DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 4. 结论 经典名方是中医临床治疗的主要手段，在中医药传承、发挥中医药特色上具有重要的意义。中医方剂强调“药有个性之专长、方有合群之妙用”，然后，由于经典名方其多成分与多靶点的特点，其研究存在着整体与局部脱节、宏观与微观分离、体内过程与活性评价不一致等问题，难以体现复方的有机配伍与遣药组方的内涵，成为中医学研究的热点和难点。 大柴胡汤为东汉张仲景所创，出自于《金匮要略》，临床疗效肯定，应用广泛，中医方解分析大柴胡汤中柴胡具有调畅气机、疏肝利胆之功效，配黄芩和解清热，以除少阳之邪；轻用大黄配积实以内泻阳明热结，行气消痞；芍药柔肝缓急止痛，与大黄相配可治腹中实痛，与枳实相伍可以理气和血，以除心下满痛；半夏和胃降逆，配伍大量生姜，以治呕逆不止；大枣与生姜相配，能和营卫而行津液，并调和脾胃。该方是和解少阳、内泄热结的经典名方，在肿瘤临床应用广泛，据文献记载，主要集中于黄疸型肝癌、肝癌栓塞后综合征和肝癌肝动脉栓塞灌注化疗术。本研究以中医理论为指导，借助整合药理学方法，从多成分、多靶标、多角度阐释该组方治疗肝癌的潜在分子机制，为其临床运用提供参考依据。 图2. 大柴胡汤治疗肝癌“核心成分–关键靶标–主要通路”多维网络关系图 4.1. 大柴胡汤治疗肝癌的靶点预测 大柴胡汤治疗肝癌主要与138个化学成分相关，其活性成分可针对多个靶点、多条通路发挥治疗肝癌的作用，其作用主要与能量代谢、氨基酸合成转运、蛋白质翻译、脂质代谢、胆汁分泌、神经系统、嘌呤代谢、核苷酸代谢等相关通路有关，这些靶点及通路与文献报道中的调控肝癌发生发展过程相匹配 [ 12 ] - [ 18 ]，涉及到肝癌发病机制的各个重要环节，且表明TCMIP在预测复方治疗疾病的潜在作用机制方面具有较高的正确性。综上所述，本研究基于TCMIP平台进行靶标预测分析，发现大柴胡汤减缓肝癌进程主要集中于胆汁分泌、能量代谢、脂质代谢等过程，调控循环系统、内分泌系统、神经系统等微环境，从而干预肝癌发生发展的进程，此研究结果可为大柴胡汤治疗肝癌相关研究提供一定参考。此外，预测结果提示大柴胡汤在乙型肝炎、非酒精性脂肪肝等疾病治疗中存在一定的应用价值，与临床应用相关联，为大柴胡汤的后续研究与应用提供了借鉴。 4.2. 大柴胡汤活性成分治疗肝癌的作用机制 结合TCMIP研究结果与国内外文献报道，我们对大柴胡汤中关键活性成分抗肝癌研究进行一一阐述。大柴胡汤中的君药柴胡，其主要药效活性成分为柴胡皂苷类化合物，其中，柴胡皂苷A、C、D能通过调控细胞膜上药物转运体的活性来调节药物在细胞中的浓度 [ 19 ]。柴胡皂苷D可通过调控肿瘤凋亡基因Bcl-2、Bax、TNF-α等多种途径从而发挥诱导肝癌细胞凋亡、抑制肝癌细胞恶性增殖和阻滞肿瘤细胞周期的作用 [ 20 ]。另有研究报道，柴胡皂苷D在高剂量时能够促进肿瘤细胞凋亡且直接导致细胞毒作用，而在低剂量时能够通过上调P38/MAPK，下调NF-κB呈剂量依赖性诱导肝癌细胞分化 [ 21 ]。此外，柴胡皂苷D能够通过Caspase-3通路及非Caspase-3通路诱导哺乳动物肝星状细胞HSC-T6和LX-2细胞凋亡；且促使HSC细胞中BAX和BAK由基质向线粒体移位，导致线粒体功能异常与膜电位破坏，使HSC周期停滞，发挥保肝作用 [ 22 ]。大柴胡汤中的臣药黄芩，其主要成分为黄酮类成分，其中黄芩苷、黄芩素、汉黄芩素的抗肝癌作用在国内外研究较为深入。黄芩苷通过抑制MEK/ERK信号通路，从而发挥抑制肿瘤细胞增殖且诱导细胞凋亡的作用 [ 23 ]，同时黄芩苷在内质网应激过程中通过激活ATF6信号通路诱发肝癌细胞凋亡 [ 24 ]。黄芩苷通过促进TIMP2表达、抑制细胞基质溶解相关基因蛋白MMP2表达、抑制黏附分子E-cadherin表达和促进integrinβ1表达，从而抑制肝癌细胞BEL-7402迁移运动，发挥阻滞肝癌细胞侵袭与转移的作用 [ 25 ]。汉黄芩素通过抑制肝癌细胞中MMP-9蛋白活性，从而削弱MHCC97L和PLC/PRF/5细胞侵袭转移能力 [ 26 ]。黄芩苷和汉黄芩素通过调控肝癌细胞中Bcl-2、Bax蛋白表达，同时增加细胞内Ca 2+ ，激发线粒体膜通透性转运孔开放，线粒体跨膜电位降低，最终促使肝癌细胞凋亡 [ 25 ] [ 27 ]。大柴胡汤中的臣药大黄，其主要成分为蒽醌类、黄酮类和鞣质类化合物，其中，大黄素通过调控MAPK和PI3K/AKT信号通路，从而抑制肝癌细胞增殖和诱导肝癌细胞凋亡，最终抑制小鼠体内肝癌生长 [ 28 ] [ 29 ]。除此之外，半夏中含有生物碱、有机酸、多糖、甾醇、氨基酸、挥发油及无机元素等多种化学成分。半夏酒精提取液和醋酸乙酯提取部位具有一定抗肝癌活性，酒精提取液可抑制肝癌细胞HepG2增殖，醋酸乙酯部位对促进肝癌细胞Bel-7402凋亡且呈剂量依赖性 [ 30 ] [ 31 ]。白芍中的芍药苷，枳实中的橙皮苷，大枣中的酸枣仁皂苷，以及生姜中的姜酚均可不同程度的促进肝癌细胞凋亡 [ 32 ] [ 33 ] [ 34 ] [ 35 ]。芍药苷通过提高ALB，TP水平，降低血清ALT、AST和ALP水平，发挥保肝作用；且通过mTOR依赖信号通路，抑制HSC异常增殖，维持HSC正常功能，缓解肝纤维化 [ 36 ]。这些化合物均被证实具有多靶点联合交互调控肝癌的发生发展，主要涉及抑制肝癌细胞恶性增殖、诱导肝癌细胞凋亡、抑制肝癌血管生成、抑制肝癌细胞侵袭转移、抑制肝癌细胞多药耐药、发挥增效减毒、保肝利胆等作用，这些研究结果均在TCMIP结果中被体现出来。除上述已有的研究报道外，运用TCMIP结果发现，大柴胡汤具备调控丙氨酸、谷氨酸和天冬氨酸等氨基酸代谢通路，以及能量代谢、线粒体电子传输、细胞色素c转运、ATP结合、胆汁酸分泌等过程的潜在作用机制，提示大柴胡汤可通过上述途径发挥减缓肝癌进程的作用，为今后的复方研究提供可探寻的科研思路。 综上所述，本研究首次运用整合药理学平台，以“大柴胡汤–中药材–化学成分–靶标–信号通路–疾病”为研究模式，将传统中医理论与现代医学研究有机结合，中医治法与疾病发病机制相结合，既贴合中药多成分、多靶标、多活性的特色，又不脱离中医理论，从抑制肝癌细胞增殖、诱导肝癌细胞凋亡、抑制肝癌血管生成、保肝利胆、抗肝纤维化等多维度阐述大柴胡汤各药有机配伍减缓肝癌进程的作用机制，诠释大柴胡汤转少阳之枢机，开阳明之气结，达疏肝利胆的经方理论，为大柴胡汤的质量控制和临床运用提供科学依据，丰富中医复方的研究思路。
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user: 摘 要 管理信息系统是一门旨在让学生了解、掌握信息系统原理及理论，并具备一定实践应用能力的综合性专业基础课程。然而，也因其理论部分涉及范围广，应用部分对学生能力要求高，管理信息系统课程在实际教学中并不能达到较好的效果。本文针对管理信息系统课程内容的特点和存在的问题，试将BOPPPS学习模式引入管理信息系统课堂，并以其中综合性较强，教学难度较大的章节“职业生涯中的业务信息系统”为例，进行BOPPS教学设计，以达到互动、高效、深度学习、广泛应用的教学效果。同时，也进一步讨论了将BOPPPS学习模式所提倡的互动式学习，以及课程模块化的理念推广到商学院其他课程的具体路径和注意事项。 关键词 :BOPPPS学习模式，课堂教学改革，管理信息系统，教学设计 Copyright © 2020 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 绪论 根据教育部下发的国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010~2020年)，如何改变人才培养观念、创新培养模式，探索建立启发式、参与式教学应是当下高等教育研究关注的重点，同时尝试应用信息技术来辅助传统课堂教学，以适应目前时代发展与社会需要。在这样的背景环境下，管理信息系统课程在高校中的课程教学设计亦应有所改变，使之真正达到互动、高效、深度学习、广泛应用的教学效果。 管理信息系统是一门由教育部制定的工商管理类、经济管理类专业基础课程 [ 1 ]。其教学目的是理解管理信息系统相关概念，掌握基础开发方法及理论，了解信息系统在企业中的实际应用，并形成综合运用信息技术和管理理论来解决现实问题的能力 [ 2 ] [ 3 ]。该课程集理论与实践，管理与技术于一体，具有很强的复合型特征。然而此特征，使得管理信息系统在实际教学中出现一些问题，一是该课程由于涉及范围广，包含管理面及计算机技术面内容，商管类学生学习效果不甚理想；二是由于管理信息系统包含技术类课程的系统开发实践内容，对学生的计算机素养要求较高，商管类学生学习积极性不高；三是管理信息系统相关理论众多，如果偏重管理理论的教学，往往会失去重点，流于基于教材的理论灌输，与动手实践、企业现实问题脱节，学生的参与度不高，达不到培养应用型人才的目的。 为从根本上解决管理信息系统课堂上出现的这些问题，就需要从课程设计入手，更好地规划和明确学习重难点，合理安排理论与实践教学所占的比重，加强学生高效地学习。国内外教育学者提出了数量众多的学习模式与理论，其中受到广泛认可的一支是Kolb’s Learning Styles，这一基本思想衍生出的BOPPPS学习模式正受到国内外学界越来越多的关注和认可。根据心理学研究，人的注意力集中时间只有10~15分钟左右，而绝大多数高校课程设计时间在一个小时以上，这显然不能达到全程集中、高效学习的目的。BOPPPS学习模式正是抓住这一关键问题，将课程进行模块化分解，每个部分使用10~15分钟时间来完成教学任务。BOPPPS学习模式既能够解决学生注意力分散的普遍问题，又可以激发学生独立思考，形成高效的深度学习，故已在北美众多学校得到广泛认同。 国内学界近两年才开始引入这一理论，研究内容主要集中在教学质量监测 [ 4 ] 、MOOC课程设计 [ 5 ] 以及专业课程教学 [ 6 ] [ 7 ] 设计上，研究数量有限，许多符合中国国情和实际教学需要的理论应用尚待开发。且对于BOPPPS学习模式的应用研究仍处于初期阶段，管理类课程与该学习模式的有机结合仍需大量讨论。为了填补相关理论空白，并为提高课堂教学质量提出实质性建议，服务于中国课堂教学改革，本文以管理信息系统课程教学为例，说明如何将这种优秀的教学模式应用到经管类高等教育教学中去。
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user: 2. BOPPPS学习模式及其意涵 BOPPPS学习模式来源于加拿大教师技能培训体系ISW (Instructional Skills Workshop) [ 8 ]，最初由温哥华大学的道格拉斯·克尔根据加拿大不列颠哥伦比亚省对教师资格认证的需要于1976年创建 [ 9 ]。此学习模式能够很好地实现有效教学设计，强调学生参与及反馈，已经受到北美众多名校的青睐 [ 10 ]，在全球100所以上的大学和培训机构应用，被证实能够促进学生积极参与课堂学习。且据心理学研究结果，在学习时个体注意力只能持续10~15分钟，BOPPPS学习模式基于这一点和以上理论，将教学内容分解成若干个相对独立的小部分，每个小部分维持在10~15分钟左右，要求每个小部分之间互相承接。每个小部分又被细分成六个阶段，分别是引入(Bridge-In)，目标建立(Objective)，摸底(Pre-Assessment)，互动学习(Participatory Learning)，测试(Post-Assessment)，小结(Summary)，每个小部分所应涵盖的内容分列如下。 2.1. 引入(Bridge-In) 引入指进入课程内容前的引言或铺垫。引入是为了获得关注，并建立与课堂学习的关联，故而被称为“钩子”，其帮助学生关注将要在课上出现的内容。一个有效的引入可以通过有趣或关联的方式，将学生与课程内容有机联系起来，从而增强学习动机。引言环节主要阐明课本各知识点的理由、重要性、在各类情景中的应用等等，比如：讲述一个与知识点相关的故事，对知识点或生活中相关问题发出挑战，描述不同寻常的事实，将知识点与已学知识建立关联等等。 2.2. 目标建立(Objective) 学习目标的建立指向学生传达本课程预期达到的结果。学习目标应以某种可观察到的或可衡量的方式规定了学生在一节或一系列课程结束时将知道的内容或能完成的任务，其定义必须是简洁而精确的。学习目标包含三个元素：将完成的内容，考察的方式，及其标准，力求向学生准确传达谁(Who)、将学到什么(Will do what)、在什么情况下(Under what condition)及学得如何(How well)等核心问题 [ 9 ]。一个明确的学习目标有助于学生更好地针对性开展学习活动，同时帮助教师结合学生实际情况来设计并改进教学方法。 2.3. 摸底(Pre-Assessment) 摸底又可称为“前测”，即指明确学习目及内容范围之后对学生开展的测试。摸底可以是一个非正式的问答过程，也可以是一个更正式的测试或任务，通常教师可以要求学生说出某些特定术语或细节，阐述对课题的个人观感，或在小组活动中参与头脑风暴等等。这些活动除了展现出学生的兴趣所在，也能够让教师识别学生需求，表明课程目的，调整课程的深度和节奏，以更好地适应特定的学生群体，达到“因材施教”的目的。 2.4. 互动学习(Participatory Learning) 互动为通过师生或学生与学生的互动来实现课程内容的交互式学习。互动学习的形式往往非常灵活，教师需有一定的随机应变、掌握课堂节奏的能力。互动可以藉由围绕课程内容中出现的特定问题进行小组讨论，通过写作或讨论、问题开发等简短的应用任务。或在在讲课中穿插反思，要求学生提出对课程要点的批判性讨论，展示个人或团队成果并评估彼此的工作等等都是可行的互动学习方案。互动学习的开展也与学生的成熟度有关，即学习能力强或已经掌握相关内容的学生可以在该环节帮助教师分担教学负担，成为很好的团队引导者。 2.5. 测试(Post-Assessment) 测试又称“后测”，是课堂结束前对学生开展的及时检验和评估，是教师了解学生接受情况的最直接手段。一次好的随堂测试不仅仅是让学生对自己的学习状况、学习效果有准确的认识，同时更是教师设计、改进及完善教学过程的依据，因此测试对于教学目标的达成至关重要。设计完善的测试应与课程开始时建立的学习目标相匹配，例如：学习目标是侧重动手操作和应用实践，则测试时应适当选用实践报告类任务。 2.6. 小结(Summary) 在总结阶段，教师和学生进行反思，以整合所学到的知识。教师可以通过总结要点、回顾内容、给予反馈或承认学生的努力和成就来总结，以进一步巩固学习目标，同时宣布下节课的内容并对新内容所需的准备工作提出要求。学生则通过该环节反思与整合学习到的内容，重新将学习目标和学习到的内容进行比对。该环节扮演着承上启下的角色，一方面对本节课做出小结，另一方面也作为下节课的引言出现，与引入前后呼应，形成一个学习开始和完成的闭环。 为探究BOPPPS学习模式在经管类课程中的实际应用方法，本文试以管理信息系统课程教学设计为例，提出与六个环节相对应的课程设计改进。
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user: 4. 结束语 本文尝试将BOPPPS学习模式引入管理信息系统课堂，希望能够推动这种参与式学习理念在经管类专业课程中的应用，将原本枯燥的理论课程与实践相连接，达到学生主动学习、有效学习、深度学习的教育效果，培养有创造力的应用型人才。相较传统课程教学模式，BOPPPS学习模式在教学质量监控方面的巨大潜力，无论是摸底还是测试，都能够及时地反映出学生的实际水平，并在课程中重点解决 [ 4 ]。最后，本文也对BOPPPS学习模式在实际应用于课堂时出现的问题进行反思，BOPPPS虽然是一种科学的课程设计模式，但过于追求环节设计往往陷入教学形式化的误区 [ 10 ]，如何灵活配置、有机组合各环节是未来研究中应关注的重点。
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user: 摘 要 本文归纳总结了气候变化对水文水资源不确定性研究进展以及不确定性的应用领域。气候变化下的不确定性主要源于人的认识受限，并将很多因素归结为人类活动导致引起，却忽视了系统自身存在的不确定性。总结了常用的不确定评估方法，对未来气候变化的不确定性进行了预估并提出了明确的研究方向和指导建议，旨在更为准确地对水文不确定性进行研究和评估预测，对全球气候变化背景下寻求变化相应对策、促进水资源可持续利用等方面具有重要意义。 关键词 :气候变化，不确定性，评估方法 Copyright © 2020 by author(s) and Wuhan University. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 随着全球社会经济高速发展和人类活动影响加剧，生态环境逐步恶化，各类环境问题层出不穷，自然灾害频繁发生，其中水资源危机最具代表性，研究自然变化和人类活动影响是目前甚至未来国际地球科学发展最为关键的问题 [ 1 ]。全球变暖已经威胁到人类生存和发展，也对地球环境造成严重影响，引起全球广泛关注。全球变暖不仅对人类生存环境造成严重影响，更会进一步对水资源、生态系统、社会经济发展、政治格局等产生深远影响 [ 2 ]。气候变化是全球性、跨疆界性的现象，在长时期内起作用 [ 3 ]。大气圈–水圈–生物圈–土壤圈–岩石圈等几个圈层相互耦合和反馈以及地外因素等共同作用可能是导致气候变化的主要因素，全球变暖原因的不确定性和多解性体现在增温幅度估算、碳排放测算、CO 2 浓度与温度因果反馈机制、全球碳循环中“碳失汇”定量化及未来气候预估等方面 [ 4 ]。不同阶段对水文模型及气候变化认识不一致，例如：前20年的研究会选择一个或多个水文模型，用历史资料作为参数来率定和检验模型，用不同的方法产生将来的气候变化情景用于水文模型的输入，用率定好的水文模型模拟将来的水文情景；10年前认识到不同水文模型对非平稳水文过程的模拟差别巨大；5年前认为不同的历史资料率定的同一个模型对非平稳水文过程的模拟差别巨大。针对复杂变化情境，我们认识到大部分已有模型不具备在非平稳降雨径流关系情境下的转移功能，需要进一步研究动态水文模型的问题。气候变化存在不同类型、不同程度的不确定性，这种不确定性来源于未来受制的机会和存在的各种偶然性，不同发展趋势导致未来是不确定的，也就是未来难以预测的。因此人们利用不同手段、不同资料来预测未来变化和前景，使我们尽可能细致的对未来有前瞻性和可见性，作用当前局势并改善问题。 目前研究中存在的主要问题和未来研究中需要加强的方面，旨在推动环境变化对流域水文过程影响机理研究，最终为气候变化条件下流域水资源可持续管理提供借鉴和参考依据。气候变化和人类活动对流域水循环的影响缺乏真值，因此开展多种方法比较研究才具有科学参考价值。开展气候变化趋势及其影响方面的研究，不仅可为我国政府参与国际政府间气候变化会议以及环境外交活动提供科学的数字依据和对共建“一带一路”的气候格局深刻认识，而且对于寻求环境变化适应对策、促进水源可持续利用等方面具有重要意义。
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user: 2. 气候变化对水文水资源研究进展 2.1. 不确定性研究进展 气候系统具有典型的混沌特征的复杂系统，气候变化及其科学的不确定性是气候学科中的前沿领域 [ 5 ]。气候变化的不确定性不仅存在于本身内部，也普遍存在学科外部，其本质是由自身内部结构特征决定，也是气候科学不确定性的根本来源，其结构敏感复杂、演变速度快、难以控制，只有通过人为干预影响其结果变化，很难预测和计算精确结果(人工增雨)。随着科学技术迅速发展，我们量化自然的不确定性和降低认知上的不确定性的能力将会大大提高，从而提高气候变化预估的可靠性 [ 6 ]。王娜 [ 5 ] 从本体论、认识论、方法论及非科学因素等层面对气候科学的不确定性进行了分类，本体论主要指其本身复杂的物理化学过程机制存在不确定性；认识论分为两个层面，一是人类认知能力受限，二是对测量结果分析手段和水平带来的不确定性；方法论角度是从简化实验、计算机模拟给出对不确定性的理解，计算机模拟在一定程度上存在对不确定性的回避，尤其对气候变化复杂问题并非为完全合适的工具；非科学因素是现代科学与各领域相互作用和融合对科研本身的产生不可忽视的影响，在某种程度上不断衍生出的不确定性。 气候变化会导致陆地水文循环过程改变，影响水文水资源系统的结构与功能，给水资源开发利用带来重大挑战 [ 7 ] [ 8 ]。一直以来在研究气候变化对水文水资源系统的影响时，都是采用气候变化模式与水文模型单向路径耦合技术，气候系统和水文循环二者被看作是静态的、相互独立的过程，在某种统计平衡意义上，这是一种被动反馈型模式。有学者综述了气候变化和人类活动对水文要素影响的区分和界定方法，探析环境变化因素对流域水文水资源演变规律的影响机理，提出以人为气候变化、气候自然变异和人类活动“三源”方式划分影响流域水文水资源的环境因素并对水文水资源影响的不确定性来源及评估方法进行归纳总结 [ 9 ]。目前研究气候变化对水文过程影响的主要工具有GCM (精度低、误差大)、RCM (精度高)和水文模型等，田烨 [ 10 ] 分析了在未来多重不确定性因素影响下气候变化对极端径流的影响，包括排放情景、GCM、水文模型结构和水文参数的不确定性，表1是气候变化下水文不确定性影响的主要来源、程度和本质。人们普遍认为水文影响下不确定性的主要来源是大气环流模式(GCMs)和温室气体排放情景(GGES)。由于技术和资料限制，准确地预测未来气候变化情景相当困难，GCM不完善，定量估计第一类不确定性是不可能的，只能采用假设气候变化情景值把GCM模型的输出加上置信区间来反映其不确定性 [ 11 ]。但郭亚男 [ 12 ] 通过比较6种降尺度方法，开展气候变化对加拿大魁北克省流域水文影响不确定性的量化研究发现，在所有的变量中不确定性包络线与降尺度法的选择有关，除了CGCM-DASR，所有方法产生的流量过程线非常接近实测降水和温度时间序列模拟的流量过程线。每一种降尺度方法特有的优点和缺点导致对未来气候预测的不同，尤其是一些降尺度方法无法预测水文学中的极端气候事件，未来气候预测的差异意味着降尺度方法增加了量化气候变化对水文影响的不确定性。 Table 1 The major resources， extent and nature of the uncertainty of the water resources under climate chang 来源 程度 本质 情景模式 情景不确定性 由内部变动产生 大气环流模型结构 情景不确定性 由认识缺乏产生 水文模型结构 情景不确定性 由认识缺乏产生 水文模型参数 统计不确定性 由认识缺乏产生 表1. 气候变化下水文不确定性影响的主要来源、程度和本质 2.2. 不确定性应用领域 气候变化和人类活动共同影响着全球水循环变化过程，气候系统内部的任何变化以及人类活动每个环节都将会在水文循环的关键要素中得到反映或体现，主要体现在大气环流变化(气象、降雨分配)、蒸发变化(水面、土壤)、降水条件变化(陆面降水、河湖降水)，这些条件变化通过改变降水持续时间、时空分布分配、截流、入渗等形式改变产流条件和方式来影响水文平衡要素，使水文循环过程发生变化，水文要素的变化同样对气候系统直接或间接地产生影响。归纳总结水文不确定性应用领域主要在水文模拟、地下水系统和水文预报中，主要包括气候变化、生态环境、农田灌溉、径流变化、优化管理、土地利用、电网设计、市政设计和人类活动等内容(图1)，这些内容几乎涵盖了水资源的全部方面。水文模型在水资源开发利用、防洪减灾、水库规划和设计、道路设计、城市规划、点面污染源评价、人类活动的流域响应等诸多方面应用十分广泛。在水资源研究方面均存在不同程度的不确定性，分析具体问题时应用具体方法，虽然存在的各种不确定性难以消除，但可通过不断的优化和改进来降低不确定性，使人类对问题的认识更深刻全面并使研究结果更理想化。 图1. 不确定性系统在水文中的应用领域
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user: 3. 气候变化对流域水文过程影响评价的不确定性 3.1. 不确定性来源 气候变化下流域水文水资源变化不确定性分析方法基本上是从水文模型的不确定性分析方法发展而来的，目前气候变化对水文影响、适应性和脆弱性是以定量的气候和非气候情景(非气候情景包括社会经济和环境情景)作为参数，利用不同的水文模型进行评价。图2 为气候变化对流域水文过程影响评价不确定性的6个方面，气候变化情景的不确定性主要源于气候模式和温室气体排放造成对未来气候变化预测的不确定性，影响其评价最主要的来源是各种情景假设的不确定性和评价模型本身的不确定性，特别是对无资料地区或资料欠佳地区的评价 [ 13 ]。Nemec和Schaake (1982年)较早应用概念性流域水文模型分析了气候变化对干旱和湿润地区径流的影响 [ 14 ]；Arnell， N.W. (1999年)在水量平衡模型基础上研制了大尺度水文模型，用此模型和HadleyCM2及CM3等6个气候情景估算了气候变化对全球范围内60 × 60 km 2 格点上径流的影响 [ 15 ]。 水文模型模拟能力是气候变化影响评价的关键，世界气象组织(WMO)和相关部门对一些水文洪水模拟效果及适应性给出对比分析，对湿润半湿润地区，大多数模型模拟效果均满意，但对干旱半干旱地区，模型水文模拟仍然是当今存在的挑战，水文模型结构及参数识别的不确定性依然是目前评价结果不确定性的主要来源之一 [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]。 图2. 气候变化对流域水文过程影响评价的不确定性来源 3.2. 不确定性定量评估方法 目前在研究气候变化和水文模型不确定性方法有以下几种： 1) 蒙特卡罗法(Monte Carlo Method， MCM)于20世纪40年代中期被提出的一种基于概率统计理论的独立方法，来估算和描述函数的统计量，求得问题的近似解。基本思想是通过实验方法(简单抽样US、重要性抽样IS、拒绝被抽样RS)，当实验次数足够多时，凭借事件出现的频率来估计随机事件的概率或得到随机变量的某些数学特征，并将其作为问题的近似解。优点是对随机过程的模拟真实并能较好反应其统计规律，其缺点是受随机抽样的可靠性影响和模拟次数限制，解决复杂问题时收敛速度较慢。广泛应用于金融界、经济学、物理学和工程学等领域 [ 21 ]。 2) 马尔科夫链蒙特卡罗法(Markov Chain Monte Carlo Method， MCMC)是通过构建马尔科夫链使样本收敛至平稳分布，再进行抽样处理。相对传统静态的MCM，MCMC主要用来处理复杂高维积分运算，克服传统MCM静态缺陷并提高精度，其抽样方法有Gibbs抽样法、Metropolis-Hastings抽样法和Slice Sampling抽样法。广泛用于贝叶斯统计、计算物理学、计算生物学等领域 [ 22 ] [ 23 ]。 3) 贝叶斯理论(Bayesian Decision Theory)把概率解释为人对某一事件发生的相信程度，参数的后验概率密度是在先验密度和实测数据的基础上得来的。贝叶斯优点在于它有着牢固的理论框架，能将先验信息和数据按照特定原理结合起来，贝叶斯法基于实际观测数据，对于任何数量的假设都能够直接赋予后验概率。同时它严格遵循似然原则，在水文模型中具有广泛应用 [ 24 ]。缺点是贝叶斯统计中的先验概率分布选择没有标注，只能凭借主观判断选择，对水文频率和水文模型参数按照需信息原则会引起其它不确定性，计算成本高，模型参数较多时对后验分布的估计需要做复杂积分运算。 f p o s t ( θ | x ) = P ( x | θ ) ⋅ f p r i ( θ ) ∫ P ( x | θ ) f p r i ( θ ) d θ (1) 式中θ为参数，x为样本， f p o s t ( θ | x ) 是x的条件后验分布， P ( x | θ ) 为总体分布， f p r i ( θ ) 是参数的θ先验分布。 4) GLUE法(Generalized Likelihood Uncertainty Estimation)是基于MCM的模型率定和不确定分析方法，主要思想是异参同效理论，即模型存在多组最优参数，在不确定分析中必须考虑进去。GLUE法在进行不确定分析时通过四步来实现：① 基于参数的先验分布，通过随机抽样产生大量参数组。② 定义似然目标函数，设定可行参数阈值，计算似然值。③ 计算可行参数的后验分布。④ 预估每个时间步长上模拟值的置信区间。
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user: 4. 气候变化预估不确定性 我国是世界上最大的碳排放和初级能源消耗国家，由于发展迅速、人口基数大、经济基础薄弱等原因导致在发展过程中，对当前全球变暖和温室气体的减排负有主要责任，因此科学合理地制定CO 2 减排战略和应对全球变暖提出对策建议刻不容缓。概率分布描述不确定性的优势是能够提供更多预报信息，不仅提供了最可能发生的结果，还能提供特定时间发生的可能性，也包括极端事件的发生概率。段青云 [ 6 ] 利用贝叶斯多模型推理方法预估不同变量的概率密度函数(PDF)，此研究选取了整个中国大陆、北方和南方典型流域进行对比，研究发现中国大陆、海河和珠江流域温度均呈逐年增加趋势。同时给出了地表温度概率分布变化，图3(a)为假想地表气温概率分布，温度概率用高斯分布表示；图3(b)中的地表温度概率分布呈现向右偏移，并伴随均值和方差变化。从图中看出相比现在气候，未来气候变化的不确定性区间在扩大，未来气候的均值在上升，尤其是极热高温出现概率大幅度增长，极冷低温变化不大但其范围向左延伸，意味着比过去更冷的温度可能会出现。Duan和Phillips [ 25 ] 提出了贝叶斯多模式推理方法来评估气候变化预测的不确定性，该方法对全球气候变化背景下环境、生态系统、农业和经济带来有效利益。气候变化可能会带来更多极端事件和它灾害事件，如：干旱、暴雨、台风、泥石流等，因此基于全球气候模式来预测未来气候变化情况并给出不确定性信息具有重要意义。 图3. 地表温度的概率分布示意图(PDF：概率密度函数) [ 6 ] 工业革命以来人类活动是当前全球碳循环过程中重要的“碳源”，完全否认人类活动对全球变暖的影响可能是不恰当的，而人类活动完全主导当前气候变化的看法也可能是不全面的。图4显示工业革命以来全球CO 2 收支和通量，人类活动是最主要的“碳源”，2006~2015年人类活动导致增加了16.4 ± 0.4 Gt (10 9 t) CO 2 。人类活动影响是造成20世纪全球变暖90%~95%的可能性，但过分强调人类活动影响也是片面的，也不能忽视气候系统内部一些其它因素变化产生对气候变化的影响 [ 26 ]。IPCC对截至22世纪初积极减排(温度约1℃)和无节制排放(约4℃)两种情况下的全球地表平均温度进行了预估，这两种排放情况下的温度预估仍然存在较大的不确定性，因为在当前大气中高浓度温室气体的气候背景下，即使不再排放温室气体，受大气中留存温室气体时间尺度的影响，地球温度仍然会继续增长。因此，在坚持温室气体减排的前提下，应坚持“适应为主、减缓为辅”的原则来应对全球变暖。 图4. 全球CO 2 收支和通量 [ 27 ]。(a) 工业革命以来的CO 2 年通量(纵坐标大于0为“碳源”，小于0为“碳汇”)；(b) 2006~2015人类活动导致大气中增加的CO 2
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user: 5. 应用实例 黄河源区隶属于三江源，生态环境脆弱，对气候变化的响应非常敏感。本文选用以黄河源区作为研究区，研究气候变化环境下，运用新安江模型和HBV模型对黄河源区径流过程进行模拟，并采用GLUE方法对新安江模型和HBV模型模拟结果进行不确定性对比分析，分别选用0.7、0.6和0.5作为目标似然函数阈值获取洪水和枯水的水文极值(见图5~6)。结果表明两个水文模型均可以有效模拟洪水且模拟不确定性较低，新安江模型的不确定性水平优于HBV模型；随着阈值的降低，新安江模型的模拟效果越来越好，HBV模型模拟效果越来越差 [ 28 ]。 图5. HBV模型模拟丰水与枯水的95%置信空间 [ 29 ] 图6. 新安江模型模拟丰水与枯水的95%置信空间 [ 29 ]
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user: 6. 总结与讨论 气候变化对流域水文循环过程研究和水资源可持续利用带来了更困难的挑战。为更深刻认识气候变化的不确定性信息，首先要从气候系统内部认识存在的偶然性，再从不确定性类型到评估方法进行研究。气候变化作为目前水文气象交叉学科的热点和难点，未来加强对其不确定性研究和评估预测不仅对“一带一路”战略具有深远意义，也为全球气候变化下寻求变化适应对策、促进水资源可持续利用等方面具有重要意义。 1) 目前对气候变化研究多部分归结于人类活动带来的影响，缺乏对气候系统本身的研究。事实上人类活动和气候系统自身均存在不确定性，两者之间相辅相成、相互反馈，是一个相互复杂不可分割的体系，因此在今后的研究中应加强对气候系统自身的模拟探索并融入其它因素，不断完善知识体系和对方法、模型的改进。 2) 20世纪40年代出现的高温、50~70年代出现的降温无法用温室气体变化解释，表明自然因素，如太阳活动、火山活动乃至大洋热盐环流在年代际温度变化中具有重要作用，太阳辐射照度已不足以解释相应的气候变化。目前，大多数学者已经注意到银河宇宙线的作用，太阳活动减弱，银河宇宙线增强，地球大气低云量增加导致气候变冷，但该影响机制有待近一步深入研究。 3) 气候变化相关的性质、原因和效应的不确定性与我们过去、现在和未来决策在某种连续但非线性的动态当中的影响息息相关。在今后气候变化发展和研究中必须重视伦理义务，承担减缓和适应气候变化以及承担国际合作义务，并有效地协调气候变化方面的国际合作。 4) IPCC目前对气候科学的定量评估仍基于可能性描述，定性评估建立在一致性和普遍性的结论基础上，明确有效性的信度和可能性的概率作为对不确定性进行定性和定量表达的衡量标准，作为区别于可能性和信度的相对统一的标准方法。将定性和定量评估统筹到处理不确定性方法中，为处理不确定性提供更合理的综合型框架，也在某一程度上确保了所提供信息的质量。但这样的探索方式是否能够满足决策层对于科学信息质量的要求，还需实践的近一步检验。
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user: 7. 建议与方向 水文不确定性属客观现象，只能通过对初始条件的确定、模型的优化才能使输出结果更加精确，但这种不确定性无法消除，加之未来气候变化导致初始边界条件、模型复杂程度加剧导致未来水文不确定性程度增加。基于现已存在现象，提出对未来水文不确定性的研究建议与方向主要集中在以下几方面： ① 从数据获取分析与野外实验方面相结合来减少不确定性(高分辨率、遥感、地面雷达信息同化融合，建立多时空尺度数据集，加强野外试验观测)；基于大数据技术融合多源数据，增加输入资料的精确性与完备性。② 改进已有模型(需考虑模型不均匀性、量化水文模型、改善模型结构)。③ 新方法的研究(发展基于尺度及多尺度理论、非线性水文动力模式和生态水文关系、复杂系统分析方法、计算智能模拟方法等新的水文理论；开发新的多尺度水文空间分布式模拟方法，以描述内在的水文多尺度不均匀性、非线性、复杂性和尺度现象)，加强完善理论方法，在提高水文循环过程机理认识和减少不确定性应用中发展变化环境下的水文学理论(随机水文学、模糊水文学、灰色系统水文学的学科体系)。④ 未来应加强以气候自然变异、人为气候变化和人类活动三源分解的环境变化影响研究，增加水文模型与区域气候模式的多项耦合程度。
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user: 摘 要 星云湖位于云南省玉溪市江川区，为云南九大高原湖泊之一，属于富营养化湖泊，由于藻类水华的发生发展变化很快，对藻类水华开展高时间频率、高空间分辨率的监测显得非常有必要。本研究基于GF-1 WFV影像，分析了2017年2月至2018年6月星云湖的藻类水华变化特征，主要研究结果表明：星云湖大部分时间都有藻类水华聚集，3至4月是藻类水华的起始和萌发时期，5至12月是蓝藻水华的大规模爆发期，到下一年1至3月是衰退期。本研究还2次观测到了水华的快速衰退，持续时间仅仅不到一个星期。此外，藻华面积与NDVI最大值和平均值有显著的正相关，污染指数与藻华面积最大时的NDVI均值呈显著的正相关。本研究为掌握星云湖藻类水华的发生发展规律，进而提高预警能力提供了一定的借鉴。 关键词 :高分一号WFV，星云湖，藻类水华，归一化植被指数 Copyright © 2020 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 星云湖位于中国云南省玉溪市江川区，南边是杞麓湖，北边是抚仙湖，是由断层形成的湖泊，总面积为34.7 km 2 [ 1 ]。星云湖为云南九大高原湖泊之一，也是一个富营养化的湖泊，每年都会大面积爆发藻类水华 [ 2 ] - [ 6 ]。藻类在湖面的聚集在空间和时间上变化都非常迅速，可能会在几天之内大量的形成藻类水华，藻类聚集的位置可能在一天之内都会有较大的变化，对于星云湖的水质监测在过去30年得到了长足的发展，以往当地环境监测部门每个月定期采样监测，到后来发展到设置了自动监测站点，在时间上更加密集的采样监测，但是受制于监测点位较少，目前星云湖的自动监测站只有一个，无法掌握湖面上藻类水华在空间上的发生、发展的情况。 采用卫星可以实现高时间频率和空间上连续的监测湖泊藻类的动态变化 [ 7 ] - [ 12 ]。常用于湖泊环境监测的卫星有Landsat系列，MODIS，高分一号GF-1，环境一号HJ-1，Sentinel系列卫星等，其中MODIS属于中分辨率成像光谱仪，其时间分辨率较高，但其空间分辨率较低，对于较小湖泊造成的误差较大，上述其余几种卫星数据的空间分辨率均在10~30米之间，但是只有国产的高分一号和环境一号卫星的时间分辨率较高，理论上可以达到2天 [ 13 ]。本研究使用高分一号卫星数据观测星云湖藻类水华爆发情况，观测时间段为2017年2月至2018年6月，该时间段涵盖了星云湖水华爆发和消亡的整个周期，提取了藻类水华大量爆发的区域相关遥感信息，并与同时期水质监测数据做相关分析，寻找与藻类聚集有关的水质参数因子。本研究将为研究星云湖藻类水华监测及预警提供新的手段，为湖泊环境管理决策提供依据。
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user: 2. 研究方法 2.1. 数据来源 国产高分一号卫星具有较高时空分辨率，WFV传感器拥有3个可见光波段和1个近红外波段，可以有效观测湖泊藻类水华。本研究使用中国资源卫星应用中心(http://www.cresda.com/CN/)下载的星云湖区域16m分辨率的高分一号WFV卫星遥感影像共32景，影像日期包括2017年2月4日到2018年6月7日，对原始影像的假彩色合成图经过目视判读后，去除天气状况不好的、湖面上空多云的影像8景和无藻的影像2景，最后筛选出藻类水华明显的影像22景。由于西南地区云雨天气较多，如果选取完全无云的影像，将删除过多的影像，研究数据将大大减少，为了获得更多的可供研究的数据，用于分析的22景影像中包含了部分有少量的云覆盖的影像，见表1。 Table 1 List of image data for GF-1 in the Xingyun Lak 影像获取日期 传感器 影像获取日期 传感器 2017/2/4 WFV2 2017/12/21 WFV2 2017/2/16 WFV1 2017/12/25 WFV1 2017/3/22 WFV4 2017/12/29 WFV2 2017/5/1 WFV1 2018/2/16 WFV1 2017/7/26 WFV1 2018/3/9 WFV3 2017/7/27 WFV4 2018/3/13 WFV2 2017/7/30 WFV1 2018/3/25 WFV1 2017/10/28 WFV1 2018/3/29 WFV1 2017/11/5 WFV1 2018/4/23 WFV2 2017/11/10 WFV2 2018/5/21 WFV1 2017/11/14 WFV3 2018/6/7 WFV1 表1. 星云湖GF-1卫星影像数据列表 用于高分一号影像预处理正射校正的地形图是V2版本的ASTER GDEM数据，其来源于中国科学院计算机网络信息中心地理空间数据云平台(http://www.gscloud.cn)。 污染指数和营养状态指数来自云南省生态环境厅九大高原湖泊水质监测月报的监测数据。 2.2. 数据预处理 由于水体本身为弱反射体，其信息更容易受到大气、平台姿态以及仪器设备稳定等方面的影响，所以在使用遥感影像前，需对原始遥感影像进行正射校正、辐射定标、大气校正等预处理。其中，正射校正采用ENVI5.3.1软件的RPC Orthorectification Workflow批处理工具，基于V2版本的ASTER GDEM地形图进行校正，辐射定标采用Radiometric Calibration Batch工具批处理完成，大气校正采用FLAASH工具完成。 本研究使用的软件有：ENVI5.3.1、ArcGIS10.3和SPSS24。 2.3. 蓝藻水华区域的提取 在完成所有GF-1 WFV影像预处理之后，本研究首先需要提取星云湖水面区域，由于星云湖水体区域变化不大，本研究基于无偏移的谷歌地球影像勾画星云湖水域边界，由于高分一号影像经过正射校正后依然有一定的位置偏差，为了确保裁剪后的所有高分一号影像均包含星云湖水体区域，本研究将水域边界矢量图建立200米缓冲区，然后将其用来裁剪高分一号影像，得到包含完整湖泊水域和部分水陆交错带的研究区域。 本研究以GF-1卫星遥感影像假彩色合成图中星云湖藻类水华区域为基准，目视识别呈现粉色的区域就是水华区域，借助归一化植被指数法(NDVI)对星云湖藻类水华区域特征信息进行提取。 归一化植被指数(NDVI) [ 3 ] 是反映植被覆盖状况的一种遥感指标，其数值的大小能指示植被覆盖变化，是近红外与可见光通道反射率之差与之和的商，利用ENVI中的波段运算工具计算NDVI值，计算公式为 NDVI = ( ρ NIR − ρ R ) / ( ρ NIR + ρ R ) ， ρ NIR 是近红外波段所得到的反射率， ρ R 是红光波段得到的反射率。NDVI的值在−1和1之间，像元的NDVI值越高，表明像元内地物的叶绿素含量越高，对于水体，也就能指示藻细胞数量越多。 本研究采用经验法取值，反复调整及试验来确定NDVI阈值，经多次试验发现，NDVI取值在0~0.4之间能较好的获取藻类水华信息。确定合适的NDVI阈值对所选图像进行阈值分割，将归一化植被指数(NDVI)大于阈值的像元判断为藻类水华区域，相反将小于阈值的像元判断为一般水体，从而得到藻类水华区域和其他区域的二值图，输出为二值图之后，以假彩色影像粉红色区域为判断基准，与这个二值图的藻华区域进行对比，如果两者不一致，就换个阈值再重新分割，直到基本一致为止，然后输出这个二值图为shpfile矢量图层，导入ArcGIS里面将不属于藻华的区域删除，尤其是水陆交错带的区域。由于云层的NDVI值也很高，容易在阈值分割的时候被错误划分为藻华区域，需要人工将其剔除，形成最终的藻华区域矢量图层。将最终确定的矢量图层作为ROI导入到ENVI里面计算藻华区域的像元数，NDVI最大值，最小值，平均值，标准差。 2.4. 数据相关性分析 根据云南省生态环境厅九大高原湖泊水质监测月报的水污染指数、湖泊营养状态指数和通过遥感技术提取的藻类水华覆盖区域内NDVI参数和面积参数，在SPSS软件中做皮尔逊相关分析，找到相关性高的因子，研究藻华覆盖区域内NDVI值、水污染指数、湖泊营养状态指数之间的关系及影响。在数据的选择过程中，由于九大高原湖泊水质监测月报的数据是一个月一次，而本研究的遥感数据有部分数据一个月有多次观测，针对该情况，我们的遥感数据选择该月份的平均值作为一个参数(如藻华面积平均值，NDVI均值)，另外再选取该月份的最大值作为另一个参数(如最大NDVI均值，最大爆发面积)。最大NDVI均值指当月藻华面积最大的影像中藻华覆盖区域的NDVI均值。
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user: 3. 结果与讨论 3.1. 遥感观测星云湖藻类水华的变化趋势 从图1和图2可知，2017年第一次观测到星云湖藻类爆发的日期在2月4号，有藻类大量聚集在北部湖湾，南部也有少量聚集，爆发面积达到6.33 km 2 ，到了3月下旬藻类大面积聚集，出现第一个峰值，观测到3月22日藻华面积为10.06 km 2 ，此后保持相对的稳定，藻华面积在8 km 2 以下，在7月27日到7月30日之间观察到一个明显的消退过程，藻类覆盖面积从3.22 km 2 减小到0.12 km 2 。此后又开始大量爆发，10月28日观测到7.67 km 2 藻华覆盖面积。此后，11月5日到11月14日之间又观测到连续的消退过程，藻华面积从11月5日的3.06 km 2 下降到11月10日的1.89 km 2 ，再下降到11月14日的0.64 km 2 。到12月，藻华面积又达到一次高峰，12月21日观测到超过15 km 2 的藻华面积。此后，由于气温的下降，藻类聚集面积和爆发强度有所减小，逐渐消亡，2018年2月16日观测到仅有0.13 km 2 的藻华覆盖面积。随着春天的到来，天气逐渐转暖，藻华覆盖面积从3月份开始升高，在2018年的3月9日出现一个峰值，藻类聚集面积达到9.01 km 2 ，与2017年3月22日的10.06 km 2 相差不大，此后有所消退，2018年6月7日突然爆发，观测到的蓝藻水华爆发面积已接近16 km 2 ，大于2017年同期观测到的结果。 图1. GF-1卫星拍摄星云湖遥感影像(标有CIR的图是大气校正后假彩色高斯拉伸增强显示的星云湖，图中红色部分即为藻类水华分布区域；标有NDVI的图是基于NDVI底图提取的星云湖藻类水华区域(用红色表示)的可视化输出) 图2. 藻华面积时间变化图 2017年10月28日、2018年4月23日、2018年5月21日附近的藻类水华面积比较小，而从表2可知，这三个日期的遥感影像数据星云湖区域有少量云层覆盖，所以实际藻类覆盖面积可能比折线图中显示的要大。 在22次观测当中，藻类水华聚集面积低于星云湖水体总面积20%的有14次，大多发生在2017年的4月到11月和2018年的1月到5月间，高于20%的有8次，面积最大一次高达水体总面积的46.02%，发生在2018年的6月7日，其次第二个高峰发生在2017年12月21日，其爆发面积占水体总面积的43.32%。 总体而言，星云湖藻类水华主要发生在每年的2~3月以后，一直持续到年底甚至第二年年初，到了1~2月份得到短暂的消退，然后又再次爆发，高峰期主要在每年的5~6月和11~12月，而藻类水华的消退是很迅速的，可能在集中爆发期也会迅速消退然后又再次爆发。 Table 2 Statistics of algae bloom area and NDV 日期 藻华覆盖面积(km 2 ) NDVI统计 最小值 最大值 平均值 标准偏差StdDev 2017/2/4 6.33 0.0793 0.8411 0.3596 0.1486 2017/2/16 3.32 0.0472 0.7944 0.1578 0.0727 2017/3/22 10.06 0.0771 0.7881 0.2883 0.0795 2017/5/1 5.25 0.0801 0.6503 0.2021 0.0537 2017/7/26 6.31 0.1436 0.7192 0.5212 0.1112 2017/7/27 3.22 0.2500 0.6631 0.3332 0.0817 2017/7/30 0.12 0.0080 0.4252 0.1764 0.0958 2017/10/28 7.67 0.0936 0.7856 0.4890 0.1070 2017/11/5 3.06 0.0660 0.7069 0.3602 0.1021 2017/11/10 1.89 0.0485 0.5286 0.1006 0.0320 2017/11/14 0.64 0.0810 0.2544 0.1143 0.0172 2017/12/21 15.04 0.1517 0.8403 0.4827 0.1150 2017/12/25 12.93 0.0444 0.7693 0.1926 0.1006 2017/12/29 7.83 0.1806 0.7018 0.3222 0.0765 2018/2/16 0.13 0.0000 0.0737 0.0104 0.0097 2018/3/9 9.01 0.1825 0.6985 0.3501 0.1203 2018/3/13 0.62 0.0473 0.5174 0.0156 0.0768 2018/3/25 6.27 0.0119 0.5377 0.0738 0.0373 2018/3/29 2.28 0.0368 0.6098 0.1627 0.0512 2018/4/23 0.59 0.1800 0.6614 0.2381 0.0714 2018/5/21 0.87 0.1011 0.3441 0.1990 0.0482 2018/6/7 15.97 0.0675 0.7120 0.5340 0.0990 表2. 藻华爆发面积和NDVI统计数据 3.2. 水质指数与遥感参数的相关分析 图3显示了2017年2月到2018年6月藻类覆盖区域NDVI、湖泊污染指数和湖泊营养状态指数的变化趋势。从图3可知，从2017年2月开始，NDVI呈上升的趋势，一直持续到10月达到峰值0.49，之后逐渐减小，到了2018年2月达到最小值，随后又开始上升，在2018年6月再次达到峰值，这与藻华面积峰值出现的日期基本一致。 图3. 污染指数、湖泊营养状态指数和藻类覆盖区域内NDVI均值 从表3可以看出星云湖藻华面积与NDVI最大值以及NDVI平均值相关性较强，跟NDVI最小值基本无关。从表4可以看出污染指数与NDVI均值和最大NDVI均值相关性较强，跟藻华的爆发面积相关性较差。营养状态指数与NDVI均值的相关性较强，跟其它指标相关性不显著。 Table 3 Pearson correlation analysis between cyanobacteria bloom area and NDVI (N = 22 NDVI最小值 NDVI最大值 NDVI平均值 藻华面积 0.191 0.646 ** 0.655 ** 表3. 藻华面积与NDVI之间的皮尔逊相关分析(N = 22) ** . 在0.01级别(双尾)，相关性显著。 Table 4 Pearson correlation analysis between water quality index and remote sensing index (N = 12 最大NDVI均值 NDVI均值 面积平均值 最大爆发面积 污染指数 0.644 * 0.743 ** 0.385 0.342 营养状态指数 0.45 0.652 * 0.42 0.309 表4. 水污染指数与遥感指数之间的皮尔逊相关分析(N = 12) ** . 在0.01级别(双尾)，相关性显著。
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user: 4. 结论 本研究使用高分一号卫星WFV传感器的数据，基于NDVI阈值分割与人工识别相结合，获取2017年2月至2018年6月间星云湖藻类水华分布的区域，对其藻华发生发展的时空变化特征做了分析，并与水质参数做相关分析，主要得到以下结论： 1) 从2017年2月到2018年6月星云湖大部分时间都有藻类水华聚集，且具有不确定性、不间断性、长期性，藻类水华的爆发往往会持续发生到下一年；3至4月是藻类水华的起始和萌发时期，5至12月是蓝藻水华的大规模爆发期，到下一年1至3月是衰退期。 2) 藻华面积与NDVI最大值和平均值有显著的正相关，污染指数与藻华面积最大时的NDVI均值呈显著的正相关。
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user: 摘 要 登革热是最严重的蚊媒传染病之一，利用Wolbachia氏菌感染野生蚊子来控制蚊媒传染病是一种有效的策略。本文在不完全CI条件下建立了一个离散竞争模型，研究Wolbachia传播动力学行为。我们通过系统地分析平衡点的存在条件和解的全局渐近性态，给出了Wolbachia成功传播的条件以及CI强度对成功传播的影响，最后利用数值模拟验证了主要结论。 关键词 :Wolbachia，不完全CI，竞争，离散模型，稳定性 Copyright © 2020 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 登革热是最为常见的蚊媒传染病之一，主要通过白蚊伊蚊和埃及伊蚊传播 [ 1 ]。随着全球气候逐渐变暖以及环境的恶化，适合蚊虫生长的地区范围不断扩大，各种蚊媒传染病在世界范围内许多地区连续爆发，其中登革热就是备受关注的一种。对蚊媒传染病的防治已经成为全人类共同关注的重要公共卫生问题。遗憾的是，目前尚未研制出能够有效地预防蚊媒传染病的疫苗以及抗病毒治疗药物，对蚊媒传染病的防治基本上只能依靠控制蚊子数量来阻断蚊媒传染病的传播。传统的灭蚊方式例如大量喷洒杀虫剂等有很大的局限性，防蚊灭蚊措施亟待改进 [ 2 ]。 一种新型高效环保的蚊媒传染病控制方式是利用昆虫体内某些特定的Wolbachia氏菌来阻断蚊媒传染病的传播。特定的Wolbachia氏菌不仅能阻断蚊媒传染病如登革热、疟疾等的传播，还能诱导细胞质不亲和，即CI (cytoplasmic incompatibility)现象。也就是说，感染Wolbachia的雄蚊与未感染的雌蚊交配后所产的卵在胚胎期会全部死亡，不能正常孵化 [ 3 ]。2005年，中山大学–密歇根州立大学热带病虫媒控制联合研究中心奚志勇团队从昆虫的体内提取Wolbachia氏菌，然后通过显微注射技术将其注入登革热媒介体内。通过多次试验，最终成功获得稳定携带新型Wolbachia氏菌的蚊株，使得利用Wolbachia氏菌控制蚊媒传染病有了坚实的基础和广阔的前景 [ 4 ]。利用Wolbachia氏菌控制蚊媒传染病主要有以下两种策略：1) 种群压制：只释放携带Wolbachia的雄蚊，利用它们与野外雌蚊交配后产生的CI效应来压制野外蚊群的数量 [ 5 ]；2) 种群替换：同时释放带Wolbachia的雄蚊和雌蚊，利用Wolbachia的母体垂直传播优势使野外蚊群被携带Wolbachia的蚊群完全替代 [ 6 ]。 在利用Wolbachia控制蚊媒病的发展过程中，数学模型的建立与应用具有重要的指导作用。2010年，Farkas等 [ 7 ] 建立了一系列数学模型研究Wolbachia的传播动力学，包括在不完全母体传播、不完全CI和具有年龄结构等情形。作者分析了平衡点的稳定性，利用数值模拟估计了平衡点的吸引域，但未给出Wolbachia成功传播的阈值。2014年，郑波等 [ 8 ] 建立了一个时滞微分方程模型，给出了精确的感染频率的阈值，同时还发现了感染的雌雄比例为1:5为最佳释放方案。2019年，胡林超等 [ 9 ] 建立了一个蚊子繁殖率随机变化的微分方程模型来研究Wolbachia传播动力学，作者获得了感染阈值水平的估计并证明了它不受环境变化的影响，由一条确定的曲线决定。这些模型都具有重要的应用价值。 尽管Wolbachia能诱导CI现象，但由于某些客观因素，小部分受精卵仍旧会成功孵化并产生不携带Wolbachia的蚊子，即为不完全CI。由于不完全CI的存在，即使Wolbachia感染蚊群在竞争过程中占据优势，仍不可避免地会持续产生未感染的蚊子，所以不完全CI将会降低Wolbachia在蚊群中的传播速度，而且CI的强度(指上述受精卵不能孵化的比例)不同，对传播速度的影响程度也不一样 [ 10 ]。受上述研究的启发，并注意到野外蚊群数量的观察数据是离散的，本文建立了一个新的离散竞争模型，研究在不完全CI条件下，携带Wolbachia蚊群与野外蚊群的竞争现象，分析Wolbachia成功传播的条件以及CI强度对结果的影响。