当期目录

        
    2019年 第55卷 第4期 刊出日期:2019-07-20
    2019年第4期目次
    2019, 55(4):  0. 
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    相关文章 | 计量指标
    基于平面气浮实验数据获取机械臂在轨关节驱动力矩的理论建模与实验验证
    张磊, 崔志武, 陈韬, 姚宏翔, 赵振
    2019, 55(4):  597-602.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2019.006
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    为了正确地掌握空间机械臂在轨服务过程的真实动力学特性, 基于Lagrange方程, 获得机械臂有/无气浮装置时关节驱动力矩的差值函数, 然后利用带气浮装置的关节驱动力矩的地面实验数据减去理论差值, 预测机械臂在轨服务时的真实驱动力矩。最后采用刚性较好的小型机械臂进行实验, 验证了该方法的正确性。
    具有热鲁棒性的适应性基因调控网络
    刘明, 王宏利
    2019, 55(4):  603-608.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2019.038
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    通过对三节点基因调控网络的枚举、参数空间的随机采样以及动力学模拟, 找到具有热鲁棒性(即温度补偿)的适应性基因转录调控网络, 对其进行结构分析表明, 存在3种最基本的结构可以实现具有热鲁棒性的适应性动力学功能, 复杂的适应性网络都以此3种网络为核心骨架。为了考察三节点适应性网络的适应性对网络动力学中各参数改变的敏感度, 计算了各参数相应的控制系数。对控制系数的聚类分析表明, 三节点功能网络实现热鲁棒的机制为温度隔离, 即尽管网络中所有的速率参数都依赖于温度, 但仅输出节点的生成和降解速率明显偏离0且具有相反的符号, 大多数热鲁棒适应性都通过输出节点的拮抗平衡调节来实现。
    芽殖酵母细胞周期过程不同时期的定量观测
    张志温, 李方廷
    2019, 55(4):  609-614.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2019.050
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    在芽殖酵母中构建CDC10-mCherry和SPC42-mCherry荧光蛋白, 作为酵母细胞周期不同时期的报告系统。根据酵母细胞中芽环(CDC10-mCherry)的产生和消失以及纺锤体极体(SPC42-mCherry)的复制和分离, 可以测量细胞周期中 G1期、S期、Early M期和Late M期的时间长度。在此报告系统的基础上, 分别构建S期细胞周期蛋白CLB5-GFP和M 期细胞周期蛋白CLB2-GFP菌株, 实现单细胞观测, 检验报告系统工作的稳定性和准确性。该报告系统可作为研究酵母细胞周期不同时期时间长度等定量生物学问题的背景菌株。
    基于集合经验模态分解和BP神经网络的北京市PM2.5预报研究
    任晓晨, 邹思琳, 唐娴, 韦骏
    2019, 55(4):  615-625.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2019.041
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    利用集合经验模态分解算法(EEMD)和 BP 神经网络组成的混合模型, 对北京城区PM2.5浓度值进行短期预报。结果表明, 与单独使用BP神经网络模型相比, EEMD-BP混合模型的预报准确率更高; 混合模型高频部分的预报误差是整体误差的主要方面; 混合模型的输入变量中需包含输出变量的信息; 前期污染物浓度的数值对模型的预报结果有较大的影响。
    滇中城市降水特征及其成因分析
    何萍, 李矜霄, 付永梅, 刘树华
    2019, 55(4):  626-634.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2019.040
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    基于滇中城市群4个主要城市(昆明、曲靖、玉溪和楚雄)近50年的降水资料, 利用统计分析、小波分析、累计距平和灰色关联度分析等方法, 分析滇中城市降水量的年、季、月变化特征以及影响降水量的各种因子。结果表明, 滇中城市近50年平均降水量为928.1 mm, 整体上呈下降趋势, 并在2009年发生突变; 降水量有干、湿季之分, 雨季(5—10月)降水多, 干季(11月至次年4月)降水少, 最大降水量出现在7月(184.0 mm), 最小降水量出现在12月(13.8 mm)。通过小波分析, 发现年降水量呈现22年左右的主周期变化; 夏季降水量呈现以19天为主周期的增减变化, 降水多, 变幅小; 冬季降水量呈现以20天为主周期的增减变化, 降水少, 变幅大。通过灰色关联度分析, 发现自然因子中对降水影响较大的是气温和相对湿度, 人文因子中对降水影响最大的是人口和城市面积, 并且, 自然因子的作用大于人文因子。
    基于测斜仪的天然气水合物开采海底变形监测
    张鑫, 张洪亮, 周雷, 何涛, 梁前勇, 董一飞, 何川
    2019, 55(4):  635-642.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2019.054
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    根据Okada线弹性理论, 提出并建立海域天然气水合物开采的海底变形场模型, 对开采产生的海底变形场进行正演模拟, 并采用模拟退火方法, 对合成观测数据进行模型参数反演。结果表明, 利用测斜仪监测能够得到水合物开采区域准确的倾角、方位角和体积等信息。不同噪声水平下的测试结果表明, 所采用的模型参数反演方法具有良好的抗噪性。另外, 结合2017年中国南海神狐海域水合物开采试验, 分析测斜仪监测在实际应用中的可行性, 表明“产能递减型”开采方案在海底稳定性方面具有一定的优势。
    基于三维角点网格模型的现今地应力有限元模拟
    刘钰洋, 刘诗琦, 潘懋, 雷征东
    2019, 55(4):  643-653.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2019.020
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    设计并实现三维角点网格模型的现今地应力有限元模拟方法。利用角点网格, 建立储层三维精细模型。应用网格转换算法, 将网格转换为对应的三维有限元网格模型, 采用有限元法模拟地应力场的分布。采用网格转换逆向方法, 将模型重新采样至对应的角点网格地质模型, 为后续数值模拟等流程提供数据支持, 从而保证流程的连续性和数据的一致性。通过X工区和Y工区两个油田实例数据, 模拟工区应力场分布。对比分析表明, 模拟值与实测值匹配性较好, 证明了方法的准确性和有效性。
    南大西洋被动陆缘沉积物厚度特征与分段对比
    潘相茹, 李江海, 陶崇智, 章雨, 杨梦莲
    2019, 55(4):  654-662.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2019.049
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    基于美国国家海洋和大气管理局(NOAA)发布的最新全球沉积物厚度数据, 综合利用被动陆缘盆地、洋底高原和转换断层等地质信息, 识别南大西洋七大沉积中心。南大西洋沉积物厚度整体上呈西厚东薄、北厚南薄的趋势, 按陆缘及盆地特征, 将大西洋两岸盆地从北到南划分为4段: 赤道段、中段、南段和福克兰段, 其中被动陆缘盆地主要分布在前3段。赤道段盆地主要受转换断层控制, 发育三叠系蒸发岩; 中段盆地发育阿普第阶盐沉积, 是油气勘探的重点区域; 南段受火山活动的影响, 以发育向海倾斜反射体为主要特征。
    吕梁地区近周营组蚀变火山岩U-Pb-Hf同位素特征及其地质意义
    曹淑泰, 李秋根, 刘树文, 王宗起, 孙迪, 柳政甫, 王筱煜
    2019, 55(4):  663-674.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2019.048
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    选择吕梁群中原岔上群北部地层的蚀变火山岩进行锆石U-Pb年代学和Hf同位素研究。锆石U-Pb测试获得两组年龄结果, 较年轻的谐和年龄为1813±6 Ma (n=7), 较老的207Pb/206Pb加权平均年龄为2516±31 Ma(n=2), 前者为火山岩喷发时代, 后者代表捕获锆石年龄。年轻锆石的εHf(t)值为-10.8~-2.3, TDM1值为2308~2655 Ma; 捕获锆石的εHf(t)值为+10.0~+13.1。年龄约为2.5 Ga锆石的εHf(t)值高于亏损地幔演化线, 考虑到UPb同位素和Hf同位素测点位置不完全相同, 说明所获得的Hf同位素组成为无地质意义的混合数值; 年龄约为1.8 Ga锆石的Hf同位素特征反映其可能源于富集地幔或受地壳物质混染的亏损地幔。结合前人的研究成果, 推断岩浆作用事件发生在约1.81 Ga 的碰撞后阶段。
    一种基于平面扫描的弧段分割与多边形自动构建算法
    刘岳峰, 孙鹰, 张凯, 陈越
    2019, 55(4):  675-682.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2019.037
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    针对多边形自动生成的传统算法在自动化和时间效率方面的不足而导致的相应商用GIS软件数据处理和时空分析能力的欠缺, 提出一种基于扫描思想的弧段分割和多边形自动生成算法。本算法具有以下特点: 面向从求交开始至生成多边形结束的完整任务; 充分利用求交过程中的有益信息, 以较小的算法复杂度和极小的计算量, 实现弧段分割和多边形自动构建; 避免了传统方法中多边形嵌套关系的计算, 并能有效地处理桥和悬边问题。实验结果表明, 与传统算法相比, 本算法在效率方面有明显的提升。
    民航飞机低空颠簸与地理环境因子相关性研究
    刘岳峰, 张凯, 陈越, 孙鹰
    2019, 55(4):  683-691.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2019.036
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    基于飞行品质监控大数据, 对各机场区域低空颠簸频率进行统计。利用地形及气象观测数据, 研究低空颠簸与环境因子的相关性。结果表明, 飞机低空颠簸与地形起伏度、气温日较差以及风速有显著相关性。利用地理加权回归(GWR)模型进行拟合分析, 发现上述环境因子的影响强度存在空间差异。地形起伏度与风速的影响强度均自东北向西南逐渐增大, 气温日较差的影响强度自东南向西北再向东北逐渐增大。地理加权回归模型的调整R2达到0.512, 说明模型的有效性很好。基于拟合模型对全国范围低空颠簸风险进行估计, 获得颠簸风险分级空间分布图。研究结果对机场选址和飞行安全管理具有参考价值。
    基于深度学习和多次棋盘分割法的高分辨率影像河流提取
    方海泉, 蒋云钟, 冶运涛, 曹引
    2019, 55(4):  692-698.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2019.045
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    针对目前从遥感影像中提取的河流, 尤其是细小河流容易出现中断的情况, 将深度学习与多次棋盘分割法相结合, 应用于高分辨率遥感影像的河流提取。基于对山区、平原和城市3景高分二号卫星遥感影像的实验表明, 与现有的方法相比, 该方法提取的河流更加连续, 并且能够提取高分二号卫星遥感影像中两个像元的细小河流。
    退化秋茄林的补水修复实验研究
    沈小雪, 姜立得, 陶佳伟, 于凌云, 牛志远, 陈志腾, 李瑞利
    2019, 55(4):  699-708.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2019.046
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    以陆化导致的退化秋茄林为研究对象, 通过周期性补水实验, 从沉积物的理化性质和植物生理指标的变化, 探明补水对秋茄成林的修复效果。主要结果如下: 1) 补水后沉积物的含水量、pH、盐度、总氮和有机质含量总体上高于对照组, 补水改善了沉积物的营养和盐度条件; 2) 补水修复显著提高植物的净光合速率、水分利用效率和叶绿素a 含量(P<0.05), 降低胞间CO2浓度, 有效地改善退化秋茄林的光合作用状态, 增强秋茄叶片吸收和转化光能的能力; 3) 对照组植物光系统Ⅱ(PS Ⅱ)最大荧光效率(Fv/Fm)显著低于0.8 (常用阈值), 说明陆域化的秋茄林已处于光抑制状态; 但补水后Fv/Fm显著提高(P<0.01), 接近0.8, 说明植物健康状态得到显著改善; 4) 补水提高秋茄叶片PS Ⅱ反应中心的光化学效率, 显著改善双光系统间激发能分配的失衡状态, 有效降低天线色素热耗散, 光能分配趋于高效, 提高了叶片光能的光化学利用效率。研究结果表明, 周期性补水是陆域化的退化红树林生境改善的有效修复方法。
    两种赤潮藻对汞富集和甲基化影响的研究
    陶虎春, 阳赛, 丁凌云, 张丽娟, 何宁宁, 张曜宇
    2019, 55(4):  709-716.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2019.047
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    研究塔玛亚历山大藻(Alexandrium tamarens)和锥状斯式藻(Scrippsiella trochoidea)两种赤潮藻对海水中汞的富集和甲基化的影响, 探讨赤潮藻对硫铁还原地杆菌 Geobacter sulfurreducens PCA (G. sulfurreducens PCA)汞生物甲基化的抑制作用。实验结果表明, 不同种类藻对汞的耐受性不同, 高浓度HgCl2 (≥25 μg/L)抑制锥状斯式藻的生长, 而对塔玛亚历山大藻的影响较小。两种藻均可有效地富集无机汞, 但直接进行汞甲基化的效果不显著。FTIR分析发现, 藻细胞表面分泌的大量羧基、氨基和羟基等官能团是富集汞的主要位点。汞-藻-菌实验中, 当HgCl2初始浓度为10 ug/L时, G. sulfurreducens PCA驱动的汞生物甲基化效率可达 (6.38±0.4)%, 在G. sulfurreducens PCA与塔玛亚历山大藻共存的实验组中, 汞甲基化效率为 (1.04±0.44)%, G. sulfurreducens PCA与锥状斯式藻的实验组中汞甲基化效率低至 (0.76±0.05)%, 两种赤潮藻的加入抑制了G. sulfurreducens PCA的汞生物甲基化。
    基于PARAFAC分析的西藏昌都大骨节病地区水体腐殖质性质研究
    蒋咏, 高顶学, 毛学文, 袁浩, 胡明明, 张敏, 郭永朝, 仪马兰, 吴疆, 许楠
    2019, 55(4):  717-726.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2019.031
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    基于荧光平行因子分析法(PARAFAC), 对西藏昌都大骨节病病区与非病区饮水及沉积物中腐殖质进行研究。腐殖质总有机碳含量在病区和非病区样本间未表现显著差异。PARAFAC识别出5个荧光成分: 成分1为类氧化醌, 成分2为类色氨酸, 成分3为陆地源类腐殖质, 成分4为类还原醌, 成分5为类酪氨酸。病区水中富里酸(FA)的成分1 (p<0.10)、成分4 (p<0.05)以及水中胡敏酸(HA)的成分4 (p<0.10)等类醌成分含量高于非病区, 并且存在显著差异。对比水中腐殖质醌氧化还原系统在病区和非病区之间的差异, 发现还原醌形态的差异大于氧化醌形态, FA醌系统的差异大于HA醌系统。虽然HA中还原醌含量较高, 但HA在水中的碳含量很低, 对大骨节病影响较弱, 在病区与非病区之间差异较小。沉积物中腐殖质还原醌含量较高, 且与水中腐殖质存在一定的相互转化关系, 但在病区和非病区之间未表现显著差异。深入了解腐殖质不同组分以及醌的不同氧化还原形态在病区与非病区之间的差异, 对病区改水工程有重要意义。
    基于EIO-LCA模型的中国1992—2012年碳排放结构特征研究
    许红周, 计军平
    2019, 55(4):  727-737.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2019.042
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    构建非竞争型投入产出表, 计算1992—2012年中国碳排放数据, 利用EIO-LCA方法对排放结构特征进行分析。结果表明: 我国碳排放总体上呈快速上升趋势。从部门结构来看, 隐含排放量最多的为建筑业。从类型结构来看, 1992—2012年我国碳排放增长的主要原因在于投资活动、出口及城镇居民消费规模的大幅增长。投资活动占最终需求总增量的55.83%, 其隐含排放主要在部门28 (建筑业)。出口占最终需求总增量的24.38%, 其隐含排放主要集中在制造业, 我国出口隐含碳排放总体上较高。城镇居民消费占最终需求总增量的14.99%, 其隐含排放主要集中在部门 25 (电力、热力的生产和供应业)。1992—2012年间, 部门28, 17 (通用、专用设备制造业)和35(其他服务业)的增幅最明显, 三者共占总增量的60.45%; 部门22 (其他制造业), 2 (煤炭开采和洗选业), 5 (非金属矿采选业), 3 (石油和天然气开采业)和8 (纺织业)的碳排放保持下降趋势。
    大气污染背景下公众减少驾车以及购车意愿的影响因素研究
    汪若宇, 秦川申, 徐建华
    2019, 55(4):  738-746.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2019.044
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    从“社会困境”的理论视角, 使用针对北京居民环境行为的网络问卷调查数据, 探究公众面临大气污染时选择减少驾车和购车行为的可能影响因素。采用线性与定序两种回归方法分析问卷调查数据, 结果显示影响个体购车和驾车减排行为的主观因素有所不同。其中, 未购车人群的购车意愿受到个体知觉行为控制感的影响较明显, 而已购车人群减少驾车的意愿更容易受到个体对大气污染的道德规范影响。研究结果表明, 当个体预期付出成本较大时, 即使他们具备高的知觉行为控制感, 也难以在行为上发生改变。
    1980—2015年清水河流域水系连通变化研究
    王坤, 许超, 王文杰, 吴秀芹
    2019, 55(4):  747-754.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2019.043
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    为揭示城市化发展情景下区域水系连通的变化规律, 以永定河支流清水河流域为对象, 集成遥感影像、统计资料及土地利用等数据, 运用河流连通性综合评价体系, 将基于障碍物累积影响的河流纵向连通性及基于土地破碎度的河流横向连通性相结合, 系统性地研究1980—2015年清水河流域的水系连通性变化。根据专家知识并结合清水河实际情况, 可将清水河河道阻碍物分为水库、水闸、漫水桥和河道堆积物4种类型。1980—2015年阻碍物的数量持续增长, 2000年比1980年增加10.4%, 2015年增加23.9%。1980—2015年, 清水河流域纵向连通性整体上呈升高趋势, 纵向连通性差的汇水区比例由1980年的40%逐渐降低 2015年的14%。纵向连通性升高的区域集中在流域东部及中部, 西南部部分汇水区连通性加剧恶化。河流横向连通性整体上变化不明显, 其中流域西部有所下降, 东部有所好转。1980—2015年清水河流域综合连通性整体上呈升高趋势, 综合连通性差的汇水区占比在1980, 2000和 2015年分别为26%, 17%和11%。综合连通性升高的区域集中在流域东部, 而流域西南部部分区域连通性始终较差。研究结果揭示了京津冀城市化进程中流域连通性的变化规律, 可为区域防洪减灾和河流生态修复提供参考。
    京津冀城市群低碳经济联系强度分形特征分析
    张雪花, 许文博, 张宝安, 胡玉莹
    2019, 55(4):  755-763.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2019.052
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    相关文章 | 计量指标
    应用分形理论与方法, 从低碳经济视角分析京津冀城市群特征, 考量京津冀一体化进程的发展现状。首先, 建立“全碳排”核算模型, 测算京津冀城市群中单个城市在社会经济发展过程中的资源消耗与污染排放。然后, 以单位CO2 排放人口支撑、GDP产出和道路面积承载为主要因素, 建立低碳经济联系强度引力模型和分维值测度模型, 计算 2006—2016年分别以北京和天津作为辐射中心源的低碳经济联系强度, 并采用源强叠加原理计算“京–津”双中心源辐射的叠加效应, 进而分析比较单源辐射与双源辐射叠加的差异。再后, 选取代表性年份进行基于ArcGIS的低碳经济联系强度空间分析, 旨在找出单源辐射联系强度空间分布的差异对双源辐射叠加分维值的影响规律。最后, 以雄安新区作为第3个辐射中心源, 计算并分析三源辐射叠加的情况。分维值计算和分析结果显示: 2006—2016年京津冀城市群双源叠加的低碳经济联系强度分维值呈倒U型分布, 峰值出现在2012年, 说明2012年京、津双源对城市群内其他城市的低碳经济联合辐射效果最佳; 2007和2014两个年份, 分别以北京和天津作为中心源的低碳经济联系强度分维值差异较大, 导致双源叠加后的分维值出现倒挂现象, 即双源叠加后的分维值低于单源辐射能力较强者, 说明双源联合辐射效果较差。基于ArcGIS的低碳经济联系强度空间分析结果显示: 2012年“京–津”双中心源辐射的低碳经济联系强度源叠加结果呈现合理的空间分布——梯度有序且圈层分明, 是分维值达峰的主要原因。雄安新区作为第3个中心源加入后, 京津冀城市群低碳经济联系强度分维值明显提高。
    怒江流域下游地区气象与水文干旱特征研究
    陈文华, 徐娟, 李双成
    2019, 55(4):  764-772.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2019.034
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    相关文章 | 计量指标
    以怒江下游勐波罗河流域为例, 利用周边气象站点年的月降水量、月气温和流域出口水文站月径流数据, 计算气象干旱指标标准化降水指数(SPI)、标准化降水蒸散指数(SPEI)和径流干旱指数(SDI), 分析该地区1966—2013年间不同参考期(12个月、6个月和3个月)的气象和水文干旱变化过程, 揭示流域水文干旱与气象干旱发生的关联。研究结果表明,  自21世纪初期以来, 流域各参考期干旱指数呈现减少趋势(干旱增加), 尤其是SPEI-6M (参考期为6个月的 SPEI)和SPEI-3M (参考期为3个月的SPEI)。研究区气象与径流干旱均具有多尺度周期性特征: 在20世纪90年代中期之后, 25~30年大尺度周期的等值线中心逐渐下移, 时间尺度缩短为10~15年。进入21世纪以来, 径流干旱在25年以上的大尺度上演变为减弱的干旱期, 在10~15年中尺度上则处于由干旱向微湿润变化的过渡期。径流干旱与气象干旱关系密切, 通过气象干旱指数SPEI-6M, 可以较好地预测年径流干旱变化程度。
    生态系统服务权衡研究的实践应用进展及趋势
    王志芳, 彭瑶瑶, 徐传语
    2019, 55(4):  773-781.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2019.053
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    相关文章 | 计量指标
    在详述相关研究方向与方法的基础上, 归纳整理生态系统服务在实践中的应用方向与价值。生态系统服务权衡主要包括4类——供给数理权衡、供给需求权衡、利益主体权衡和时间空间权衡, 相关的量化方法涉及客观和主观测度。这4类权衡已应用于目标设定、核心区划定、生态补偿和公众参与等不同的规划管理实践中。本文提出一个生态系统服务权衡研究的规划实践应用框架, 并从数据共享、方法简化、过程交叉、尺度精细以及定量与定性结合等层面展望未来, 以期使生态系统服务权衡研究更加切实地指导实践。
    粤港澳大湾区红树林湿地面临的生态问题与保护对策
    于凌云, 林绅辉, 焦学尧, 沈小雪, 李瑞利
    2019, 55(4):  782-790.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2019.051
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