上海市一次重雾霾过程的天气特征及成因分析

2013年11月30日至12月9日上海地区出现入冬以来一次最严重的持续性雾霾天气过程,严重影响了该地区人们的生活健康.本文借助空气质量数据、地面气象要素、卫星遥感数据并结合后向轨迹模式反映了此次重污染过程的污染特征及其成因.结果表明,污染期间,PM2.5与PM10小时浓度变化趋势基本一致,高浓度值出现在早晚8时左右,主要是由该时段的逆温现象造成的;来自西北方向污染物的远距离输送影响了本地空气质量状况,气团在不同高度层做下沉运动,造成大气层结稳定;该地区在西北方向的弱高压控制下,地面风速较小,能见度低,天气条件静稳,不利于污染物扩散,造成持续性重污染事件;卫星遥感数据显示此次污染为区域性污染.     

基于MODIS时序数据的长江三角洲地区植被覆盖时空变化分析

在快速城市化的长江三角洲地区,植被覆盖状况变化问题已经引起公众的关注并且成为科学研究的热点。植被指数作为监测植被和生态环境变化的有效指标而得到广泛应用。基于2000—2011年的Terra Modis NDVI植被指数数据集,从时间尺度和空间变化上分析长江三角洲地区植被变化特征,应用一元线性回归趋势分析方法和更适合研究非正态分布数据的Mann-Kendall非参数检验方法对长江三角洲地区的植被覆盖状况进行研究。研究结果表明,(1)利用Terra Modis NDVI数据可以很好地从宏观上监测长江三角洲地区植被覆盖的时空变化。(2)植被覆盖的时空变化是自然和人类活动共同作用的结果,特别是在快速城市化的长江三角洲地区,人类活动对植被覆盖的影响更为剧烈,并且植被覆盖变化对人类活动做出积极的响应。12年来,长江三角洲地区植被覆盖总体呈下降趋势,尤其是研究区中的城市及周边地区则以显著下降趋势为主,说明长江三角洲地区随着城市化进程的加速,植被覆盖状况正面临着恶化。(3)一元线性回归趋势分析方法和Mann-Kendall非参数检验方法对植被变化趋势的检测总体上趋于一致,两者可以相互印证,但局部有差异。因此,当进行局部区域植被覆盖变化的深入研究及驱动力分析时,需要较高分辨率的数据作为辅助数据。研究揭示了快速城市化背景下长江三角洲地区植被覆盖变化的规律,从而为长江三角洲地区生态保护和植被恢复提供有利的依据和借鉴。     

认知资源对公众城市气象灾害防御支付意愿的影响研究#br# ——基于南京市暴雨灾害防御的实证

城市气象灾害防御措施的改进是防灾减灾的有效手段，但如何在辨识公众支付意愿的基础上，构建多方成本分担的灾害防御制度是解决问题的关键。从成本分担的视角出发，以南京暴雨灾害防御为例，分析公众对增强型城市气象灾害防御的支付意愿及认知资源在其中的重要作用。通过构建由Probit模型和有序Probit模型组成的递归混合模型，探讨认知资源和经济资源在公众支付决策中的重要性。研究表明:认知资源的作用十分明显，且随着公众对暴雨灾害风险感知、防御措施了解程度、防御制度认可程度的提高，公众支付意愿越强。而暴雨灾害风险感知又受到灾害趋势认知和经历的共同影响，这两个变量分别影响风险感知的广度和深度，但受教育程度对风险感知深度的影响并不显著。核心建议是从满足公众对城市暴雨灾害风险、防御措施、灾害趋势等知识的需求，政府应该加强暴雨灾害科普宣传的主动性、提升主管和协同部门的公信力；规范科普知识内容、拓宽科普渠道。     

多种气象要素及其变化对AOD与PM2.5关联模型的影响研究

利用卫星遥感反演气溶胶光学厚度(AOD)已成为获取宏观、连续空气污染信息的一种有效手段.通过构建AOD-PM_(2.5)的关联模型是实现空间范围内PM_(2.5)监测的主要方法,而气象要素是该模型中的重要输入参数,直接影响到模型模拟的精度.当前诸多模型多采用地面气象要素,缺乏对于不同高度气象要素及其变化对构建AOD-PM_(2.5)关联模型的影响研究.本文以淮河流域五省为例,在实测地面气象资料的基础上,利用再分析气象资料,考虑了从地面至高空不同高度处的气象要素及其垂直变化,运用多元逐步回归方法,对比了地面与不同高度气象要素及其变化量对AOD-PM_(2.5)关联模型的贡献程度.结果表明:①AOD-PM_(2.5)关联模型在不同站点、不同季节的差异仍较为明显,不同高度及随高度变化的气象要素对提高春季AOD-PM_(2.5)关联模型的精度有较显著影响;②考虑了不同高度气象要素及垂直变化的多元逐步回归线性模型的表现优于仅考虑地面气象要素的模型,尤其是春季的改善较明显,RMSE降幅达到近43%;③基于地理加权回归方法的AOD-PM_(2.5)关联模型的估算结果略优于多元逐步回归线性模型.     

基于森林清查和遥感的城市森林净初级生产力估算

城市森林作为陆地生态系统的组成成分之一,研究其在全球碳循环中的地位和作用有很重要的意义.文章以上海城市森林为研究对象,开展基于基于森林清查数据和遥感技术的城市森林净初级生产力(NPP)估算研究.首先,根据选取上海市典型的森林植被类型,设置森林植被样方,测量反映植被生物学特性的特征参数,包括林龄、胸径、树高和叶面积指数(LAI)等,采用能反映林龄和蓄积量共同影响的生产力回归模型估算了样方NPP,建立了基于LAI的样方NPP回归模型;其次,利用一景相近时相的SPOT5影像,经进行几何纠正和辐射定标后,计算出能较好地反映植被特征和消除土壤背景影响的修正土壤调节植被指数(MSAVI),建立了基于MSAVI的区域森林LAI遥感估测模型;最后,根据建立的样方NPP回归模型以及区域LAI遥感估测模型,进行尺度化转换,估算出区域尺度上的上海城市森林净初级生产力.通过比较与前人运用传统方法研究估算的NPP,精度可达到89%,且本模型简单可行.因此本研究可为快速定量评估城市森林碳储量提供依据.     

气象要素对气溶胶光学厚度估算PM2.5的影响

地面监测得到的近地面细颗粒物PM_(2.5)浓度较为精确,但数据覆盖范围相对较小,卫星遥感反演的气溶胶光学厚度(AOD)数据可以反映污染物浓度分布,具有范围大且速度快的特点,因此,大多数学者通过建立PM_(2.5)-AOD模型来实现卫星遥感监测PM_(2.5)浓度,并通过引入气象要素来优化模型.然而,气象要素的选择与引入往往对模型的精度有较大的影响,如何有效地选择对PM_(2.5)浓度影响较大的气象要素一直是PM_(2.5)-AOD模型中的关键问题.因此,本文基于华东地区2014—2015年的MODIS AOD和地面监测站的PM_(2.5)浓度数据,结合再分析气象资料,利用多元逐步线性回归方法建立PM_(2.5)-AOD模型,从由特定时刻、高度上的气象要素与随时间、高度变化的气象要素组成的气象要素集中,筛选出对因变量PM_(2.5)浓度有显著影响的关键气象要素.结果表明:在地域与季节双重尺度下的PM_(2.5)-AOD模型精度更高;相较于特定时刻高度的气象要素,随时间和高度变化的气象要素对PM_(2.5)-AOD模型的影响更为显著;在地域与季节双重尺度下,1000～850 hPa经向风速差、世界时0:00—6:00近地面温度差、850～600 hPa温度差、6:00边界层高度、12:00—18:00近地面压强差、1000～850 hPa温度差对模型影响较大,但应依据不同季节和不同地区的具体影响程度作为选择标准.     

基于周边站点优化选取的随机森林PM2.5小时浓度预测研究

空气中的PM_2.5是威胁人体健康的主要大气污染物,对其进行有效预测和及时预警具有重要意义.大量研究表明,纳入周边站点信息的随机森林模型在单站点PM_2.5预测中显示出良好的效果,但在周边站点选取问题上目前尚缺乏针对性研究,部分选取方法带有主观性.本文提出了一种基于时间滞后互相关分析的周边站点优化选取方法,并以上海十五厂空气质量监测站（国控站）为例,构建了预测该站未来1~24 h PM_2.5浓度的随机森林回归模型集,比较分析了预测模型中各输入因子的重要性.研究发现,预测站点当前PM_2.5浓度值对未来1~16 h的预测最为重要,而气象要素中的风向则对于未来17~24 h的预测重要性最高;周边站点PM_2.5信息随着预测时间的延长,其重要程度排名有明显提升,且不同站点对不同时间预测的影响具有显著差异,在建模时应区别对待,优化选取.比较结果表明,使用本文方法选取周边站点建立的预测模型不仅在RMSE等精度指标上具有一定优势（12 h和24 h预报RMSE分别降低11.8%和13.3%）,还在有实用价值的污染事件空报率上有明显降低（12 h和24 h预报空报率分别降低16.1%和25.6%）,具有业务应用潜力.     

上海不同污染等级下气溶胶光学特性垂直分布特征

气溶胶光学特性是可吸入颗粒物的重要表征指标之一,而针对不同空气污染等级的气溶胶光学特性的垂直分布特征当前研究较少.本文利用上海地区(30°E,120°N~33°E,123°N)2006年6月至2011年12月的星载云-气溶胶激光雷达(Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations,CALIOPSO)资料分析不同季节气溶胶光学特性垂直分布的基础上,深入探讨了不同空气污染等级下的气溶胶垂直(0~6km)分布特征.结果表明:上海地区气溶胶粒子多聚集在0~2 km的高度上且具有明显的季节特征,冬春季节气溶胶粒子后向散射系数集中于0.005以上,颗粒物散射能力较大,其中冬季偏振比范围为0.15~0.25,色比范围为0.57~0.77,主要为不规则的小颗粒;夏季气溶胶粒子的偏振比(0.03~0.09)较小,气溶胶颗粒物较为规则;秋季各种形态的颗粒混合程度较高,其偏振比的范围为0.12~0.23,色比范围为0.58~0.90;不同污染等级下的气溶胶光学特性在垂直分布上具有明显的差异,在重污染时期散射能力大不规则颗粒物增多,垂直差异不明显,污染高度较高;轻度污染以规则颗粒物为主,颗粒物散射能力较小,表现出低层以粗颗粒为主,高层以细颗粒物为主的特征;轻微污染和无污染的气溶胶垂直分布类似,颗粒物散射能力较小.     

近20年长三角一体化示范区PM2.5暴露风险时空格局演变

长三角一体化示范区是国家重大战略区域,掌握其PM_2.5污染与暴露风险演变格局,对长三角区域碳中和与低碳循环绿色发展具有重要意义.本文利用MODIS数据估算示范区2001—2020年气溶胶光学厚度（AOD）和PM_2.5浓度,运用人口加权模型计算1 km×1 km网格PM_2.5暴露风险,并结合Moran''s I指数、Theil-Sen和Mann-Kendall方法分析其空间集聚性特征、时序演变规律与显著性趋势.结果显示：2001—2020年, 示范区PM_2.5呈波动增长趋势,春季和冬季浓度明显高于夏季和秋季;人口逐年增加,年均人口密度达到1386人·km^-2;年均PM_2.5暴露风险为1.23,整体处于安全状态,空间上有4个危险暴露区（松陵镇、盛泽镇、魏塘街道、盈浦街道与香花桥街道交界处）.其PM_2.5暴露风险的空间集聚性显著,以4个危险暴露区为中心,呈“先边界、后内部”的时空增长模式;示范区暴露风险逐年增加的区域超过36%（速率0.031 a^-1）,在2011—2020年,暴露风险显著减少的面积反超显著增加的面积.示范区总体空气质量良好,但PM_2.5暴露风险的边界扩散现象明显,小尺度区域的PM_2.5污染防治应更加注重跨区域共同治理,可以聚焦在镇级或更小行政单位的边缘地带,采取差异化的大气污染联防联控措施.     

利用区域遥感ET分析山东省地表水分盈亏的研究

论文利用MODIS遥感数据和常规地面气象观测数据基于SEBAL模型定量反演了山东省区域地表蒸散量(Evaportranspirations,ET),并利用站点Lysimeter实测ET资料与经联合国粮农组织修正的Penman-Monteith公式计算的ET对遥感反演的ET进行验证,获得了较高的精度,日模拟值的平均相对误差约为11.34％,相关系数为0.872,一致性指数达0.917。在此基础上,结合气象站点降水量的空间分布格局,分析了研究区不同土地利用/覆被类型下2005年和2006年逐月与季节的水分盈亏状况。研究结果表明在2005年3-11月期间山东省总的实际蒸散量平均为637.45 mm,降水量为639.61 mm,降水量基本满足ET消耗;而2006年同期蒸散量为578.48 mm,但降水量仅为443.98 mm,水分亏损量为134.50 mm。春秋季节水分亏缺严重,旱情发生的几率较高;夏季水分亏损量相对较小,降水量满足地表蒸散耗水需求。