科技助力生态环境治理能力现代化

<正>在距离地球705千米外的太阳同步轨道上,重约2.69吨的高光谱观测卫星正在俯瞰地球,把我国大气污染状况,全球二氧化碳、甲烷等温室气体情况传回地球。打开北京市生态环境局的网页,首要污染物、污染级别等实时空气质量指数一目了然……高光谱观测卫星的遥感监测,加上城市地面各监测站点的数据,     

航空高光谱反演耕地土壤重金属分布特征——以苏北灌河地区为例

为探索航空高光谱遥感开展大比例尺、大面积土壤重金属含量和分布特征快速调查的技术方法和工作流程,以苏北灌河地区为例,利用国产高光谱成像仪和自主集成的航空高光谱遥感测量系统获取影像光谱数据,通过数据预处理、CARS特征波段选择及BP神经网络建模反演等方法,建立了从数据获取到数据分析评价的工作流程,反演了土壤重金属元素含量,展示了其空间分布特征。与传统地球化学调查数据进行对比分析,结果显示高光谱反演成果与地球化学调查的重金属浓度空间分布特征吻合度较高,验证了航空高光谱反演耕地土壤重金属分布特征的可靠性。在区域性耕地土壤重金属污染调查评价方面,航空高光谱遥感能够快速、及时地获取土壤污染及相关信息,并具有很好的实用性和经济性。     

基于遥感的海洋溢油监测方法

石油及其产品大量进入海洋将对生态和经济产生严重危害。现代遥感技术可实时获取溢油相关信息,在溢油应急响应中扮演着重要的角色。文章以遥感平台及手段为切入点,介绍和分析遥感溢油监测现状,在遥感溢油监测向着多平台、多传感器、多源数据综合观测的方向发展的前提下,除依靠传统遥感(可见光/近红外,微波)外,需加强紫外遥感溢油监测研究,并注重高光谱和偏振溢油遥感。     

基于遥感和地统计分析的滑坡监测研究评述

在滑坡监测过程中,常规技术方法往往会受到气候与地形的限制,且连续观测能力较差,实施困难较大.而遥感技术可以克服观测条件的限制,并可针对滑坡不同阶段实行监测.此外,地统计分析方法可充分利用遥感数据本身具有的空间相关性,可以提高影像信息提取的准确性.因此,遥感与地统计方法集成用于滑坡监测具有广阔的应用前景.     

水面溢油污染的多角度多波段偏振特性研究

水面溢油在反射光波的过程中,将表现出与自身性质密切相关的特征偏振。因此,对水面溢油的多角度多波段偏振探测成为水体污染遥感监测的一种新手段。本文以汽油、柴油、摩托车机油和大豆油作为水面油污实验样品,应用多角度光谱偏振测量仪实测了不同溢油污染水体的多角度多波段偏振特性数据,探讨了不同溢油污染水体的偏振特性与观测方位角、光源入射角、观测天顶角以及探测波段等影响因素的变化规律,以便为水面溢油污染偏振遥感的研究提供科学依据。     

大辽河口水体污染卫星遥感监测示范研究

选择大辽河口，从污染水体的波谱特性测量入手，采用卫星，地面、水体同步监测的方法，对污染河段研究主要污染物的污染程度与波谱特性间的定性，定量关系的基础上，探索了水体污染卫星遥感监测中的技术关键，进行污染水体卫星遥感监测，地面水体光谱特性测量和水分分析的示范试验研究，进而结合应用需求，开展宏观，快速的水体污染卫星遥感监测示范研究。     

遥感技术在湖泊水质监测中的应用

环境污染遥感监测技术具有监测范围广、速度快、成本低,且便于进行长期的动态监测等优点,是实现宏观、快速、连续、动态地监测环境污染的有效方法,已成为湖泊环境动态变化监测的重要技术手段.湖泊水质遥感监测是基于经验、统计分析或水质参数的光谱特征,选择遥感波段数据与地面实测水质参数数据进行数学分析,建立水质参数反演模型实现的.在运用遥感技术对湖泊进行水质监测的方法中有传统方法和神经网络模型.与传统方法相比,神经网络模型有较强的水质识别的容错性,水质状况识别的可信度.今后,神经网络模型、高光谱遥感技术以及RS与GIS、GPS的结合运用等将是遥感技术在此领域中的发展方向.     

基于水色遥感的香港海域黄色物质浓度反演模型

研究了珠江口东岸香港海域黄色物质的光谱吸收特性,并分析光谱指数与吸收系数ag(440)之间的相关关系。采用CCD遥感数据和研究区海域数据采样点的同期实测光谱吸收系数,建立基于改进光谱指数NDSI、MRSI的黄色物质吸收系数反演模型。结果表明:MRSI模型提取的黄色物质吸收系数ag(440)与实测值之间的R2=0.8278,RMSE=0.0332,比NDSI模型的反演精度更高,且MRSI模型具有较强的区域适用性。利用2009～2011年3、8、12月CCD数据和MRSI吸收系数反演模型求得研究区海域黄色物质浓度,并探讨了黄色物质浓度在研究区海域的时空分布规律。     

基于多源同步数据的闽江下游悬浮物定量遥感

利用2006-09-18的同步Landsat TM数据、水面实测光谱数据和现场水样数据,研究了闽江下游的悬浮物,在这3种同步数据的基础上建立了分别基于实测光谱与影像光谱的悬浮物遥感预测模型.结果表明,实测光谱数据在690nm波长处,归一化光谱反射率与悬浮物浓度达到最大正相关,由690nm和530nm二处的反射率构成的比值预测模型与实测悬浮物浓度的拟合精度最高,最佳拟合模型可表达为SS=116.2(R690/R530)-33.4.TM影像各波段中以(TM2 TM3)2波段组合与实测悬浮物浓度的相关性最佳.由其所建立的影像光谱预测模型与实测悬浮物浓度的拟合精度最高.最佳拟合模型可表达为SS=3793.7(RTM3 RTM2)2-16.5.模型的精度评价表明,实测光谱模型的预测能力要强于影像光谱模型.但二者差异不大.在缺乏地面实测光谱数据时.基于影像光谱的遥感定量模型仍不失为一种预测悬浮物浓度的有效方法,其对闽江下游悬浮物浓度的反演结果能较准确地反映出该区域悬浮物浓度分布的空间差异,具有较高的实用性.     

基于高光谱遥感的沿海河口无机氮浓度空间分布特征解译

利用39组样本的野外实测光谱结合Hyperion影像资料,建立了高悬沙含量沿海河口可溶性无机氮(dissolved inorganic nitrogen,DIN)的高光谱定量遥感解译模型,实现DIN浓度空间分布规律的遥感反演及动态监测.研究发现,当悬沙浓度0.1kg/m3时,DIN浓度与悬沙含量之间呈显著的倒数相关关系,相关系数R2为0.617.据此首先将重采样处理后的野外实测光谱与同步DIN浓度数据进行统计相关分析,筛选出2个对DIN浓度变化敏感的波段,中心波长分别为630nm和804nm;然后利用波段反射率R804和R630计算出仿泥沙遥感参数因子R804×R630/(R804-R630),建立其与实测DIN浓度的非线性遥感模型,29组建模样本和10组检验样本的相关系数R2分别为0.746和0.67,DIN浓度平均绝对误差分别为109.07μg/L和147.58μg/L.将该非线性遥感模型应用于Hyperion影像,获得了射阳河口DIN浓度的空间分布特征,DIN浓度的变化范围为52～513μg/L.可以看出,在以悬沙为主要悬浮物的沿海河口,遥感解译得到的DIN浓度扩散趋势与潮流的运动以及悬沙的运移规律密切相关.因此,在无需了解水动力状况的条件下,高光谱遥感是对DIN浓度进行动态监测的有效手段.     

PH玻璃电极对比观测及误差研究

经过对PH玻璃电极对比观测实验，总结其在日常观测中衰减变化规律，以及PH电极失效前所具有的特征；讨论了对现有PH观测数据进行修正的方法，并编著相关修正程序；分析日常存在的测量误差，提出提高观测精度的措施。     

PH玻璃电极对比观测及误差研究

经过对PH玻璃电极对比观测实验,总结其在日常观测中衰减变化规律,以及PH电极失效前所具有的特征;讨论了对现有PH观测数据进行修正的方法,并编著相关修正程序;分析日常存在的测量误差,提出提高观测精度的措施。     

长江流域0.1°网格逐日降水数据集及其精度

利用气象部门在长江流域及其附近地区的国家基本站和15省市的一般观测站1971~2005年期间的逐日降水资料,根据降水资料特点,提出使用Barnes插值和最近台站降水频率相结合的混合插值方案,得到长江流域分辨率为0.1经纬度的网格化降水逐日资料集,并通过交叉检验确定了其误差估计。结果表明,该混合插值方案对降水的模拟不但绝对误差和均方根误差较小,相关系数大,而且对降水的方差和频率模拟与观测接近,为降水资料在气象和其它领域的应用提供了逼真、连续和格点化的数据。     

森林植被影响径流形成机制研究进展

径流形成机制研究在水文学领域中具有十分重要的意义,且受到越来越广泛的重视。水文环境以及水文通量的空间异质性和时间变化性导致了水文过程的尺度依赖性和非线性特征,没有对水文过程较为清晰的认识,就不能将某一地区某一流域森林植被变化水文生态效应的研究结果简单地外推到其他地区和其他流域。开发基于物理过程分布式参数水文模型可以为认识森林植被变化的生态学后效和客观评价森林植被水文生态效益提供可行的工具。但是要实现这一目标,研究森林植被影响径流形成机制是问题的核心所在。另一方面,认识森林影响径流形成机制有助于研究水文学中的尺度问题。研究森林植被影响径流形成机制的主要方法包括水文测验、同位素示踪和动力水文学计算等,研究的空间尺度则为坡面与流域相接合。从已有的研究成果来看,森林植被影响径流形成机制可以概括为:①森林流域径流形成为变动源区产流机制;②森林流域径流形成主要受饱和地表径流、亚表层径流和地下径流的控制;③森林流域径流形成机制是相互作用和相互转化的;④优先流在森林流域径流形成中起到了至关重要的作用。     

用TM影像进行湖泊水色反演研究的人工神经网络模型

利用人工神经网络技术进行了湖泊水色遥感的反演研究,在同步实验的基础上了构造了包含一个隐含层的BP神经网络模型,利用TM卫星影像反演悬浮物、COD_Mn、溶解氧、总磷、总氮和叶绿素浓度反演精度较高,相对误差基本在25%以下,同时分析了该人工神经网络反演模型的误差来源,改进措施以及应用前景.研究表明,在进行小规模的同步监测的基础上,此模型可用于湖泊水质调查、分析和评价.     

2013-2015年青藏高原玛多地区两次动态融雪过程及其与气温关系对比分析

受自然条件与观测数据的限制,青藏高原腹地高时间频次积雪融雪动态过程的认识与研究十分不足。论文利用玛多地区野外观测试验场2013-2015年冬半年每30 min同步积雪深度和气温数据,对发生在2013年12月和2014年11月的积雪动态融雪过程及其与气温的关系进行了对比分析。结果表明：2013-2014年冬季融雪过程表现为先缓后急的总体特征,每日融雪过程主要发生在13:00 ~ 18:00间,而2014-2015年冬季融雪整体表现为均匀变化的过程,每日融雪过程主要发生在7:00 ~ 16:00间。雪深变化与气温存在紧密联系,玛多地区两次冬季融雪过程日最高气温都低于0 ℃,融雪发生前3 h之内的气温都将显著影响到积雪雪深变化,融雪幅度主要取决于超前半小时和当时的温度条件,雪深与气温间的线性关系与雪的厚度存在密切联系。两次融雪过程的发生与大于0 ℃变温过程关系密切,升温的变化过程可能更有利于促进积雪消融。     

Biogeochemical cycling of metals impacting by microbial mobilization and immobilization

Microbial mobilization and immobilization processes can affect the bioavailability and mobility of metals thereby influencing their toxicity and can therefore be utilized to treat solid and liquid wastes contaminated by metals. However, the microbial mobilization and immobilization of metals depends on the microbial metabolism, the environment conditions. In this review, mobilization and immobilization of metals are discussed with regard to the presence and function of involved microorganisms and in relation to applications such as bioleaching. Furthermore, the biosorption process is evaluated as a possible approach for microbial immobilization of metal on the basis of four mechanisms:(1) physical adsorption,(2) ion exchange,(3) complexation, and(4) microprecipitation. In addition, sulfide precipitation by sulfate reducing bacteria was included as an example of an application of microbial immobilization. Based on the evaluation and recommendations in this paper, bioremediation strategies for metals can be improved thus increasing the opportunity for field applications.     

污水处理新技术-同步硝化反硝化生物脱氮机理及影响因素分析

同步硝化反硝化(SND)是目前国内外污水脱氮技术研究领域的新热点.基于其高效低能耗特性,从宏观环境理论、微环境理论和生物学理论方面探讨同步硝化反硝化的脱氮机理,分析有机碳源、溶解氧、活性污泥絮体结构和pH值等因素对同步硝化反硝化所产生的影响.提出有待进一步解决的问题及深入研究的技术,从而达到节能降耗并提高工艺稳定性的目的.     

珠江口夏季有机碳的分布特征及其收支模拟研究

基于三维水质模型对珠江口夏季有机碳的分布特征及其收支进行了研究,量化了各动力学过程对有机碳分布的影响,这对于深入了解珠江口碳循环过程有重要意义.同时,采用2006年7—8月观测数据对模型进行了验证,结果显示模型模拟效果良好.研究表明,珠江口夏季有机碳呈明显的空间变化,其浓度总体上从口门向外海逐步降低,底层递减幅度大于表层;表层平均浓度为2.42 mg·L~(-1),底层平均浓度为1.91 mg·L~(-1).此外,有机碳在垂向上的分布与水体层化紧密相关,层化水域中的有机碳浓度随水深迅速下降,非层化水域上、下层的浓度差异不大.有机碳收支结果则表明,珠江口不同水域有机碳的物理、生化过程差异明显.在内伶仃洋,有机碳分布由物理过程主控,其主要来源与消耗分别为径流输送和沉降,两者分别约占该区域有机碳输入总量的83.80%、83.18%;在中伶仃洋,有机碳分布受物理和生化因素共同调控,其来源以生化产碳为主,动力输送为辅,主要耗碳项为沉降;在外伶仃洋,其西侧水域的有机碳主要来源与消耗分别为径流输送和沉降,有机碳分布受物理和生化过程共同调控,其中,物理过程占优势,而在其东侧水域,有机碳主要来源与消耗分别为生化产碳和生化耗碳,有机碳分布由生化过程主控.另外,捕食产碳和氧化耗碳分别是珠江口各生化过程中最重要的产、耗碳过程.     

海洋颗粒有机碳的遥感探测与应用分析

海洋颗粒有机碳(POC)监测对研究海洋碳循环和全球变化有重要意义。为寻求POC探测的有效方法,先讨论了POC的定义组成,介绍了POC的常规测定方法及国内外POC相关研究进展,接着介绍了国外POC遥感探测方法原理。通过对常规测定方法和遥感探测方法优缺点对比分析,我们认为遥感探测海洋POC方法将成为海洋环境监测的重要手段。采用2009年8月的MODIS数据,借鉴蓝绿光比值法建立的POC遥感反演模型,进行了渤海POC的遥感探测,从大尺度揭示了整个渤海POC的分布态势,最高值达370 mg/m3。结果表明:POC遥感探测方法可有效、迅捷、直观反映海区POC变化,因此研究建立具有区域特点的POC生物光学遥感模型用于POC监测,将是海洋环境监测和海洋碳循环研究的重要方向之一。