北京城市绿化水资源合理利用研究基于理论供水量与实际供水量的视角

基于城市绿化用水资源合理利用的视角,借鉴相关学者对具体绿化品种生态需水量的研究,通过尺度扩展法计算北京城市绿化年生态需水量,进而结合北京市有效降雨利用量求得理论供水量。利用实地调研所获取的北京市城市绿化实际供水量与理论供水量进行估算研究,分析得出北京市城市绿化用水存在1.79亿m3的节水空间。因此,提高绿化水资源的利用效率,保障北京城市供水安全与水资源可持续利用,是当前城市绿化建设和研究的重要课题。     

顾及尺度效应的多源遥感数据“源”“汇”景观的大气霾效应

以武汉市为例,利用多源遥感数据研究城市"源""汇"景观格局与大气霾污染的相关关系.首先,基于武汉市Landsat8数据的地表覆盖分类结果,计算不同尺度下地表覆盖的整体异质性景观指数,选择异质性最大的尺度作为"源""汇"景观分析的最优尺度;在此基础上,用MODIS数据的气溶胶光学厚度(AOD)产品作为大气霾污染程度的度量,基于自相关性较小的"类别层"景观指数,使用地理加权回归分析模型对"源""汇"景观与AOD进行局部回归分析,并在工业区、商业区和居民区3种功能区内分析建筑物对大气霾污染影响的差异.结果表明:6 km是本文分析的最优尺度;大气霾污染的"源"景观为建筑物,"汇"景观为灌木和林地;减小"源"景观面积所占比例、增大其破碎化程度、"源""汇"穿插均匀分布,可以有效减小气溶胶光学厚度,降低大气霾污染;对于武汉市来说,其大气霾污染的主要来源为中心城区的商业区和居民区,即来自于市民生活.针对中心城区要发挥其经济、交通等功能,已有的建设用地不宜大面积改动这一现状,可以采取小幅度优化措施,而对于非建成区可采取建前合理规划"源""汇"景观空间分布的措施.     

紫色土小流域不同土地利用类型的土壤氮素时空分异特征

以紫色土区12.10 km²的万安小流域为研究区域,于2011年4月(旱季)和8月(雨季)小麦和玉米收获期共采集552个表层土壤(0~15 cm)样品,利用传统统计学和地统计学相结合的方法对流域土壤全氮和硝态氮的时空变异特征进行研究.结果表明,不同土地利用类型土壤全氮含量差异显著,并呈以下顺序:水旱轮作田>林地>旱地;同一土地利用类型旱季、雨季土壤全氮含量不存在显著差异.其中,4月和8月林地、旱地、水旱轮作田土壤全氮含量分别为1.16、0.90、1.21 g·kg^-1和1.13、0.94、1.29 g·kg^-1.但旱季和雨季土壤硝态氮含量差异显著,其中,4月和8月林地、旱地、水旱轮作田硝态氮含量分别为12.08、24.22、31.22 mg·kg^-1和3.98、11.18、2.27 mg·kg^-1,表现出土壤硝态氮旱季累积、雨季流失的特点;受到内部因素和外部因素共同作用,旱地、水旱轮作田土壤全氮空间分布具有中等空间相关性,而林地土壤全氮的强烈空间相关性主要受到内部因素的影响.本研究分析了紫色土区不同土地利用类型条件下的流域土壤氮素的时空变异特征,将会为流域土地资源管理和环境修复提供较好的科学依据.     

土地利用结构与空间格局对鄱阳湖流域中小河流水质的影响

为揭示土地利用结构与空间格局对中小河流水质的影响机制,于2022年1月与2022年7月在鄱阳湖流域3条中小河流的25个采样点收集水样.采用Bioenv分析、Mantel检验与方差分解量化不同空间尺度的土地利用结构与空间格局对水质的影响,使用广义加性模型拟合水质与土地利用结构与空间格局的关系,广义线性模型构建分段回归模型,并基于逐步递归法计算阈值.结果表明：①土地利用结构与空间格局对河流水质的平均解释率在丰水期（59.72%）大于枯水期（48.95%）;子流域与河岸100 m是土地利用结构与空间格局影响中小河流水质的关键尺度,平均解释率分别为54.70%和64.88%;土地利用结构与空间格局的共同解释部分是驱动河流水质变化的重要因素,占总解释率的66.90%.②土地利用结构对中小河流水质的影响具有显著的阈值效应,当子流域尺度下建设用地占比低于2%、耕地占比低于8%和林地占比高于82%,河岸缓冲区尺度下建设用地占比低于12%、耕地占比低于41%和林地占比高于49%时,均能明显改善水质.③空间格局对中小河流水质的影响也具有阈值效应但弱于土地利用结构,当子流域尺度下斑块形状值大于28.77和斑块多样性大于0.69,河岸缓冲区尺度下斑块形状值大于2.99和斑块多样性大于1.02时,均能改善水质.以上结果表明,加强对子流域与河岸100 m尺度的土地利用的管理,合理规划土地利用结构与空间格局能够有效地防止水质恶化.     

多种特征因子结合GBDT的降水数据降尺度方法研究

结合增强型植被指数(EVI)、大气可降水量(PWV)、地表温度(LST)、坡度(Slope)、坡向(Aspect)、海拔(Altitude)及经纬度(LON,LAT)提出了一种基于机器学习算法结合站点数据校正的降尺度框架.分析了前馈神经网络(FNN)、随机森林(RF)、梯度提升决策树(GBDT)在长江流域GPM IMERG数据空间降尺度过程中的鲁棒性差异;考虑了2001—2019年不同季节植被对降水降尺度结果的时滞效应;探究了降尺度数据对GPM的校正效果与降水量的关系.通过站点实测数据对模拟结果进行精度分析,结果表明:3种降尺度结果在得到1km空间分辨率降水数据的同时,也不同程度提高了数据的精度.其中,GBDT模拟结果对降水细节特征表达更明显,可以很好地反应降水的空间异质性.并且它在年、季时间尺度上模拟的结果在各研究区内的精度均为最优(年R²=0.748～0.958,季R²=0.518～0.909),有更好的降水捕获能力和更强的模型鲁棒性;春冬季植被的滞后性对GPM降尺度结果的响应最为敏感,最佳滞后期分别为1个月和2个月,夏秋季时滞效应不明显...     

机动车禁行区街区尺度污染物时空分布——基于自行车车载走航

以武汉第七届世界军人运动会期间为研究时段,以机动车辆管控的东湖风景区为研究区域,开展基于自行车车载走航形式的大气污染物浓度实时观测,填补该区域空气质量监测数据空白,为管控措施的效果评估和街区尺度健康风险评估提供精细数据.结果表明,走航观测所测得的ρ(CO)、ρ(NO₂)、ρ(PM_2.5)和ρ(O₃)平均值均高于监测站点,平均超过2.1倍.管控期机动车禁行区ρ(CO)、ρ(BC)、ρ(NO₂)、ρ(PM_2.5)和ρ(O₃)的平均值分别为0.97mg/m³,5.6μg/m³, 57.8μg/m³, 76.3μg/m³和208.3μg/m³,非禁行区分别为1.1mg/m³, 4.7μg/m³, 60.9μg/m³, 72.2μg/m³和197.7μg/m^3<...     

河南省人类活动净氮输入量与参数影响研究

为探究平原地区粮食主产区人类活动净氮输入量特征及其参数对估算结果的影响,以河南省为研究区,收集整理1990~2015年县级统计数据及NANI模型参数,对NANI的时空分布特征、变化趋势以及参数对估算结果的影响进行分析.结果表明：（1）时间尺度上看,1990~2015年河南省NANI呈升高趋势,1990、1995、2000、2005、2010、2015年NANI分别为14347、19146、21466、24251、23711、26156kg/（km²·a）,化肥施用为主要贡献因子,占比为63.56%,其次是食品/饲料净氮输入量,占比14.81%;空间尺度上看,河南省NANI较高的县市主要分布在中部和东部的平原地区,而西部山地丘陵地区县市NANI较低.（2）NANI模型输入组分中受参数影响最大的是食品/饲料净氮输入量,与选用适宜参数估算结果相比较,该项变化范围在-23.1%~71.3%,作物固氮量变化范围在-31.2%~41.2%,化肥氮输入量变化范围在-2.8%~4.5%.     

基于Landsat8影像的Himawari-8叶绿素a空间降尺度研究

新型地球静止气象卫星Himawari-8由于空间分辨率较低,其叶绿素a产品难以满足空间异质性高的近岸海域水质监测要求。为了克服这个限制,基于非线性的随机森林算法,利用陆地资源卫星Landsat8的波段反射率数据和Himawari-8的叶绿素a产品,通过构建降尺度模型,以提高Himawari-8的叶绿素a数据的空间分辨率。结果表明,2个秋季模型和2个冬季模型的模型决定系数(R²)分别达到0.6、0.72、0.71和0.85;均方根误差(RMSE)为别为1.47,1.05,1.89,0.76mg/m³。通过实测站点数据对比分析表明,降尺度模型生成的叶绿素a与葵花叶绿素a数据具有较高的一致性,R²达到了0.81,能较好的反映近岸海域叶绿素a浓度的空间变化特征。     

核电材料辐照损伤的多尺度高通量计算模拟

反应堆压力容器用钢等核电材料在持续服役中,由于中子辐照造成其内部缺陷不断累积,致使材料组织结构损伤、性能劣化,对核电安全运行形成潜在威胁。多尺度计算模拟是探索辐照缺陷演化机理的有效手段,结合等效缺陷结构理论,有望实现核电材料服役行为的高效评价与预测。文中综述了多尺度计算模拟在核电材料辐照缺陷演化相关研究领域的进展,并对缺陷结构的多尺度演化本质及相应的多尺度高通量计算模拟方法进行了分析讨论。结果表明,通过缺陷结构特征能量等效传递的方法可以实现从第一性原理计算到缺陷扩散反应动力学等高通量计算模拟的跨尺度耦合;通过多尺度高通量计算模拟得到的缺陷演化热力学和动力学数据,可以搭建用于预测核电材料长期服役行为的材料基因工程数据库;在材料缺陷结构特征能量-组织结构-性能关联性探讨基础上,应用高通量计算模拟,辅以高通量实验数据验证,有望建立基于材料基因组结构能的服役安全工程模型。     

中全新世全球极端温度响应:基于MPI-ESM-P模拟试验

中全新世是北半球轨道时间尺度距今最近的温暖期,是当前全球变暖的历史相似型之一,研究该阶段极端温度的变化有助于理解典型温暖期极端温度的响应和机制。利用MPI-ESM-P海气耦合模式中全新世暖期试验与工业革命前试验数据,分析中全新世暖期全球极端温度的响应。结果表明:由于北半球夏季轨道日射量的增加,与工业革命前相比,中全新世平均温度在极地海洋以及夏季北半球中高纬度陆地地区升高,其余区域温度降低;平均温度升高的区域,极端高温与极端低温也将上升,暖事件频率增加;陆地区域日最高温相关指标比日最低温相关指标的变化幅度更大;相对于极端高温事件的响应,极地海洋地区极端低温事件的响应更为显著,冷事件频率显著减少,全年高于0℃的天数显著增加。