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2020年 第56卷 第2期 刊出日期：2020-03-20

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2020年第2期目次

2020, 56(2):  0. 

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一种适用于地震监测的地声传感探头

黄继攀, 雍珊珊, 王新安, 庞瑞涛, 曾敬武

2020, 56(2):  193-198.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2020.005

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为了研究地声信号能否作为一种可靠的地震前兆信号, 设计一种基于压电薄膜的地声传感探头, 用于地震监测。该探头支持0.1 Hz~7 kHz宽频段地声信号采集, 电压分辨率为19.073 μV, 幅值一致性误差小于5.5% (0.47 dB)。该探头通过盐雾试验、随机振动及包装跌落等6项可靠性测试, 并应用到包括川滇国家试验场的178个台站的地声监测中。现场观测表明, 震中周边的台站能够捕捉到地震前后的地声信号。

高精度分析中立体角的计算及影响

秦利青, 颜莎, 朱吉鹏, 高原, 薛建明, 王宇钢

2020, 56(2):  199-205.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2020.009

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为了达成高精度离子束分析, 深入分析立体角的计算误差。以包含束斑大小的面对面立体角为基准, 计算点对面立体角和近似立体角在不同离子束分析实验几何参数下的精度。基于北京大学4.5 MV静电加速器离子束分析工作, 探讨束流流强分布和截面分布对立体角的影响。最后给出近似立体角精度好于 1%的几何估算条件, 并举例证明高精度立体角的实现依赖于精确的机械加工。

相似廓线法在星载雷达陆面衰减订正中的应用

郭坦, 刘晓阳, 郑铮

2020, 56(2):  206-214.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2019.118

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针对星载雷达陆面衰减订正存在的困难, 提出相似廓线订正方法。利用洋面雷达测得的雷达等效反射率因子廓线(简称降水廓线) Z_m和经表面参考技术(SRT)订正后的降水廓线Z_e建立相似廓线库, 通过匹配雷达在洋面和陆面测得的降水廓线, 对陆面降水廓线的地表路径积分总衰减(PIAs)进行估值。借助2018年GPMCO 2A-Ku数据产品中洋面降水资料进行检验, 结果表明相似廓线法与SRT技术的订正结果具有较好的一致性, 对于容许相对偏差40%的相似廓线库, 匹配成功的降水廓线中, 两种方法的PIAs相对偏差小于40%的廓线比例依次为对流云降水 88.8%, 无亮带层状云降水98.9%, 含亮带层状云降水98.9%, 显示该方法有效。借助2014—2018年GPM-CO 2A-Ku数据产品中陆面降水资料进行对比, 结果表明相似廓线法的陆面应用效果与洋面差异较大, 与陆面SRT技术应用效果差的结论相一致。

华北北部半干旱地区夏季大气边界层特征的实验研究

李倩惠, 张宏升, 鞠婷婷, 肖凯涛

2020, 56(2):  215-222.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2019.125

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2016年7月3—16日在内蒙古自治区科尔沁地区大气科学与大气环境综合实验站开展科尔沁半干旱下垫面大气边界层野外综合观测试验, 利用 GPS大气边界层精细探空资料, 分析华北北部半干旱地区晴天、阴天和雨天等不同天气条件下的大气边界层结构。采取不同的方法和判据对比确定大气边界层高度, 统计实验期间低空急流特征, 并对近地面湍流特征及地表能量收支状况进行初步的探讨。结果表明: 晴天, 白天的大气边界层平均高度约为1790 m, 夜间约为250 m; 阴天和雨天, 白天的大气边界层平均高度约为980 m, 夜间约为430 m。夜间, 近地面层湍流动能与边界层高度有较强的相关性。低空急流多发生在午夜, 平均高度约为390 m, 强度与高度正相关。

利用探空秒数据估算北京地区日最大混合层高度

王越昊, 李成才, 初奕琦, 檀望舒, 任静静

2020, 56(2):  223-230.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2019.129

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研究利用北京地区L波段探空秒数据和地面日最大位温, 采用气块法反演北京地区日最大混合层高度(MMH)的可行性。将08时探空秒数据以及常规探空数据反演结果分别与对应的微脉冲激光雷达反演结果相比较, 发现前者与激光雷达反演结果的一致性好于后者, 常规探空数据垂直空间分辨率低可能是导致其反演结果误差较大的原因。分别用春夏秋冬的探空秒数据反演结果与激光雷达反演结果相比较, 发现春夏秋反演结果的一致性较好, 而冬季较差。利用08时探空秒数据结合地面日最大位温, 采用气块法反演北京地区2010—2017年的MMH, 发现MMH 每年均表现出春夏秋冬逐次递减的分布特征。通过对长期资料的统计分析发现, 北京地区日地面最高气温与850 hPa温度差定义的热力稳定度与MMH之间存在较强的正相关性。

基于卫星气溶胶光学厚度反演地面能见度算法的研究

张岩, 李婧

2020, 56(2):  231-241.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2019.124

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为了获得大范围的能见度空间分布信息, 提出一种把MODIS卫星气溶胶光学厚度陆面产品转化为地面能见度分布的反演算法。该算法以 CALIPSO卫星的气溶胶标高为更新观测值, 以GEOS-Chem模拟的气溶胶标高场为背景场, 通过最优插值的资料同化方法, 将两者整合成误差更小的气溶胶标高分析场, 然后通过气溶胶标高分析场, 把MODIS卫星气溶胶光学厚度转化为地面能见度。与中国地区地面气象多年观测资料的对比结果表明, 反演能见度与观测能见度之间, 点对点的月相关系数可达0.5以上, 两者多年的逐月变化趋势与地域分布形势较为一致。

烟筒山隐晶质石墨的矿物学特征及其成因指示意义

程思雨, 传秀云, 杨扬, 林超, 陈思雨

2020, 56(2):  242-252.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2019.126

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采用光学显微镜、场发射扫描电子显微镜、X射线衍射和激光拉曼光谱等方法, 研究吉林省烟筒山隐晶质石墨的矿物学特征及其对矿床成因的指示意义。矿石样品中石墨微晶的直径L_a=59~175 nm, 堆叠高度L_c=32~93 nm; 石墨化程度值在0.573~1.000之间, (002)层面间距在 0.3352~0.3370 nm范围内变化, D₁峰与G峰的强度比值分布在0.07~0.28之间, 据此计算得到变质温度范围为526~622℃, 平均561℃, 表明其变质程度可达普通角闪石角岩相。矿石光薄片中不同位置石墨的石墨化程度变化较大, 含Fe矿物附近石墨化程度更高, 指示石墨的结晶过程中受到含Fe化合物的催化作用。

致密砂岩储层敏感性评价及影响因素分析——以鄂尔多斯盆地盐池地区长8储层为例

柴光胜, 师永民, 杜书恒, 魏云, 张志强, 郭春安, 孙彤

2020, 56(2):  253-261.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2019.121

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以鄂尔多斯盆地盐池地区长8储层为例, 利用薄片鉴定、X射线衍射、高压压汞和岩芯流体驱替实验等手段, 对储层的敏感性开展定量评价, 并深入剖析其影响因素。结果表明, 鄂尔多斯盆地盐池地区长8致密砂岩储层的敏感性主要表现为中等偏强水敏、弱?中等偏弱酸敏、弱?中等偏弱碱敏和弱盐敏特征。储层的敏感性特征受黏土矿物成分、岩石矿物学特征、孔隙结构和物性影响, 其中黏土矿物的含量和组成是主要影响因素, 实际开发过程中应予以高度重视。研究结论可为致密砂岩油藏开发中后期提高采收率提供重要的科学依据。

基于测井曲线无量纲交会法的致密砂岩储层“甜点”识别及预测

郭春安, 关平, 师永民, 杜书恒

2020, 56(2):  262-270.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2020.002

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基于自然伽马和声波时差曲线对致密砂岩储层具有良好测井响应的原理, 采用经验试错法、基于储层非均质性的归一化法和声波孔隙度法3种方式, 将鄂尔多斯盆地某油田区块的自然伽马和声波时差曲线变换成新曲线, 提出测井曲线无量纲交会法, 构建得到非均质性评价指标(HEI)和孔?渗综合评价指标(PPI)两个“甜点”指数, 对致密砂岩储层进行定量评价。探索综合运用无量纲交会法和“甜点”指数判别法来识别致密砂岩储层“甜点”的新方法, 对研究区储层进行分类评价及“甜点”预测。研究结果与矿场实测数据吻合度较高, 可为致密砂岩储层“甜点”预测提供较重要的理论和实践依据。

含甲烷水合物松散沉积物超声波性质的实验研究

杨志强, 何涛, 朱贺, 蓝坤, 卢海龙

2020, 56(2):  271-282.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2019.119

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实验模拟海域含天然气水合物松散沉积物, 并测量其声学性质变化规律, 以期为天然气水合物地震勘探和资源评价提供科学依据。采用一套改进的水合物超声波速度测量装置, 根据反应釜内部气体压力的变化, 连续监测实验过程中甲烷水合物饱和度的变化, 获得被水完全饱和的松散沉积物中甲烷水合物饱和度与声波速度的关系。模拟南海神狐海域SH-7钻孔的HY-3样品, 进行多个轮次的甲烷水合物形成?分解实验, 实测纵、横波的速度均落在水合物非胶结曲线与胶结曲线之间, 表明甲烷水合物在沉积物孔隙中同时存在胶结和非胶结多种赋存形式, 在分解和合成过程中均以呈悬浮状或作为支撑颗粒的水合物优先, 但少量起胶结作用的水合物始终存在, 并对沉积物声学性质有明显的提升作用。

山西断陷带的地震分布及地壳地震波速度结构

王雨, 李自红, 宁杰远

2020, 56(2):  283-290.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2020.001

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为了研究山西断陷带的地震活动性及其物理背景, 利用国家地震科学数据共享中心以及山西省地震局提供的地震震相数据, 通过 tomoDD方法对1990—2008年和2012—2016年期间的地震进行重定位, 并反演山西断陷带附近的地震波速度结构。地震集中于山西断陷带内, 基本上位于已知断层附近, 主要分布在太原盆地的东北?西南两侧。震源深度范围为0~30 km, 北部区域震源深度小, 震源深度超过20 km的地震主要分布在忻定盆地以南地区, 太原盆地两侧的地震集中区形成两个延伸深度最大的南北走向的垂直地震密集条带, 推测受太原盆地两侧两个近南北走向的活动的深大断裂控制。太原盆地两侧近南北走向的两个活动深大断裂如果贯通, 有可能发生7级以上强震。同时, 研究结果显示山西断陷带地壳的地震波速结构变化剧烈, 该断陷带下方的地壳普遍表现为低速, 但其中太原盆地下方地壳的波速略高, 其东北侧和西南侧断陷盆地下方的地壳则表现为更低的波速; 与此相反, 其西北侧和东南侧紧邻太原盆地的两个小区域下方的地壳则表现为明显的高速, 大同西部区域下方的地壳也表现为明显的高速。这些波速特征都与地表构造以及地表热流值有很好的对应关系, 太原盆地东北侧和西南侧都可能有热物质上涌, 并且可能侵入西部的鄂尔多斯地块内部; 相反地, 热物质可能没有侵入太原盆地西北侧、太原盆地以及太原盆地东南侧下方的地壳中, 说明太原盆地的拉张裂开可能并不是受热物质上涌控制, 而是受青藏高原的推挤力控制。

红河断裂以西大理‒永平地区上地壳各向异性分层特征

江家翔

2020, 56(2):  291-306.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2020.004

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对中国地震科学台阵探测项目一期于2011—2013年布设在红河断裂以西大理永平地区的5个流动台站进行横波分裂研究, 分别得到18, 14, 7, 9 和5个横波分裂参数测量结果, 并使用更精确的实际横波路径, 通过过量归一化方法进行改正, 研究该区域各向异性分层特征。结果显示, 研究区上地壳10 km深度之上存在各向异性强度大小相间的3层各向异性层, 其中第2层各向异性强度最小, 厚度为2~2.4 km; 第1层各向异性强度稍强, 厚度为4.1~5.0 km; 第3层各向异性强度最强。各向异性分层特征与前人在该区域的大地电磁测深结果吻合。结合滇西地区地壳中的低速异常、低电阻率和低Q值现象, 认为第3层的强各向异性是地幔物质上涌造成裂隙发育以及热流上传所致。

基于分级诊疗的就医可达性研究——以潍坊市中心城区为例

聂艺菲, 冯长春

2020, 56(2):  307-314.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2020.008

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基于GIS技术, 利用改进的两步移动搜索法, 研究潍坊市中心城区的就医可达性。考虑分级诊疗对居民就医可达性的影响, 以社区为基本单元, 分析中心城区的医疗资源分布特征。结果表明, 潍坊市中心城区就医可达性呈多中心分布, 中部社区、东北部社区和东部部分社区可达性水平较高, 中心城区边缘社区可达性水平较低; 在不同转诊率水平下, 分级诊疗均能提升社区居民的就医可达性水平; 由于二、三级医院分布集中于中部和东北部, 分级诊疗也会加剧各社区之间就医可达性的差异, 且难以兼顾服务的公平性。根据研究结果, 建议优化医疗设施布局, 将医疗资源向中心城区边缘地区引导, 着重在社区中心位置布局基层医疗设施, 提升居民就医的便利程度。

黄淮海地区县域粮食生产空间分异格局及其影响因素探测

刘玉, 任艳敏, 潘瑜春

2020, 56(2):  315-323.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2019.130

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基于累积分布函数和空间自相关分析方法, 系统地分析2015年黄淮海地区县域粮食产量的空间集聚特征, 并借助地理探测器分析18个因子对黄淮海地区及不同类型县域粮食产量的影响及其交互作用, 提炼出主导因素, 得到如下结果。黄淮海地区县域粮食产量呈现“低值集聚、高值离散”的特征, 并在空间上呈现显著的同质集聚性。其中, 显著高值集聚区主要分布在豫东南、皖北和苏北地区, 显著低值集聚区主要分布在京津冀地区和山东临海县域。综合考虑空间约束和粮食产量分布差异, 将黄淮海地区分为粮食高产区、中高产区、中低产区和低产区4个类型区。18个因子对黄淮海地区县域粮食产量的影响不一, 主要表现为双因子增强型和非线性增强型。其中, 高产区的主导因素为第一产业增加值、化肥施用量(折纯)和农业机械总动力, 属于社会经济及要素投入作用型; 中高产区的主导因素为耕地面积、区域人口、第一产业增加值和农业机械总动力, 表现为综合作用型; 中低产区的主导因素为耕地面积和化肥施用量(折纯), 表现为地理环境及要素投入作用型; 低产区的主导因素为植被指数、耕地面积、第一产业增加值、化肥施用量(折纯)和农业机械总动力, 表现为综合作用型。针对不同区域的研究结果, 提出不同的粮食增产增收策略建议。

近30年京津冀地区湖泊面积的变化

张恒, 陶胜利, 唐志尧, 方精云

2020, 56(2):  324-330.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2019.123

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利用遥感、气候和社会经济统计数据, 探究1987—2017年间京津冀地区湖泊面积的变化及其与自然和社会因素的关系。结果表明, 该地区湖泊面积过去30年间整体上呈减少趋势, 每年减少约2%, 这是自然和人为因素双重影响的结果。可分为3个阶段: 前10年(1987—1996年), 湖泊面积增加约4.8×10² km² (约占76%), 由自然因素主导(R²=0.849, p=0.001); 1997—2009年的13年间, 湖泊面积呈减少趋势(减少约 4.7×10² km², 占43%), 主要由人为因素主导(R²=0.536, p=0.013); 最近8年(2010—2017年)中, 湖泊面积呈增加趋势(增加约2.3×10² km², 占36%), 也主要由人为因素导致。虽然最近8年来该地区湖泊面积减少的趋势得到扭转, 但地表水资源供需矛盾仍然严峻。

基于SASMBR的城镇污水PN/ANAMMOX研究

李建启, 余道道, 吕育锋, 刘思彤

2020, 56(2):  331-340.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2020.010

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基于目前短程硝化–厌氧氨氧化(partial nitritation and anammox, PN/A)工艺处理城镇污水中反应器运行不稳定和氮去除负荷低的问题, 本文设计一种新型复合生物反应器: 序批式–折流板–分置膜生物反应器(sequencing batch-baffled-separate membrane bioreactor, SASMBR)。将该反应器应用于PN/A工艺处理城镇污水, 探究反应器的性能, 并对SASMBR运行PN/A工艺的运行成本进行分析。结果表明, 采用SASMBR 反应器运行PN/A工艺处理城镇污水, 能够实现高效稳定的脱氮效果, TN去除率达到80%~85%, 氮素去除负荷(nitrogen removal rate, NRR)达到0.20~0.22 kgN/(m^-3·d^-1), 出水TN浓度维持在8 mg/L以下。16S rRNA基因测序分析发现, 短程硝化SASMBR反应器内设置的折流板能够富集氨氧化细菌(ammonia oxidation bacteria, AOB), 确保短程硝化SASMBR反应器的良好性能; 厌氧氨氧化SASMBR内固定在折流板两侧的无纺布可以有效地持留厌氧氨氧化菌(ammonium oxidizing bacteria, AnAOB), 同时, 厌氧氨氧化SASMBR内丰度升高的AOB可以为AnAOB 提供生长的厌氧环境和 NO₂^--N 基质, 使厌氧氨氧化SASMBR反应器能够快速启动和高效稳定运行。SASMBR的运行成本为0.037 元/m³, 比传统城镇污水处理厂的运行成本大幅度降低。

喀斯特断陷盆地土地利用对生态系统生产力的影响

史晨璐, 吴秀芹

2020, 56(2):  341-351.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2019.079

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为了客观地评估断陷盆地土地利用对生态环境的影响, 从生态系统服务变化反映更深层次的人地之间复杂关系, 本文基于断陷盆地多时间序列土地利用数据和陆地植被净生产力(NPP), 阐明断陷盆地NPP时空变化趋势, 揭示多年间土地利用变化的地类层次变化特征; 运用生命周期评估方法, 定量地分析土地占用和土地转化对石漠化地区陆地植被净生产力的影响, 探讨石漠化治理的生态效益。结果表明: 1) 2000—2015 年间, 断陷盆地大部分区域NPP变化不显著, 少部分区域变化显著, 以上升趋势为主; 2) 在6种地类中, 林地变化平稳, 建设用地增加趋势活跃且强烈, 草地减少趋势活跃且强烈; 3) 林地占用潜在植被生产力与现有NPP之间的差值由西向东逐渐增加, 与林地占用面积减少的空间分布一致, 林地分布影响林地植被净生产力水平; 4) 研究区北部植被自然生长情况较好, 东部地区六盘水市、普安县和陆良县石漠化区域林地植被存在一定程度的天然退化, 林地生态恢复工程效果不明显; 5) 研究区80%的土地转化类型使得NPP增益, 其中使NPP明显提升、有效而普遍的方式是草林转换和退耕还林; 林地转为建设用地则对NPP的损害最大。

环境规制和路径依赖对水污染密集型行业分布的影响—— 基于长江流域的实证分析

田欣, 陈帅, 徐晋涛

2020, 56(2):  352-364.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2019.131

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基于中国规模以上工业企业数据库和相关社会经济信息, 通过赫芬达尔-赫希曼指数和区位熵分析路径依赖效应, 使用面板固定效应模型, 实证考察环境规制和路径依赖对长江流域水污染密集型行业分布的影响。在实证模型中采用两阶段最小二乘法解决环境规制指标的内生性, 提高了研究结论的可靠性。研究结果表明, 长江流域排放COD的水污染密集型行业集中度较低, 分布较为分散, 并且该行业在“十一五”规划期间集中度逐年大幅下降。“十五”规划期间, 排放COD的水污染密集型行业存在显著的路径依赖效应, 环境规制对其分布没有显著影响; “十一五”规划期间, 该行业分布不再有显著的产业集聚优势, 环境规制显著地降低该行业的产值及增长率。对于排放非COD的水污染密集型行业和非水污染密集型行业, 环境规制没有显著影响。从企业所有制类型来看, 集体企业、私营企业和外商投资企业在“十一五”规划期间均受到显著的影响, 国有企业和港澳台企业则未受到显著影响。总体上, 随着路径依赖和环境规制对水污染密集型行业分布的影响此消彼长, 环境规制对水污染密集型行业分布的影响越来越大, 继续完善环境规制政策有助于长江流域的可持续发展。

生计资本视角下土地整治绩效满意度研究——以四川省冉义镇为例

陈甜倩, 冯喆, 崔永亮, 赵华甫

2020, 56(2):  365-372.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2020.007

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为评估土地整治绩效满意度, 选取四川省邛崃市冉义镇为研究区, 通过问卷调查和访谈获取数据。依据职业, 将农户划分为纯农业、以农为主兼业、以非农为主兼业及非农业4种生计类型, 从人力资本、自然资本、物质资本、金融资本和社会资本5个方面构建生计资本测算表, 对土地整治区不同生计类型的农户生计资本现状进行评价。基于测算结果, 考察土地整治对农户满意度的影响, 并采用Probit模型分析满意度的影响因素。结果表明: 1) 农户生计资本略失衡, 社会资本和物质资本值较高, 金融资本与人力资本值较低; 2) 农户对土地整治工程的满意度总体上较高, 自然资本、物质资本、社会资本和收入来源变化等因素对满意度产生积极影响, 教育程度、金融资本和生计活动开支对非农类型农户的满意度产生消极影响。

“森林转型”研究进展与展望

卢龙辉, 许月卿, 黄安, 黄玲, 刘超, 王惠

2020, 56(2):  373-384.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2020.003

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通过分析有关“森林转型”的文献, 归纳总结“森林转型”的概念与内涵、理论发展、分析框架、研究方法以及影响因素, 提出“森林转型”未来的研究重点, 为森林保护政策和可持续发展提供科学依据。主要结论如下: 1) “森林转型”指森林面积由减少至增多的趋势性逆转, 是社会-经济-环境系统相互适应的结果, 是土地利用的综合反映, 主要核心问题是趋势逆转的驱动因素与内在机理; 2) “森林转型”具有特殊性、偶发性和并发性, 具有非线性动态、明显转折和多维的特征; 3) “森林转型”具有多种路径(经济发展路径、森林稀缺路径、全球化路径、国家森林政策路径和农户土地利用集约化路径), 目前主要通过林地利用的相对地租、土地质量调整和社会生态反馈来解释“森林转型”发生机制; 4) 需要在更加综合的整体分析框架下, 集成多源数据与方法, 按照“概念-过程-机制-效应-应用”的思路研究“森林转型”, 注重系统性的尺度综合与异质性, 扩展案例研究范围, 加深跨学科研究, 并加强政策应用的实践。