基于卫星遥感数据(AOD)估算PM2.5的研究进展

雾霾天气的频繁出现,不断向人们警示中国大气环境污染的严重性.细颗粒物PM2.5作为空气质量评价指标之一,由于粒径小、为有毒性物质提供载体的特性,对人们的健康和生活产生很大的负面影响.近年来,PM2.5的相关研究引起了世界各国研究者的广泛关注,通过地基手段获得PM2.5质量浓度受到环境、地理等因素的限制,而利用卫星遥感技术估算地面PM2.5质量浓度,覆盖面广、估算精度可靠,对环境污染监测和治理具有重要意义.在综合了国内外关于气溶胶光学厚度(AOD)估算PM2.5文献的基础上,对AOD和PM2.5的数据源和估算的方法及手段作了简要介绍,分析总结了AOD与PM2.5相关性与PM2.5遥感估算的模型,并展望了未来PM2.5研究的发展方向.     

基于Landsat 8影像估算新安江水库总悬浮物浓度

总悬浮物(total suspended matter,TSM)直接决定着水下光场分布,进而影响水体的初级生产力,其浓度也是水质和水环境评价的重要参数之一.本研究构建了基于Landsat 8影像数据的较为清洁的新安江水库TSM的遥感估算模型,并给出了该水体TSM浓度的空间分布特征.结果表明,对该水体TSM浓度较为敏感波段为Landsat 8第二、三和八波段,线性相关的决定系数分别为0.37、0.51和0.42.然而,以上任何一个波段都无法单独用于准确地提取该区TSM浓度,而利用以上3个波段构建的多元回归模型能够给出较为准确的估算结果,模型决定系数为0.92,平均相对误差为11%,均方根误差为0.16mg·L-1.新安江水库TSM浓度整体较低,变化范围为0.04~24.54 mg·L-1,平均浓度为2.19 mg·L-1.高浓度部分位于湖的边缘区以及一些湖湾枝杈,如:枫树岭水域、汾口水域、威坪水域、安阳水域、大墅水域、临岐水域等,主要是受入湖河流以及邻近水域采砂活动的影响.因此研究认为利用Landsat 8数据的3个波段,采用多元回归模型能够较好地估算较清洁水体的TSM浓度.     

结构台风灾害风险评估研究进展

风灾是人类面临的主要自然灾害之一,其中又以台风(飓风、强热带气旋等)灾害居首.台风作用下建筑结构损毁造成的损失构成了风灾损失的主要部分.本文总结评述近几十年来国内外在建筑结构台风灾害风险评估方面的研究成果.     

河北省城市水资源利用绩效评估与需水量估算研究

从公共服务部门标杆管理思想出发,构建了2007—2014年中国地级以上城市水资源利用效率标杆体系,并以此为评估依据,对河北省地级以上城市2007—2014年水资源利用效率展开评估,识别各个城市万元GDP水耗、万元工业总产值水耗、人均综合水耗和人均生活水耗在全国所有地级以上城市和不同类型范围城市中的具体位置和变化趋势;并在此基础上对城市水资源利用效率标杆体系进行历史趋势外推,将标杆预测结果作为河北省各城市节水效率管理目标,结合河北省人口数量增长和社会经济发展规划目标,估算了"十三五"期末2020年河北省地级以上城市需水量,以期为指导河北省地级以上城市"以水定城"发展战略的制定提供参考依据.结果显示:河北省唐山市、沧州市、廊坊市万元GDP水耗一直处于全国先进水平;仅沧州市万元工业总产值水耗一直处于全国先进水平;保定市、沧州市和衡水市的人均综合水耗一直处于全国先进水平;保定市、沧州市、张家口市、石家庄市、秦皇岛市、邢台市的人均生活水耗一直处于全国先进水平;预计到"十三五"期末,河北省地级以上城市市辖区工业需水总量减少为8.81亿m~3,居民生活需水量增加为4.26亿m~3,城市总用水量增加为16.94亿m~3.     

近20年来中国PM2.5污染演变的时空过程

本研究基于国控监测网络的PM_2.5实测数据、MODIS AOD数据以及气象参数(温度、风速、风向、边界层高度和相对湿度),综合考虑AOD与PM_2.5关系的季节性和区域性差异,构建了基于支持向量回归机(ε-SVR)与思维进化算法优化后的BP神经网络(MEC-BP)的二阶段PM_2.5浓度组合估算模型.在此基础上,分析了2000～2017年中国PM_2.5浓度的时空变化过程.结果表明,本研究提出的二阶段组合估算模型提供了中国2000～2017年内空间分辨率为1°×1°的月度近地面PM_2.5浓度的可靠估算,有效地弥补了中国地面监测网络在时间和空间上的空白(模型的决定系数R²为0. 838,均方根误差RMSE为11. 512μg·m^-3,平均绝对百分比误差MAPE为14. 905%,均方百分比误差MSPE为0. 243%,绝对误差MAE为6. 476μg·m^-3,均方误差MSE为132. 519μg·m^-3     

北京市冬季PM2.5浓度变化特征及估算模型研究

基于北京市2017年1月的每小时空气质量监测数据,探讨了北京市PM2.5的小时浓度与区域浓度变化特征,利用多元逐步回归构建了12个监测点的PM2.5与PM10及主要气态污染物浓度的估算模型。结果表明:北京市PM2.5浓度的小时变化趋势为晚间高(18:00—次日07:00),白天低(08:00—17:00)。怀柔镇、定陵及昌平镇3个监测点的PM2.5月平均浓度较低,为78~94 μg∕m 3,其余监测点为106~128 μg∕m 3。PM10及主要气态污染物与PM2.5浓度的相关性为PM10>CO>NO2>O3>SO2,12个监测点的PM2.5浓度估算模型调整系数( R adj 2 )均达到0.96以上,标准误差(SE)为13.6~24.5,利用各监测点估算模型预测该监测点的PM2.5浓度效果较好,而估算其他监测点的PM2.5浓度效果一般。     

黄河流域城市水资源利用效率评估及需水量估算

以黄河流域54个地级及以上城市市辖区为研究对象,基于样本数据正态分布统计规律和影响水资源利用效率客观因素的城市分类,建立了全国总体和不同类型城市万元GDP水耗、人均综合水耗、人均生活水耗等指标的水资源利用效率标杆体系,据此对黄河流域城市市辖区水资源利用效率进行对标评估.结果发现,黄河流域城市万元GDP水耗整体水平一直处于全国中等水平,人均综合水耗、人均生活水耗在全国地级及以上城市和相同类型城市中整体处于中等偏上水平,52%和57%的城市人均综合水耗和人均生活水耗呈现上升趋势.同时,基于灰色系统预测模型和队列要素法估算了黄河流域“十四五”经济社会发展规划期间的城市市辖区水资源需求总量,测算得出2020年、2025年黄河流域市辖区需水量主要集中于三门峡河段以东下游的地级及以上城市,整体水资源需求总量将会明显下降,2020年和2025年的需水总量较2017年分别下降14.42%和9.48%.本研究将为黄河流域城市水资源利用效率目标设定和供水总量预测提供相应的技术参考.