基于地理加权模型的我国冬季PM2.5遥感估算方法研究

为了分析冬季我国区域范围内近地面PM_(2.5)质量浓度时空分布特征,根据卫星遥感反演PM_(2.5)质量浓度的基本原理,综合考虑我国不同地区的PM_(2.5)污染特征的空间差异性,基于卫星遥感、气象模式资料及同期地面观测的PM_(2.5)质量浓度数据采用地理加权模型进行回归分析,研究构建了我国区域范围内近地面PM_(2.5)遥感反演模型.结果表明:在冬季暗像元反演AOD算法受限制的情况下,深蓝算法产品可以一定程度上弥补暗像元算法的不足,将二者有效融合能同时提高AOD产品的精度和空间覆盖度;利用地理加权回归模型进行全国区域PM_(2.5)遥感估算,既能体现全国PM_(2.5)时空分布的全局变化特性,又能从局部体现全国PM_(2.5)组分、污染程度及垂直分布结构特征的空间差异特性,基于地理加权回归模型的PM_(2.5)遥感反演结果(R2=0.7)明显优于多元线性回归模型(R2=0.56);2013年12月—2014年2月份全国PM_(2.5)空间分布呈现明显的区域特征,PM_(2.5)浓度较高的地方主要分布在华北南部、长三角中部和北部、华中东部及四川东部等地,西部和北部地区PM_(2.5)污染相对较轻;从时间变化来看,全国冬季12月份PM_(2.5)污染最重,1月份次之,2月份相对最低.这可为全国PM_(2.5)区域联防联控提供有力的信息支撑.     

基于GWR降尺度的京津冀地区PM2.5质量浓度空间分布估算

卫星遥感估算PM_(2.5)质量浓度研究已较为成熟,但精度还未取得突破性进展.本文利用2017年京津冀地区气溶胶光学厚度(AOD)遥感数据、戈尔德地球观测系统的GEOF气象格网数据以及地面环境监测站PM_(2.5)数据,采用地理加权回归空间降尺度方法,估算京津冀地区的逐月PM_(2.5)质量浓度.基于3种不同的残差插值修正,修正后的PM_(2.5)估算结果均很理想,其中,基于自然邻近残差插值修正后的模型估算结果最优.经验证,在95%的置信水平下,其相关系数r达到0.951,决定系数R~2为0.904,调整后的R~2为0.903,平均预测误差MPE为7.307μg·m~(-3),均方根误差RMSE为11.62μg·m~(-3),相对预测误差RPE为18.35%,说明该模型能客观估算京津冀地区2017年PM_(2.5)质量浓度.2017年PM_(2.5)呈现出南高北低的空间分布特征,南北高低值区域界线与保定市和沧州市的市级行政界线具有较高的一致性.经变异系数分析发现PM_(2.5)在2017年内的稳定性程度与PM_(2.5)质量浓度空间分布呈反向性,即PM_(2.5)质量浓度高的区域稳定性低,年内的变化程度剧烈,而PM_(2.5)质量浓度低的区域稳定性强,年内变化程度弱.     

中国PM2.5污染空间分布的社会经济影响因素分析

中国的细颗粒物(PM_(2.5))污染具有危害性强、覆盖范围大、空间分布不均匀的特点.本研究以2015年中国PM_(2.5)监测站点数据为基础,尝试结合空间分析的方法,对PM_(2.5)污染空间分布的社会经济影响因素进行分析.首先以省级行政区划为基本单元,选取Moran's I指数和局部自相关指数(LISA)分析PM_(2.5)在国家尺度上的分布特征.然后利用普通最小二乘回归模型(OLS)和地理加权回归模型(GWR)分析PM_(2.5)浓度的空间分布和各项社会经济指标的相关性.结果表明,GWR模型比OLS模型更好地揭示出PM_(2.5)浓度分布和各项因素之间的关系.PM_(2.5)浓度在空间分布上存在以京津冀为中心的高浓度聚集区向四周逐渐递减,在广西、四川等南部省份形成低浓度聚集区的空间分布结构.另外,森林覆盖率和人均电力消费量与PM_(2.5)浓度显著负相关,人均私家车保有量和PM_(2.5)浓度显著正相关,其中人均私家车保有量是对PM_(2.5)浓度影响最大的因素.     

武汉城市圈PM_(2.5)的时空特征及其影响因素解析

文章基于2016～2017年武汉城市圈各城市站点PM_(2.5)逐时监测数据,主要利用空间自相关、核密度法和空间计量模型,从不同的时空尺度来分析武汉城市圈PM_(2.5)的空间分布格局和影响因素。结果表明:在年尺度上,2016～2017年武汉城市圈PM_(2.5)浓度整体上呈下降趋势,空间分布上呈中东部高、西南部低、局地略有突出的分布特征并表现出明显的空间集聚性,城市圈内部各城市PM_(2.5)污染浓度差异明显,且各城市之间存在一定的空间溢出效应;从年内尺度上看,武汉城市圈PM_(2.5)浓度总体上呈"U"字型分布,冬春季污染最为严重,秋季、夏季次之,且4个季节的PM_(2.5)浓度值存在较强的空间自相关性,表现出不同程度的空间集聚现象;从影响因素上看,无论是自然环境要素还是社会经济要素均对城市圈PM_(2.5)浓度变化起重要作用,按其贡献强度依次是温度民用汽车拥有量风速能源消费水平城镇化率第二产业占比湿度节能环保支出,而森林覆盖率和海拔高度对PM_(2.5)没有表现出明显的直接效应;从大气污染物本身关系上看,PM_(10)直接作用于PM_(2.5)的浓度变化,且起关键性的作用,CO和NO_2则主要是通过PM_(10)对PM_(2.5)浓度间接地产生影响,而O_3对PM_(2.5)浓度影响较小且呈负相关关系。     

湖北大气颗粒物污染水平及污染物相关性研究

基于2012-2014年湖北省环境空气质量监测统计数据,根据污染浓度水平,利用ArcGIS软件分析湖北省大气颗粒物污染空间分布特征,并利用SPSS软件对大气污染物SO_2、NO_2、O_3、CO、PM_(2.5)和PM_(10)的相关性进行分析。结果表明:2012-2014年期间,湖北省PM_(10)年均浓度总体呈上升趋势,超标城市几乎分布于湖北省各区域;武汉、荆州、宜昌3个城市PM_(2.5)与PM_(10)、SO_2、NO_2、CO均呈较高的正相关性,鄂州、恩施、黄冈、黄石、荆门、十堰、随州、咸宁、襄樊和孝感10个城市PM_(10)与NO_2、SO_2均呈正相关性。文章的分析结果可为湖北省改善环境空气质量,降低颗粒物浓度水平提供基础信息和建议。     

结合GIS数据对合肥市大气污染状况的初步数值模拟研究

应用WRF-SMOKE-CMAQ模式结合地理信息系统(GIS),数值模拟研究了合肥市大气污染状况.在排放处理过程中,安徽省统计类面源排放采用GIS工具进行空间分配,并收集重点企业排放数据,以点源形式导入数值模型中,驱动多尺度空气质量模式CMAQ模拟合肥2014年12月大气污染现状.结合合肥市环境空气质量站点PM_(2.5)、NO_2日均浓度和小时浓度对比验证表明:1采用GIS数据空间优化获得的统计类排放面源较合理地呈现相关联排放的地理特征.2当前模式系统可以较好地模拟出2014年12月合肥市PM_(2.5)污染物变化特征,尤其是12月20日—26日PM_(2.5)污染累积和消散过程,站点的模拟实测两倍因子在63%~77%之间,合理反映出当月合肥市区PM_(2.5)污染状况.3模式对于NO_2模拟,在部分区域具有较好的模拟效果,但在部分区域模式只能模拟出NO_2大致变化趋势;所有有效站点的比对结果平均偏差为21.92μg·m~(-3),整体存在偏高现象;有40%站点FAC2在73%~88%之间,除个别观测数据异常较多站点外,其他站点FAC2在50%左右,这种差异是由于模式网格分辨率较低、排放源分配及站点选取引起的.     

基于AOD数据反演地面PM_(2.5)浓度研究进展

随着中国城市发展,城镇化进程的不断推进,能源消耗持续增加,空气中的污染物含量越来越高,空气污染事件频发,城市空气质量研究成为一个热点议题。PM_(2.5)作为表征空气质量的重要指标之一,越来越受到人们的关注,目前获取PM_(2.5)数据主要有地面监测和卫星遥感监测2种方式。传统的地面监测手段可以得到高精度的局部PM_(2.5)污染数据,但是由于其覆盖范围的局限性,并没有办法反映出整个区域的PM_(2.5)污染情况。遥感卫星监测恰到好处地弥补了这一缺陷,其中应用最为广泛的是使用卫星遥感数据产品大气气溶胶光学厚度AOD来反演地面的PM_(2.5)浓度。文章从AOD数据的多样性及其应用、反演地面PM_(2.5)浓度模型的选择以及反演模型的优化这3个方面对目前国内外利用遥感卫星AOD数据反演地面PM_(2.5)浓度的研究进行了归纳梳理。其中AOD数据分辨率的不同产生了不同精度的反演结果;而线性回归模型和非线性回归模型的反演精度也存在较为明显的差异;通过在模型中加入气象参数、气溶胶垂直分布特性以及地表信息等因素会显著地改善反演结果。上述研究为流行病学中PM_(2.5)人口暴露研究及健康影响提供方法论基础。     

石河子市PM_(2.5)浓度的遥感反演研究

大气悬浮细颗粒物PM_(2.5)已成为中国各大城市的首要空气污染问题,快速了解其浓度及空间分布状况,对于控制PM_(2.5)质量浓度、提高空气质量具有重要意义。以石河子市为研究区,利用HJ-1 CCD影像,通过暗像元法、6S模型反演气溶胶光学厚度,结合DTF-6太阳光度计数据进行验证,然后根据AOD与PM_(2.5)之间的统计关系建立符合研究区实际特点的PM_(2.5)反演参数和算法,建立遥感反演模型获取PM_(2.5)的空间分布。结果表明:PM_(2.5)浓度反演结果的平均绝对误差为0.93 ug/m3,反演精度较高,石河子市PM_(2.5)的空间分布呈现北低南高,西低东高的特点。     

近20年来中国典型区域PM2.5时空演变过程

近20年来PM_(2.5)污染严重制约了中国可持续发展.长时间序列历史监测数据的缺失阻碍了相关研究.为此,本文以四大典型区域2013~2016年的PM_(2.5)浓度监测值和2000~2016年MODIS AOD数据、边界层高度、温度等气象数据作为基础数据,将反向人工神经网络和支持向量回归机两种算法相结合,构建组合模拟模型,并利用地理空间分析技术实现近20年来PM_(2.5)浓度历史变化过程的情景再现.研究结果表明,组合模型具有较低的误差和更高的泛化能力;时空分析结果表明,2000~2010年京津冀和东三省PM_(2.5)浓度持续增长,珠三角PM_(2.5)浓度缓慢下降,3个研究区PM_(2.5)污染范围呈扩大趋势,长三角PM_(2.5)浓度值及污染范围基本保持稳定.2012年4个研究区PM_(2.5)浓度值降低且污染范围缩小,但2013~2016年PM_(2.5)浓度略微上升后又下降,高污染范围缩小,这与国家采取PM_(2.5)区域联防等治理措施有关.     

珠三角地区利用PM2.5反演气溶胶数浓度谱方法

大气气溶胶数浓度谱分布(PNSD)对于大气辐射和光学计算至关重要,利用目前普遍观测的气溶胶质量浓度(PM_(2.5))来反演计算PNSD,能有效补充PNSD观测的不足,对于需要PNSD信息的研究工作如大气能见度计算等有重要的实用价值.本文利用2014年11月～2015年1月在广州城市站进行同期连续观测的干气溶胶粒子的PM_(2.5)、PNSD数据进行客观分析,建立了一种使用PM_(2.5)反演PNSD的方法,并评估了该方法的适用性.结果表明该反演算法具有较好地适用性和稳定性,对于积聚模态的PNSD反演效果较好,但对于PM_(2.5)高浓度的反演结果差异较大.该反演方法将为珠三角地区的大气能见度计算和应用提供有利的依据和支撑.     

武汉城市群城镇用地空间扩展时空特征分析

基于Landsat影像数据,利用遥感和GIS技术获取了武汉城市群地区3个阶段(1980—1990、 1990—2000、 2000—2010年) 的城镇用地信息,采用城镇扩展指数和城镇扩展模型分析了城镇用地扩展的时空格局、 过程及其驱动力。结果表明:①武汉城市群城镇用地空间迅速扩张,三个时段内的城镇扩展强度指数依次为0.073 2、 0.028 9和0.099 3,呈现显著的阶段性与波动性特征;②城镇用地扩展格局具有明显的空间集中性,主要表现为以武汉为扩展中心的圈层状形态,沿武汉三环、 京广线等交通干道的轴带分布形态,不同阶段的扩展格局各具特质;③城镇用地扩展呈现"一核四带"、 "一核一带"和"三核六带"的空间扩展轨迹,与经济发展的阶段性具有明显的耦合关系;④经济体制改革、 国家非均衡发展战略、 "两型"社会建设以及长江黄金水道、 京广大动脉等交通干道建设是武汉城市群地区城镇用地变化的主要驱动因素,但各时期的主导驱动机制有所差别。     

景观空间格局的定量化

根据栅格化数字图的数据,本文讨论景观信息理论指数:根据Shannon熵进行各种度量,如:度量多样性和聚集度;以及根据条件熵进行度量,如:一种新的指数,可以替代聚集度的度量,从而避免与多样性高度相关的缺点.另外,在这里还介绍一种测量方法,即在大尺度图中含多少小尺度图的信息.     

松花湖水质空间差异及富营养化空间自相关分析

为识别中国东北地区最大的人工湖——松花湖水质空间差异与富营养化的空间分布特征,运用方差分析与因子分析对丰满水库主库区、松花江三湖保护区实验区和蛟河回水区这3个区域2017年的水质采样检测结果进行了分析,运用综合营养状态指数法评价了湖区的营养状况,采用空间自相关分析对松花湖湖区富营养化水平的空间相关性与聚集度状况进行了研究.主要结果如下：①方差分析结果表明,除溶解氧（DO）与叶绿素a（Chla）外,总氮（TN）、总磷（TP）、水温（WT）和pH值在松花湖3个区域内存在显著性差异（P<0.05）,其中TN与TP区域差异最为明显;②因子分析结果表明,气候条件因子（WT）、营养盐因子（TN、TP）与藻类生物量因子（Chla）变化主导着湖区水质的变化;③综合营养状态指数法结果表明,松花湖湖区营养状态整体为轻度富营养化,3个区域的富营养化水平由强到弱依次为：蛟河回水区 > 丰满水库主库区 > 松花江三湖保护区实验区;④全局空间自相关的结果表明,湖区富营养化水平整体呈现显著的正空间自相关关系,由于区域富营养化水平影响范围较大,松花湖富营养化水平的空间异质性不强;⑤局部空间自相关的结果表明,蛟河回水区的中部及北部地区是湖区富营养化水平的热点（高/高集聚）区域（P<0.01）,松花江三湖保护区实验区的中部是湖区富营养化水平的冷点（低/低集聚）（P<0.05）.因此进行松花湖水环境治理时,应将富营养化防治的重点区域落在蛟河回水区与丰满水库主库区.     

2003~2013年中国湿地变化的空间格局与关联性

以全国两次湿地资源调查数据为基础,借助ArcGIS可视化平台,采用标准差椭圆和空间自相关等方法,分析中国湿地变化的空间格局,揭示湿地变化的空间关联性.结果表明：①中国湿地存在明显的动态变化和分区特征,总湿地椭圆中心向正西方向移动,自然湿地与人工湿地的空间分异程度在增加;②人工湿地变化不存在显著的空间自相关性,自然湿地变化则存在显著的空间正相关性,表现出空间集聚状态,并产生了1个热点集聚区分布于青海、西藏和四川,1个独立热点区分布在内蒙古和1个冷点区分布在河南.Moran''s I统计表明自然湿地变化表现出空间变化上的连续性,人工湿地变化表现为空间随机性;③自然湿地保护效果表现出湿地保护高效区、低效区和不稳定区三大类分级特征,可细分为5小类.Moran统计能有效识别自然湿地变化的空间关联性,划定湿地保护效果,从而有利于明确湿地保护的地区差距,为系统制定湿地保护与管理决策提供依据,也为湿地保护效果评定研究提供新方法应用.     

水环境模拟中多孔介质非均质性空间变异最优估计模型

在生产实践中,经常要求对含水介质渗透性参数的空间分布数值作出可靠的估计.如何利用已知数据对指定点处的渗透性参数作出令人满意的估计,历来是水文地质工作者和应用数学工作者都关心的问题.文章应用能够刻画区域化变量随机性与结构性特征的地质统计学的理论和方法对能够反映多孔介质非均质特性的参数进行了分析,通过分析结果得出了参数空间变异性局部最优估计模型--普通克里格法.     

中国电子废物循环利用空间优化

基于2014年和2015年环保部发布的省级回收数据,分析了现有传统回收体系下,各省的电子废物回收率变化,发现省级尺度电子废物的回收率呈现较大波动,这与电子废物的跨省流动有密切关系.为此,本文基于现有回收渠道的省际流动网络格局,采用网络分析中的层次聚类方法,揭示全国电子废物流动的区域化特征.结果显示根据区域化特征重新划分市场区,可以使主要市场区的整体回收率波动明显降低,从而为制定合理的回收目标提供参考.针对这一研究结果,提出基于市场区域化特征,建立全国一体化的回收利用市场和差异化的区域性回收目标,有助于充分利用市场机制优化中国电子废物循环利用的空间格局.最后,讨论了生产者主导和处理企业主导两种治理机制对空间优化的潜在影响.     

区域景观生态风险空间分析

基于传统生态风险研究的缺陷,从景观尺度研究了人类活动和自然胁迫造成的生态风险,构建了景观生态风险指数,并分析了其相应参数.以山西省平遥县作为研究案例,计算其各网格景观生态风险指数,得出了该县景观生态风险的空间分布特征.结果表明,平遥县景观生态风险分布与区域内土地利用方式和强度,具有较高的相关关系,区域水文特征和人类活动是影响景观生态风险扩散的重要原因.     

多重密度布点对土壤有机质空间特性的解析

论文以张家港市耕层土壤有机质（Soil organic matter, SOM）为目标变量,通过网格布点建立11种样点密度梯度,运用经典统计学和地统计学方法研究其空间特性随布点密度变化的趋势规律。结果表明,各密度下SOM的变异系数稳定在21.70%~23.12%之间,表现出中等程度变异;随着布点密度降低,SOM的块基比和分维数分别由37.52%、1.838波动降至18.70%、1.714,Moran’s I则由0.485起伏升高至0.857,相应地其空间变异中结构变异组分增多、随机变异贡献减少,空间自相关性也逐渐增强;SOM呈现西南-东北递减分布,随着样点密度减小,其空间格局趋于简化。论文以布点密度为视窗,揭示了SOM的多重空间尺度特征,可为解析土壤属性的层级结构提供参考依据。     

生态环境空间数据的多尺度集成方法

空间数据集成是解决异构网络环境信息系统间空间数据交换、传输和共享、数据互操作的有效方法。笔者在分析生态环境数据特征和生成机理以及集成原理基础上 ,提出了生态环境空间数据的空间多尺度集成方法 ,并构建了基于面向应用目标的生态环境空间数据集成系统框架和运行过程机制。 更多还原      

中国农产品地理标志的地域分异特征

农产品地理标志产品（APGI）是以地域名称冠名的特色农产品,做优做强APGI是发展特色农业、促进农业供给侧改革的重要手段,也是新时代助力乡村产业振兴的重要抓手。深入研究APGI的地域分异特征及社会经济效应等具有重要的现实意义。本文以2274个APGI信息作为主要数据,结合社会经济数据和自然地理数据,着力揭示中国APGI的地域分异特征,并简要分析其形成原因。研究表明：（1）APGI总体呈现“东多西少”的格局,在水平方向呈聚集分布,在垂直方向随海拔高度上升呈递减趋势;（2）各省保有APGI的数量差异大,少数民族聚居省份APGI人均拥有量高,省份面积小、自然条件相对较好的省份空间分布密度大,在县级行政区呈现“大分散、小集聚”的格局;（3）各类APGI除烟草类和爬行类以外均呈聚集分布,瓜果作物和水产品的聚集特征最为明显;（4）不同种类产品有其自身的地理要素适应区间,大部分APGI对于降水量的需求在400 mm以上,对于≥10 ℃积温的要求在1600 ℃以上,≥10 ℃积温区间大多在3200~6400 ℃;（5）APGI的地域分异受自然地理、历史文化、社会经济和政府行为等因素的综合影响。