% ; 三、四等地占总面积的37. 07% ;五、六等级仅占8. 16% 。耕地质量等级由北部沿海向南部过渡, 与耕地的集约利用程度呈现明显的正向关系。该研究较好地探索了滨海蔬菜主产区耕地质量的评价技术方法, 摸清了耕地集约利用对其耕地质量的影响, 对蔬菜主产区耕地资源的持续利用有积极意义。另外, 对各个等级耕地的状况进行了分析并提出了相应的利用对策。