中国省域碳排放强度的集聚效应和辐射效应研究

估算了中国1997—2013年30个省(市、自治区)的碳排放强度数据,并利用全局Moran's Ⅰ指数、局域Moran's Ⅰ指数以及莫兰散点图从集聚效应和辐射效应两个角度考察了我国区域碳排放强度空间分布特征.结果显示:1集聚效应:我国省域碳排放强度具有明显的空间集聚特征,碳排放强度水平相似区域倾向于相邻分布;另外,碳排放强度空间分布呈现不断优化的趋势,即"低-低"集聚不断增加,"高-高"集聚逐渐减少.2辐射效应:内蒙古、宁夏和山西等省对周边地区的碳排放强度具有明显的正向辐射效应,广东、福建和浙江等省对周边地区碳排放强度具有明显的负向辐射效应.最后,据此提出政策建议.     

我国人为源气态活性氮排放时空变动特征分析

随着粮食和能源需求的增加,农业生产和化石燃料燃烧带来的活性氮污染越来越成为影响我国环境和人民健康的重要因素之一.通过对2000、2005及2010年全国31个省(直辖市、自治区)的人为源气态活性氮排放总量、单位GDP及单位人均排放量的Moran's I指数和GetisOrd G*i指数进行空间分析,探讨了气态活性氮排放及其强度的时空变动特征.结果表明,全国的气态活性氮排放及其强度呈现明显的空间集聚特征.在空间分布特征上,全国活性氮排放表现为高值集聚分布,其热点主要位于华北平原和长江中下游平原地区;排放强度方面则为高值聚集和低值聚集兼备.通过对3个年份的冷热点比较分析发现,排放强度的冷点地区变化较小,热点地区变化较大.其中,单位GDP排放强度方面,冷点地区处于东南沿海地区,热点地区则由西北地区缩小到四川、甘肃两省;而单位人口排放强度方面,冷点地区范围有所缩减,热点地区则由分散转变为集中分布于京津冀及周边的山西、内蒙古和辽宁等.分析人为源气态活性氮时空分布格局和特征及其形成原因,可为评估和减缓气态活性氮排放对生态环境的影响提供科学基础.     

基于改进Moran's I指数的成都市PM_(2.5)的空间统计分析

以PM_(2.5)污染的空间分布为研究对象,改进传统Moran's I指数,以便适用于大样本数据的空间自相关分析。通过改进Moran's I指数推导出期望与方差对改进Moran's I指数进行统计意义上的显著性检验,从而对PM_(2.5)污染情况进行空间自相关性的判断与评价,揭示PM_(2.5)污染呈现的空间分布趋势。为说明改进Moran's I指数的实际应用价值,采用成都市区7个空气质量监测点(不包括灵岩寺监测点)PM_(2.5)每小时数据,进行改进Moran's I指数的计算与分析,绘制改进全局指数时序图和改进局部Moran's I指数渲染图。结果表明,成都市区全局Moran's I指数的范围为0.728 7~0.998 5,即PM_(2.5)污染整体呈现显著空间聚集趋势,从局部看,PM_(2.5)污染的空间聚集和空间异质特性随着时间转移至不同监测点,地理位置邻近或环境类似的监测点有类似的分布趋势。     

典型山核桃产区土壤重金属空间异质性及其风险评价

山核桃(Carya cathayensis)是我国特有的高档干果和木本油料植物,目前关于山核桃林地土壤重金属污染研究鲜有报道.本研究以典型山核桃产区临安为研究区,系统采集了188个山核桃土壤样品,采用地统计学以及Moran's I等空间分析方法研究土壤重金属的空间异质性,并对山核桃林土壤重金属潜在生态风险进行评价.结果表明,重金属Cd、Cu、Zn、Pb、Ni、Cr平均含量分别为0.37、40.76、87.61、30.10、28.33、56.57 mg·kg-1,其中Cd、Cu平均值分别是背景值的1.33和2.87倍.单因子污染指数、内梅罗污染指数及潜在生态风险评价结果显示研究区土壤重金属均有样点超过土壤背景值,且Cd、Cu、Zn、Pb、Ni有部分样点超过土壤环境质量二级标准,表明研究区土壤已具有Cd、Cu、Zn、Pb、Ni、Cr不同程度的累积特征,局部土壤已受到Cd、Cu、Zn、Pb、Ni的污染,其中Cd最为严重,达到了强生态危害程度,Cu次之,总体上重金属呈中等生态危害程度.基于半方差函数分析得出,Cd、Cu、Pb、Ni、Cr具有强烈的空间自相关,而Zn属于中等空间相关性.Moran's I指数以及克里格插值结果揭示重金属Cd、Cu、Zn、Pb、Ni、Cr均存在明显的空间分布格局和局部空间聚集现象,高值主要集中在太阳、岛石、清凉峰、河桥以及湍口几个乡镇,且以重金属Cd、Cu污染风险概率较高.土壤Cd、Cu、Zn、Ni、Cr高值分布主要与矿区开采有关,而Pb与钾肥的施用密切相关.可见,研究区重金属空间分布特征受人为活动影响明显.     

顾及空间自相关性的高分遥感影像中建设用地的变化检测

在中国城市化的进程中,建设用地常常连片分布,其开发在空间上具有明显的聚集性,表现出较强的空间自相关性,这在高空间分辨率的遥感图像中更加明显。基于2016年、2017年两期南京市域内的北京2号3.2 m多光谱遥感图像,对比分析了引入变化向量的空间自相关指数作为图像特征后建设用地遥感变化检测的性能。首先提取遥感图像光谱变化向量的局部G指数、Moran's I和Geary's C三个典型空间自相关指数,然后确定适用于变化检测的最优空间间隔（Lag）范围和最优自相关指数。结果表明：（1）光谱变化向量在空间上具有显著的正相关性。（2）全局Moran's I和半方差函数相结合可以确定最优的Lag范围。（3）在光谱变化向量的基础上加入局部G指数和局部Moran's I能够提高检测精度,F1分数表明前者优于后者。（4）在光谱变化向量的基础上加入最优Lag范围内的局部G指数作为附加图像特征,F1分数比只使用光谱变化向量提高了20%以上。融合空间自相关信息,特别是多尺度局部G指数作为遥感图像特征可有效地提高连片区域建设用地的变化检测精度。     

基于空间自相关的地下水脆弱性时空演变

在人类活动较多的地区,影响地下水脆弱性的相关人为因素分布格局各时期不同,研究地下水脆弱性的时空格局转变,探求其各时期分布的特点,预测其发展的趋势,对于合理制定发展规划、针对性地降低地下水污染的风险有着重要的意义.以北京市朝阳区的水文地质和人文社会数据资料为基础,建立了基于DRASTIC模型考虑了土地利用类型等人为因素的地下水脆弱性综合评价模型.通过计算Global Moran'sⅠ指数、Getis-Ord Gi*指数(G指数)定量表征了研究区地下水脆弱性的时空格局演变,通过研究区G指数的质心和标准差椭圆定量分析了地下水脆弱性的分布特点和变化趋势.结果表明:研究区2004年、2010年和2016年高脆弱性地区面积呈逐年递减趋势,地下水脆弱性的高值聚集区主要分布在东北、西南地区,其中东北地区脆弱性逐年改善,而西北地区变化不大,造成变化的主要原因是土地利用类型的变化和化肥使用的减少.     

空气质量指数(AQI)的社会经济影响因素分析——基于指数衰减效应视角

中国面临着严重的环境恶化问题,其中空气污染问题尤为突出.基于中国2014年全国城市空气质量数据,利用自然正交函数分析城市空气质量指数的时空演变特征,并采用基于衰减效应的矩阵指数空间设定模型探讨了空气污染的影响因素.研究结果表明:(1)AQI以京津冀为高值中心向周边地区呈衰减变化,污染核心区由京津冀逐渐向豫北地区和鲁西北地区扩散,年内AQI在1—9月呈现下降趋势,然后逐渐上升;(2)150个城市的空气质量指数呈现出明显的空间集聚;(3)矩阵指数空间设定模型优于空间滞后模型,并且城市间空气污染呈现出显著的空间衰减效应;(4)人均地区生产总值的提高、SO_2排放量和PM_(2.5)浓度增加是导致空气污染加剧的重要原因,而外商直接投资和环保意识的提高有助于改善中国的空气质量.     

电子垃圾拆解区土壤重金属空间异质性及分布特征

在温岭电子垃圾拆解较为集中的区域系统采集90个土壤样品,研究土壤重金属的污染特征及空间异质性.结果表明,土壤重金属Cd、Cu、Zn、Pb和Ni的平均含量分别为0.38、35.13、121.38、35.40和28.13 mg·kg-1,与背景值相比较,这些重金属在研究区均有不同程度的累积,与国家二级标准相比,土壤重金属局部污染严重,尤其土壤Cd污染极为明显.土壤重金属Cd和Pb属于高度变异,其变异系数分别为121.05%和109.38%,其他重金属属于中度变异.地统计学空间插值和局部Moran'sⅠ指数结果表明土壤Cd、Cu、Zn和Pb的高值主要分布在大溪镇和泽国镇,这与电子垃圾拆解和其他的人为活动有关.土壤Ni的分布特征主要受到土壤母质的影响.重金属污染对当地生态和居民健康存在潜在的威胁.     

武汉市一次重霾天气AQI演变及气象因子特征分析

利用空气质量指数AQI数据,分析了武汉市2013年10月30日到11月3日AQI指数的演变特征,并结合自动站雨量、相对湿度、高空探测气温、风速数据探讨了与霾天气相关的气象因子特征。结果表明,武汉市各站点的AQI指数变化趋势大致相同,数值上稍有差异,日际变化非常明显;逆温层和低风速是制约污染物扩散的两大因素,30日武汉上空逆温层的减弱,对于污染物的扩散是非常有利的;降水对于AQI指数有一定的影响,在有利污染物扩散的大气条件下,可考虑增加降水带动气溶胶粒子的湿沉降改善空气质量。     

陕甘宁地区城市空气质量特征及影响因素分析

利用历史观测数据来探究短时间内AQI（空气质量指数）的起伏变化,有助于制定空气污染防治措施,对区域环境经济的协调发展具有重要意义.为研究陕西省、甘肃省和宁夏回族自治区（简称"陕甘宁地区"）2015-2017年空气质量特征,对3 a的AQI及评价体系中6项污染物（PM_2.5、PM₁₀、O₃、NO₂、SO₂、CO）质量浓度特征进行研究.通过数理统计对29个监测站点32 910个样本数据进行整理,采用克里金法分析AQI及6项污染物质量浓度的时空变化特征.结果表明:①空间上,陕甘宁地区西南部污染较轻,陕西省中部关中平原、宁夏回族自治区北部及甘肃省河西走廊西北部污染较严重.ρ（O₃）高值集中分布在研究区西北部地区,ρ（CO）、ρ（NO₂）高值集中分布在东部地区,ρ（PM_2.5）、ρ（PM₁₀）分布特征与AQI分布特征相似,ρ（SO₂）高值集中分布在北部地区.②时间上,3 a的AQI平均值为88,AQI季节性变化呈冬季（108）>春季（88）>秋季（78）>夏季（74）的规律.③通过数理统计对污染物质量浓度月变化特征分析发现,ρ（O₃）夏季最高,峰值为140.3 μg/m3,春秋次之,冬季最低;ρ（PM_2.5）、ρ（PM₁₀）、ρ（SO₂）、ρ（NO₂）和ρ（CO）均为冬季最高,其最高值分别为83.7 μg/m3、155.9 μg/m3、72.6 μg/m3、52.1 μg/m3、2.04 mg/m3.④相关性分析表明,AQI与自然因素中的平均气温、平均降水量和气压的相关系数分别为-0.859、-0.903和0.620,平均气温、平均降水量与AQI均呈极显著负相关（P < 0.01）,气压与AQI呈显著正相关（P < 0.05）.DEM（数字高程模型）地形起伏度分析发现,地形起伏度级别越大,AQI越小.社会经济因素中,AQI受工业企业数的影响最大,相关系数为0.634.研究显示,自然因素对陕甘宁地区空气质量的影响大于社会经济因素的影响,气象条件对空气污染的扩散起重要作用.      

陕西省生态环境景观格局脆弱性及空间关联研究

基于地理信息系统GIS和景观格局指数分析Fragstats,研究陕西省生态环境景观格局脆弱性及空间关联,结果显示:2001年、2006年和2011年,陕西省景观格局脆弱度分别为0~7.406 6、0~7.970 5和0~8.034 8,呈下降的趋势,高脆弱区面积逐渐减小,低脆弱区和较低脆弱区面积逐渐增大.2001年、2006年和2011年的全局Moran`s I 指数分别是0.792 8、0.692 1和0.679 9,呈不断减少的趋势,景观格局脆弱度存在较强的正相关现象.局部空间自相关表明,2001年"高-高"值的区域主要分布在陕西中部和南部,2006年"高-高"值的区域分布在除中南部以外的区域,2011年"高-高"值的区域分布在除中西部以外的区域.     

黄河流域水污染排放特征及污染集聚格局分析

掌握污染源排放特征及其空间差异,是在流域尺度提升水污染治理水平的重要基础.该研究分别从污染源的活动水平（简称“活动水平”）、污染物产生、污染物去除和污染物排放4个方面选取了28个指标,对黄河流域60个市州主要水污染物排放特征开展了现状评价和聚类分析.采用污染分布的地理集中度指数表征各市州污染集聚格局,并利用空间分析模型Global Moran's I和G_i*指数判断污染排放的空间集聚趋势与冷热点地区.结果表明:按照水污染排放特征的差异,黄河流域不同地区在水污染格局上可划分为高排放强度区、高排放绩效区、污染集聚区和低排放绩效区;水污染物排放与经济发展格局分布一致,上游、中游到下游地区呈现明显的阶梯型分布,上游地区单位水资源利用效率和排放绩效低,下游地区区域性污染集聚效应明显;山西省、河南省和山东省沿黄城市在空间上表现为区域性连片污染集聚,集中分布在晋中城市群和中原城市群.针对当前黄河流域水污染排放特征和空间集聚格局,建议制定统一的生态环境保护与治理策略,加强中下游城市群的污染协同控制.      

哈长城市群县域碳排放空间溢出效应及影响因素研究——基于NPP-VIIRS夜间灯光数据的实证

基于2012-2016年NPP-VIIRS夜间灯光数据测算哈长城市群共计68个县级单元碳排放数据,采用空间自相关、位序规模法则、空间计量模型以及空间马尔科夫链模型,对县级尺度城市碳排放空间特征、影响因素和动态空间溢出作用进行分析.结果表明：①城市碳排放呈现逐年下降的趋势,空间Moran''s I指数表明研究区城市碳排放存在高度的空间自相关,碳排放的高值集聚性呈降低的趋势.②位序规模法则表明,研究区全部城市的碳排放属于次位型分布,高位次城市的碳排放表现突出;在前十位城市的碳排放规模先减少再增加,由分散向集中演变.③多种空间面板模型对比分析表明,城市经济水平和人口密度因素呈现显著的正相关关系;固定投资和外商投资因素仅在时间固定模型中起到正向影响作用;技术进步以及路网密度因素则起到显著的抑制作用.④空间马尔科夫链分析结果表明,城市碳排放空间溢出效应明显,位于低水平区域与高水平区域的城市在转移过程中保持稳定;位于中低水平区域的城市与高碳排放的城市相邻会降低转移概率,反之则会提升转移概率.     

华北地区空气质量空间分布特征及成因研究

以2015年华北地区71个主要城市的AQI监测数据为基础,通过交叉验证评估不同空间插值方法,选择克里金指数模型生成华北地区的AQI栅格数据;然后分析区域AQI的时空分布特征,并重点讨论了降水、风向、风速及地形对AQI的影响;最后利用逐步回归分析法,找出对AQI产生较大影响的社会经济因子,并结合ESDA方法和空间回归模型对AQI及社会经济因子进行空间相关性分析.结果表明:AQI的几种插值方法中以克里金指数插值法精度整体最优;AQI有明显的季节性变化,冬季AQI明显高于夏季;华北地区整体污染较重,最严重的区域集中在河北南部、河南北部和山东西部;降水、风和地形与AQI关系密切,当降水量大于10 mm时,对AQI具有显著的抑制作用;AQI与风速呈显著负相关,风速对不同污染物的影响强度具有明显的季节差异,冬季偏北风向是造成空气污染南移和扩散的主要原因;太行山脉和燕山山脉阻塞污染物向西和向北扩散,导致华北平原的东南部地区污染加重;社会经济因子中,工业对AQI的影响最大,其他依次为民用汽车保有量、人口密度、森林覆盖率.     

黑龙江省重点城市AQI指数特征及其与气象要素之关系

空气质量状况的优劣,直接关系到人体健康和经济社会可持续发展。利用2014年黑龙江省4个重点城市的空气质量数据,结合同期常规气象要素资料,分析了黑龙江省AQI指数基本特征及与气象要素的关系。分析结果表明：黑龙江省重点城市年平均AQI指数以哈尔滨最大（轻度污染级别）,其次牡丹江、大庆、齐齐哈尔（良级别）;单日空气质量指数最高值在大庆（500）,其次是哈尔滨（490）,牡丹江和齐齐哈尔单日最高值分别为264和251;AQI指数年分布特征是冬季最高,其次秋季,再次春季,夏季最低;首要污染物最多的是PM_2.5,其次PM₁₀、NO₂和臭氧8 h。AQI指数与平均气温,在年尺度上呈负相关,月和四季呈正相关为主;与降水日呈负相关;与相对湿度是冷月（1-2月）呈正相关,渐暖月（5-6月）呈负相关;与最大风速,采暖季呈明显负相关;与本站气压呈正相关,与日照时数冬季呈负相关关系。     

我国空气质量健康指数的初步研究

收集我国16个城市2001~2010年每日PM10、SO2和NO2浓度和居民日死亡数,采用经典的时间序列研究方法和贝叶斯层次模型,分析在全国水平上各污染物与居民每日总死亡率的暴露反应关系,据此构建我国空气质量健康指数(AQHI).比较AQHI与现行空气污染指数(API)和空气质量指数(AQI)预测居民日死亡率的能力.结果显示,AQHI的构建公式为:AQHI=10/16.4×100×[exp(0.00019×PM10)-1+exp (0.00061×NO2)-1].AQHI预测居民每日总死亡率、心血管疾病死亡率和呼吸系统疾病死亡率的强度和精确度均优于现行的API与AQI.     

东北三省农田生态系统碳排放时空分异特征及驱动因素研究

根据2000—2014年东北三省碳排放的相关数据,结合空间探索性分析及地理加权回归等模型方法,对研究区农田生态系统碳排放量的空间集聚性、差异性及其重要驱动因素进行研究.结果表明:东北三省农田生态系统碳排放量存在比较显著的全局空间正相关,自相关性在整体上表现出逐渐增强的趋势,到2014年全局Moran's I指数达到最高值0.3395.在局部空间相关关系上,东北三省农田生态系统碳排放量的高-高区域集中在黑龙江省和吉林省,低-低地区主要集中在辽宁省,表现出不平衡的发展格局.人均GDP对农田生态系统碳排放有负效应,总人口数对农田生态系统碳排放的影响从正效应转变为负效应,化肥施用对农田生态系统碳排放影响程度的空间分布格局发生了较大变化,代表生产技术水平和能源消耗的农业化肥施用量和农业机械总动力因素对农田生态系统碳排放的影响较大,东北三省农田生态系统碳排放和农业机械总动力相关程度有逐渐趋同的趋势.