基于时空地质统计学的滇池水质时空分布模拟

使用滇池水域10个观测站（外海8个,草海2个）上TN、TP、CODMn、DO、BOD、叶绿素a等6个指标在2a间（2005～2006）每个月的观测数据,利用时空地质统计学计算了各指标的时空变异函数和进行了普通克立格估值。从结果来看,时空变异函数可以较好地刻划环境变量与时空变化之间的关系,能更精确地估计环境变量在时间和空间的分布。从各水质指标的模拟结果来看,滇池的污染严重区域主要为北部的昆明城区、东北部的呈贡、东部的大渔地区。     

内蒙古河套灌区地下水矿化度的时空变异特征

利用内蒙古河套灌区义长灌域地下水水位、水质资料（1996-2005）,结合地理信息系统（G IS）技术,运用传统统计学和地统计学方法研究灌域10年间地下水矿化度时空变异性。结果表明：1.灌域内地下水矿化度在1996-2005年间呈下降趋势（从1996年的8.5 g/L下降到2005年的约5.3 g/L）,且变异系数不大;2.地下水矿化度的变化受降水、蒸发、地下水位和引黄水量等多种因素的影响,蒸发与地下水矿化度达到极显著相关;3.1996年和2005年两个时期的地下水矿化度的实际变异函数和理论变异函数（球状模型）拟合较好,F检验达到显著水平。Kriging差值结果显示,两个时期矿化度的空间分布差异不甚明显。     

湖泊水质时空变化特征识别的贝叶斯方差分析方法

精细识别湖泊水质的时空变化特征是确定流域污染调控措施的基础.贝叶斯方差分析具有灵活的模型结构,可直接表征变量的时空动态特征.本文据此提出了基于该方法的湖泊水质时空变化特征识别的方法框架,研究了异龙湖稳态转换条件下富营养化指标的变化特征和滇池外海特征污染物达标率的时空变化2个案例,验证了该方法在总体服从正态分布和二项分布时的适用性.针对参数可交换性假设被忽视的问题,本文提出了一种基于模型选择准则的判定方法,并将其应用于滇池案例中.结果表明:(1)相对于清水稳态,异龙湖在浊水稳态时3种富营养化指标浓度更高,且年际方差所占总方差比例减小;(2)滇池外海总氮浓度超标率由2007—2013年间的40%左右降到2014—2016年间的10%左右,且波动性降低.随着监测数据的积累和监测时空精度的增加,贝叶斯方差分析在湖泊水质时空变化特征识别中具有广阔的应用前景.     

基于LMDI模型的黄河流域碳排放时空差异及影响因素研究

全面核算能源消费产生的碳排放量并明确其时空演变的影响因素是制定、实施及评估黄河流域碳减排策略的依据和保障。选取黄河流域9省（区）作为研究区,采用LMDI模型,计算了2003—2019年黄河流域能源消费产生的碳排放量,并对其时空差异及其影响因素进行了分析。结果表明：（1）从时间序列演化特征来看,在2003—2019年,黄河流域的碳排放量整体呈增长趋势,但增长幅度逐年收缩;（2）从空间分异特征来看,黄河流域上、中、下游的碳排放量呈西低东高的区域格局;（3）能源消费强度效应与经济增长效应分别是减缓和促进区域碳排放量增长的关键性因素,人口规模效应对于碳排放量表现为正向驱动作用,但影响程度较小,能源碳排放强度的抑制作用十分有限。最后,针对各影响因素提出了碳减排措施的对策建议。     

大鹏湾近岸海域叶绿素a的时空分布特征

根据2015年度大鹏湾近岸海域5个海洋环境浮标的在线监测数据,分析大鹏湾海域海水中叶绿素a（Chl a）的时空分布特征及其与主要水质参数的相关关系。结果表明大鹏湾Chl a含量在春、夏、秋季较高,而冬季较低,实测最大值为82.23 μg/L;受水动力环境及陆源排放影响,终年沙头角附近海域的Chl a含量明显高于其他区域。Pearson相关分析结果表明,大鹏湾海域Chl a含量与水温呈现正相关关系,但与盐度不存在显著意义的相关关系。总体来看,Chl a含量的时空分布受陆地径流、外源输入和养殖环境状况等的共同影响。     

中国气溶胶光学厚度的时空分布及影响因素分析

基于1980~2017年MERRA-2再分析产品中的气溶胶光学厚度（AOD）数据,结合趋势分析和时空地理加权回归模型（GTWR）等方法,分析中国AOD的时空变化特征,从时空异质性视角量化自然地理和人类活动对AOD的综合影响.结果表明,1980~2017年AOD以0.0028a^-1的速率呈显著上升趋势,而2009~2017年AOD以0.0083a^-1的速率呈显著下降趋势.2008年前后为AOD由升到降的转折期,可能与2007年生态文明建设和2008年全球经济危机有关.胡焕庸线以东地区为AOD高值区,以人为气溶胶为主,近40a来AOD值呈显著上升趋势;胡焕庸线以西地区为AOD低值区,以自然气溶胶为主,AOD值基本不变.气温、气压、黑炭气溶胶排放和硫酸盐气溶胶排放与AOD呈正相关,降水、风速、NDVI和GDP与AOD呈负相关.AOD与影响因子间的关系具有时空异质性.从时间变化来看,降水、风速、NDVI、GDP的回归系数具有一致性,而气温、气压、黑炭气溶胶排放、硫酸盐气溶胶排放在不同年份的回归系数有正有负;从空间变化来看,中国北方地区气温与AOD间呈负相关,南方地区二者呈正相关.     

基于GIS和差异信息测度的海河流域水文气象要素时空变异性分析

为深入理解海河流域水资源剧减的影响原因, 进行水文气象要素的时空变异分析是十分重 要和必要的。传统的时间序列变异方法主要是用变异系数法, 论文结合信息熵理论提出一种基于差 异信息测度与GIS 技术的时空变异分析方法, 并成功应用于海河流域的31 个测站的1960-2001 年降水、蒸发和气温的分析, 结果直观地表达海河流域降水、蒸发和气温等水文气象要素的时空变 异规律, 为进一步深入理解海河流域的水循环变化规律打下坚实基础。通过初步分析得出海河流域 降水和蒸发时空变异相对较大、气温时空变异相对较小的结论。     

2001—2017年中国北方省份气溶胶光学厚度的时空特征

利用2001年3月—2017年2月MODIS MOD08M3遥感反演气溶胶光学厚度产品数据,结合GIS统计分析方法和集合经验模态分解方法（EEMD）,对中国北方京津冀鲁豫晋陕7个省市的气溶胶光学厚度时空特征进行分析.结果表明：①从空间分布特征来看,人口密度与AOD空间分布有着直接的联系.一方面,地形因素主要通过影响人口分布来间接的影响AOD空间分布,另一方面地形因素还可以影响气溶胶的水平扩散,这使得AOD的空间变化梯度在平原和山脉交界处急剧增大,形成了AOD空间分布与地形高度契合的分布特征,因此地形因素是中国北方AOD空间分布重要的影响因素之一.②从时变特征来看,将EEMD应用于AOD时间序列变化研究,可以从频率域的角度提取不同尺度变化的规律和特征,AOD时间序列变化是由多个波动规律叠加在一起的最终结果,具体包括：年际间变化情况（IMF5）、季节性波动（IMF3）、时间间隔为12个月的人为事件波动（IMF2）、突发事件和情况（IMF1）.这些结果有助于研究AOD时空变化原因和北方地区的气候环境.     

大气污染联合治理分区视角下的中国PM2.5关联关系时空变异特征分析

联合治理分区下PM_(2.5)关联关系时空变异特征识别对中国大气污染防治意义重大.本文主要基于2000～2016年遥感反演的中国大陆334个地级市PM_(2.5)浓度数据,利用空间单元聚合策略与地理时空加权回归技术,系统分析了大气污染联合治理分区视角下的中国PM_(2.5)关联关系时空变异特征.结果表明:①以PM_(2.5)为首要污染物,综合考虑污染程度、地理位置、气象、地形和经济等因素可将中国大陆地区划分为10个大气污染联合治理区.②地理时空加权回归能够有效刻画PM_(2.5)与关联因素间的时空非平稳关系.同时,人口规模、第二产业生产总值、SO_2排放量、年平均气温、年降水量以及年平均相对湿度被识别出对PM_(2.5)浓度的变化影响存在显著时空差异.③人口规模对PM_(2.5)浓度的影响程度各年最大的地区均为京津冀蒙区域;川渝滇黔区域中第二产业生产总值对PM_(2.5)浓度影响程度变异度最大,在黑吉辽区域之外,SO_2排放量回归系数值均先随时间逐渐减小再增大最后又减小;各治理区中年平均温度对PM_(2.5)影响程度的时间变异程度较小;而年降水量与年平均相对湿度对PM_(2.5)影响程度在各区域中呈现不同的变异特征.     

滇池水质1999-2008年时空变化特征

以滇池常规的水质监测数据为基础,运用因子分析法对滇池1999-2008年的水质进行综合评价,并以水质综合评价得分作为监测点位的空间属性值,采用空间插值法定量分析10年间滇池水质的时空变化特征。研究期间内,滇池水质总体呈现不断恶化的趋势,氮磷污染一直是滇池的主要污染类型。滇池南部区域水质一直优于北部和中部区域,尤其是草海和外海交界区域的水质在全湖是最差的。南部片区水质在整个滇池最好,但也呈现出不断恶化的趋势。     

基于时空克里格的PM_(2.5)时空预测及分析

PM_(2.5)作为大气污染的一种,正受到社会越来越广泛的关注和研究,但大部分研究仅单独分析各样点PM_(2.5)浓度时间维度或空间维度特征,忽略了PM_(2.5)的时空维度变化。为综合考虑PM_(2.5)时空维度特征,该文以山东省2014年PM_(2.5)浓度监测数据为对象,建立PM_(2.5)时空变异模型,利用时空克里格法对山东省全年PM_(2.5)浓度进行时空预测,得到时空分布立方体数据,最后基于该数据,对山东省PM_(2.5)污染特征作出分析。结果表明,2014年山东省整体PM_(2.5)污染严重。在空间上,中西部地区PM_(2.5)浓度超过75μg/m~3的天数超过290 d,存在持续性高危污染,东部小于37.5μg/m~3的天数超过146 d,存在间歇性轻微污染,且从西至东,PM_(2.5)污染天数和程度逐渐降低,具有明显地域性污染特征;在时间上,PM_(2.5)浓度最高时间段为1、2、11和12月,最低为6-8月,各季节污染程度依次为:冬季秋季春季夏季。研究表明时空地统计方法能够有效地对空气质量进行时空预测,是挖掘更多的时空分布特征和信息,进行环境数据分析的有效手段。     

滇池浮游植物碳氮同位素时空分布特征及其影响因子分析

通过对旱季、旱雨季过渡期和雨季3个不同时期滇池浮游植物δ¹³C、δ¹⁵N的研究发现,滇池浮游植物δ¹³C、δ¹⁵N存在显著的时空分布特征.从旱季、过渡期到雨季,浮游植物δ¹³C值分别为-20.44‰±0.72‰、-17.32‰±1.09‰和-15.92‰±1.74‰,呈逐渐升高趋势;而浮游植物δ¹⁵N值的季节变化模式则相反,雨季（13.55‰±0.85‰）显著低于旱季（15.33‰±0.31‰）和过渡期（15.02‰±1.12‰）.空间分布上,浮游植物δ¹³C值呈现南高北低的变化特征,极差为13.17‰,δ¹⁵N值则中部湖区高,南北部湖区低,极差为11.37‰.统计分析表明,浮游植物δ¹³C值与水温、降水量、电导率和pH值等多因素相关,反映了生物生长速率和无机碳源的影响显著;浮游植物δ¹⁵N值季节变化受降水量、总氮（TN）、总磷（TP）的影响,其空间变化与滇池流域内土地利用的空间分布格局一致.上述结果显示,城市生活污水仍然是滇池重要的污染来源,而农业化肥等面源污染对δ¹⁵N值的时空变化起到显著的调控作用.因此,滇池流域土地利用与营养盐来源的空间差异以及西南季风区降水的季节变化是影响湖泊生态系统碳氮循环与同位素生物示踪信号的重要因子.     

基于EOF的浙江省降水变化时空分析研究

根据浙江省17个气象站点1959年-2010年逐日降水观测数据,采用z指数方法,并运用Morlet小波分析和Kriong空间插值法对浙江省近52年降水时空分布特征进行经验正交函数(EOF)方法对比分析.研究结果表明:从时间变化方面来看,1958年-2008年间的降水变化呈波动式下降趋势,减小趋势为0.643mm/a,年代际变化不大,年际变化幅度较大,且呈周期性变化,主周期约为12年,次周期为32年和3-4年;从空间变化方面来看,根据EOF分析,浙江省降水分布呈总体一致性,东南、西北近似对称.主体变化是由东南,东北沿海两个方向和西北向内陆递减,降水中心分布浙东南、浙东北和浙西南地区.     

滇池外海总磷含量时空变化趋势研究

通过秩相关系数法,结合Pearson相关系数、标准偏差等参数以及图表分析方法,对滇池外海2011—2016年8个点位总磷含量时空变化趋势进行了研究,得出了滇池外海总磷含量时空变化趋势,即总磷含量随时间变化呈现出逐步下降的趋势,在空间分布上离散程度较小、分布较均匀。同时由7个点位的Pearson相关系数计算结果得知:滇池外海不同点位总磷污染物变化的相关性较高,初步推断滇池外海总磷污染物具有相同的来源。     

北运河武清段水污染时空变异特征

通过对北运河武清段水系(主河道——北运河和龙凤河,北运河支流——柳河、灌溉沟渠)的水质进行监测,采用灰色关联法对水质状况进行评价,并利用多元统计法对污染的时空变异特征进行了分析.结果表明,北运河武清段水系17个观测点中有23.8%的观测点的水质为Ⅲ类水,12.7%为Ⅳ类水,63.5%为Ⅴ类水.水质存在时空变异,夏、冬季节各河道水质差异不显著,春、秋季节差异显著.沟渠水质最差,其总磷(TP)含量和BOD5值明显高于其他河道;TP、硝态氮(NO3--N)、COD、总有机碳(TOC)、温度(T)、溶解氧(DO)和总氮(TN)解释了全部的季节性变异,BOD5、pH、溶解性总固体(TDS)和叶绿素a(Chl-a)的季节变异主要受人为因素影响,氧化还原电位(ORP)、氨氮(NH4+-N)和亚硝态氮(NO2--N)次之.NH4+-N和TN解释了51%的空间变异,主河道的氮污染是由上游工厂和企业排放污水造成的;北运河武清段的主要污染物依次为:有机污染物、氨氮、硝态氮、酸碱废水和磷,污染表现为复合污染,点源仍是最主要的污染源.     

我国农业碳排放时空演变特征研究

碳达峰、碳中和目标的提出，对我国农业碳减排提出了新要求。明确农业碳排放特征是制定农业碳减排政策的基础。本文对2012—2020年我国31个省（区、市）农业碳排放情况进行了测算，分析了我国农业碳排放的时空演变特征。我国农业碳排放总量呈现“先上升、后下降”的趋势，且下降速度快于增长速度。从农业碳排放结构来看，农资投入和畜牧业的碳排放下降是近年来农业碳排放下降的主要原因；从农业碳排放空间变化来看，我国农业碳排放呈现出“西升、东降、中略降”的空间变化特征。在此基础上，本文认为农业低碳发展应以保障国家粮食安全为前提，在保证农产品产量的同时进一步减少农资投入，统筹制定地区农业碳减排政策。     

滇池蓝藻水华与氮磷响应机制研究

该研究根据滇池全湖水体的总氮、总磷和叶绿素a的分析结果,阐述了滇池氮磷的时空分布特征和与叶绿素a的相关性,探讨了滇池蓝藻水华与氮磷响应机制。滇池北部湖区水体中氮磷及叶绿素a含量相对较高,且全湖各指标随时间变化特征基本呈现出夏季高于冬季的特征趋势,其中磷可能是滇池水体浮游植物正常代谢的限制性营养盐。     

中国环保重点城市API指数的时空模态区域分异

从区域空气污染监测、分析、预报研究与综合管理需求出发,利用经验正交函数EOF方法,将全国47个环保重点城市2004年7月1日～2006年6月30日2年逐日API指数(Air Pollution Index)时空分布资料分解为模态特征向量和时间系数,并对模态间差异性进行了Morlet小波分析,研究其频谱差异.在此基础上,建立了全国环保重点城市API指数时空模态区域分异体系.结果表明:以API指数作为评价指标,中国主要城市空气污染存在明显的区域分异,全国47个重点城市可分为10个区域,分别代表不同的污染时空模态.EOF及Morlet小波方法将全国47个环保重点城市API指数的时空分布清晰地表达出来,为空气污染区域分异研究提供了新的方法与思路.由于城市空间分布稀疏,难以涵盖全国所有城市的空气污染信息,因此,区域划分体系合理性有待进一步验证.     

国家中心城市共享住宿的时空分布及影响因素——基于DBSCAN算法的分析

共享住宿的兴起是城市旅游服务业供给侧结构性改革的重要推动力,科学认识其时空格局及驱动因素对城市旅游发展意义重大。通过Airbnb网站获取我国九个国家中心城市的共享住宿房源信息,运用标准差椭圆,DBSCAN聚类算法等空间分析方法分析房源的时空演变格局,并借助地理探测器探讨房源空间分布格局的影响因素。结果表明：（1）2015—2017年,国家中心城市共享住宿的空间格局变化较快,整体处于快速发展期,2017—2019年,空间格局趋于稳定,整体处于稳步增长期;（2）国家中心城市共享住宿的发展具有时空依赖性,聚类中心随时间均不断增加,多数城市的共享住宿逐步向城市四周扩展,东中西三个区域之间聚类中心的时空差异明显;（3）从发展方向和高级别聚类中心数量来看,国家中心城市共享住宿的发展方向存在四周型和“单—多”方向主导型以及“0-1”“X-1”“1-X”三种演变模式;（4）商业、交通、人口等指标因素对国家中心城市共享住宿的空间格局产生较大影响,各区域之间及各城市之间影响因素的作用强度和显著性存在明显差异,其中餐饮、休闲娱乐、购物、住宅小区等成为驱动共享住宿空间格局形成的主要影响因素。     

GIS和RS技术应用于流域水生生物时空分析的研究进展

近年来地理信息系统（GIS）和遥感系统（RS）（简称"2S技术"）在水文和环境领域得到了较为广泛的应用,但是如何在大流域尺度开展水生生物时空分析和退化诊断仍然是当前水生态学科的难点问题.本文面向新时期国家水生态质量管理重要需求和水生生物时空诊断学术前沿,全面梳理总结了近20年来2S技术在水生生物领域的研究进展,分别从GIS和RS的技术方法和应用等方面阐明了2S技术的适用性和优缺点.结果表明:近年来国内外针对2S技术在水生生物时空分析中的应用研究成果数量呈显著上升趋势,水生植物和叶绿素是该领域的研究热点;GIS技术在流域水生生物时空分析中的常用方法包括缓冲区分析法、叠加分析法和空间插值法,可以进行缓冲带划定、水生生物时空信息获取和趋势分析;RS技术可实现长序列水生生物数据的快速获取,主要包括经验模型、半经验模型和机理分析模型,可从空间尺度实现对水生生物的反向溯源和正向模拟预测.2S技术的联合应用将是未来大尺度水生态问题诊断的重要技术手段和发展趋势,能更好地定性和定量识别流域水生生物的时空变化规律;加快研发水生生物自动监测与快速识别等智能监测设备,实现5G技术、大数据分析、云计算、AI与2S技术的深度融合将是今后大尺度水生态时空问题诊断的重要发展趋势.