多源遥感数据支持下的县域尺度生态效率测算及稳健性检验——以长江中游城市群为例

生态效率是评价区域生态文明水平的重要依据,也是地理学与经济学开展资源环境综合研究的常用指标和变量,县域尺度生态效率测度的研究匮乏,制约了上述问题在县域层面上开展。在长江经济带生态优先和绿色发展国家战略下,以长江中游城市群为研究区域,依托多源遥感数据构建县域尺度生态效率测算指标体系,应用非合意产出超效率EBM模型测算2000-2015年县域生态效率,利用GIS空间分析工具揭示其时空分异规律和空间关联特征。并设计稳健性检验方案,对县域尺度生态效率测度路径科学性及稳健性进行检验。结果表明：（1）各年份长株潭城市群和环鄱阳湖城市群所辖县域的生态效率均优于武汉城市圈所辖县域;（2）研究期内生态效率维持高位区域包括武汉市辖区等12个县市,生态效率持续低值区域包括瑞昌市等7个县市;（3）县域生态效率H-H集聚区由衡阳市、株洲市及其周边至2015年成片消失,L-L集聚区则按照顺时针走向,逐步形成围绕武汉市的闭合环形区域;（4）基于市域生态效率排名对比的稳健性检验表明,县域生态效率测度路径和结果具有较高可信度。     

国土空间规划大数据应用方法框架探讨

新时代国土空间规划的核心目标为“满足人民对美好生活的需求”和“自然资源保护”并重。作为国家部门调整后的新规划类型,国土空间规划编制的方法研究整体缺乏,学者主要聚焦于自然资源本身的禀赋情况,利用传统统计、空间及调查数据和统计分析、空间分析及归纳演绎等方法对国家及省域层面的国土空间承载力与适宜性进行静态评价,对生态红线、基本农田保护线、城镇开发边界进行刚性划定。然而,现有研究较少考虑人类活动对国土空间利用的动态影响,缺乏对新发展趋势之下的生态空间、农业空间及城镇空间的科学安排。本文引入能够直接反映人类活动时空变化的大数据,重点从国土空间适宜性评价、生态空间规划、农业空间规划及城镇空间规划四个环节探讨了大数据应用的方向与具体方法框架,强调“自然空间”+“社会经济活动”相互作用下的国土空间规划编制的科学化路径。     

驱动数据对流域水文模拟中不同结果要素的影响

流域水循环中各要素之间高度的非线性关系,使得驱动数据对模拟结果的影响研究变得复杂。结合站点实测和遥感的降水、温度和潜在蒸散发驱动数据,构建了叶尔羌河流域的8个MIKE SHE模型;根据方差分析模型（ANOVA）对模型“输入”与“输出”之间显著性影响检验的结果,以积融雪过程为例,剖析了驱动数据影响的具体表现。结果表明：相比站点数据,TRMM降水驱动的模型导致积雪输出的空间分布差异性更加明显;MODIS温度数据驱动的模型导致了中低山区的永久性薄层积雪覆盖更广,而高山区的储雪量更少;遥感蒸散发驱动的模型在积雪模拟方面并无显著差异。ANOVA对水文系统中要素之间的显著性假设检验,可为明晰驱动数据对水文过程的具体影响方式提供重要前提。     

气象资料同化对PM2.5预报影响的模拟分析

基于GSI（网格点统计插值）同化系统和WRF-Chem模式,利用高分辨率的气象自动站观测资料和天气雷达资料进行同化和模拟预报,针对2017年11月4~5日发生在我国京津冀地区的一次污染过程,对比研究了气象资料同化对PM_2.5模拟效果的影响.结果表明,WRF-Chem模式能较为准确地预报出北京-石家庄-邯郸的污染带分布和演变,低层风场辐合是污染带形成的主要气象因素;无同化的控制试验由于地层风场辐合较强,高估了污染带上的PM_2.5浓度,同化试验减小了低层的风场辐合,同时增高了地面温度并抬升了边界层高度,从而降低了污染带上PM_2.5的浓度;预报检验分析表明,同化试验的预报效果整体好于控制试验,0~36h的平均BIAS（标准偏差）和RMSE（均方根误差）分别降低了7.55和5.42μg/m³,MFB（平均相对偏差）和MFE（平均相对误差）分别降低了28.8%和9.4%,同化试验在预报的第10~30h时段上的改善效果最为显著.     

基于航迹数据的空中交通绿色绩效计算分析

为定量、直观地反映空管运行指挥对飞机温室效应的影响,首先基于快速存取记录器（QAR）记录数据建立飞行参数与飞行轨迹的BP神经网络匹配模型;然后基于QAR数据对模型进行验证;之后建立了温室效应表征参数计算模型;最后根据雷达模拟机上的飞行航迹试验数据,估算出污染物排放量和总温变潜势大小,并对不同管制员的指挥差异性进行对比分析.结果表明,利用油耗估算模型计算得到的燃油流量估算值和QAR记录的真实值之间的相对误差不超过2%,运用油耗指标与温室效应指标评估管制员水平结果不同.研究结果可以用于定量分析空管运行对温室效应的影响.     

基于CMIP5模式数据渭河流域近200年来径流变化

基于CMIP5模式输出的1850—2005年渭河流域17个站点的径流模数数据,采用线性回归、变差系数、小波分析及Mann-Kendall检验方法,分析了渭河流域径流时空变化特征,探讨了径流变化的原因。结果表明：渭河流域径流的空间分布为西南高东北低,最大值位于渭源、武山区域,最小值位于下游支流的洛河区域。年径流表现出波动变化,1850—1896年、1929—1939年、1968—1984年径流呈上升趋势,1896—1929年、1939—1968年、1984—2005年呈下降趋势,年平均径流趋势率为?0.004 L?(km²?s) ^?1?(10a) ^?1。春、夏、秋、冬径流趋势率分别为?0.002 L?(km²·s) ^?1?(10a) ^?1、0.022 L?(km²?s) ^?1?(10a) ^?1、?0.033 L?(km²?s) ^?1?(10a) ^?1、?0.004 L?(km²?s) ^?1?(10a) ^?1。渭河流域支流径流变率较大,干流变率较小,支流径流变率依次为北洛河＞石川河＞泾河＞漆水河＞千河＞葫芦河＞散渡河。年平均径流在1871年、1908年、1984年、1990年发生突变,而且具有4—6 a,8—10 a,15—20 a,25—35 a,85—95 a,110—120 a的显著周期。相关分析表明：气温、蒸发量与径流为反相关,降水与径流为正相关,土地利用及人类活动对径流也有一定影响。这些研究为认识过去长时期径流变化规律,以及渭河流域水生态环境管理提供了依据,对比较不同资料径流研究也提供了参考。     

基于WRFDA-Chem的中国大气成分数据再分析方法研究

大气成分数据是开展空气质量预报、认识大气污染形成机理、评估空气污染各种效应的基础,而融合了模式结果和观测资料的大气成分再分析数据则有更广泛的应用价值.本文基于WRFDA-Chem空气质量模型和三维变分同化技术,逐时同化地面站点污染物浓度观测资料 （包括PM_2.5、PM₁₀、O₃、SO₂、NO₂及CO）,建立了大气成分数据再分析的方法.以2019年7月和12月为例,构建空间分辨率为10 km、时间分辨率为1 h的全国大气成分再分析数据,并对该方法的性能进行了检验.结果表明,经过再分析后的大气成分数据的时间变化趋势和空间分布得到显著改善,其中,7月PM_2.5 和O₃的平均偏差分别降低了55%和39%,相关系数分别提升了77%和7%,达到0.80和0.98;12月PM_2.5 和O₃的平均偏差分别降低了55%和68%,相关系数分别提升了58%和13%,达到0.98和0.98.综合而言,基于WRFDA-Chem逐小时同化全国站点空气质量监测资料,能够得到高时空分辨率的大气成分再分析数据,可以为认识我国大气污染的演变特征和制定科学的管控措施提供有效支撑.     

基于AIS数据的中国沿海集装箱港口碳排放

为了精确有效地测量船舶在港碳排放,提出了一种基于海量船舶AIS (Automatic identification System)航行轨迹数据的港口碳排放计算框架,并结合上市港务公司经营数据,估算港口碳排放承担能力.以中国11个沿海主要集装箱港口为例,采用2018年全球4280艘集装箱船的AIS轨迹全年数据计算碳排放社会成本.结果显示:中国沿海集装箱港口碳排放量与船舶抵港艘次整体呈正相关,上海港是全球第一大集装箱港口,2018年其港口CO₂排放量最高,为69.3万t;船舶靠港作业时,在泊和锚泊状态CO₂的排放比例较高,占碳排放比例的65.8%;从CO₂排放社会成本来看,上海港域内的船舶碳排放社会成本最高,2018年需要支付2459.6万元,从承担碳排放社会成本的能力来看,连云港压力较大,每亿营业收入需要承担碳排放社会成本24.46万元.     

基于极大似然法的土壤重金属删失数据的相关性

基于极大似然法（MLE）,通过构建不同情形下的似然函数,提出了删失数据相关性估计的方法.分别研究了样本容量、删失比例、总体相关系数与干扰项等因素对估计值准确性的影响.同时,将MLE与替换法（通常将删失部分替换为LOD或LOD/2）和删除法（直接将删失部分删除）做对比,检测了MLE的精准度.以澳大利亚土壤普查数据作为实例对方法进行了实例应用.结果表明：样本容量越大,研究中的MLE的结果越准确,当样本容量达到2000时,估计值具有较好的稳定性,且受删失比例影响较小.MLE的相关系数估计值随删失比例（0%~90%）与总体相关系数变化程度较小,具有渐进无偏性和一致性.添加干扰项对MLE的准确性影响较小,表明其具有较强的鲁棒性.随着删失比例的提升,MLE精确性明显优于删除法和替换法.实际数据的应用结果表明澳大利亚土壤普查数据中,Ag与Hg有着较高的相关性,Hg与Hf之间相关系数几乎为0.     

保护陆生生态的土壤铜环境基准研究

通过调研国内外Cu生态毒理研究,收集并筛选土壤Cu的10%效应浓度（EC₁₀）和无效应浓度（NOEC）,分组构建陆生植物/无脊椎动物和土壤生态过程的物种敏感性分布模型（SSD）,结合模型平均法推导不同土地利用方式下重金属Cu的生态安全阈值.针对保护陆生植物/无脊椎动物,自然保护地和农业用地土壤、公园用地、住宅用地和工/商用地的土壤Cu生态阈值分别为10.9~38.9,21.0~77.5,36.6~124,47.6~151mg/kg;针对保护生态过程,自然保护地和农业用地土壤、公园用地、住宅用地和工/商用地的土壤Cu生态阈值分别为4.49~72.2,19.9~135,60.9~220,96.8~277mg/kg.