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.      

基于市域尺度的陕西省碳排放空间特征分析

为完善陕西省节能减排措施并减少碳排放量,基于市域尺度视角,采用空间统计分析及空间自相关法,借助ArcGIS技术分析陕西省2000～2017年的碳排放量、碳排放强度时空变化特征及空间集聚特征.研究发现:陕西省整体碳排放量呈增加趋势,碳排放强度显著降低,处于低碳排放区和高碳排放强度的市区数显著减少;部分城市上升至次高碳排区...     

成渝城市群陆地碳排放时空变化及效应研究

碳达峰和碳中和是中国立足于经济发展阶段和全球可持续发展要求提出的一项战略目标。开展县级尺度土地利用碳排放研究对指导区域实现“双碳”目标具有重要意义。文章以成渝城市群为研究对象,基于2000-2020年土地利用数据、统计年鉴数据和夜间灯光遥感数据,探究成渝城市群碳排放和碳生态效应,并对碳生态压力进行评价。结果表明：（1）2000-2020年成渝城市群土地利用净碳排放呈增长趋势,年均增长289.90万t,且增速逐年减缓,主要碳源为建设用地,总体呈增长状态,年均增长291.70万t;林地是主要碳汇,呈缓慢增长。（2）碳源和碳足迹主要集中在成都市和重庆市主城区范围,部分分散在各地级市中心城区,碳汇主要分布在成渝城市群外围高山丘陵区,包括川西高原的部分区县、川东平行岭谷和重庆部分山区。（3）研究区总体呈碳赤字,碳生态承载力总体变化不大,碳足迹和碳赤字都呈增长趋势,年均增长率分别为9.78%和12.18%。（4）高度碳生态承载力区主要分布在成渝城市群外围区县,高度碳生态压力区集中在以成都市和重庆市主城区为核心的区域以及各地级市主城区;研究区内部分区县碳生态压力有所缓解,但整体上陆地生态系统碳循环压...     

基于NPP-VIIRS夜间灯光的长株潭地区县域土地利用碳排放空间分异研究

从县域尺度开展土地利用碳排放空间分异研究,对指导区域实现碳达峰及碳中和目标具有重要意义.基于2013—2019年NPP-VIIRS夜间灯光数据测算长株潭地区县域土地利用碳排放,并运用探索性空间数据分析和地理探测器,对长株潭地区县域土地利用碳排放空间分异特征及影响因素进行分析.结果显示：①2013—2019年,长株潭地区县域土地利用碳排放差异较为显著,基本上在波动中呈递减趋势,空间上呈现自中部地区向四周地区渐弱的态势;②2013—2019年,研究区土地利用碳排放Moran''s I值呈"上升下降再上升"的趋势,由2013年的0.275841最终减少为2019年的0.270621,空间集聚特征较为显著,总体呈正相关;局部空间自相关均未出现高低、低低集聚型区域,且高高集聚型区域固定为湘潭市市辖区;③综合4年指标探测结果来看,长株潭地区县域土地利用碳排放影响因素的解释力q值为0.200~0.868.其中,单位能源消耗碳排放、第一产业产值比重、人均土地面积、土地利用程度指数、城镇化率在研究期间出现频率较高且出现时的q值均大于0.50,且任意两个影响因素交互作用后影响力表现为双因子增强和非线性增强.     

成渝城市群碳排放时空特征及其影响因素

利用2008~2018年成渝城市群内16个城市的面板数据,运用空间自相关和时空地理加权回归模型,探究了城市群碳排放的时空演变格局,揭示了碳排放影响因素的时空异质性.结果表明,成渝城市群碳排放整体呈增长态势,总量由5亿t增加到6.6亿t,增速约为1500t/a,地均碳排放量和人均碳排放量也存在波动上涨趋势.碳排放总量热点区域集中在成都和重庆,分别占总量约20%和25%,冷点区域为雅安市.碳排放总量和地均碳排放均存在显著的空间差异,人均碳排放的莫兰指数为正,呈现明显的空间聚集格局.整体上,人均碳排放表现出东北低-西南高的空间结构特征,南充,遂宁,广安是低低聚集区域.城市群中各个城市的影响因素显示出时空异质性,能源强度、经济发展水平、人口规模对城市的碳排放都有明显正向作用,在成渝中西部城市作用强度大;而城市化水平的正向影响较弱,对成渝东部城市影响较强.     

京津冀与长三角城市群碳排放的空间聚集效应比较

基于中国高空间分辨率碳排放网格数据(CHRED),采用探索性空间分析手段(ESDA)和空间回归模型分析京津冀和长三角城市群碳排放指标空间格局和聚集特点,通过显著性检验选择空间滞后回归(SLM)和空间误差回归(SEM)方法,揭示城市群碳排放水平的影响因素.结果表明,京津冀城市群碳排放在空间上表现出更多的随机性和结构不稳定性,Moran自相关系数为-0.131;长三角城市群碳排放在空间上表现聚集趋势明显,Moran自相关系数0.106,二氧化碳排放受到临近区域的影响.人口和经济因素是京津冀城市群和长三角城市群碳排放的最主要驱动因素.总体上长三角地区碳排放总体扩散效应显著,而京津冀城市群极化效应更明显.区域发展的多中心化是大城市病治理的重要导向,同时要注意对区域碳排放溢出热点进行控制,促进城市群一体化和低碳化发展,实现区域碳平衡.     

2016~2018年中国城市臭氧浓度时空聚集变化规律

为揭示中国O₃浓度的时空格局及聚集变化规律,通过对2016~2018年全国338个城市1144个监测站点的O₃浓度观测数据,使用空间插值及空间自相关等方法进行分析研究.结果表明：2016~2018年全国O₃浓度（第90百分位数）总体呈现上升趋势（由2016年的141.54μg/m³上升到2018年的153.21μg/m³）,污染态势逐年加重,且华北及长江中下游等人口稠密地区O₃浓度最高,O₃浓度的空间分布呈现显著的聚集性和相似性规律,且聚集性逐年增强,O₃浓度的年聚集区主要呈现北高南低的分异,高高值聚集区主要集中在北方（城市占比22.19%~29.59%）,低低值聚集区则主要集中在南方（城市占比15.98%~22.19%）,此外,O₃浓度高高值聚集区与低低值聚集区空间分布的季节变化规律以顺时针周期性变化为主：3a来,春季集聚区分布与年集聚情况相同,夏季高高值,低低值聚集区逐渐向西扩大聚集范围,秋季则顺时针转变为东高西低的分异情况,随后高高值（低低值）聚集区沿顺时针方向南（北）移动,到冬季则转变为南高北低的空间分异情况.     

中国城市人口规模、产业集聚与碳排放

基于2009~2018年中国286个地级市面板数据，构建空间计量模型，从城市人口规模和产业集聚的综合视角探讨对于人均碳排放的影响机制.结果显示：不同城市的人均CO₂排放具有显著的空间溢出效应；城市人口规模和产业集聚与人均CO₂排放之间均呈“倒U型”关系，且影响机制各不相同；产业集聚与城市人口规模在影响碳排放上具有协同效应；中国东中西地区及南北地区在碳排放及其影响机制上具有显著差异；地区差异、经济发展程度差异等一系列稳健性检验均验证了上述结论的可靠性.因此各地政府在制定可持续发展政策时要针对城市人口规模、产业集聚和低碳统筹发展，合理制定人口、产业和节能减排政策.     

中国省际农业碳排放的时空分异特征及关联效应

文章选择1997-2015年数据测算了中国31个省(市、区)农业碳排放量,从时空2个纬度分析了其空间分布规律,利用探索性空间数据分析方法(ESDA)分析了农业碳排放的空间关联效应。结果显示:(1)中国农业碳排放总量波动的趋势呈现出"波动上升-快速下降-缓慢上升"3阶段特征,且波动幅度较大。(2)农业碳排放总量及其强度空间分布存在明显的非均衡性,有集聚的趋势,集聚的区域层次分明,有明显的地域特征。(3)农业碳排放呈现出较强的空间相关性,高-高型集聚区域为青藏高原地区,低-低型集聚区域是以河北和江苏为中心的2个集聚区域,但区域面积非常有限。据此,提出农业"碳减排"要实行差异化的政策;考虑邻近区域政策等要素的负溢出性,在高-高型集聚区域,要实行联防共治,避免农业碳排放的此消彼长,实现多赢。     

长株潭城市群地类转移的碳传导效应与预测

土地利用碳排放是影响城市碳达峰、碳中和实现的重要因素.基于土地利用遥感数据和碳排放估算模型,得到长株潭城市群的土地利用碳排放量,借助转移矩阵分析了长株潭城市群土地利用转移的碳传导效应.此外,采用马尔科夫模型预测2030年和2060年的长株潭土地利用碳排放量.结果表明：①1995~2018年长株潭城市群土地利用净碳排放从810.84×10⁴ t增加到2015.41×10⁴ t,碳源/汇比整体呈上升趋势.其中,建设用地是主要的碳排放源,林草地是主要的碳汇.②不同时段地类转移引致的碳传导最终均表现为净碳排放,在时间上呈现先增加后减少的态势.其中以林地和耕地向建设用地转移产生的碳传导最为显著,涉及草地、水域和未利用地的碳传导效应微弱.③预测结果表明,长株潭城市群的土地利用碳排放预测量处于持续上涨态势,如若仍按目前趋势发展,则如期实现"双碳目标"存在难度.政府需要在加强林地的碳吸收能力以提升生态系统碳汇增量和遏制建设用地的无序扩张以减少碳源两方面着力,加快长株潭城市群的绿色低碳建设.上述结果为长株潭城市群开展低碳导向的城市土地利用调控提供了重要参考.     

时空效应下PM2.5的环境库兹涅茨曲线——基于动态空间面板视角

经济发展与环境保护的平衡一直是人们关心的话题,为分析空气质量水平与经济发展程度之间的关系,即环境库兹涅茨曲线,本研究利用2013—2017年中国省级PM_(2.5)污染数据,运用动态空间面板数据模型,从而控制相邻省份的空气质量水平与本地上期污染水平,实证分析中国PM_(2.5)环境库兹涅茨曲线的存在性及空间溢出性.结果表明:①PM_(2.5)的环境库兹涅茨曲线在省级基础上表现为倒U形,即随着初期经济水平的发展,大气污染会不断增加,在经济发展到一定水平后,大气污染开始降低;②东部、中部省份的空气污染表现与全国一致,而西部省份尚无显著趋势,只有第一产业产量与空气污染水平呈负相关;③中国整体的PM_(2.5)污染具有显著的空间溢出性;④对二氧化硫和氮氧化物进行环境库兹涅茨曲线研究,发现全国平均而言还处在大气污染的上升阶段.研究表明,中国各地区处在大气污染发展路径的不同阶段上,而且空气污染的治理模式应采取区域联合分块治理的策略.     

基于随机森林的光散射法传感器微站PM2.5监测值的校正方法研究

光散射法传感器微站以其体积小、反应迅速、成本低等优点,已成为城市PM_2.5规模化移动监测的新选择.由于其标准与传统标准台站不同,必须对这类微站的监测数据进行准确地校正.本研究利用2021年06月—2022年02月武汉市江夏区标准台站及同期传感器微站监测数据,探讨传感器微站监测误差与温度、相对湿度的关系,并通过随机森林回归（Random Forest Regressor,RFR）校正传感器微站PM_2.5监测数据.对比单一RFR模型、按气象因素分类后RFR模型、“小波去噪+RFR”组合模型、“加权滑动平均去噪+RFR”组合模型校正效果,结果表明：RFR模型和分类后RFR模型均出现泛化能力差的问题,不能满足校正需求;“小波去噪+RFR”组合模型、“加权滑动平均去噪+RFR”组合模型平均绝对误差分别为8.77 μg·m^-3和4.78 μg·m^-3,平均相对误差分别为40.80%和18.13%.去噪组合模型能满足校正需求,且“加权滑动平均+RFR”组合模型校正效果明显优于“小波去噪+RFR”组合模型.研究结果可为光散射法传感器微站PM_2.5监测值校正提供有益参考.     

基于深度学习的华东地区PM2.5浓度遥感反演

PM_2.5作为大气污染的主要来源,对人类身体健康有着极大的影响.本文提出基于深度学习模型的多要素联合PM_2.5反演方法,以PM_2.5浓度作为真值数据,引入Himawari气溶胶光学厚度（AOD）日数据产品与温度、相对湿度和气压等10个要素作为反演要素.为验证方法的有效性,采用华东地区2016~2018年的数据分季节开展实验,并与传统反演方法进行对比.结果表明,PM_2.5浓度与AOD、降水、风速、高植被覆盖指数呈正相关关系,与矮植被覆盖指数呈负相关关系,与温度、湿度、气压以及DEM的相关性随季节的变化而改变;基于深层神经网络（DNN）反演的PM_2.5精度高于传统的线性和非线性模型,各个季节R²均在0.5以上并且误差较小,其中秋季的反演效果最好R²为0.86,夏季为0.75,冬季为0.613,春季为0.566;模型的可视化结果显示,DNN模型的反演结果更接近地面监测站点插值的PM_2.5浓度分布,分辨率更高且更精确.     

瓦里关气相色谱法大气CO_2和CH_4在线观测数据处理分析

加强我国本底站温室气体数据资源的科学管理与共享,首先应保证观测全流程的标准化和规范化,确立数据处理和质量控制方法.我国青海瓦里关全球本底站自1994年开始了气相色谱-氢火焰离子化检测器法(GC-FID)大气CO2和CH4在线观测,本文详细讨论了该系统原始资料采集、数据信息合并、时间序列检查、观测员级质量控制和专家级质量控制等流程.利用局部近似回归法对大气CO2和CH4数据进行本底值筛分,获得CO2本底数据百分比约占有效数据的72%、CH4占44%.在线观测的CO2和CH4月平均浓度与同期瓶采样分析结果基本一致,相对偏差均在±0.5%以内.经流程化处理和质控的瓦里关大气CO2和CH4本底浓度变化资料已进入全球同化数据库(Globalview-CO2、Globalview-CH4),报送世界温室气体数据中心(WDCGG)并应用于世界气象组织(WMO)温室气体公报和联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)评估.     

基于卫星遥感数据和污染控制政策分析河南省2001—2018年SO2浓度变化特征

为研究河南省长时间序列的ρ（SO₂）变化特征,运用MERRA-2卫星遥感资料并结合《大气污染防治行动计划》的实施,对河南省2001—2018年ρ（SO₂）的时空分布特征进行分析.结果表明:①河南省2001—2018年ρ（SO₂）的空间分布呈东北高、西南低的特征,高值、低值区域分别位于焦作市-新乡市-郑州市北部一带和洛阳市-三门峡市-南阳市交界一带;秋季、冬季ρ（SO₂）高于春季、夏季,冬季ρ（SO₂）比春季、夏季高50%~70%.②2011年前,河南省年均ρ（SO₂）不断上升,北部较南部增速快,年均增速为3.5~4.0 μg/（m3·a）;2011年后,西北部大部分地区ρ（SO₂）呈下降趋势,焦作市-新乡市-安阳市一带下降最快.③2013年《大气污染防治行动计划》实施后,河南省北部ρ（SO₂）呈递减趋势,濮阳市及其周边下降最快,降速超过0.4 μg/（m3·a）;但中南部仍呈缓慢增长趋势,增速高达0.6 μg/（m3·a）.研究显示,主要污染物总量的减排和《大气污染防治行动计划》的实施促进了河南省ρ（SO₂）的下降,但不处于京津冀大气污染传输通道“2+26”城市的地区ρ（SO₂）下降速度较慢甚至略有增长,应进一步加大非传输通道城市大气污染防治力度.      

基于机器学习利用低成本传感器数据构建城市近地面PM2.5浓度的高分辨率空间分布

PM_2.5是当前影响中国城市空气质量的一种重要污染物,它对人体健康有不利影响,高时空间分辨率的PM_2.5浓度分布是城市大气污染 精细化防控和健康影响评估的重要基础.低成本传感器在中国城市空气质量监测领域得到越来越多的应用,但由于其数据质量不够高,其价值没有得到充分的挖掘.本研究以在长三角地区蚌埠市城区作为研究案例,首先基于国控站监测数据对低成本传感器观测数据进行校准.接着通过6种机器学习模型的预测性能的比较选取随机森林作为本研究的核心方法.然后利用随机森林方法结合土地利用类型、人口密度和通过WRF模式模拟得到的气象数据、监测数据等多源数据,构建了时间分辨率为1 h、空间分辨率为0.005°（接近500 m）的近地面PM_2.5浓度的时空分布.最后对几种方法的结果进行了比较和评估.反演得到的高分辨率PM_2.5浓度的10倍交叉验证结果显示,空间R²=0.95,RMSE=9.32 μg·m^-3,时间R²=0.88,RMSE=9.24 μg·m^-3.结果表明,低成本传感器观测数据可以帮助人们构建具有更高精度的高时空分辨率的PM_2.5浓度 分布,使得低成本传感器数据的时空特征价值得到更好的利用,同时也可为低成本传感器更好地服务于空气质量精细化管理提供一种新的 应用思路.     

中国服务业CO2排放的时空特征与EKC检验

采用IPCC温室气体排放清单中CO₂排放因子与估算方法,核算了1995—2012年中国30个省区(不含港澳台地区和西藏自治区数据,全文同)服务业的CO₂排放量,并对30个省区服务业人均CO₂排放量的时空特征进行分析;利用基于面板数据的EKC模型检验中国及其三大经济带服务业增长与CO₂排放之间的关系. 结果表明:在考察期内,中国服务业人均CO₂排放量从0.16 t升至0.77 t,服务业人均增加值从1 621.04元增至9 991.95元;服务业人均CO₂排放量排在前列的省区大都位于东部地区;东部和中部地区人均CO₂排放量与服务业人均增加值之间呈线性正相关,人均服务业增加值每增加1个单位,人均CO₂排放量将分别增加1.02和1.16个单位;西部地区人均CO₂排放量与服务业人均增加值之间呈单调递增关系. 在此基础上,提出差别化的碳减排对策:①东部地区应通过技术改进和优化产业结构、能源消费结构来降低CO₂排放,并成为中国服务业节能减排的“领头羊”;②中、西部地区应在保持服务业经济适当增速的前提下,将提高能源利用效率和降低能源强度作为减排重点.      

龙凤山本底站大气CO2数据筛分及浓度特征研究

针对黑龙江龙凤山区域大气本底站2009年1月～2011年12月低层(离地10 m)和高层(离地80 m)大气CO2在线观测数据,选取低层数据重点开展研究,分析地面风向和风速等因素对观测CO2浓度的影响.结果表明,龙凤山低层大气CO2浓度明显受局地源汇影响,其与高层观测结果差异在白天08:00～17:00相对较小,小于(0.5±0.5)×10-6(物质的量比).春、夏和秋这3个季节E-ESE-SE-SSE扇区来向的地面风会明显抬升大气CO2浓度,而冬季N-NNW-NW-WNW扇区CO2浓度明显较高.该站4个季节近地面CO2浓度随着风速增大而逐渐减小,在冬季尤为明显.结合日变化及地面风的影响,对低层观测数据进行初步本底/非本底筛分,筛选出代表东北区域混合均匀CO2水平的本底数据占总数据的30.7%.本底CO2浓度季节变化显示该站大气CO2浓度呈现冬季高夏季低的趋势,季振幅约为(36.3±1.4)×10-6,明显大于同期WMO/GAW同纬度站点观测结果,2009～2011年龙凤山大气CO2平均增长率为2.4×10-6a-1.     

Evaluation of health benefit using BenMAP-CE with an integrated scheme of model and monitor data during Guangzhou Asian Games

Guangzhou is the capital and largest city(land area:7287 km2)of Guangdong province in South China.The air quality in Guangzhou typically worsens in November due to unfavorable meteorological conditions for pollutant dispersion.During the Guangzhou Asian Games in November 2010,the Guangzhou government carried out a number of emission control measures that significantly improved the air quality.In this paper,we estimated the acute health outcome changes related to the air quality improvement during the 2010 Guangzhou Asian Games using a next-generation,fully-integrated assessment system for air quality and health benefits.This advanced system generates air quality data by fusing model and monitoring data instead of using monitoring data alone,which provides more reliable results.The air quality estimates retain the spatial distribution of model results while calibrating the value with observations.The results show that the mean PM_2.5concentration in November 2010 decreased by 3.5μg/m~3 compared to that in 2009 due to the emission control measures.From the analysis,we estimate that the air quality improvement avoided 106 premature deaths,1869 cases of hospital admission,and 20,026 cases of outpatient visits.The overall cost benefit of the improved air quality is estimated to be 165 million CNY,with the avoided premature death contributing 90%of this figure.The research demonstrates that Ben MAP-CE is capable of assessing the health and cost benefits of air pollution control for sound policy making.     

基于随机森林的开封市重型柴油车NOx排放总量估算模型

近年来,在相关法律文件的推动下,监控平台技术得到发展与应用,有助于准确、实时获取海量实车行驶和排放数据,为建立机动车排放清单提供了重要数据基础.基于此背景,本文依托河南开封重型柴油车远程监控平台排放大数据,考虑了中观尺度上的活动因子分布特征及活动因子的影响权重,利用随机森林回归模型对重型柴油车污染物排放量预测方法进行研究.结果表明：①开封市重型柴油车行驶工况呈Ω型分布,而且随着发动机排量的增大,工况范围有逐渐缩小的趋势,且重型柴油车有20%的时间行驶在怠速区域和至少40%的时间行驶在中低转速区域.②在样本车中,在活动因子影响程度占比排序方面,有超过80%的柴油车将车速排在首位,其次分别是SCR床温、废气流量、发动机转速、燃料流量.③NO_x排放总量估算模型计算的6种典型排量下的重型柴油车NO_x排放总量与实际排放总量相比,误差不超过25%,能够满足实际需求.