利用卫星遥感评估广西壮族自治区SO_2减排成效

基于2005—2012年OMI卫星遥感PBL SO2柱浓度数据分析了广西壮族自治区SO2污染的时空格局和变化特征,并结合燃煤火电厂SO2排放模型估算与工业经济增长数据,在时间、空间尺度上分析了自治区内不同区域的SO2污染对火电厂烟气脱硫政策的响应以及所呈现出的减排成效。结果表明,广西因火电厂脱硫政策驱动的SO2污染改善具有显著的空间异质性,自治区内高污染区的SO2浓度在2011—2012年出现了显著下降,而低污染区的SO2浓度则在8年中持续增长;排放模型估算结果显示,烟气脱硫驱动的火电厂SO2减排贡献将在2008年后持续下降,而遥感观测结果显示,广西全区SO2半年浓度均值总体呈现波动上升趋势,2005—2012年浓度增加了8.6%、年均增长约0.9%;综合工业经济增长数据发现,近年来其他工业源的增量排放已给广西SO2减排带了新挑战,而这一变化仍未得到相关决策部门关注,存在明显缺陷的SO2统计排放量数据尚未得到修正。针对上述污染变化新特征,政府相关部门应引起足够重视,尽快更新完善污染源信息并启动针对其他污染源的限排措施,以确保环境持续改善。     

基于3D GIS矿山公园环境监测预警系统集成与发布

分析了矿山公园环境监测系统升级转型的必要性,借助VRMap SDK开发了在3D GIS上集成、录入与管理大气环境、水污染、土壤污染以及生物污染地面调查与监测数据系统的功能,嵌入监测数据分析与模型预警通用工具,采用触摸屏面向当地居民和游客进行系统集成发布,为矿区构建天地一体的环境监测预警系统及其和谐统一的环境监测格局提供参考借鉴。     

基于BP人工神经网络的城市PM2.5浓度空间预测

针对PM2.5日均质量浓度,采用BP人工神经网络模型,预测研究区空气中PM2.5浓度的空间变异,通过与普通克里格(Ordinary Kriging)插值方法对比验证BP人工神经网络预测模型的精度.结果表明:BP人工神经网络预测模型下研究区检验样本点位置的PM2.5仿真浓度与观测浓度之间的均方差、平均绝对误差、平均相对偏差和相关系数分别为0.296 μg2/m6、0.412 μg/m3、1.650％和0.851;而与此同时,普通克里格插值方法下的对应结果分别为1.041 μg2/m6、0.689 μg/m3、11.910％、0.638.研究成果在肯定BP人工神经网络预测模型可用于揭示PM2.5浓度空间变异特征的同时,也证实了其相对于普通克里格插值方法在固定空间点位准确预测PM2.5浓度方面的优势.     

基于随机森林模型的中国近地面NO2浓度估算

NH₃针对传统近地面NO₂浓度空间模拟过程中NO₂浓度与其影响要素之间关系的复杂非线性机制解释不充分的缺陷,本研究基于随机森林（RF）算法、融合多源地理要素开展了近地面NO₂浓度空间分布模拟研究.以卫星OMI对流层NO₂柱浓度数据和多源地理要素（道路交通、气象因子、土地利用/覆盖、地形高程、人口数量）为输入变量,近地面NO₂浓度为输出变量,利用RF算法构建近地面NO₂浓度反演模型.通过对比地面观测数据与传统土地利用回归模型（LUR）检验RF模型的有效性,基于所构建的最优RF模型在不同时间尺度下模拟分析中国大陆地区近地面NO₂浓度空间分布特征.结果表明：（1）集成多源地理要素的RF回归模型精度高,月均模型整体拟合度R² 0.85,RMSE 6.08μg/m³,交叉验证的R² 0.84,RMSE 6.33μg/m³,显著高于LUR模型（拟合R² 0.53,RMSE 10.48μg/m³,交叉验证的R² 0.53,RMSE 10.49μg/m³）; （2）地面NO₂浓度与预测变量呈现显著的复杂非线性与时间尺度依赖关系,卫星OMI柱浓度对模型影响程度最大,重要性指标IncMSE介于97.40%~116.54%,多源地理特征变量对RF模型同样具有不可忽视的贡献力（IncMSE在23.34%~47.53%之间）;（3）中国大陆地区NO₂污染程度较高,年均模拟浓度为24.67μg/m³,存在明显季节性空间差异,NO₂浓度冬季（31.85μg/m³） > 秋季（24.86μg/m³） > 春季（23.24μg/m³） > 夏季（18.75μg/m³）,呈现以华北平原为高值中心、向外围逐渐减轻的空间分布格局.较已有研究揭示对流层NO₂柱浓度宏观分布特征,本研究对近地面NO₂污染特征的研究成果对于合理制定污染防控策略、降低居民暴露健康损害具有指导意义.     

大气污染暴露风险防控预警服务平台设计与实现

耦合集成大气污染暴露剂量评估模型和暴露风险评价指数，利用C#、Java语言设计和实现了一套大气污染暴露风险防控预警服务平台。该平台采用GIS与J2EE Web等技术，可在浏览器/服务器（Browser/Server，B/S）架构下实现高分辨率暴露风险时空区划、精准个体大气污染暴露监测、实时公众暴露风险播报、健康出行路径规划等功能，有助于提升公众和政府的大气污染精细防控决策与风险规避能力，将有力推动我国大气污染防控预警管理从以污染物浓度为重心向以暴露风险为重心的转变。     

空气污染暴露公正评估方法研究进展

为避免特定区域内环境不公正现象的发生,进行空气污染暴露公正研究有利于合理分配资源,而对其评估方法开展综合性评价必不可少。利用ISI Web of Knowledge、Science Direct、中国期刊网等数据库搜索相关文献,并按空气污染暴露强度评估、社会人口统计数据预处理和统计分析3个方面进行分类整理和评价。结果显示,在空气污染暴露公正的研究中,大气污染扩散模型是精度最优的暴露评估方法;社会人口统计数据分类标准的建立需要顾及数据可获取性和研究目的;在统计分析方法的使用上,基于哑变量的多元线性回归分析和逻辑回归分析方法的解释力最强。针对当前情况,预测未来空气污染暴露公正评价研究集中在评价结果的精度优化,时空变化趋势探测和因果效应分析等方面。     

面向场景的城市PM2.5浓度空间分布精细模拟

针对传统PM_2.5浓度空间分布模拟方法忽略了城市内部如道路、工厂、居民区、景区等不同微环境整体对PM_2.5浓度影响机制的缺陷,本研究提出一种微环境PM_2.5浓度场景分异的理论假设,并以湖南长沙主城区为例,结合基于污染先验知识划分的城市微环境场景空间分布与自主设计加密观测场获取的203个监测点小时PM_2.5浓度加密数据,分析城市微环境PM_2.5浓度场景时空分异特征.在此基础上,耦合地理加权回归（GWR）与人工神经网络（ANN）方法,构建微环境场景增强下的PM_2.5浓度空间分布精细模拟GWR-ANN模型,开展城市内部高空间分辨率PM_2.5污染制图.结果表明：不同微环境场景间PM_2.5浓度存在显著时空差异,地表覆盖类型相同但分别位于2个不同场景的监测点间PM_2.5浓度差会随时间发生变化;耦合微环境场景变量的GWR-ANN模型能够有效精细模拟PM_2.5浓度的空间分布,模型拟合效果与交叉检验精度指标整体优于无场景变量参与的GWR-ANN模型（除部分时相较为接近外,检验R²：0.76~0.84vs.0.57~0.81）;场景增强下的PM_2.5浓度空间分布100m级分辨率模拟估算结果可以较好揭示研究区PM_2.5浓度高低值局地变化特征.     

高岭土负载纳米铁在含水层的运移行为及重金属污染修复效能研究

为克服重金属污染物修复过程中纳米零价铁易氧化、团聚等缺陷,本研究将其负载于高岭土表面合成负载型纳米零价铁复合材料（K-nZVI）,并利用批次试验、沉降试验及模拟柱试验研究了K-nZVI在含水层中的运移行为及其对地下水重金属污染的修复效能.结果表明,K-nZVI对Pb、Cu、Cd均有很好的去除效果,去除率随着初始浓度的增加、反应温度的升高、反应时间的延长而升高,且在弱碱性条件下修复效果最好.此外,K-nZVI在含水层中表现出较好的分散和稳定性能,运移行为可通过一维对流-弥散-沉积模型描述,其运移能力随着初始浓度的增加、砂颗粒粒径的减小、地下水流速的降低和离子浓度的升高而逐渐减弱.     

澧水流域生态系统服务价值与生态补偿策略

为了协调区域经济发展与生态保护的关系,以澧水流域为研究对象,采用修正的生态系统服务价值系数分析了2001—2013年该区域生态系统服务价值(ESV)的变化情况,并构建灰色模型对2016—2025年生态系统服务价值进行预测,同时综合考虑研究区域经济发展水平,引入生态补偿优先级(ECPS)对不同区域生态补偿的迫切程度进行了量化. 结果表明:①2001—2013年,澧水流域生态系统服务价值从2001年的313.70×108元降至2013年的313.32×108元;GM(1,1)模型预测结果显示,2025年澧水流域生态系统服务价值将降至311.22×108元. ②澧水流域8个县(市/区)的生态系统服务价值和生态补偿优先级存在较大差异,澧水上游(桑植县)和中游(永定区、武陵源区、慈利县、石门县)为整个澧水流域提供了良好的生态服务,属于“生态输出”地区,应该优先得到生态补偿;而下游(澧县、临澧县、津市市)的生态优先级较小,属于“生态消费”地区,应当率先进行生态支付. 研究结果有利于制订合理的生态补偿价格,调节生态保护利益相关者之间的利益关系,有助于当地政府研究制订比较完整的生态补偿政策决策.      

长株潭城市群气溶胶时空分布与传输规律

为研究长株潭城市群大气污染时空演化特征及潜在传输规律,采用2008~2016年中分辨率成像光谱仪（MODIS）MAIAC气溶胶光学厚度（AOD）数据,分析长株潭城市群近10a来AOD演化特征.在此基础上,利用拉格朗日混合型单粒子轨迹模式（HYSPLIT）及全球资料同化系统（GDAS）气象要素数据研究大气污染物潜在传输规律.结果表明,长株潭城市群AOD呈现下降趋势,并以春、夏季下降幅度最为显著.空间上,AOD总体呈北高南低、西高东低分布特征,并与经济发展、城市化水平等因素密切相关.此外,长株潭城市群大气污染物向外长距离传输（>1500km）、中距离传输（500~1500km）以及局地传输（0~500km）比率分别为17.89%、36.45%和45.66%,主要影响湖北、江西、安徽、广东、广西、江苏和浙江等地区.研究结果有助于理解长株潭城市群大气污染的时空变化规律,同时为区域“联防联控”、建设“美丽中国”提供科学的辅助依据.