基于多源辅助数据和神经网络模型的稻田土壤砷空间分布预测

合适的方法和多源的辅助数据对于准确预测土壤重金属的空间分布具有重要意义.该研究提出一种径向基函数神经网络结合普通克里格法的模型(RBFNN_OK),由主成分分析(PCA)提取的地形因子、遥感数据和邻近信息等多源辅助数据作为自变量,预测江西省都昌县稻田土壤砷空间分布.为验证RBFNN_OK的可行性:首先在全县范围内采集144个稻田表层(0～20 cm)土壤样品,运用ArcGIS地统计模块随机抽取115个(80%)采样点作为测试集,29个(20%)采样点作为验证集.其次多源辅助数据包括地形因子、遥感数据和邻近信息等14个定量因子作为预测变量,将预测变量进行主成分分析,得到前10个主成分的累积贡献率达到97.62%.再次一个特定的RBFNN_OK被用来预测土壤砷空间分布.最后将RBFNN_OK模型的预测结果与径向基神经网络模型(RBFNN)、回归克里格模型(RK)和多元逐步线性回归模型(MSLR)进行比较.结果表明,RBFNN_OK的测量值标准偏差与均方根误差的比值(RPD)较其它3种方法分别提高了14.92%、35.71%和44.67%.此外,RBFNN_OK还提供了更加真实且有关土壤砷空间分布的细节信息.RBFNN_OK取得最优效果可能归因于引入多源辅助数据,考虑多源辅助数据和土壤砷之间的多重共线性和非线性关系.该方法可为稻田土壤砷调查与环境保护提供更为精准的信息.     

基于航迹数据的空中交通绿色绩效计算分析

为定量、直观地反映空管运行指挥对飞机温室效应的影响,首先基于快速存取记录器（QAR）记录数据建立飞行参数与飞行轨迹的BP神经网络匹配模型;然后基于QAR数据对模型进行验证;之后建立了温室效应表征参数计算模型;最后根据雷达模拟机上的飞行航迹试验数据,估算出污染物排放量和总温变潜势大小,并对不同管制员的指挥差异性进行对比分析.结果表明,利用油耗估算模型计算得到的燃油流量估算值和QAR记录的真实值之间的相对误差不超过2%,运用油耗指标与温室效应指标评估管制员水平结果不同.研究结果可以用于定量分析空管运行对温室效应的影响.     

国土空间规划大数据应用方法框架探讨

新时代国土空间规划的核心目标为“满足人民对美好生活的需求”和“自然资源保护”并重。作为国家部门调整后的新规划类型,国土空间规划编制的方法研究整体缺乏,学者主要聚焦于自然资源本身的禀赋情况,利用传统统计、空间及调查数据和统计分析、空间分析及归纳演绎等方法对国家及省域层面的国土空间承载力与适宜性进行静态评价,对生态红线、基本农田保护线、城镇开发边界进行刚性划定。然而,现有研究较少考虑人类活动对国土空间利用的动态影响,缺乏对新发展趋势之下的生态空间、农业空间及城镇空间的科学安排。本文引入能够直接反映人类活动时空变化的大数据,重点从国土空间适宜性评价、生态空间规划、农业空间规划及城镇空间规划四个环节探讨了大数据应用的方向与具体方法框架,强调“自然空间”+“社会经济活动”相互作用下的国土空间规划编制的科学化路径。     

基于遥感数据的秸秆焚烧源排放清单及时空分布特征

分析秸秆焚烧事件引起的空气污染状况,常使用CMAQ、NAQPMS、WRF-CHEM等模型进行空气质量模拟,而污染源排放清单是模拟模型的关键输入.为满足模型清单输入要求,以2014年5月7日四川盆地内发生的一次由油菜秸秆焚烧引起的重污染事件为例,采用排放因子法进行污染物年排放量估算,结合卫星火点数据、土地利用数据对其进行空间特征分析,并使用Bluesky CONSUME模型估算了污染物的烟羽抬升,结合激光雷达获取了气溶胶消光系数以分析其时间特征.结果表明:以2013年为基准年,全年区域内CO、NO_x、SO₂、PM_2.5、PM₁₀及NMVOC（非甲烷挥发性有机化合物）的年排放量分别为5 791.022、193.842、43.268、574.602、1 495.350和1 495.350 t,成都市、德阳市、绵阳市、眉山市、资阳市各污染物排放量占比分别为13.90%、22.39%、31.81%、12.11%、19.79%.各污染物排放量均在地面层呈3个大值中心、2个空值带的分布趋势.采用环境1B卫星和MODIS火点数据结合提取焚烧火点分析发现,5月7日四川盆地内5个城市均存在不同程度的秸秆焚烧情况.经空间分配后发现,此次排放的重点在德阳市及绵阳市南部,污染物排放量最大值出现在德阳市中部,成都市秸秆焚烧火点最少,污染物排放量也最小.受当天大气边界层高度的影响,污染物垂直分布主要集中在35 m以下,并在30 m左右形成污染物极大层.另外,受秸秆焚烧管制影响,在16:00-翌日04:00排放量呈逐渐上升趋势,09:00-16:00排放量较少.研究显示,秸秆焚烧源排放清单与前人研究结果较为一致,排放清单的烟羽抬升结果与气溶胶消光系数的垂直分布较为吻合.      

应急场景下矿工脑电成分特征的实验研究*

为探究矿工在应急场景下的脑电成分变化规律,研究通过脑电实验的方法对矿工在观看应急与正常作业场景下文字与图片素材的脑电数据进行分析。结果表明:矿工在实验素材的靶刺激下,ERP成分明显,且图片刺激效果强于文字,在200～400 ms时,P200,P300成分峰值最大;矿工大脑α节律不断下降,β节律不断上升,且β节律波幅面积值总是大于α节律。研究结果能够为矿工应急能力的评估与培养、煤矿企业的安全培训提供科学依据与建议。     

基于神经网络和数值模型的重点区域PM2.5预报比较分析

应用BP神经网络法建立京津冀及周边城市、汾渭平原、苏皖鲁豫交界地区和长三角地区等重点区域95个城市PM_2.5预报模型,对2020年秋冬季上述地区城市开展未来7 d的PM_2.5预测预报,并对比同期业务化运行的数值模型预报结果和各城市人工订正后预报结果,对3方法预报效果进行分析评估.结果表明:（1） 4区域神经网络法模型性能短期预报相对较好,中长期有所降低,对4区域均有一定的系统性高估,苏皖鲁豫交界地区系统性偏差最小,长三角地区偏差最显著.数值模型区域预报水平较神经网络有所降低,各评价指标总体低于神经网络,对辖区城市间预报效果较神经网络差异更大.（2）神经网络、数值模型和人工订正方法对4区域PM_2.5浓度预报准确率普遍较低,平均不足50%,准确水平总体呈:神经网络>人工订正>数值模型. 3方法分指数级别范围准确率均大幅提升,4区域1～4 d平均准确率均在65%以上,神经网络模型和人工订正水平相近,总体高于数值模型.（3）在预报中度及以上污染级别日时,数值模型在京津冀及周边城市、苏皖鲁豫交界地区和长三角地区效果均较...     

多源遥感数据支持下的县域尺度生态效率测算及稳健性检验——以长江中游城市群为例

生态效率是评价区域生态文明水平的重要依据,也是地理学与经济学开展资源环境综合研究的常用指标和变量,县域尺度生态效率测度的研究匮乏,制约了上述问题在县域层面上开展。在长江经济带生态优先和绿色发展国家战略下,以长江中游城市群为研究区域,依托多源遥感数据构建县域尺度生态效率测算指标体系,应用非合意产出超效率EBM模型测算2000-2015年县域生态效率,利用GIS空间分析工具揭示其时空分异规律和空间关联特征。并设计稳健性检验方案,对县域尺度生态效率测度路径科学性及稳健性进行检验。结果表明：（1）各年份长株潭城市群和环鄱阳湖城市群所辖县域的生态效率均优于武汉城市圈所辖县域;（2）研究期内生态效率维持高位区域包括武汉市辖区等12个县市,生态效率持续低值区域包括瑞昌市等7个县市;（3）县域生态效率H-H集聚区由衡阳市、株洲市及其周边至2015年成片消失,L-L集聚区则按照顺时针走向,逐步形成围绕武汉市的闭合环形区域;（4）基于市域生态效率排名对比的稳健性检验表明,县域生态效率测度路径和结果具有较高可信度。     

驱动数据对流域水文模拟中不同结果要素的影响

流域水循环中各要素之间高度的非线性关系,使得驱动数据对模拟结果的影响研究变得复杂。结合站点实测和遥感的降水、温度和潜在蒸散发驱动数据,构建了叶尔羌河流域的8个MIKE SHE模型;根据方差分析模型（ANOVA）对模型“输入”与“输出”之间显著性影响检验的结果,以积融雪过程为例,剖析了驱动数据影响的具体表现。结果表明：相比站点数据,TRMM降水驱动的模型导致积雪输出的空间分布差异性更加明显;MODIS温度数据驱动的模型导致了中低山区的永久性薄层积雪覆盖更广,而高山区的储雪量更少;遥感蒸散发驱动的模型在积雪模拟方面并无显著差异。ANOVA对水文系统中要素之间的显著性假设检验,可为明晰驱动数据对水文过程的具体影响方式提供重要前提。     

气象资料同化对PM2.5预报影响的模拟分析

基于GSI（网格点统计插值）同化系统和WRF-Chem模式,利用高分辨率的气象自动站观测资料和天气雷达资料进行同化和模拟预报,针对2017年11月4~5日发生在我国京津冀地区的一次污染过程,对比研究了气象资料同化对PM_2.5模拟效果的影响.结果表明,WRF-Chem模式能较为准确地预报出北京-石家庄-邯郸的污染带分布和演变,低层风场辐合是污染带形成的主要气象因素;无同化的控制试验由于地层风场辐合较强,高估了污染带上的PM_2.5浓度,同化试验减小了低层的风场辐合,同时增高了地面温度并抬升了边界层高度,从而降低了污染带上PM_2.5的浓度;预报检验分析表明,同化试验的预报效果整体好于控制试验,0~36h的平均BIAS（标准偏差）和RMSE（均方根误差）分别降低了7.55和5.42μg/m³,MFB（平均相对偏差）和MFE（平均相对误差）分别降低了28.8%和9.4%,同化试验在预报的第10~30h时段上的改善效果最为显著.     

利用MODIS遥感数据反演广州市气溶胶光学厚度

利用中分辨率成像光谱仪(MODIS)数据和NASA的V5.2气溶胶业务反演算法,对广州市进行了高空间分辨率气溶胶光学厚度的反演,并应用地面太阳光度计(CE-318)观测的气溶胶光学厚度进行验证.结果表明,利用MODIS L1B数据进行高分辨率气溶胶光学厚度反演,结果精度较高.利用反演结果分析2008~2009年冬季广州市的气溶胶光学厚度时空变化特征,2008年12月的气溶胶光学厚度较低,平均大约为0.65,随后气溶胶光学厚度逐渐增大,到2009年2月,气溶胶光学厚度平均大约为1.35.广州市气溶胶光学厚度空间差异显著,在0.1~1之间变化,呈东北低西南高的空间分布特征.即森林覆盖率比较高的地区气溶胶较低.