Ⅰ 城鎮用地擴展測度與驅動力研究
眾所周知，城鎮化能夠促進社會經濟發展，提高生活質量。目前超過50%的全球人口居住在城市，到2050年該比重將增加至67.20%（United Nations，2012）。隨著全球城鎮化的快速發展，城鎮用地空間也呈現迅猛擴展的態勢。近年來，城鎮用地擴展已經成為全球變化的重要方面，它改變了土地利用結構（Weber et al.，2003；Jiang et al.，2013），影響地表微氣候（Carlson et al.，2000），造成地區水體污染（Du et al.，2010），引發區域碳匯失衡（Hutyra，Yoon，2011），對自然生態系統產生大量負面影響（Lin et al.，2013；Linard et al.，2013）。自20世紀60年代以來，城鎮空間擴展逐漸成為國內外城市研究領域的熱點。在研究對象上，以單一城鎮的空間擴展研究為主（Xiao et al.，2006；Yue et al.，2013），並逐漸呈現出向區域尺度甚至全球尺度發展的趨勢（Kuang et al.，2014；Inostroza et al.，2013）。在研究內容上，主要集中在形態特徵（朱寧，2006；劉雅軒等，2009；Wang，Liu，2011）、擴展模式（劉盛和 et al.，2000；Kuang et al.，2014）、驅動機制（Hu et al.，2007；Shu et al.，2014；李春林等，2014）、動態模擬與預測（何春陽等，2003；He et al.，2008）、效應與調控（Carlson，Arthur，2000；Millward，2006）這5個方面。
在形態特徵方面，著重從城鎮空間擴展過程、城鎮土地利用結構變化和城鎮增長邊界等視角定量識別擴展形態（閆梅，黃金川，2013）；擴展模式方面，通過城鎮在時間序列的變化研究城鎮用地在空間上的演替規律，處於定性化探討階段，定量化識別的研究不足（張榮天，張小林，2012）；驅動機制方面，往往採用定性方法與定量方法相結合的手段，對自然和社會經濟這兩大類因素進行分析和探討；城鎮空間擴展模擬研究一般選取合適的模型進行分析，最常用的是元胞自動機（CA）模型、多智能體（MAS）模型、Logistic回歸方程、人工神經網路、分形理論、CLUE-S模型、支持向量機等模型也得到了較多的應用，近年來還出現多模型協同整合的研究（Batty，2011）；城鎮空間擴展的效應研究集中在城鎮擴展對生態環境的影響，包括生態環境綜合質量研究（Liu，Wang，2011；Lin et al.，2013）和水體、碳匯等單一因素的研究（Lucy et al.，2011）。
針對城鎮用地擴展的測度主要是按照空間分析的一般方法來展開。王會東等（2008）利用1988年、1996年和2001年的遙感影像對大慶市建設用地和城區擴展進行了研究，發現城鎮用地面積增加了近2 倍，擴展方向主要以301 國道為基準呈西北東南方向延伸（王會東等，2008）。李志江等（2011）通過擴展強度、分形維數、擴展方向等指標分析了徐州市城市擴展的時空特徵，並從自然、經濟、社會等方面探討城市擴展的驅動力（李志江等，2011）。遲文峰等（2012）以地學統計方法定量研究了城鎮擴展的強度和緊湊度，同時以評價指標與社會經濟統計數據相結合方式，分析鄂爾多斯市城鎮擴展的驅動力。
城鎮用地擴展是城鎮化在地域空間上的一種體現（陳本清，徐涵秋，2005）。中國正處於城鎮化快速發展時期，2012年中國國內生產總值（GDP）已達到51.90萬億元，成為全球僅次於美國的第二大經濟實體，中國城鎮化水平也達到了52.57%，達到了發展中國家中等以上水平（姚士謀等，2012）。根據《新型城鎮化發展規劃（2014—2020年）》，到2020年中國常住人口城鎮化率將達到60%。在快速城鎮化的進程中，城鎮人口迅速增長，城鎮對土地的需求急劇增加，城鎮用地持續向農村腹地蔓延（王家庭，張俊韜，2011），大規模的城鎮用地開發已經成為人類活動改造自然環境的主要方式之一（陳述彭，1999）。城鎮用地擴展被認為是土地有償使用以後為獲得高的土地收益而實現的土地利用的局部空間轉移過程，在空間上主要反映在城鎮邊緣區（馬金衛，2012）。城鎮用地良性擴展對於提高城鎮化水平具有顯著的推動作用。
城鎮用地擴展是土地利用變化的一個重要特徵。城鎮用地擴展導致大量耕地被佔用，促使區域土地利用結構發生變化；並進一步改變當地生產結構，推動農業向第二產業和第三產業轉變，削弱了城鄉二元結構的影響，帶動了經濟的發展，推動了城鎮化進程（徐進勇等，2006）。資源型城鎮用地擴展對於資源型城鎮轉型意義重大。資源型城鎮以重工業為主導產業，城鎮化水平遠遠落後於工業化水平；在資源型城鎮面臨資源枯竭的危機之前，只有確保經濟增長與城鎮化處於協調發展的狀態，才能實現資源型城鎮的可持續發展（何邕健等，2009）。
目前針對城鎮用地擴展的理論、過程、狀態及驅動的研究相對比較成熟，但是大量的研究基本上是圍繞城鎮用地擴展本身而進行的。在資源型城鎮用地擴展研究方面，需要進一步了解資源型城鎮空間格局、發展過程及驅動機制，並且還應將城鎮用地的擴展過程與資源型經濟發展階段、資源型經濟的特徵緊密結合起來，研究資源型城鎮的發展機理與城鎮用地擴展模式，為資源型城鎮轉型與可持續發展提供理論依據與實踐支撐。
Ⅱ 土地利用/土地覆被變化研究進展
曹銀貴1，2 王靜1 程燁1，2 郝銀3 許寧1，2
（1.中國土地勘測規劃院土地利用重點實驗室，北京，100035；2.中國地質大學土地科學技術系，北京，100083；3.湖北省荊州市土地整理中心）
摘要：綜合敘述土地利用/覆被變化研究20 多年來的研究進展，總結了在土地利用數量變化研究、驅動力研究、土地利用變化模擬研究方面取得的豐碩成果。一方面是驅動力因子的多樣性；另一方面是土地利用變化模擬方法的交叉性，從數量模擬研究轉向空間模擬研究，從單方法模擬研究轉向多種方法結合的模擬研究，從生物物理驅動力的建模方式轉向生物物理驅動力與社會經濟驅動力相結合的建模方式，未來研究則要加強精度的要求，使其研究成果能真正引導土地利用規劃。
關鍵詞：土地利用/土地覆被變化；驅動力；土地利用變化模擬
土地利用/覆被變化（LUCC）研究於1995年啟動。10餘年間，LUCC 研究始終是全球變化研究的熱點之一，並取得了豐碩的研究成果［1］。除了體現在 LUCC 監測技術、驅動力、生態環境效應和建模研究等不同方面外，LUCC 研究在理論上也取得了非常大的突破。土地利用/覆被變化研究之所以能夠取得重大突破，一方面是因為土地利用/覆被變化是引起其他全球變化問題的主要原因，因而在全球環境變化與可持續發展研究中佔有重要地位；另一方面是因為地球系統科學、全球環境變化以及可持續發展涉及到自然和人文多方面的問題，而在全球環境變化問題中，土地利用/覆被變化可以說是自然和人文過程交叉最為密切的問題［2］。LUCC 的研究起初是從全球變化研究入手，發展到現在，開始重視典型區的研究；從簡單的數量研究發展到空間變化上的研究；從簡單的土地利用轉換的研究發展到生態足跡、能流與物流的轉換研究。總的來看，LUCC 的研究是越來越微觀，在此簡要回顧一下 LUCC 研究的進展。
土地覆被是指存在於地表的植被（自然的或者是種植的）以及人工建築，例如水體、冰面、裸露的岩石、沙地都可以認為是具體的一種土地覆被形式［3］，土地利用則定義為同時包括改變土地生物物理屬性的利用方式和產生這種利用方式的目的［5］。土地利用的形式是多種多樣的，耕地、林地、園地等都是土地利用的類型。從土地覆被與土地利用二者的含義來看：土地覆被主要是指自然的地表形態，而土地利用重在突出人類的社會經濟活動對土地資源的作用，體現出了土地的使用狀況或土地的社會、經濟屬性；因此土地利用和土地覆被構成了土地的兩種屬性［2］。通常情況下，土地覆被的變化會影響土地利用決策，土地利用變化則會導致土地覆被變化，再影響到土地利用決策，從而產生新一輪的土地利用變化［4，5］。由於當代的土地覆被變化主要是人類對土地利用影響造成的，所以認識土地利用變化，是了解土地覆被變化的首要條件。
自20世紀90年代以來，全球環境變化研究領域逐漸加強了對土地利用/覆被變化的研究。「國際地圈與生物圈計劃」（IGBP）和「全球環境變化人文計劃」（IHDP）於1995年共同發起了「土地利用/覆被變化」（LUCC）研究計劃，並於1996年提出了5個關於土地利用/覆被問題及3個焦點［6］。5個框架問題是：①過去的300年中人類的活動是如何改變土地覆蓋的？②在不同的歷史階段、不同地理單元，土地利用變化的主要人為因素是什麼？③在今後50～100年中土地利用變化將如何影響土地覆蓋？④直接的人文和生物物理過程是如何影響特定土地利用類型的承載力的？⑤氣候和全球生物地球化學作用怎樣影響土地利用和土地覆蓋？反之又如何？3個焦點是：①土地利用動態變化——典型對比分析研究；②土地覆被動態變化——直接觀察和診斷模型；③區域的與全球的模式——綜合評價的框架。總的來看，土地利用變化研究主要是理解土地利用變化的原因和結果，同時模擬土地轉換的時空類型［7］。
1 土地利用數量變化研究
區域土地利用變化包括土地利用類型的面積變化、空間變化和質量變化［8］。面積變化首先反映在不同類型的總量變化上，通過分析土地利用類型的總量變化，可了解土地利用變化總的態勢和土地利用結構的變化［9］。目前土地利用的數量變化指標有：土地利用變化的幅度、土地利用變化的速度和土地變化的區域差異。通過各地類之間的轉化，得出土地利用的轉化矩陣。
2 驅動力研究
有關 LUCC 驅動力的研究是探索 LUCC 驅動機制的核心問題［10］。Riebsame 認為土地利用變化的預測研究是很艱難的，因為它需要了解土地利用變化的根本性的驅動力［11］，而土地利用預測模擬研究的先決條件是要確認最重要的驅動力［12］。縱觀國際上土地利用/覆被變化的驅動機制研究，目前主要是通過大量的案例與比較，探討土地利用/覆被變化的動力學機制［13］。Fu Congbin 認為土地利用/覆被變化的驅動力是：氣候變化和人類活動［14］，由此可見驅動力研究指標的選取一方面與自然狀況有關；另一方面與人類活動有關。因此驅動力通常分為生物物理（bio-physical）和社會經濟（socio-economic）兩大類。生物物理驅動力包括自然環境的特徵和過程，例如氣候變化、地形、火山爆發、植物演替、土壤類型和過程、自然資源的有效性等［15］；而社會經濟驅動力則包括人口變化、貧富狀況、技術進步、經濟增長、政治經濟結構以及價值觀念等［6，16，17］。有的時候驅動力與被觀察的土地利用變化在空間或時間上相差甚遠，經常涉及宏觀經濟政策的轉變和政策的變化，這些都是很難預測的［18］。由於不同區域土地利用的驅動機制存在一定的差異，因此驅動力方面的研究都是以單一的區域為研究對象。A.Veldkamp 認為土地利用變化的驅動力因子隨著比例尺的不同而發生變化：在農田比例尺的情況下，主要是由社會性的和易近性的驅動因子在起作用；在景觀研究尺度內，主要考慮的是地形和農業氣候條件；在區域和國家尺度下，氣候、人口和宏觀經濟政策將共同作用［12］。
2.1 生物物理驅動力
對於區域性的土地利用/覆被變化研究而言，生物物理方面的驅動力對土地變化的影響在一個比較短的時間段內是比較小的，通常也是不顯著的。石瑞香的研究表明，自然（氣候）因素並未構成樣帶上近年來土地利用（尤其是耕地）變化的主要驅動力［19］，但是並不是沒有影響的。鄒亞榮在中國農牧交錯區土地利用變化的研究中表明，青藏高原的上升是晚新生代北半球氣候變化的重要驅動力，引起了我國北方氣候的乾旱，對我國農牧交錯區的形成，特別是對東部草地變化產生了影響［20］。葉寶瑩在嫩江中上游地區的土地利用變化研究中選取了高程、坡度作為土地利用變化驅動力的指標，結果表明二者與土地利用變化的線性關系明顯［21］。地貌類型也會影響土地利用的變化，草地受地貌條件的影響與控制較耕地小［22］；城市的邊緣區的土地利用會受到地形的影響，北京城鄉過渡區的土地利用變化的發展趨向，在地域上深受西北部山地的阻力作用，可能會形成不對稱發展［23］。袁俊在湖北省土地利用變化的研究表明，湖北省土地利用年變化率較低，主要是由特殊的地形限制的［24］。趙庚星認為50年前黃河三角洲地區的土地利用變化主要是受氣候因素、風暴潮和黃河改道等自然因素驅動［25］。
2.2 社會經濟驅動力
土地利用是社會的一面鏡子［26］，土地利用變化能夠很好地反映社會經濟發展的歷程。土地資源條件雖是土地利用結構形成的決定性因素（基礎因素），但是對於人類活動而言，這種變化是緩慢的，Elena G.Irwin 認為人類活動是引起土地利用變化的一個主要成分［7］，因此分析社會經濟因素對土地利用變化的作用擺在首要的位置［27］。陳百明認為在社會經濟驅動力方面，土地利用變化與人口增長之間有明顯的聯系，但同時這一變化與技術進步、富裕程度、經濟狀況，以至文化、宗教、軍事等之間也能找到一定的相關關系［28］。並且大部分的案例研究都突出了政策對土地利用變化的重要作用，例如京都草案這一國際性的環境政策將對未來的土地利用變化產生深遠的影響［29］。龍花樓研究表明幾年或幾十年的土地利用變化主要是由人類的社會經濟活動影響所導致［30］。袁俊認為城鎮人口的迅速增長、第二產業的發展、對土地產品的需求變化和交通條件及政府政策等社會經濟驅動力導致了湖北省的土地利用變化［24］。周青在農地利用變化驅動機制的理論分析的基礎上，構建了農地利用變化強度的指標體系，在指標體系中特別引入了鄰近城市的輻射和耕地保護政策對土地利用變化的影響［31］。陳百明為深入分析和認識耕地佔用與 GDP增長的關系，運用了 Decoupling （脫鉤）理論，開展我國耕地佔用與 GDP 增長的脫鉤研究，揭示了我國各類區域耕地佔用與 GDP增長的相互關系的典型模式［32］。王秀蘭認為隨著人口數量的變化，供人類生活、生存所需的耕地資源數量在不斷地變化，因而，耕地的生態環境背景質量發生著相應的變化［33］。對於城市土地利用而言，交通條件對土地利用類型的轉變起到了內因作用，轉化為城鎮用地的土地利用類型與距交通干線的距離有一定關系［13］。
3 土地利用變化驅動力模擬
土地利用系統的復雜性需要多學科的分析［34］。A.Veldkamp 認為土地利用模型應該代表土地利用系統部分的復雜性；能夠檢驗社會和生態系統結合的穩定性［12］。土地利用變化模擬是為了明確土地利用變化的原因，定量地證明多個因素對某一個因素的關系和影響，不同的模擬方法已經在土地利用變化中得到廣泛應用。起初，土地利用變化模擬的研究重在生物物理因子方面的模擬研究，例如海拔、坡度、土壤類型等。後來根據研究的需要，土地利用變化社會經濟驅動力方面的數據整合到模型中［35］。但是社會經濟指標缺少空間上的簡化數據，這樣將很難將社會和自然數據結合起來。A.Veldkamp 認為生物物理過程的空間單元和行為組織者決策的空間單元是不一樣的［12］。
在土地利用變化模擬研究的開始階段，基本上都是從數量上進行研究，後來由於遙感技術、空間地理信息系統技術的發展，從空間上實現了土地利用變化的模擬。同時研究的方法也有很大的提升，從單一方法的模擬研究發展到多種方法的結合。
3.1 土地利用變化的數量模擬
土地利用變化的數量模擬是從數量的角度來分析模擬土地利用變化的過程。彭文甫首先利用因子分析的方法，確定了影響土地利用變化的相關因子，然後採用多元線性回歸分析的方法，預測了土地利用的變化［36］。王波利用多元相關分析的方法對經濟管理體制對土地利用變化進行了模擬，用具體的產值代替了無法量化的經濟管理體制［37］。張海龍利用馬爾柯夫模型，確定了渭河盆地各土地利用類型之間相互轉化的初始轉移概率矩陣，從數量上預測了該研究區土地利用變化［38］。雖然馬爾柯夫模型在土地利用變化數量研究上表現出較好的應用性，但是由於這種預測是以末期和基期的時間間隔為預測單位，所以只能預測時間間隔整數倍的特定時期的情況，其靈活性和適用性受到限制［39］。由於灰色預報模型克服了統計回歸分析方法需要大樣本序列的弊端，吳素霞利用該方法預測了石家莊地區未來15年內耕地面積的變化趨勢［40］。吳普特採用 BP 神經網路的方法對耕地減少進行了預測，將影響耕地變化的各驅動因子作為神經網路的輸入層神經元，將耕地面積作為輸出層神經元，經過反復的訓練模擬，表明採用 BP 神經網路的方法在預測耕地資源減少量時精度較高，可靠性較好［41］。另外還有利用元胞自動機的方法研究土地利用變化，重在空間上的變化模擬。
3.2 土地利用變化的空間模擬
土地利用變化的空間模擬主要是從土地利用/覆被在時間序列上的變化過程進行模擬預測，另外還包括從主要的驅動力入手進行空間上的模擬預測。土地利用變化的空間模擬主要是在一些空間變數間建立關系函數，並模擬預測土地利用變化［42］。眾多學者在高度集聚尺度下進行土地利用變化的空間簡化模型研究，例如單個的景觀元胞。同時利用遙感影像獲得空間研究數據，使與土地利用變化相關的基本地理單元和環境過程概念化［7］。Kasper Kok提出了土地利用轉換及效應（CLUE）模型框架，這是一個合理的少見的空間簡化土地利用模型，該模型用來分析復合比例尺條件下的土地利用變化問題［43］。擺萬奇利用Logistic逐步回歸模型，從空間上確定了主要的驅動因素及其定量關系［10］。葉寶瑩在GIS的支持下，利用空間相關分析篩選出影響土地利用變化的主要因子，並利用空間多元線性回歸函數求得研究區土地利用程度變化模型［21］，目前應用較多的是將多種研究方法綜合起來運用。Bryan C.Pijanowski 將 GIS 和神經網路結合起來研究土地利用轉換模型（LTM），從空間上來模擬土地利用變化的復雜過程，這一模型把社會經濟、政策和環境等變數作為輸入，並建立起了土地利用變化與公路、高速公路、居民點道路、河流、湖岸線之間的空間函數關系［42］。現階段土地利用變化的模擬主要是針對單一的土地利用類型的變化模擬，例如國際上許多學者利用元胞自動機（Cellular Automata）開展城市增長的模擬研究［44，45，46］。有研究者利用神經網路的元胞自動機來模擬復雜的土地利用，整個模型的結構十分簡單，用戶不用自己定義轉換規則及參數，該模型是在ARC/INFO GRID環境下利用AML宏語言寫成［47］。侯西勇運用馬爾柯夫的元胞自動機模型模擬研究區2010年土地利用的數量和空間分布，結果比較可信［48］。
4 土地利用模型的精度分析
土地利用模型的精度分析又叫模型的不確定性評價，反映數據輸入及模型本身存在的不確定性和產生的結果［49］。模型的不確定性包含輸入數據的不確定性和模型結構的不確定，遙感數據的獲取會存在不確定性，例如在其糾正時採用的地面控制點的誤差是不可能消除的，糾正過的遙感數據或圖像產品也始終不能與地面實況完全一致，不同程度上存在著殘余誤差［50］。同時在影像解譯的過程中也會出現適當的誤差而產生不確定性。另外在數據轉換的過程中，比如矢量到柵格的轉換，就會產生新的不確定性。由於模型的結構是基於數學方法，用簡化的數學模型來模擬復雜的行為，這也是一種非常重要的不確定性。為了減小不確定性，應該避開矢量—柵格數據的轉換過程，同時使用高解析度的土地利用數據，在模擬分析的過程中，分類型單獨預測模擬，然後再綜合分析［48］。
為了增強土地利用變化科學的研究，必須從三個方面入手。首先是數據方面的准確性，其次是方法的先進性；再次是理論的新穎性，這三個方面是相互聯系的。在土地利用變化研究的過程中，要重點突出決策層思想，在空間上體現人類活動對土地利用變化的影響。要更好地發展土地利用變化的經濟模型，這需要比較成熟的空間經濟理論作為支撐，這樣才能解釋移民、僱用增長、政府行為的時空類型，這些都會影響到土地利用變化。利用相關模型分析土地利用的環境影響評價、政府決策和政策形成。同時在土地利用變化研究的過程中，應該注重多種方法的結合，選擇精度最優的方法來提高研究成果的可信度與參考性。
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Ⅲ 構建地質高科技成果轉化驅動利益機制
地質高科技成果轉化實質是一個交易過程，表現出明顯的經濟學特徵。在這個交易過程中，科技成果在各個參與個體之間實現交換，由於技術供給者和需求者都期望在這個過程中受益，因而導致交易或合作的發生，增加社會福利。研究表明，成果轉化水平與經濟發展水平息息相關，在那些商品率較高、市場比較活躍的地區，地質科技成果轉移的效果較好。
地質科技成果及其利益貫穿著地質科技成果轉化過程的始終，地質科技成果源源不斷地產生，並且被不斷轉化吸收，同時不斷為參與轉化過程的各個主體帶來利益，是地質高科技-礦業系統得以不斷循環上升式發展的前提。因此，要協調各個不同主體之間的利益分配關系。
（一）處理好研究與開發的分配關系
缺乏中試環節、成熟度低是造成地質高科技成果轉化率低的重要原因之一。而缺少中試環節，有風險因素、投入因素，也有利益分配因素。如何處理研究與開發的利益分配問題，迄今尚無統一的方式。西方發達國家的研究所，一般採取經濟核算制，用合同方式予以規定。目前，我國採用的也是合同制，成果轉讓的利益分配通過科研合同的方式規定下來。但這種一次性決定階段成果轉讓費方法，由於難以准確預測收益，風險較大，弊端較多。也可採用一次定價方式，也可按收益比例解決利益分配問題。後一種方式優點在於可使研究者、開發者共同承擔風險，有利於技術開發合作，但可能會使糾紛相應增加，需要有仲裁機構協調。
（二）處理好開發者與生產者之間的利益分配
目前，我國地質高科技成果轉化過程中，開發單位與生產單位的利益糾紛較多，其原因復雜，形式多樣。生產單位認為，科研單位開發的成果不成熟，導致生產失敗；而科研單位認為，是生產單位應用不當導致失敗。開發機構由於技術不成熟，不能達到應用後應有的效益而使生產單位蒙受損失。開發機構由於缺乏經驗或故意高估所提供技術的先進性、可靠性和成熟程度，使生產單位輕信上當，或長期不能投產，或產品質次價高根本達不到合同約定的指標，從而引起糾紛。
開發與生產單位由於雙方知識不足或難以預見的因素，也會帶來一些問題與糾紛，如技術開發的風險承擔問題、技術成果所有權問題、技術轉讓費高低問題。解決這些問題的前提是：技術商品化。技術是一種特殊商品，它具有使用價值和價值，是能帶來更多利益、達到增利目的的。技術商品買賣雙方的爭議，實質上是在尋求一個雙方都可以接受的利益分配比例，這個比例，即技術商品的價格是由其使用價值，即它所創造的經濟效益所決定。因此，地質高科技成果從研發機構向生產單位的轉移，一些小項目收益率較易確定，可以採用一次性收取轉讓費的方法；而一些大型項目的收益率難以確定，可以採用利潤提成，或產值提成、銷售提成方式收取轉讓費。
（三）處理好參加地質高科技成果開發的各個機構之間的利益關系
產、學、研聯合是加速地質高科技成果轉化的有效途徑。然而，聯合開發的利益最難分配。為了形成一種良性循環的利益驅動機制，使參加技術開發的各方從關心自己利益出發，也會爭相把人力、物力和財力投入共同的開發試驗。組建科、產、用一體化的股份制企業是最佳選擇。科技研究與開發機構以其地質高科技成果評價入股，生產企業以其生產設備、廠房、資金和無形資產評價入股，科技人員和廣大幹部職工都可以投資入股，按股分紅，既可以解決利益糾紛，又可以分散風險，還可充分發揮研究與開發、生產、運用各自的優勢，自願結合，從而加速科技成果的轉化過程。
（四）加強科技成果轉化過程中的知識產權保護
一是要廣泛深入宣傳知識產權的相關法律，對科技人員加強培訓，提高自我保護意識。二是要採取實際措施加強管理工作與知識產權保護工作的聯系，互相溝通有關情況，互相配合，及時發現問題，向執法機構反映，共同維護科技人員的合法權益。三是根據《促進科技成果轉化法》的明確規定，對騙取獎勵和榮譽稱號、詐騙錢財、非法牟利者，對科技成果轉化過程中侵佔他人科技成果者，應視具體情節，給予相應制裁和懲罰，以維護科技成果轉化過程中科技成果權利人的合法權益。
Ⅳ 1.人的認知思維機制和行為驅動思維機制的區別。 2.為什麼人類社會最初形成的是禁止損他性行為規則
1,人的驅動行為的感性思維機制
A,自利心 其驅動人的行為的特徵是,當人從自身機體內部產生一種需要,或慾望,或沖動,或情感時,自利心要求人直接採取相應的行動對其加以滿足,而不考慮與之沖突的他人的需要,慾望,沖動,情感的滿足.
B,良知(良心) 是自然直接鐫刻於人的內心中的,以惻隱心,愛心,悔過心為主要表現的為他人利益著想的本能.它直接驅使人為實現他人利益而採取行動.
2,行為理性 這是一種經過預測,比較的思考之後,再決定選擇某種行為的思維過程和思維能力. 過程:慾望,沖動或要求---驅使某種行動之前---理性思考---運用己有的
知識預測將採取的行動的有利後果,和可能導致的不利後果---比較該行為可能帶來的利益和可能帶來的損害的重輕大小---根據趨利避害的原則決定是否採取該行為.
區別於理性認知機制(或稱認知理性)是人的運用回憶,比較,分析,綜合,歸納,演繹,辯證研究等方法對靠感官獲得的知覺,感覺,印象等知識作去粗取精,去偽存真的深入思考,從而得到對復雜事物的在其現象,表象掩蓋下的本質或本質性聯系的知識的能力.
Ⅳ 什麼叫利益驅動機制
利用人趨利避害的生理特性，使用個人利益引導或驅使他去從事不願或者不能主動從事的工作。在團隊管理中，給每個團隊成員不同的個人利益予以滿足，作為努力工作的動力。這樣，以利益取向為主導的管理體制就是利益驅動機制。
Ⅵ 板塊驅動力的應力場計算
自20世紀60年代板塊構造學誕生以來，板塊運動機制問題一直沒有得到圓滿的解釋，人們提出了多種模式，但這些模式基本是建立在定性描述的基礎上，很少定量計算各板塊的受力情況。本文利用計算得到的地幔對流在岩石層底部產生的應力場，除了定性分析各板塊的受力狀況外，還採用定量計算的方法，計算了各板塊的受力大小與方向，並利用這些結果對板塊運動的驅動機制問題進行如下探討。
3.5.4.1 方法理論與計算公式
根據重力位理論，全球重力位可以用球諧函數據的展開來表示（陳旭等，1995）。此時，可以推得相應的自由空氣重力異常為
湖南地區地球動力學數值模擬及成礦作用特徵研究
又有
湖南地區地球動力學數值模擬及成礦作用特徵研究
式中：ψ為地心緯度；ϕ為地理緯度；K為引力常數；M為地球質量；
湖南地區地球動力學數值模擬及成礦作用特徵研究
計算中採用的常數為1980年大地測量參考系的值：
a=6378137m，ω=7292115×1011rad·s-1
KM=3.986005×10-14m3s-2，ƒ=0.00335281068118，e2=0.00669438002290
3.5.4.2 應力場計算公式
對於板塊驅動力問題，現在國際地學界佔主導地位的看法是，必有某種形式的地幔對流驅使板塊運動。在地幔對流模式中，大致有兩種形式的地幔對流，一種是主張地幔對流僅在上地幔中進行或是上下地幔各成對流系統。但「縱橫比矛盾」始終未獲解決；另一種認為上、下地幔的黏滯系數相差不大，均為1021Pa·s左右，主張全地幔對流。後者獲得了相當廣泛的支持。本文在應力場計算中採用了全地幔對流模式。
湖南地區地球動力學數值模擬及成礦作用特徵研究
式中：u為流體的速度矢量；δp為擾動壓力；θ為擾動溫度；a為體膨脹系數；ν為運動學黏性系數；T為徑向溫度梯度時由熱導方程確定的溫度分布；t 為時間；r 為矢徑；g（r）是徑向重力場。在忽略橫向溫度梯度存在這一假設前提下，從公式中可以推出對流極型分量存在，而環型分量恆為零。
湖南地區地球動力學數值模擬及成礦作用特徵研究
其中ω=Δ×u，p為常數。
將（3-9）式和T=β0 -β2r2+β1/r代入（8）式，β0，β1，β2 為常數，對於穩定流可以推出如下方程（陳心才，1991）
湖南地區地球動力學數值模擬及成礦作用特徵研究
式中
湖南地區地球動力學數值模擬及成礦作用特徵研究
方程（3-17）的解為
湖南地區地球動力學數值模擬及成礦作用特徵研究
式中
湖南地區地球動力學數值模擬及成礦作用特徵研究
為在計算中提高計算精度，
湖南地區地球動力學數值模擬及成礦作用特徵研究
湖南地區地球動力學數值模擬及成礦作用特徵研究
所以
湖南地區地球動力學數值模擬及成礦作用特徵研究
Bj為由邊界條件決定的特定系數。
本文採用了以下邊界條件進行計算
Wl（r）｜ r=1，η=0 ，上、下邊界流體無滑動；
Θ（r）｜ r=1，η=0 ，上、下邊界處溫度一定；
湖南地區地球動力學數值模擬及成礦作用特徵研究
利用上述邊界條件求Bj（j=1，2，Λ，6），從而可求得
湖南地區地球動力學數值模擬及成礦作用特徵研究
再由連續介質力學中的應力計算公式：
湖南地區地球動力學數值模擬及成礦作用特徵研究
就可算得岩石層底部由地幔對流產生的應力場。
3.5.4.3 板塊底部的受力計算
由於定性分析的局限性，應力場與板塊運動的關系顯得較為模糊，為了更好地了解板塊的受力情況，定量計算各板塊由地幔對流作用受到的合力是必要的。
對於微元ds，其受到的牽引力為：
湖南地區地球動力學數值模擬及成礦作用特徵研究
式中dFE和dFN分別為微元ds受到的東向作用力和北向作用力。所以
湖南地區地球動力學數值模擬及成礦作用特徵研究
由於計算過程中Δθij和Δϕij為常數，（3-27）式可寫成
湖南地區地球動力學數值模擬及成礦作用特徵研究
同理
湖南地區地球動力學數值模擬及成礦作用特徵研究
板塊底面積為
湖南地區地球動力學數值模擬及成礦作用特徵研究
因此，板塊底部單位面積受到的牽引力為
湖南地區地球動力學數值模擬及成礦作用特徵研究
式中：
根據（3-31）式計算出各板塊單位面積平均受力，其結果示於表3-7。
表3-7 各板塊單位面積的平均受力
在板塊構造學中，一般認為漂浮在塑性軟流層之上的剛性岩石層——板塊的運動是由於洋底地殼擴張造成的，洋底地殼擴張是由於地幔對流不斷將較老的洋殼向兩側排開的結果，新洋殼不斷產生，原來大洋中古老的洋殼被迫沿著海溝向大陸底部俯沖，重新進入地幔，並由於溫度逐漸上升而溶化、消亡。因此，洋殼始終處於不斷產生與消亡的過程中，它永遠年輕。海溝與洋中脊相反，是地幔的下降部位。顯然，這種以洋中脊為對流上升中心的地幔對流，被認為是推動板塊運動的驅動力。然而，以洋中脊為對流上升中心的模式，卻難以解釋一些現有的地球物理現象。例如，根據板塊構造學理論，印度次大陸在南極洲附近裂開後，向北漂移與歐亞大陸碰撞，而南極洲大致保留在原來的位置。在古大陸裂開後形成的印度洋中，洋中脊距印度洋次大陸與南極洲的距離大致相等。這表明，當印度次大陸漂離南極洲時，洋中脊也在向北「漂移」，這就必須假設位於地幔中的地幔物質對流上升中心與洋中脊始終保持同步向北漂移。顯然這是難以接受的，必須尋找更為合理的模式來解釋。
一般說來，低階重力異常、應力場與深部大范圍的異常源有關，主要反應規模較大的地幔對流，是板塊運動驅動力的主要來源。高階重力異常、應力場與淺部小范圍的異常源，常常局限於板塊的內部，在一定程度上決定著板塊內部的構造格局，而與板塊運動的關系較小。
在洋中脊附近並不一定存在地幔對流上涌中心，板塊底部往往存在多個地幔對流體的上升或下降中心。Woodhouse（1984）和Dziewonski（1984）利用面波和體波資料反演的全球地幔速度結構圖中，僅在上地幔上部低速異常區與洋中脊有較好的對應關系，而在上地幔下部和整個下地幔，低速異常區與人們以前推測的地幔對流上升區（例如，洋中脊附近地區）並無明顯的相關性。相反這些較深的低速異常區常與應力場圖中應力發散區（地幔對流上升區）相對應。這說明板塊運動往往是由其底部多個地幔對流體共同作用的結果。在洋中脊附近，由於板塊在應力全力作用下不斷向兩側漂離，地幔物質不斷上涌，並熔化附近的岩石層，使之變薄形成現代的洋中脊。由於熱地幔物質不斷上涌，往往在較淺部、小范圍內形成地幔對流，但這種小范圍的地幔對流並非板塊運動的主要驅動力。
由於板塊底部受多個地幔對流體的作用，相鄰板塊單位面積受到的作用力可能不同，因而兩側板塊的漂移速度也會不相等。可能出現一側漂移速度大於另一側或一側靜止另一側漂離，或相互會聚而發生碰撞等現象。兩側板塊漂離時，地幔物質便沿著裂開的空間上涌，並在兩側板塊邊緣凝固，漂離著的板塊在上涌物質凝固後最薄弱的中心處裂開，於是新的地幔物質又沿著裂開的空間上涌，新的洋殼便不斷地生成。這樣，無論洋中脊兩側板塊的漂離速度如何，兩側板塊的增生物質的寬度卻近似相等。顯然，在這種情況下，若兩側板塊漂離速度不同，洋中脊就會向漂離速度大的一方「漂移」。若是新形成的海洋（即無海底板塊的消亡），洋中脊就會位於新形成的海洋的中央。這便容易解釋為什麼當印度洋板塊漂離南極洲、南極洲大陸保留在原地附近時，洋中脊沒有停留在原地附近，而是大致位於分隔兩大陸的海洋的中央。
板塊運動速度的大小與方向，並非單純由其底部的地幔對流的作用力所決定。板塊間的相互作用（如印度洋板塊與歐亞板塊的碰撞）以及板塊的慣性等都會影響現代板塊的運動，就好似水上漂浮的冰塊，冰塊的形狀和運動相當復雜，兩者的運動往往並不絕對吻合。上述的計算結果和分析也可看出，板塊的受力與板塊的運動並不完全一致，但它們之間的相關性是比較明顯的。
綜合上述的分析計算可以得出，重力負異常中心區與地幔對流上升區相對應，正重力異常中心是地幔對流的下降部位。環太平洋帶及板塊的俯沖帶為重力正異常帶，是應力場中的應力會聚區、地幔對流下降區。板塊底部受到的作用力主要由低階應力場決定。板塊底部存在有多個地幔對流體，它們對板塊的共同作用是板塊運動的主要源動力。
Ⅶ 什麼叫做參數化、變數化設計
參數化設計（Parametric）設計（也叫尺寸驅動Dimension-Driven）是CAD技術在實際應用中提出的課題，它不僅可使CAD系統具有互動式繪圖功能，還具有自動繪圖的功能。目前它是CAD技術應用領域內的一個重要的、且待進一步研究的課題。利用參數化設計手段開發的專用產品設計系統，可使設計人員從大量繁重而瑣碎的繪圖工作中解脫出來，可以大大提高設計速度，並減少信息的存儲量。
由於上述應用背景，國內外對參數化設計做了大量的研究，目前參數化技術大致可分為如下三種方法：（1）基於幾何約束的數學方法；（2）基於幾何原理的人工智慧方法；（3）基於特徵模型的造型方法。其中數學方法又分為初等方法（Primary Approach）和代數方法（Algebraic Approach）。初等方法利用預先設定的演算法，求解一些特定的幾何約束。這種方法簡單、易於實現，但僅適用於只有水平和垂直方向約束的場合；代數法則將幾何約束轉換成代數方程，形成一個非線性方程組。該方程組求解較困難，因此實際應用受到限制；人工智慧方法是利用專家系統，對圖形中的幾何關系和約束進行理解，運用幾何原理推導出新的約束，這種方法的速度較慢，交互性不好；特徵造型方法是三維實體造型技術的發展，目前正在探討之中。
參數化設計有一種驅動機制棗參數驅動，參數驅動機制是基於對圖形數據的操作。通過參數驅動機制，可以對圖形的幾何數據進行參數化修改，但是，在修改的同時，還要滿足圖形的約束條件，需要約束間關聯性的驅動手段棗約束聯動，約束聯動是通過約束間的關系實現的驅動方法。對一個圖形，可能的約束十分復雜，而且數量很大。而實際由用戶控制的，即能夠獨立變化的參數一般只有幾個，稱之為主參數或主約束；其他約束可由圖形結構特徵確定或與主約束有確定關系，稱它們為次約束。對主約束是不能簡化的，對次約束的簡化可以有圖形特徵聯動和相關參數聯動兩種方式。
所謂圖形特徵聯動就是保證在圖形拓補關系不變的情況下，對次約束的驅動，亦即保證連續、相切、垂直、平行等關系不變。反映到參數驅動過程就是要根據各種幾何相關性准則去判識與被動點有上述拓補關系的實體及其幾何數據，在保證原關系不變的前提下，求出新的幾何數據。稱這些幾何數據為從動點。這樣，從動點的約束就與驅動參數有了聯系。依*這一聯系，從動點得到了驅動點的驅動，驅動機制則擴大了其作用范圍。
所謂相關參數聯動就是建立次約束與主約束在數值上和邏輯上的關系。在參數驅動過程中，始終要保持這種關系不變。相關參數的聯動方法使某些不能用拓補關系判斷的從動點與驅動點建立了聯系。使用這種方式時，常引入驅動樹，以建立主動點、從動點等之間的約束關系的樹形表示，便於直觀地判斷圖形的驅動與約束情況。
由於參數驅動是基於對圖形數據的操作，因此繪制一張圖的過程，就是在建立一個參數模型。繪圖系統將圖形映射到圖形資料庫中，設置出圖形實體的數據結構，參數驅動時將這些結構中填寫出不同內容，以生成所需要的圖形。
參數驅動可以被看作是沿驅動樹操作資料庫內容，不同的驅動樹，決定了參數驅動不同的操作。由於驅動樹是根據參數模型的圖形特徵和相關參數構成的，所以繪制參數模型時，有意識地利用圖形特徵，並根據實際需要標注相關參數，就能在參數驅動時，把握對資料庫的操作，以控制圖形的變化。繪圖者不僅可以定義圖形結構，還能控制參數化過程，就象用計算機語言編程一樣，定義數據、控製程序流程。這種建立圖形模型，定義圖形結構，控製程序流程的手段稱作圖形編程。
在圖形參數化中，圖形編程是建立在參數驅動機制、約束聯動和驅動樹基礎上的。利用參數驅動機制對圖形數據進行操作，由約束聯動和驅動樹控制驅動機制的運行。這與以往的參數化方法不同，它不把圖形轉化成其他表達形式，如方程，符號等；也不問繪圖過程，而是著重去理解圖形本身，把圖形看作是一個模型，一個參數化的依據，作為與繪圖者「交流」信息的媒介。繪圖者通過圖形把自己的意圖「告訴」參數化程序，參數化程序返回繪圖者所需要的圖形。它關心的是圖形，也就是圖形資料庫的內容，邊理解，邊操作，因此運行起來簡潔、明了；實現起來也較方便。
參數驅動是一種新的參數化方法，其基本特徵是直接對資料庫進行操作。因此它具有很好的交互性，用戶可以利用繪圖系統全部的交互功能修改圖形及其屬性，進而控制參數化的過程；與其他參數化方法相比較，參數驅動方法具有簡單、方便、易開發和使用的特點，能夠在現有的繪圖系統基礎上進行二次開發。而且適用面廣，對三維問題也同樣適用。
變數化方法
長期以來，變數化方法只能在二維上實現，三維變數化技術由於技術較復雜，進展緩慢，一直困擾著CAD廠商和用戶。
全國首屆CAD應用工程博覽會上，一種新興技術引起了與會者的廣泛關注。這一被業界稱為21世紀CAD領域具有革命性突破的新技術就是VGX。它是變數化方法的代表。
VGX的全稱為variational Geometry Extended，即超變數化幾何，它是由SDRC公司獨家推出的一種CAD軟體的核心技術。我們在進行機械設計和工藝設計時，總是希望零部件能夠讓我們隨心所欲地構建，可以隨意拆卸，能夠讓我們在平面的顯示器上，構造出三維立體的設計作品，而且希望保留每一個中間結果，以備反復設計和優化設計時使用。VGX實現的就是這樣一種思想。VGX技術擴展了變數化產品結構，允許用戶對一個完整的三維數字產品從幾何造型、設計過程、特徵，到設計約束，都可以進行實時直接操作。對於設計人員而言，採用VGX，就象拿捏一個真實的零部件面團一樣，可以隨意塑造其形狀，而且，隨著設計的深化，VGX可以保留每一個中間設計過程的產品信息。美國一家著名的專業咨詢評估公司D.H.Brown這樣評價VGX：「自從10年前第一次運用參數化基於特徵的實體建模技術之後，VGX可能是最引人注目的一次革命。」。VGX為用戶提出了一種交互操作模型的三維環境，設計人員在零部件上定義關系時，不再關心二維設計信息如何變成三維，從而簡化了設計建模的過程。採用VGX的長處在於，原有的參數化基於特徵的實體模型,在可編輯性及易編輯性方面得到極大的改善和提高。當用戶准備作預期的模型修改時，不必深入理解和查詢設計過程。與傳統二維變數化技術相比，VGX的技術突破主要表現在以下兩個方面。
第一、VGX提供了前所未有的三維變數化控制技術。這一技術可望成為解決長期懸而未決的尺寸標注問題的首選技術。因為傳統面向設計的實體建模軟體，無論是變數化的、參數化的，還是基於特徵的或尺寸驅動的，其尺寸標注方式通常並不是根據實際加工需要而設，往往是根據軟體的規則來確定。顯然，這在用戶主宰技術的時代勢必不能令用戶滿意。採用VGX的三維變數化控制技術，在不必重新生成幾何模型的前提下，能夠任意改變三維尺寸標注方式，這也為尋求面向製造的設計(DFM)解決方案提供了一條有效的途徑。
第二、VGX將兩種最佳的造型技術棗直接幾何描述和歷史樹描述結合起來，從而提供了更為易學易用的特性。設計人員可以針對零件上的任意特徵直接進行圖形化的編輯、修改，這就使得用戶對其三維產品的設計更為直觀和實時。用戶在一個主模型中，就可以實現動態地捕捉設計、分析和製造的意圖。
在SDRC公司1997年6月20日宣布的新版軟體I-DEAS Master Series 5中，已經用到了這一技術。而且，這一產品自在美國宣布之日起，已經在北美、歐洲和亞太等地區，引起了不小的沖擊波。福特汽車公司已經決定把I-DEAS Master Series 5軟體應用到開發完整產品的數字樣車的各個方面，認為這一包含諸多新技術的產品是實現該公司「Ford 2000」目標的關鍵。在同年7月北京展覽館的全國首屆CAD應用工程博覽會上，I-DEAS Master Series 5再度掀起熱浪，其VGX技術已經初露鋒芒。
Ⅷ 湖泊水體時空演化規律和水質有關系嗎
湖泊水體時空演化規律和水質有關系。
例如
利用ERDAS IMAGINE 9.2處理1957、1974、1989、1990、2001、2006、2011和2012年8個年代的航空和衛星影像,ArcMap 10處理劍湖演變矢量數據和柵格數據,Fragstats 3.3計算景觀指數值,Excel統計景觀指數值,採取圖、文、表相結合的方法,分析了1957~2012年劍湖水域面積和形狀的時空演變規律,同時從驅 動因素、驅動方向、驅動速度和驅動過程4個方面分析了劍湖水域演變的驅動機制。結果表明:(1)面積和形狀時空演變規律。在1957~2012年的55年 間,劍湖水域面積呈隨著時間變化而逐年減少的趨勢,其形狀呈隨著時間變化而日漸復雜的趨勢。(2)驅動機制。驅動因素對劍湖萎縮的作用按其作用大小從大到 小的排序,在1983年以前是疏浚河道→泥沙淤積→湖灘開發→湖水污染,在1983年以後是泥沙淤積→湖灘開發→湖水污染;劍湖入湖河流入湖口和出湖河流 出湖口周圍是劍湖萎縮的主要驅動方向,而帶著大量泥沙入湖的金龍河入湖口周圍是劍湖萎縮的最主要驅動方向。
Ⅸ java的xml的解析方式有什麼，他們的解析流程是怎麼樣的，有什麼區別
答：4種。（或者說是兩種，因為JDOM和DOM4J是DOM的兩個特殊情況）
1.SAX解析
解析方式是事件驅動機制！
SAX解析器，逐行讀取XML文件解析，每當解析到一個標簽的開始/結束/內容/屬性時，觸發事件。
可以在這些事件發生時，編寫程序進行相應的處理。
優點：
分析能夠立即開始，而不是等待所有的數據被處理。
逐行載入，節省內存，有助於解析大於系統內存的文檔。
有時不必解析整個文檔，它可以在某個條件得到滿足時停止解析。
缺點：
1.單向解析，無法定位文檔層次，無法同時訪問同一個文檔的不同部分數據（因為逐行解析，當解析第n行時，第n-1行）已經被釋放了，無法再對其進行操作）。
2. 無法得知事件發生時元素的層次, 只能自己維護節點的父/子關系。
3. 只讀解析方式, 無法修改XML文檔的內容。
2. DOM解析
是用與平台和語言無關的方式表示XML文檔的官方W3C標准，分析該結構通常需要載入整個 文檔和內存中建立文檔樹模型。程序員可以通過操作文檔樹, 來完成數據的獲取 修改 刪除等。
優點:
文檔在內存中載入, 允許對數據和結構做出更改。訪問是雙向的，可以在任何時候在樹中雙向解析數據。
缺點:
文檔全部載入在內存中 , 消耗資源大。
3. JDOM解析
目的是成為Java特定文檔模型，它簡化與XML的交互並且比使用DOM實現更快。由於是第一 個Java特定模型，JDOM一直得到大力推廣和促進。
JDOM文檔聲明其目的是「使用20%（或更少）的精力解決80%（或更多）Java/XML問題」 （根據學習曲線假定為20%）
優點:
使用具體類而不是介面，簡化了DOM的API。
大量使用了Java集合類，方便了Java開發人員。
缺點:
沒有較好的靈活性。
性能不是那麼優異。
4. DOM4J解析
它是JDOM的一種智能分支。它合並了許多超出基本XML文檔表示的功能，包括集成的XPath 支持、XML Schema支持以及用於大文檔或流化文檔的基於事件的處理。它還提供了構建文檔表示的選項， DOM4J是一個非常優秀的Java XML API，具有性能優異、功能強大和極端易用使用的特點，同時它也是一 個開放源代碼的軟體。如今你可以看到越來越多的Java軟體都在使用DOM4J來讀寫XML。
目前許多開源項目中大量採用DOM4J , 例如:Hibernate。
Ⅹ 熱帶驅動說
米蘭科維奇理論-1.引言
古氣候變化一般被劃分成3個時間尺度:構造尺度、軌道尺度和亞軌道尺度,並且每個時間尺度變化各有不同的驅動機制。相比而言,軌道尺度氣候變化機制的研究最為深入,這是因為軌道尺度氣候變化具有明確的驅動力,即太陽系各星體作用於地球的引力場的周期性攝動,及由此引起的地球軌道參數的周期性變化和到達地球大氣圈頂部太陽輻射能量配置的周期性改變。相對氣候系統而言,此作用為「外強迫」( external forcing) ,並可在數學上得到較為精確的計算結果。
米蘭科維奇理論即是從全球尺度上研究日射量與地球氣候之間關系的天文理論。該理論認為,北半球高緯夏季太陽輻射變化（地球軌道偏心率、黃赤交角及歲差等三要素變化引起的夏季日射量變化）是驅動第四紀冰期旋迴的主因。這個理論的核心是單一敏感區的觸發驅動機制,即北半球高緯氣候變化信號被放大、傳輸進而影響全球。
米蘭科維奇理論-2.作為一種研究範式的米氏理論
米氏理論的起點是天文因素變化導致的地球軌道三要素(偏心率、地軸傾斜度、歲差)的周期性變化。地球軌道變化進一步引起地球大氣圈頂部太陽輻射緯度配置和季節配置的周期性變化,從而驅動氣候波動。但必須指出,如果將一年內大氣圈頂部接受的太陽輻射沿不同緯度及不同季節加和的話,則不管軌道要素如何變化,其總量總是基本不變的,而變化的只是其緯度分配和季節分配。這就面臨一個核心問題:地球軌道怎樣的配置才有利冰期氣候的出現? 對此,米蘭科維奇的回答是,當地軸傾斜度減小,北半球夏季地球處在遠日點時有利於冰期氣候的出現。可以看出,這樣的軌道要素配置將導致北半球高緯區夏季太陽輻射量的減小。因此,米氏理論可以概括為: 65°N附近夏季太陽輻射變化是驅動第四紀冰期旋迴的主因。米氏理論是20世紀40年代提出的。那麼,從歷史的角度考察,這個理論又是基於當時什麼樣的觀察事實呢? 根據Imbrie和Imbrie的總結,當時的觀察事實主要有4 條: 1)冰期旋迴過程中,北半球高緯度大陸冰蓋的變動幅度遠大於南極冰蓋;2)大陸冰蓋是沿中心向四周擴張的; 3)南北兩半球冰蓋變化有同時性; 4 ) 全新世開始時間不超過15000aB1P. (盡管當時還沒有絕對定年技術) 。這些觀察事實顛覆了米蘭科維奇之前Croll的冰期旋迴天文理論。Croll強調了歲差的重要性,認為當北半球冬季地球處於遠日點時,北半球出現冰期氣候,而南半球出現間冰期氣候。在兩半球氣候變化基本同時的觀察事實面前, Croll的理論被米氏理論所超越。米氏同時通過與柯本和魏格納的討論,獲得這樣的認識:大陸冰蓋是否擴張,不取決於冬季積雪量,而取決於夏季的融雪量。因此,米氏理論有3個關鍵詞,分別為北半球、高緯度、夏季。米氏理論的核心是強調了一個敏感區,即北半球高緯區。此區夏季太陽輻射量的減小將觸發冰期氣候。因此, 可視其為單因素觸發模型( single forcing trigger model) 。敏感區內氣候變冷後,由於冰雪的高反照率,其信號被進一步放大、傳輸,進而影響其他地區。米蘭科維奇本人在軌道參數變化、太陽輻射能量變化計算的基礎上,著重強調了觸發機制和冰蓋的信號放大機制,但他並沒有說明北半球高緯度信號通過什麼機制被傳輸(p ropagation)到其他地區以至實現全球耦合的。這方面工作從20世紀80年代以來,由其他科學家完成。其中最引人矚目的是強調大氣CO2濃度變化和溫鹽環流變化對北半球高緯信號的傳輸作用和兩半球氣候變化的耦合作用。因此,在某種程度上可以這樣說,完整的米氏理論是古氣候學家集體勞動的成果。
總的看來,著重於解決第四紀冰期旋迴動力機制的米氏理論由觸發機制、放大機制、傳輸機制和全球耦合機制這4個部分組成。長期以來,古氣候學家在解釋古氣候記錄時,也往往從這個框架出發。因此,米氏理論事實上為古氣候學家提供了一種研究範式。
米蘭科維奇理論-3.氣候變化軌道驅動的若乾重要證據
米氏理論之所以能逐漸被接受,主要歸功於可用來研究古氣候變化的地質資料的獲得,其中包括深海岩芯、珊瑚礁、花粉、樹木年輪、冰芯等。20世紀60年代,在巴貝多島、夏威夷和新幾內亞進行的珊瑚礁研究表明,在距今約8萬年、10. 5萬年和12. 5萬年時期,冰原尺寸縮小,海平面上升到較高水平,且存在一個2. 0～2. 5萬年的周期,這與米蘭科維奇計算的冰川曲線結果一致。另外,Emilinani從深海岩芯得到的主要反映冰原尺寸變化的氧同位素記錄也提供了此類信息。CL IMAP計劃,結合幾種定年技術,採用功率譜分析等數學方法進行的研究表明,至少地球氣候變化的某些周期類型與地球軌道變化有關。1978年, Pi2sias從深海岩芯中測量了碳酸鈣、硅、浮游動植物殘骸在巴拿馬盆地的累積率。硅的累積率反映近地表特殊類別的生物群落的大小,其值隨著氣候變化而增加或減小。碳化率則反映了底層水對累積的碳酸鹽的溶解能力。Pisias通過功率譜分析,從整個氣候記錄中抽取最強的周期特徵,發現碳酸鹽和硅的累積率分別表現出一個2. 3萬年和10萬年周期,與歲差周期和軌道偏心率周期接近。另外,這些周期也出現在另一站點岩芯的氧同位素記錄中。應當指出的是, 在此類研究中, 最具可信度的要屬Hays等的研究,他們獲取了跨度為45萬年的深海岩芯記錄,發現了2. 3萬年、4. 2萬年和10萬年周期的氣候變化;並認為,在過去的35萬年裡,這些周期一
般來說都與適當的軌道周期步調一致。至此,越來越多的證據支持米氏理論,地球軌道變化影響氣候的觀點開始被接受。 最近,在10萬到百萬年時間尺度上的古氣候研究中,有若乾重要的發現。1999年, Petit等在《自然》雜志上發表了南極東方站過去42萬年大氣和氣候變化的歷史資料,涵蓋了最近的4個冰期—間冰期旋迴; EP ICA ( European Project for Ice Coring in Antarctica)更將氣溫距平資料擴展到涵蓋最近8個冰期—間冰期旋迴的74萬年。另外,格陵蘭、南極富士丘穹以及我國的古里雅冰芯記錄、海洋沉積、黃土和石筍記錄等也給出了寶貴的古氣候資料。其中, GISP2 (Greenland Ice Sheet Project Two)於1993年6月在格陵蘭中心的鑽探,得到了最深的北半球冰芯,跨時為10萬年。南極富士丘穹(Dome Fuji)站的最新資料跨時32萬年。中國國內也有很多類似的古氣候變化研究, 包括對孢粉、樹木年輪、敦德與古里雅冰芯、石筍以及黃土等地質資料的分析研究。 米蘭科維奇理論-4.主要問題與討論 氣候變化軌道驅動的發現,使古氣候研究進入了定量探索變化機理的新階段。然而經典版本的米蘭科維奇學說只考慮北半球高緯區的輻射量變化,與新發現的地質記錄和熱帶過程在現代氣候中所起的作用相矛盾。1)一些低緯地區並沒有明顯的10
萬年冰量周期,而是以2萬年歲差周期為主,表明北半球冰蓋的擴張、收縮變化並沒有完全控制低緯區的氣候變化; 2)在最近幾次冰消期時,南半球和低緯區的溫度增高,要早於北半球冰蓋的融化,表明冰消期的觸發機制並非是北半球高緯夏季太陽輻射;
3)大氣CO2濃度在第2冰消期的增加同南極升溫相一致,表明該時大氣CO2濃度增加亦有可能早於北半球冰蓋消融; 4)南半球的末次冰盛期有可能早於北半球。
當我們討論米氏理論正確性時,面臨的第1個問題是:北半球高緯夏季太陽輻射變化到底在冰期旋迴過程中起到了多大的作用? 如果我們承認晚第四紀氣候變化的10萬年周期主要源於北半球冰蓋變化,那麼,從10萬年周期所分布的范圍來看,北半球高緯夏季太陽輻射變化應起到了十分重要的作用,但不是全部作用,因為2萬年歲差周期在許多記錄中的存在,說明低緯地區(至少是部分地區)氣候旋迴受局地太陽輻射變化所驅動。因此,如米氏理論所主張的單一敏感區觸發驅動機制是不成立的。有的學者根據大氣CO2濃度變化有可能超前於冰量變化的現象,主張冰期旋迴由CO2濃度變化所驅動。CO2變化曲線目前只有來自南極冰芯,而北
極由於冰芯包含的大氣粉塵中碳酸鹽含量較高而難以得到可靠的CO2曲線,因此,限制了對軌道尺度大氣CO2濃度變化的完整理解。從南極已有的記錄來看,很難說CO2濃度變化同溫度變化是否存在統一的相位關系,這是因為CO2氣體在冰芯中有一封閉深度不甚確定的弱點。因此,只能大致認為全球大氣CO2濃度變化同南極氣溫變化基本同時。如果用太陽輻射變化驅動CO2濃度變化,進而驅動全球氣候變化這樣的機制來解釋晚第四紀冰期旋迴,那麼我們將不易解釋高緯和低緯主導周期不同的現象。因此,將CO2濃度變化視作放大機制而非觸發機制似乎更為合理。米氏理論面臨的第2個問題是氣候信號的放大機制。冰蓋擴張(包括海冰)和大氣溫室氣體濃度下降肯定是冰期氣候形成的最為重要的放大機制,此外,海平面下降引起的陸地暴露以及植被覆蓋面
積和植被類型的變化等陸面過程亦應扮演了重要角色。現在的問題是,我們尚無可靠的手段,來定量評價這些放大機制的相對重要性。氣候信號的放大過程亦是其傳輸過程,這就涉及到討論米氏理論需面對的第3個問題,即傳輸機制。過去,北大西洋深層流變化,被視為將北半球高緯信號傳輸到南半球高緯區最為重要的機制。但南半球在冰消期的增溫要早於冰量變化,因此,此傳輸機制至少在冰消期就不可能存在了。最近,有的學者測定了南大洋沉積的Nd同位素、氧同位素和碳同位素,並將它們分別視作不同源區的深層海水、全球冰量和大洋碳循環的替代性指標,結果發現在末次冰期開始階段,這三者的相位關系是:冰量變化最早,碳循環次之, NADW 變化最晚。在冰期開始階段,目前尚無南極氣溫降低早於北極冰蓋擴張的證據,因此,我們尚不能完全排除NADW 在傳輸北極冰蓋擴張信號上的作用。
至此,我們可以基本認定,米氏理論的單一觸發機制,已難以全面解釋全球晚第四紀氣候變化。這就意味著需研製新的理論框架,以解釋新的觀察事實,因此說,我們正面臨新的研究機遇。到目前為止,大部分學者承認第四紀冰期旋迴由天文因素引起的地球軌道變化所驅動,爭議之處在於太陽輻射總量基本不變的情況下,太陽輻射的緯度配置和季節配置變化通過什麼機制驅動如此大幅度的全球氣候變化。因為米氏理論的局限性,新的理論假說正在被提出。這里,介紹兩派重要的觀點。一派為「熱帶驅動說」。這類假說強調熱帶的作用,其基本理論框架如下:低緯太陽輻射變化驅動季風變化,季風變化控制地表岩石的風化強度,進而控制到達海洋的硅通量,硅通量控制了海洋硅藻的生產率,進而控制有機碳的沉積,然後通過影響大洋碳循環驅動全球氣候變化。這派假說與米氏理論不同,強度了低緯夏季太陽輻射的觸發驅動作用,但它還需要進一步解釋低緯度變化如何導致高緯冰蓋變化的
10萬年冰量周期。無論如何,這派假說促使人們更深入地思考熱帶季風和熱帶海洋的作用,如果在高低緯相互作用上能延伸一步,它將有可能成為一主導性理論。另一派假說主要為冰消期設計,它從冰消期時南極增溫和大氣CO2濃度增高超前於北極冰蓋融化這個觀察事實出發。其具體機制如下:冰盛期時,北半球夏季太陽輻射處於低值,而南半球夏季太陽輻射處於高值,南半球高緯夏季太陽輻射的提高促使南極冰蓋外緣及海冰融化,進而使「生物泵」的作用減弱,導致大氣CO2濃度開始增高; 與此同時,北極冰蓋已達到最大值,形成「海基」冰蓋,並處在對溫度變化極其敏感的狀態(一部分冰蓋已在平衡線之下) ,而大氣CO2濃度的增高可導致全球升溫,從而觸發北極冰蓋開始融化,北極冰蓋部分融化後,由於地殼反彈作用的滯後,冰蓋對溫度增加的敏感性進一步加強,而此時北半球夏季太陽輻射也開始增加,從而促使冰蓋進一步消融。這派假說考慮了南北兩半球高緯氣候的相互作用,但沒有考慮熱帶的重要性。盡管該假說只涉及到冰消期,但它暗含了一個邏輯推論,即冰期旋迴的不同階段有可能有不同的驅動機制。