长江中游城市群PM2.5时空特征及影响因素研究

近年来,伴随着工业化和城市化进程的加快,长江中游城市群灰霾天气持续增多,空气污染问题日益突出。基于2015年1月至2016年2月长江中游城市群189个空气质量监测站点的PM2.5逐时监测数据,采用普通克里金插值、探索性空间数据分析法和相关系数法,从年、季、月尺度上分析了PM2.5的空间分布格局及其影响因素。结果表明：（1）在年尺度上,长江中游城市群PM2.5浓度空间分布总体呈现出明显的北部高南部低,局部地区略有突出的特征,该区PM2.5浓度年均值为55.28 μg/m3,其中湖北省PM2.5的年均值为三省市最高,为68.17 μg/m3;其次为湖南省,年均值为53.66 μg/m3;江西省PM2.5的年均值较小,为44.01 μg/m3。（2）在季节尺度上,长江中游城市群PM2.5浓度表现出冬春季高,夏秋季低的现势性,这与区域内夏季高温多雨、冬季低温少雨的气候条件密切相关。（3）长江中游城市群PM2.5月浓度变化大致呈U形分布,1月份PM2.5浓度最高, 1~6月份,PM2.5浓度呈逐步下降趋势, 6~8月份,区域PM2.5浓度处于“U”字的谷底。（4）NO2、CO是影响PM2.5浓度的两项主控大气污染物,而降水量和相对湿度则是影响PM2.5浓度的两个重要气象因素。 关键词： PM2.5浓度;时空特征;气象因素;长江中游城市群     

1998~2016年中国大气PM2.5污染浓度空间格局演化 ——基于339个城市的实证研究

摘要： 近年来,与PM2.5相关的大气环境质量状况和改善问题一直是社会和公众关注的热点话题。通过选取中国339个地级市为研究对象,采用重心模型和局部空间自相关的研究方法,对中国339个城市大气PM2.5污染浓度空间格局演化进行实证分析。结果显示：（1）从重心分析来看,1998~2016年内的中国大气PM2.5污染浓度几何重心位于渭河平原附近以及中国东部和北方的大气PM2.5污染程度分别相对高于西部和南方地区。（2）从局部空间自相关分析来看,1998~2016年期间“高-高”类型的空间正相关的地区主要集中在华北地区、华中地区、华东地区、长江中下游沿岸城市及四川盆地;“低-低”类型的空间正相关的地区主要集中在西南和西北地区,也零星出现在东北和福建的部分城市中。最后对中国大气PM2.5污染空间格局进行初步成因探析。     

安徽省冬季PM2.5污染来源及其成因分析

随着中国城市化和工业化的加速发展,大气污染的问题日益突出,严重危害公众身体健康。基于安徽省逐小时PM2.5浓度监测数据,采用后向轨迹模式、潜在源因子分析法（PSCF）和权重浓度分析法（CWT）,构建PM2.5来源分析模型,分析了安徽省PM2.5的来源,并结合地理探测器辨析了影响PM2.5本底贡献浓度的驱动因子。结果表明：（1）本底贡献、本底外溢和外地输送这3个动态过程对安徽省PM2.5浓度的时空变化有重要的影响;（2）PM2.5月累计逐小时测量浓度、总浓度、外地输送浓度、本底贡献浓度、本底外溢浓度和月均PM2.5本底排放贡献率,均在整体呈现出西南高、东北低的分布趋势,但前3项在安徽西北部的阜阳、亳州和淮北等地出现高值区;（3）安徽省约97.5%的面积外地输送贡献率>50%,下辖市PM2.5本底排放贡献率在30%~50%,说明1月污染以外地输送为主;（4）工厂密度、车辆保有量密度和人口密度对PM2.5月累计本底贡献浓度的解释力q值分别为0.33、0.47和0.61,通过与PM2.5月累计测量浓度地理探测分析结果的比较,表明人为要素与PM2.5月累计本底贡献浓度的关系更加密切。研究结果可为区域大气污染治理提供科学的参考依据。     

成渝城市群城市空间扩展冷热点格局演化趋势模拟

城市空间扩展作为城镇化在空间上最显著的特征,不仅可以衡量城市的城镇化水平,还可以对城市的可持续发展起到指导作用。以成渝城市群(Chengdu-Chongqing Urban Agglomeration, CCUA)为例,基于夜间灯光遥感数据,首先,分析了成渝城市群城市空间扩展的冷热点分布特征;其次,结合研究区域生态空间约束条件,构建了最小累积阻力面模型,模拟了成渝城市群城市空间扩展冷热点格局的演化趋势。结果表明:成渝地区空间扩展的冷热点在不同的时期体现出不同的特征。在1992～1996、1996～2002、2002～2009、2009～2015年4个时间段内,城市空间扩展的自相关性逐渐减弱,冷热点分布的全局特征逐渐趋于随机化,局部特征体现出城市空间扩展的多样性,具体表现为热点区域经历了"点状扩张-点环扩张-点轴扩张-轴带辐射"的格局转变过程。成渝城市群空间扩展的冷热点演化趋势在不同规模的城市扩张模拟中,热点区域不断增加。在城市空间扩展5%时,只有4个以成都、绵阳、达州、眉山为主的热点城市,当在城市空间扩展20%时,所有城市(共16个)其空间扩张强度均超过10%,发展成为城市空间扩展的热点区域。     

淮海经济区PM2.5时空特征及影响因素

PM2.5对区域环境和人体健康有着重要影响,淮海经济区作为东部沿海经济发展带的重要支撑部分,剖析其PM2.5时空特征及其影响因素对于京津冀和长三角城市群开展区域空气污染的联防有着重要意义.首先采用时间序列分析对研究区PM2.5浓度特征进行分析,其次利用空间分析方法分析了淮海经济区PM2.5时空特征,最后基于淮海经济区PM2.5空间自相关特征,进一步采用地理加权回归模型探究了PM2.5浓度的影响因素及其空间异质性.结果 表明:(1)淮海经济区逐日PM2.5浓度值呈现出周期性的脉冲型起伏变化规律,整体呈现出冬秋季高、春夏低的"U"型趋势.逐日PM2.5浓度振荡周期短周期为2～3d,长周期为6～7d.(2)淮海经济区PM2.5浓度的空间局部相关性呈现出周期性的变化规律.全年热点区域主要集中在研究区西北的菏泽市和西南的徐州市,冷点区则主要集中在沿海区域.(3)淮海经济区PM2.5浓度影响因素主要包括平均气温、平均降水、平均风速、林地比例和路网密度等因素,不同因素对PM2.5浓度影响存在显著的空间异质性.     

长三角城市群城市创新产出的空间集聚及其溢出效应

基于2005～2014年空间面板数据,运用空间计量经济学方法,对长三角城市群26个城市创新产出的空间集聚及空间溢出效应进行了实证研究。结果表明：（1）长三角城市群城市创新产出呈现显著的空间正相关,空间集聚特征明显,总体上形成了以上海为核心,以南京、杭州、宁波、合肥等城市为重要创新节点,由沿海向内陆发散的空间集聚格局。（2）长三角城市群城市创新产出在地理空间上具有显著的正向空间溢出效应,邻近城市创新产出的提高,将促进本城市创新能力的增强。（3）空间效应对城市群城市创新产出的作用显著,忽视空间要素对城市群创新产出的影响,将使估计结果产生偏差。（4）各创新要素对城市群城市创新产出的影响存在差异,人力资本、资金投入水平和创新平台不仅能提高本城市和邻近城市的创新水平,而且对城市群的创新发展具有显著的促进作用;经济发展水平和对外交流学习能力对本城市创新产出的正向作用显著,对邻近城市具有明显的负向溢出效应,而对城市群创新产出的作用并不显著;政府支持力度对本城市创新产出具有促进作用,对邻近城市创新产出作用不显著,对城市群创新产出的促进作用较弱。最后提出了提升长三角城市群城市创新发展水平的政策建议和未来的研究方向。     

长江中游城市群经济-城市-社会-环境耦合度空间差异分析

以长江中游城市群的36个城市为例,构建了经济发展、城市化、社会保障、生态环境综合评价指标体系,运用耦合度模型评估了36个城市2011~2013年的耦合度,并利用GIS技术分析系统的得分与耦合度的空间分布特征。结果表明:长江中游城市群的36个城市的经济发展、城市化和社会保障水平的空间分布比较相似,三者间存在显著的正相关关系。但是,存在显著性的地区差异。36个城市生态环境得分均值很高,城市之间差异很小。从耦合度的空间分布来看,长江中游城市群明显存在3个高耦合度的聚集区域,即长株潭城市圈,武汉-南昌(含鄂州、黄石和九江)城市带和鄂北4市,即十堰、襄阳、宜昌和荆门。最后,36个城市之间耦合度的差异呈现逐年缩小的趋势。     

城市土地利用类型与PM2.5浓度相关性研究——以武汉市为例

随着我国工业化的不断发展,在我国的主要经济发展地区的雾霾天气不断爆发,使我国的大气环境日益恶化,严重影响了人们的日常生活和身体健康。PM2.5作为雾霾的重要组成成分,也日渐成为环境领域的研究热点问题。随着全球性变化研究领域逐渐加强了对土地利用与生态环境的相关研究,因此无论从法律和社会经济发展的角度,还是从生态资源保护与环境可持续发展的角度,土地利用与PM2.5的相关研究都显得相当重要。研究目的:分析武汉市各类用地类型与PM2.5浓度的相关性程度。研究方法:使用ENVI与ArcGIS对武汉市2013年MODIS气溶胶产品进行空间分析与插值处理,再应用SPSS将其与武汉市2013年10个观测点的PM2.5浓度数据作相关性分析,以证实MODIS气溶胶厚度与PM2.5浓度的相关性,并建立两者的线性回归方程,然后利用计算后的武汉市整体PM2.5浓度分布与各土地利用类型进行相关性研究。研究结果:武汉市PM2.5浓度有明显的空间分布特征,绿化面积比例与PM2.5浓度呈显著负相关,建设用地面积比例与PM2.5浓度呈显著正相关,未利用地面积比例虽然与PM2.5浓度呈正相关,但相关性较低,而耕地与水体对PM2.5浓度没有显著影响。研究结论:土地利用类型对武汉市PM2.5浓度的分布有显著的影响,其与搭载MODIS传感器的遥感卫星监测方式的结合能成为研究大范围特定区域PM2.5浓度空间格局的新方法,并且增加城市绿化面积,控制建设用地规模能有效减少PM2.5浓度。     

基于OMI数据的成渝城市群对流层NO2浓度遥感监测

利用Aura卫星的OMI（Ozone Monitoring Instrument）传感器最新版对流层NO2垂直柱浓度数据产品,结合线性拟合、趋势分析和空间自相关分析等方法,系统分析了2005~2017年成渝城市群对流层NO2垂直柱浓度的时空特征及变化趋势。结果表明：OMI对流层NO2柱浓度数据与成渝城市群NO2地面监测数据变化趋势基本一致,且存在良好的相关性;时间上,2005~2012年NO2年均柱浓度增加明显,增幅达52.38%,2012年后呈下降趋势。NO2柱浓度季节变化明显,浓度水平基本为：冬季>秋季>春季>夏季。NO2柱浓度月均值具有类似于正弦函数的周期性,1年一个周期,低值出现在每年的7、8月,高值出现在11、12和1月;空间上,经济较发达地区的NO2浓度大于经济欠发达地区。2005~2012年99.58%的区域NO2浓度上升,2012~2017年80.50%的区域NO2下降,但是成渝城市群边缘的山区NO2浓度依然呈增长趋势。成都、重庆对流层NO2柱浓度具有明显的局部空间正相关特性。     

基于遥感的长江中下游城市群高温热浪风险评估

由全球气候变暖以及快速城市化引发的极端高温热浪事件频发现象已经影响到人类的生产和生活。利用多源卫星遥感数据和社会经济统计资料,构建基于"高温危险性-社会经济脆弱性-风险适应性"的高温热浪风险评估体系,获取2017年长江中下游城市群250 m分辨率的典型高温热浪事件风险评估结果。结果表明:热浪风险等级高值区主要分布在城市群中心城市以及其他城市中心城区,主要是较高的城市高温和社会经济脆弱性共同作用结果,围绕中心城区向外扩散,风险等级呈逐渐降低趋势。大城市虽具有更好的高温适应性,但离应对城市化导致的高温危险性和脆弱性还显得不足,从高风险区域面积来看,长三角城市群热浪风险高于长江中游城市群,主要与城市化水平以及人口聚集程度有关。通过多源遥感信息,获取高分辨率的城市群高温热浪风险空间分布特征,能为城市化过程中城市有效应对高温风险,加强区域防灾减灾提供科学参考。     

长三角城市群臭氧浓度的时空分异及驱动因素

运用克里金插值、空间自相关分析、冷热点分析和地理探测等定量分析方法,对长三角城市群2015~2017年O3浓度的时空分异特征及驱动因素进行了探讨。结果表明：（1）2015~2017年长三角城市群O3浓度呈上升趋势,O3日最大8 h滑动平均值第90百分位数平均浓度由149 μg/m3上升到166 μg/m3,平均超标率由9.3%上升到12.1%,以O3为首要污染物的天数占超标总天数的比例由32.3%上升到46.4%。（2）受气温和降水量年际波动的影响,各年份O3月均浓度变化曲线形状不同。但O3超标都主要发生在4~9月,超标天数分别占2015、2016、2017年的88.3%、98.2%和97.0%。（3）由于安徽O3浓度快速上升,长三角城市群O3浓度空间分布格局由东高西低演变为北高南低,且同质化增强、异质性减弱。（4）随着O3浓度的上升,O3浓度热点区由环太湖地区向南京都市圈扩展,冷点区在安徽有明显收缩。（5）地理探测表明,长三角城市群O3浓度空间分异主要受经济规模、城市化和排放源等社会经济因素驱动,且均呈正向影响。自然因素中的降水量和风速呈负向影响,分别对O3有显著的清除和扩散作用。     

长江中游城市群城市土地利用效率空间溢出效应研究

城市群城市土地利用效率是城市群城市土地要素有效配置、合理利用以及城市经营管理水平的综合体现。在使用DEA方法得到2003～2015年长江中游城市群28个城市土地利用效率并且分析其变化趋势以及空间关联性的基础上,构建SDM模型对长江中游城市群的城市土地利用效率空间溢出效应进行分析。研究结果表明：（1）2003～2015年长江中游城市群城市土地利用效率总体呈波动变化趋势。长江中游城市群城市土地利用效率存在空间负相关关系,城市土地利用效率具有空间异质性;（2）通过构建SDM模型分析表明,外商直接投资额以及人均地区生产总值是长江中游城市群城市土地利用效率的主要驱动因素;（3）长江中游城市群城市土地利用效率的空间溢出效应较弱,在一定程度上反映了长江中游城市群城市之间的空间相互作用较弱,经济联系还不够紧密。因此,长江中游城市群需要进一步构建城市合作机制,提高城市土地利用系统的整体性和联动性,推进区域经济协同发展。     

长江经济带经济发展的时空分异及驱动机理研究

基于"空间—要素"的理论框架,综合运用ESDA空间统计、变异系数、基尼系数等方法研究长江经济带1994～2017年经济发展差异时空演变及经济发展阶段判读,运用全局回归(OLS)与地理加权回归模型(GWR)分析经济发展差异影响因素的空间异质性和驱动机理。研究表明:(1)长江经济带的经济发展差异从强集聚向弱集聚转变,经历了"萌芽—兴起—繁荣—转型"4个经济发展阶段,并呈现自我建设发展、区域大开发、趋同竞争、产业转型的阶段特征,区域经济呈现"均衡—不均衡—逐步均衡"态势。(2)长三角城市群为核心热点区,成渝城市群和滇中城市群为核心和次核心冷点区。经济发展经历集聚效应和涓滴效应交替,区域经济差异先扩大后减小而趋于均衡,符合"不平衡增长理论"规律。(3)地理加权结果表明,人口集聚、产业结构、外商投资、政府调控、交通发展、科技教育、金融状况是区域经济发展时空演化的正向内在动力,发展成本和地形条件是制约因素。产业结构是核心驱动力,科技教育是重要推动力,地形条件是发展基础。制定区域发展政策时,要考虑不同行政区和不同驱动要素的异质性和特殊性。     

长江三角洲城市群PM_(2.5)时空演变及影响因素

科学识别PM_(2.5)的空间分异及其驱动因素,是实现区域空气污染治理的关键。以国测点日均PM_(2.5)浓度为数据来源,基于多种空间分析方法,研究长江三角洲城市群PM_(2.5)浓度的时空演变及影响因素。结果发现:(1)2013～2017年,长江三角洲城市群的PM_(2.5)年平均浓度,处于不断下降的趋势;城市间的差异,呈现逐渐减少的趋势。(2)一年中,12月份的PM_(2.5)浓度最高,8月份的PM_(2.5)浓度最低。1～12月,PM_(2.5)浓度先减后增。(3)2013年,PM_(2.5)高浓度区域主要分布在江苏省;2017年,PM_(2.5)高浓度区域主要分布在安徽省。5年间,PM_(2.5)浓度的空间重心,向安徽省转移72 km。(4)长江三角洲城市群PM_(2.5)浓度存在明显的空间自相关。存在PM_(2.5)浓度高-高值区、低-低值区"扎堆"现象,且集聚程度趋于增大。(5)影响PM_(2.5)浓度的因素包括了自然因素和社会因素。自然因素中,降雨与PM_(2.5)浓度显著相关。社会因素主要来自工业排放、交通排放和能源消耗。其中,能源消耗的影响程度最大,工业排放次之,交通排放最后。     

交通网络建设与成渝城市群一体化发展——基于交通设施网络和需求网络的分析

交通基础设施建设是城市群一体化发展基本内容和重要保障。以成渝城市群为研究案例，利用复杂网络分析方法，探讨了交通设施网络和交通需求网络下城市群一体化格局，并分析了交通基础设施建设对城市群一体化的影响。结果表明：（1)交通基础设施建设拓展了城市间的联系渠道，有助于形成多中心、均衡化的交通设施网络格局，并塑造城市带和城镇密集区的雏形。（2)以客流衡量的交通需求网络依然呈现以成都和重庆主城为中心的双核心格局，多中心态势并不显著，但高铁的开通增强了城市客流网络。（3)交通设施网络的完善推动了成渝城市群形式一体化，但人口流动、产业合作等表现出的功能一体化水平依然偏低。因此，未来成渝城市群在完善区域交通运输系统的同时需要探索以交通促进城际人口流动、产业合作、城乡统筹等的发展路径，以交通网络建设带动城市群空间结构的优化调整，最终实现区域深度一体化。     

长江经济带科技创新与生态效率的协同演化及影响因素

长江经济带发展战略的深入实施离不开科技创新与绿色发展的协调发展和共同进步。基于城市群视域,采用熵权法、超效率SBM模型、耦合协调度模型以及Tobit模型等方法,从多维度视角探讨2010～2019年长江经济带三大城市群85个城市科技创新与生态效率的耦合协调关系及其时空演变特征,并对二者耦合协调度的主要影响因素进行分析。结果表明：(1)长江经济带整体科技创新水平呈平稳上升趋势,生态效率水平呈降-升-降-升的“W”型变动趋势。科技创新与生态效率耦合协调度呈先升后降的倒“U”型波动上升趋势,且三大城市群空间差异性明显,呈现长三角城市群>长江中游城市群>成渝城市群的空间分布格局;(2)整体耦合协调发展水平存在显著的空间自相关特征,且多数城市表现为低低集聚,其中长三角城市群呈显著的“东高西低”型空间集聚特征,长江中游城市群与成渝城市群空间集聚特征不显著;(3)经济发展水平、劳动力集聚、对外开放程度以及产业结构对整体耦合协调水平有显著正向影响。基于以上结论,提出加大长江经济带生态环境保护力度、重视区域发展异质性、引进培育创新人才以及积极开展对外开放交流等政策建议。     

中国城市环境规制对PM2.5污染的影响效应

基于2005～2015年中国城市环境规制与PM2.5污染的面板数据,利用面板灰色关联、空间计量和中介效应模型探究环境规制对PM2.5污染的时空关联影响、直接效应及作用机制.研究发现:(1)环境规制与PM2.5污染具有显著为负的时空关联性,其时序关联强度均值为负,呈"W"型波动变化,且空间关联强度负值城市占比较高.(2)环境规制对PM2.5污染起到明显的抑制作用,而邻近城市环境规制的溢出效应并未发挥促降本地PM2.5污染的积极作用.(3)环境规制促降PM2.5污染的重要中介变量分别是工业生态效率和技术水平,环境规制通过提升工业生态效率降低PM2.5污染的间接效应占比达55.69％,而通过提高技术水平降低PM2.5污染的间接效应占比为4.85％.(4)环境规制对PM2.5污染的影响呈现空间异质性,其并不能有效降低东部、中部和东北地区城市的PM2.5污染,而对西部城市PM2.5污染起到明显的改善作用.     

城市PM_(2.5)年均浓度达标策略研究

细颗粒物已经成为影响城市和区域空气质量的首要污染物。根据我国74个重点城市PM2.5年均浓度监测数据,分析了我国大气细颗粒物污染状况和区域分布特征。结合环境空气质量标准和"国十条"的要求,综合考虑不同区域空气污染特征、经济发展水平和环境管理需求的差异,提出了不同区域城市PM2.5年均浓度达标年限,并从管理机制、管理手段、达标途径等方面提出了我国城市PM2.5年均浓度达标策略。     

长江经济带土地生态安全时空演化特征及影响因素

为了实现长江经济带“共抓大保护,不搞大开发”的发展目标,系统分析该地带土地生态安全问题是关键。通过构建土地生态安全DPSIR模型,对2006~2016年长江经济带110个地级市的土地生态安全水平进行评价,在此基础上,运用探索性空间数据分析与地理探测器方法探究土地生态安全的时空演化特征及主要影响因素。研究得出：(1)时间上,2006~2016年长江经济带土地生态安全水平呈现明显的增长趋势,土地生态安全状况逐渐改善;空间上,土地生态安全水平从东向西逐渐递减,但其空间差异正逐步缩小;区域间,长江三角洲城市群、长江中游城市群成为土地生态安全水平的增长热点区,并向城市群外围逐步扩散。(2)长江经济带土地生态安全存在着显著的正空间自相关,呈现集聚分布特征：土地生态安全高值（H-H）集聚区主要分布于长三角地区,低值（L-L）集聚区主要分布于湖南、贵州二省的部分地区。(3)经济社会发展水平、环境保护力度、土地利用效率、城市化水平为长江经济带土地生态安全的主导影响因素,但不同区域的主导驱动因素存在显著差异,这为改善土地生态安全,提出有针对性的政策建议提供了理论依据。     

长江中游城市群水资源生态足迹时空演变及其驱动因素分析

客观核算城市群水资源生态足迹，对评估区域水资源盈亏状况和衡量水资源的可持续利用具有重要意义。基于“省公顷”修正水资源均衡因子，计算并分析2000～2019年长江中游城市群水资源生态足迹时空演变规律，并利用地理探测器探究其驱动因素。结果表明：(1)2000～2019年长江中游城市群水资源生态足迹整体呈波动增长态势，增幅为34.63%;(2)长江中游城市群水资源生态足迹区域差异显著，其中武汉城市圈水资源生态足迹北部高于南部，环鄱阳湖城市群水资源生态足迹呈“西高东低”的分布格局，环长株潭城市群水资源生态足迹北部和东南部地区高于中部地区；(3)水资源生态足迹强度是长江中游城市群水资源生态足迹时空演变的主要驱动因素，具有最高解释力的交互因子为水资源生态足迹强度和GDP。该研究结果可为决策者因地制宜制定区域水资源管理政策提供科学依据。