基于人居尺度的中国城市热岛强度时空变化及其驱动因子解析

全球变暖的大背景下城市地表热环境的日趋恶化是全球现代城市共同面临的生态环境问题之一,对城市地区居民的身心健康、空气质量改善以及植被生长发育等诸多方面造成不利影响.本文利用2001~2018年时间序列MODIS地表温度数据产品,基于一致性方法对我国1232个主要城镇人居斑块（面积>10 km²）的热岛强度及其时空变化模式进行了定量测度,并应用随机森林回归模型（RF）试图揭示人类活动、城市形态、地形、植被以及气象因素对我国城市热岛强度的非线性驱动机制.结果表明,在人居尺度上,我国超过90%的城镇存在显著的昼夜热岛现象;昼夜城市热岛强度分别达到（0.75±0.6）℃和（0.81±0.53）℃,且夏季日间热岛强度显著高于冬季,冬夏季节夜间热岛强度差异不大.2001~2018年间我国白天热岛强度呈现逐年轻微下降趋势,而冬季夜间热岛显著增加,在夏季和年均尺度上则无显著变化.在空间分布上,我国东部沿海省份的白天热岛强度显著高于西北和高原省份,而夜间热岛分布模式正好与之相反.RF回归结果表明,城镇的气候背景（年均降雨量）和地理位置（纬度）是我国昼夜城市热岛的最为重要的两个主控因子.此外,缩小城乡绿色植被覆被差异对白天热岛的减缓将起到一定作用,而优化调控中小型城镇建成区规模与人口密度对缓解我国夜间热岛的持续升高也将起到积极作用.     

2017年江苏省PM2.5数值模拟及内外源解析

根据江苏省72个国控点监测数据,采用了区域大气模式和多尺度空气质量模式系统(RAMS-CMAQ)模拟了2017年江苏省ρ(PM_2.5)的时空分布,耦合综合源追踪算法(ISAM)分析了不同地区排放源对ρ(PM_2.5)的贡献特征。结果表明,PM_2.5模拟与观测值的相关系数(r)=0.76,标准平均偏差(NMB)=5.2%,均方根误差(RMSE)=23.4μg/m₃,模拟结果落于观测结果0.5~2倍的比例(FAC2)=84.2%。源追踪模块结果显示,夏季主要受东南风控制,本地排放的贡献更大(省内贡献为52.34%),其他季节受偏北风输送影响,外源输送的影响较大(省外贡献为53.48%~56.84%);冬季苏北5市的排放贡献比沿江8市的更大,而春、夏季沿江8市排放贡献较大。     

城市人工构筑物的多尺度生态影响

人工构筑物是城市生态系统的重要组成部分,是人-自然耦合关系的基本作用单元。自然要素中的水、土、气、生通过人工构筑物这一基本单元作用或影响人的生存、健康与发展,而人通过构筑物作用或影响自然中的水、土、气、生,进一步进化成人为主导、构筑物为基础、自然要素为条件的城市生态系统。论文综述了近年来人工构筑物多尺度生态影响的研究进展,评述了人工构筑物对土壤（水）、大气、生物生态影响的前沿动态,提出了各研究分支的关注重点及要解决的关键问题,分析了人工构筑物生态学研究的方法学问题与挑战,展望了未来该领域的基本发展走向。论文认为,构筑物生态影响涉及城乡水、土、气、生及人的健康等不同方面,现有的相关研究分散而局部,且受技术方法局限,分析结果存在很大的不确定性,研究面临巨大的转型挑战。未来构筑物生态学研究需要多学科、多尺度、多层次的系统化方法与技术的推动,城乡生态观测与实验技术的发展、多源数据处理技术以及智能计算方法的创新是该领域取得重大发展的基础与条件。     

中国城市碳排放核算研究——以无锡市为例

为分析城市温室气体减排潜力、比较不同城市的碳排放水平提供基本方法和数据,将城市温室气体排放源分成工业能源、交通能源、居民生活能源、商业能源、工业过程和废物等6个单元,建立了一套针对城市的温室气体排放核算方法体系,并以无锡市为例,对我国城市碳排放特征进行了探索.结果显示,无锡市工业能源单元碳排放量占全社会温室气体排放量的比例最大,为68%~71%;其次为工业过程单元和交通单元,分别为13%~19%和6%~10%.城市碳排放总量在2004~2008年间增长迅速,人均碳排放量和单位GDP碳排放量均高于世界水平.     

长江三角洲地区大气二恶英类污染物输送-沉降模拟研究

大气中的二恶英类物质(PCDD/Fs)是一类难降解的有毒污染物,可对人类和其他哺乳动物的健康构成危害.二恶英类物质主要是由废物焚烧、金属冶炼和造纸化工等行业所产生. 二恶英类物质为半挥发性物质,可以在气态和气溶胶之间相互转移,从而影响其大气物理和化学过程. 利用耦合有机物吸收和黑碳吸附的二恶英类污染物颗粒态、气态相间分配模块和化学转化的区域大气化学、输送模式(CMAQ)模拟了2006年1月,4月,7月和10月长三角(长江三角洲)地区PCDD/Fs在大气中的输送、转化和沉降等演变过程,探讨了大气中二恶英类污染物的季节变化规律和沉降特征. 模拟结果表明,长三角地区的二恶英类污染物排放存在着明显的长距离输送特征和区域影响;冬季大气二恶英类污染物浓度明显高于夏季,湿沉降是其主要的沉降途径.      

减阻剂对管道内流动结构及安全性影响研究

减阻剂可以有效改变管道内流动结构,减少流动阻力,在保证管道输量的前提下,降低管道的工作压力,提高管道的安全性能。采用Giesekus模型对表面活性剂减阻流动进行直接数值模拟,并基于模拟计算结果,采用小波多分辨分析方法研究减阻剂对流动结构的影响,定量计算减阻剂的作用效果,分析其对管道运行安全的影响。计算结果表明:在减阻剂作用下,流向速度分量的大尺度脉动所含能量显著增强,与牛顿流体相比,减阻流体的大尺度结构增大约1.5倍,而小尺度流动结构明显减少,进一步证明了减阻剂对小尺度湍流结构的抑制作用。得到的减阻率为47.07%,可使管道在较低压力下运行,降低管道的安全风险,提升管道的安全性能。     

格网尺度石漠化山区国土空间碳源/汇核算及碳失衡分区研究

在中国碳中和战略背景下,制定适应国土空间功能的低碳发展策略,对中国县域实现绿色低碳发展具有重要意义。以滇西北石漠化山区玉龙县为研究区,采用碳排放系数法、生命周期法、净生态系统生产力估算方法,核算国土空间功能的碳源排放量、碳汇吸收量,分析其碳源/汇的时空变化特征;通过分析碳源/碳汇效益,识别碳失衡空间,构建格网尺度下县域国土空间碳失衡综合分区。研究结果：(1) 2010～2020年玉龙县以生态空间为主,生活空间扩张迅速。(2)玉龙县三生空间碳源/汇增加,但碳源排放量增长剧烈,呈现西高东低和东南高值聚集的空间分布特征。(3) 2010～2020年碳源/汇效益有较大的提升,且有明显的空间差异;玉龙县碳失衡空间占总面积的47.30%,以碳源失衡为主。(4)格网尺度下国土空间碳失衡综合分区划分为生态碳汇功能区、低碳优先发展区、生态增汇发展区、生产高碳优化区、生活高碳控制区等五个区,并提出县域内部协同减排的差异性对策建议。研究结论：格网尺度下,玉龙县近十年国土空间一直以生态空间为主,但生活空间扩张加快;三生空间碳源/汇增加,但碳源量远大于碳汇量,工矿生产空间与生活空间碳排放量增长量远超生态空间的碳...     

景观格局对河流水质影响的尺度效应Meta分析

景观格局决定了陆域污染物的源汇过程,是影响河流水质状况的关键因素.由于尺度效应,不同尺度下景观格局与河流水质关系的研究结果不尽相同.然而,景观格局对河流水质影响的尺度效应问题尚缺乏系统研究.收集了国内外4 041条研究数据,采用Meta分析法定量分析了不同尺度下景观格局对河流水质的作用特征,识别了影响河流水质的关键时间和空间尺度以及景观指数.结果表明,相对于降水事件、平水期和年际尺度,丰水期下景观格局对河流水质的影响最大;相对于流域尺度,缓冲区尺度的景观格局对河流水质的影响更大;丰水期-缓冲区尺度是景观格局影响河流水质的关键时空耦合尺度.与耕地、水域、草地以及流域整体景观相比,林地和城镇用地的景观格局对河流水质的影响更大;破碎度是影响河流水质最重要的景观格局因子.在河流水质治理中,应重点考虑缓冲区的景观配置,增加缓冲区林地面积、减少林地和水域的斑块密度和减少城镇用地的面积占比和聚集度,以有效保护河流水质.     

毛乌素沙漠东部边缘中β尺度暴雨和冰雹综合分析

利用多普勒雷达资料、Micaps系统提供的常规观测资料和物理量场,对2006年9月20日发生在毛乌素沙漠东部边缘的一次强对流天气过程进行了分析。结果表明:冰雹和暴雨是由两块呈块状的中β尺度强对流单体造成的;地面能量比中α尺度"Ω"系统的生成,为能量的积聚和集中释放提供了有利条件;地面能量比中β尺度能量比低值舌的生成,为强对流天气的发生提供了抬升触发机制;冰雹和暴雨发生前,涡度场和散度场的耦合、影响雹暴区次级环流的形成,为雹暴的发生维持提供了动力机制;850 hPa等压面上湿正压场和湿斜压场的配合、以及湿位涡的三维空间结构,对雹暴的发生及落区有指示意义;在多普勒雷达径向速度场上,雹暴运动的前方对流层低层有中气旋生成,雹暴运动的后方对流层低层有中反气旋生成,而对流层中高层有辐散生成,且超级单体特征明显。