地表水环境遥感监测关键技术与系统

介绍了地表水环境遥感监测的关键技术与系统及其典型应用,其代表性机理模型和应用示范成果主要来自于中国科学院遥感与数字地球研究所的高光谱遥感团队在最近几年中取得的一些研究进展,主要包括建立了基于改进双峰法的水体分布自动化遥感提取方法,实现了简单、高效和高精度的水体提取；提出了大型湖泊长时序水量估算方法,并以青藏高原湖区为例,重建了典型湖泊面积、水位和水量序列；发展了基于“软分类”的典型内陆水体叶绿素a浓度反演方法,构建了基于生物光学模型的高度浑浊水体悬浮物浓度遥感反演半解析方法,提高了反演方法的区域和季节适用性；构建了基于水色指数的大范围湖库营养状态和透明度遥感监测方法,实现了全球大型湖库营养状态遥感监测,以及全国大型湖库透明度遥感监测；在此基础上,开发了地表水环境遥感监测系统,提高了水环境遥感监测效率,促进了卫星遥感在水环境监测中的高精度业务化应用。     

基于Landsat 8遥感数据的天津市地表温度反演

以Landsat 8遥感数据为数据源,进行天津市地表温度反演研究。首先采用单通道算法反演地表温度,并利用均值标准差法进行温度分级。然后建立不同温度等级面积比例的估算模型。再通过随机样点,从不同温度等级和土地覆盖类型2个角度,分别建立并比较不同类样点的地表温度与各指数的拟合模型。结果表明:次高温区域面积比例与人口密度、人均GDP都具有较高的决定系数;地表温度与NDVI、BAEM的二元线性回归决定系数高于地表温度与单一指数的决定系数;将样点分类后,低温点与MNDBI的决定系数高于其他温度等级样点,水域和植被样点与各种指数的决定系数高于其他地物类型样点。     

综合拉底、扩漏和出矿全过程的底部结构安全性颗粒流模拟技术研究

为探明自然崩落法从拉底崩落至出矿全过程中底部结构节理连续扩展过程与破坏过程规律，采用PFC2D软件，结合RocLab软件反演节理岩体参数，建立229 m×129 m的岩体扩大模型，对拉底崩落至出矿过程进行连续综合计算。研究结果表明:模拟结果及破坏现象与现场监测结果相近，建模与细观参数反演方法适用于该类岩体工程研究；裂纹扩展贯通导致岩体失稳破坏，破坏过程与裂纹扩展具有相对应的阶段特征，裂纹扩展分为崩落前稳定扩展期，崩落与聚矿槽开挖过程加速扩展期和后续持续扩展期；结构破坏分为蕴育过程，扰动失稳过程和宏观破坏过程；较大范围的宏观破坏主要在出矿阶段。该模拟方法与结果可为底部结构维护以及节理岩体长期稳定性研究提供参考。     

北京市PM5.0可吸入颗粒物反演及其时空分布分析

分析城市可吸入颗粒物的空间特征及影响因素对于制定更为有效的可吸入颗粒物污染控制政策具有重要的现实意义.本研究在实际采样和遥感数据处理基础上,构造差值植被指数(DVI),通过建立TM影像与对应PM5.0颗粒物实测值之间的相关关系模型,对北京市2008~2010年3 a的PM5.0的分布进行了反演计算和精度分析;研究了NDBI和NDMI对PM5.0浓度的影响,进一步揭示了北京五环区域范围内可吸入颗粒物的时空分布特征.结果表明,采用DVI反演PM5.0分布的方法可行,反演精度在可接受范围内;整体上研究区2008年PM5.0颗粒物污染最轻,西南三环和四环以及东南三四环之间为颗粒物污染的高值区,西北五环附近颗粒物污染较轻;NDBI(归一化建筑指数)、NDMI(归一化水汽指数)与PM5.0可吸入颗粒物的分布分别呈现显著的负相关和正相关关系,且二者对PM5.0的影响相近.     

利用FLEXPART模式反演中国区域SF6排放量

六氟化硫(SF_6)是一种长寿命卤代温室气体,被列为《京都议定书》限排物种.随着经济高速发展,中国的SF6排放量受到世界各国的关注.采用传统的"自下而上"清单方法估算SF6排放量时,所需排放因子、活动水平数据的准确性和时效性存在较大局限.因此,本文利用拉格朗日粒子扩散模式FLEXPART,结合2009年北京上甸子区域大气本底站SF6浓度观测资料,尝试建立中国区域SF6排放量的反演方法.结果表明,初步反演的2009年中国区域SF6排放量为1.25×103(0.53×103~1.97×103)t·a-1,与文献结果相当,源排放量的不确定性从1.05×103t·a-1减小到0.72×103t·a-1.与先验源相比,反演源的相关系数从0.37提高到0.43,均方根误差减小了2.64%.     

基于CMAQ源同化反演方法的京津冀局地污染源动态变化特征模拟研究

利用"Nudging"源同化技术反演了京津冀地区2014年1、3、7、11月SO_2、NO_x的局地动态污染源,并分析其排放源强、特征及地理分布,对比其与初始源的差异,同时检验了反演源的模拟效果.结果表明,SO_2、NO_x污染源存在明显的季节变化,冬季或采暖期排放强度最大.由唐山、北京、天津、廊坊、保定、石家庄、邢台、邯郸构成东北-西南走向的带状污染物高排放区,最高排放中心主要集中在太行山、燕山山前区域,且排放具有典型的"城市化"特征,即各个城市市区及附近强度最大,周边郊县稍弱.与初始源模拟结果相比,采用反演源更能反映出污染物的时空变化特征,模拟值与实测值较接近,而且对于重污染过程亦具有较好的模拟效果.     

生物阳极及其反转为生物阴极降解氯霉素

为了探讨生物阳极能否降解氯霉素以及生物阳极反转为生物阴极后能否替代生物阴极,通过驯化生物阳极降解氯霉素和生物阳极反转为生物阴极的实验,表明生物阳极经过长期氯霉素浓度梯度增加(5~80 mg·L-1)的驯化,具有较好产电能力的同时,对氯霉素也具有一定的降解能力(k=0.098 5).生物阳极反转为生物阴极后并将电位恒定在-0.40 V vs.SHE时,该生物阴极相对于反转前生物阳极的电位(-0.20 V vs.SHE)有了明显的降低,导致微生物活性受到一定的影响,但阴极生物膜仍具有较强的催化降解氯霉素的能力,其还原降解速率常数k为0.264 3,明显高于非生物阴极对照(k=0.160 9).生物阳极反转生物阴极的模式不仅实现了氯霉素的硝基还原,而且发生了芳香胺产物侧链的完全脱氯和羰基还原反应.     

2013年1月北京市一次空气重污染成因分析

采用数值模式与观测资料相结合的方式,对北京市2013年1月9日至15日一次空气重污染过程的大气环境背景、气象条件和形成原因进行了初步分析.结果表明,重污染过程期间10日至14日PM2.5平均值为323μg·m-3;重污染过程与当地气象条件密切相关,稳定的大气环流形势为污染的持续提供了大气环流背景,风速较小、湿度较大、边界层较低、持续逆温是造成重污染的主要原因;重污染过程中区域输送对北京PM2.5贡献率在53%~69%之间且存在明显的二次转化,区域输送起着更为重要的作用;气象条件对持续性重污染的形成和破坏起到了关键性的作用,因此需要加强对重污染预警预报研究,以有效预防和控制空气重污染.     

重庆主城区秋冬季逆温对空气质量影响的观测分析

2013年9—11月利用RPG-HATPRO地基多通道微波辐射计对重庆主城区大气进行连续探测,统计了大气逆温情况,并对典型重污染天气下大气逆温与空气质量状况进行综合分析。结果表明,逆温出现的频率为63.3%,基本为接地逆温类型,逆温层厚度为953 m,逆温强度为0.3℃/hm;逆温的存在为气溶胶的积聚和凝聚创造了有利条件。     

基于两种再分析资料的一次四川盆地大气污染过程气象要素数值模拟研究

利用ECMWF-ERA5和NCEP-FNL再分析资料作为中尺度气象模式WRF（The Weather Research and Forecasting）初始场,对四川盆地2018年1月一次大气污染过程气象要素进行了模拟,对比分析了气温、风速、风向、相对湿度、边界层高度、温廓线的模拟效果,并结合大气超级站观测数据对模拟结果进行评估.结果表明：两种资料均能较好地模拟出气象要素的变化情况,但由于两套资料时空分辨率、采用的模式、同化方案、数据来源和质量控制方案存在一定区别,导致各要素模拟效果并不一致.与NCEP-FNL相比,ECMWF-ERA5模拟的平均相对湿度（59.23%）与观测值差异更小,且均方根误差、偏差较小,分别为9.83%和-0.83%,但NCEP-FNL模拟的平均气温（8.99℃）更接近观测值,且偏差值较小,为-0.04℃.两组模拟结果均显示盆地内部为模拟区域的低风速区,相对湿度模拟值在60%以上,气温高于西部山地地区.NCEP-FNL模拟的盆地内部气温、相对湿度、风速小于ECMWF-ERA5模拟值,但边界层高度模拟值较大.ECMWF-ERA5模拟的逆温强度相比较小,且温度露点差较小.此次污染过程PM_2.5和PM₁₀日均浓度最大值分别为190.1 μg·m^-3和261.0 μg·m^-3,相对湿度增大引发的颗粒物吸湿增长是导致PM_2.5和PM₁₀质量浓度突增的主要原因.