2011~2017年中国PM2.5多尺度时空分异特征分析

PM_2.5时空分异特征认知对大气污染联防联控意义重大,本文从空间多尺度的视角出发,利用空间模式分析方法与地理探测器,对2011~2017年中国大陆地区PM_2.5年均浓度时空分布格局及成因进行探究,从而揭示PM_2.5多尺度时空分异特征.结果表明：①2011~2017年PM_2.5年均浓度相对稳定,无明显趋势,国家与区域尺度PM_2.5变化特征基本一致,呈现"W"型变化,整体上看,污染程度由高到低依次为：中部、东部、西部与东北.②由空间模式分析结果可知,高值聚集区主要位于中国的东部、中部以及新疆的西南地区,低值聚集区则集中在青藏、云贵高原以及大兴安岭地区.③地理探测器分析结果证实：城市化因素中人口密度是国家与区域尺度上PM_2.5时空分异的主导因素,同时,产业、能耗与交通因素对PM_2.5分布格局存在不同程度影响.在区域尺度上,除了人口密度因素之外,工业用电量与公车总量对中部地区PM_2.5年均浓度影响较大,东部地区是工业烟粉尘排放量与道路面积,东北地区则为第二产业产值占比与城市绿地率,社会经济因素对西部地区的PM_2.5年均浓度影响不显著.     

中国暖季近地面臭氧浓度空间格局演变及主要气象驱动因素

中国的近地面臭氧（O₃）浓度在2015~2018年间持续升高,已成为仅次于颗粒物的重要大气污染物.基于中国337个城市2015~2018年暖季（4~9月）的实时O₃浓度数据和气象数据,利用趋势分析、空间自相关、热点分析和多尺度地理加权回归（MGWR）,研究了2015~2018年中国暖季地表O₃浓度的空间演变格局,探讨了气象因素对其驱动的空间差异性.结果表明：①中国暖季O₃浓度整体呈显著升高趋势（P<0.05）,平均升高速率为0.28 μg·（m³·a）^-1,其中超过55%的城市O₃浓度每年升高0.50 μg·m^-3;②O₃浓度存在明显的区域差异,高值区（平均浓度>60 μg·m^-3）分布在华东、华北、华中和西北部分地区;低值区（平均浓度<20 μg·m^-3）分布在华南和西南地区;③O₃浓度变化趋势在空间上存在位于华东、华北、西北以及华中地区的热点区域和位于西南、华南（广西）以及东北地区的冷点区域;④气温是中国暖季O₃变化的主要气象驱动因素,其对华北、西北和东北地区O₃浓度的影响显著高于其他地区;除广西、云南和江西部分地区外,O₃浓度与气温呈显著正相关;O₃浓度在华南、华东和华中大部分地区与风速呈显著负相关,O₃浓度在华北和东北部分地区与风速呈显著正相关;除辽宁、山东、河北、甘肃、广东及西南部分地区外,O₃浓度与云层覆盖度呈显著负相关;除西北和西南部分地区外,O₃浓度与降水呈显著负相关.     

夏季强降雨期间千岛湖有机碳的时空分布特征及影响因素

近年来,极端降雨事件在全球发生的强度和频率不断增加,这可能对大型深水水库水体有机碳的时空分布产生深远影响. 为探究强降雨事件对千岛湖有机碳的时空分布特征及影响机制,于2020年5—8月逐月采集了典型大型深水水库——千岛湖100个调查点位水样,分析了千岛湖夏季水体总有机碳(TOC)、溶解性有机碳(DOC)和颗粒有机碳(POC)浓度的时空分布特征和影响因素,重点探讨了强降水过程对有机碳浓度、通量和储量的影响. 结果表明:①2020年5—8月千岛湖TOC、DOC和POC浓度平均值分别为2.06、1.73 和0.33 mg/L,随着强降雨开始,5—7月TOC、DOC浓度呈逐渐上升趋势,而雨量急剧下降的8月(几乎无雨),浓度也随之显著下降;水平分布上,5—7月有机碳浓度高值在全库的分布范围逐渐扩大,整体具有河流区到湖泊区逐渐降低趋势. ②新安江入库碳通量(F_TOC、F_DOC、F_POC)约占全库25条主要河流总入库碳通量的69%,降雨期间5—7月总入库F_TOC分别是8月的11、36和41倍;5—8月有机碳储量(R_TOC、R_DOC、R_POC)平均值分别为44 611、38 452和6 159 t,6月、7月的总入库碳通量均占当月全库水体碳储量的1/5,所占比例分别8月的35和28倍. ③DOC和POC浓度与叶绿素a(Chla)、悬浮颗粒物(SS)、有机悬浮颗粒物(OSS)、无机悬浮颗粒物(ISS)、COD_Mn和TP浓度均呈极显著(P<0.01)正相关,与透明度(SD)呈极显著(P<0.01)负相关. 研究显示:千岛湖有机碳主要受浮游植物内源生产过程以及外源输入过程共同决定,而这两个过程受水文气象因素的综合影响,强降雨过程是千岛湖有机碳时空变化的关键驱动力;强降雨也是有机碳通量升高的关键控制因子,并且高入库碳通量会对全库水体碳储量产生强烈冲击.      

2000~2020年京津冀BVOCs排放量估算及时空分布特征

为研究京津冀地区天然源挥发性有机化合物(BVOCs)近20a排放量及时空分布特征,本文基于卫星遥感解译获得的2000年、2005年、2010年、2015年、2020年共5期中国土地利用数据,计算获得了京津冀地区各市县BVOCs排放量及排放组成,同时对京津冀地区近20a的BVOCs排放的时空分布进行了特征分析.结果表明,近20a京津冀地区BVOCs平均排放总量为76.40万t/a,其中河北省、北京市、天津市的平均排放总量分别为59.11万t/a,15.29万t/a,2.00万t/a;按照排放组成分析,ISOP平均排放总量为16.80万t/a,占总排放量的21.99%,TMT平均排放总量为29.62万t/a,占总排放量的38.77%,OVOCs平均排放总量为29.97万t/a,占总排放量的39.23%.根据排放时间特征分析,京津冀地区冬季BVOCs排放量最低、夏季BVOCs排放量最高.BVOCs排放的空间分布与土地利用类型和植被分布密切相关,不同土地利用类型的BVOCs排放贡献具有显著差异,近20a京津冀地区林地、耕地、草地的BVOCs平均排放量分别为60.33万t/a,12.78万t/a,2.31万t/a,分别占总排放量的78.90%,16.79%,3.04%.京津冀地区BVOCs空间排放分布差异比较明显,北部、东北部的整体排放量明显高于南部、东南部.本研究可为BVOCs的计算提供研究思路,同时可为京津冀地区空气污染治理提供有关基础数据.     

衡水湖湿地水环境质量时空变化特征及污染源分析

为了评价衡水湖湿地水环境质量时空变化趋势,并对污染源进行分析.本文依据衡水湖历史水体监测点数据和2019年布设的17个采样点数据,利用综合营养状态指数、水质综合状况指数和水环境质量指数评价方法,研究了2000~2019年衡水湖水体营养状态、水质状况和水环境质量时空变化特征,分析了可能的污染物来源.结果表明,2000~2019年,衡水湖水体达到Ⅲ类水质的监测点比例不断升高,高锰酸盐指数、总氮和总磷超标是衡水湖存在的主要水环境问题.从空间上来看,衡水湖水体综合营养状态、水质状况和水环境质量3种指数整体上呈现从南部到中西部再到东北部降低的趋势.衡水湖国家级自然保护区建立后,一系列水体保护政策和措施的实施,使2000~2019年3种指数分别降低了20.9%、53.4%和49.2%,显著改善了衡水湖水环境质量.但是污水的侧渗与下泄、引水农业面源污染物的汇入,以及湖内植物枯落腐烂等也给衡水湖水环境质量带来很大的挑战.     

三峡库区非点源污染氮磷负荷时空变化及其来源解析

三峡库区是我国重要水源保护区,也是长江流域经济迅速发展区域之一.非点源污染是库区水环境恶化的主要原因,因此研究库区非点源污染状况对于区域的生态安全以及可持续发展具有重要意义.研究采用改进输出系数模型,估算库区1990~2015年的非点源氮磷污染负荷总量,分析非点源氮磷污染的时空变化特征,并通过计算各污染源的贡献率确定主要污染来源.结果表明,氮磷污染负荷量在空间上均呈现库区腹地高,库尾次之,库首最低的分布特征;氮磷污染负荷总量在时间上均呈现先增加后降低的趋势,在2000年达到最高值,2015年降到最低值;各污染源对氮磷污染负荷量的贡献率按从大到小依此为：土地利用、农村生活以及畜禽养殖;其中,旱地这种土地利用类型是非点源氮磷污染的主要来源.     

2000—2007年珠峰自然保护区植被时空变化与驱动因子

采用遥感与GIS相结合的方法研究了珠峰自然保护区2000—2007年之间的植被时空变化过程和驱动机制问题。通过一元线性回归斜率计算获取了基于EVI数据的珠峰自然保护区植被变化趋势,以及表现2000—2007年植被变化的矢量图层。利用GIS时间动画技术,建立了7个时间点内不同间隔的植被时空演化过程快照,并结合ArcEngine构建了植被变化监测的时序分析流程,提取和分析了植被变化过程的时空特征。依据年平均温和年降水量观测记录进行了植被变化的气候因子分析,依据道路、河流缓冲区的居民点密度与植被退化面积比例的相关性,分析了人类活动影响,并讨论了不同植被退化区域在多重因素作用下的变化驱动因子。拟合了主要社会经济发展指标与植被变化的相关性,从统计数据方面讨论了珠峰自然保护区社会经济发展对植被变化的影响作用。结果表明：珠峰自然保护区植被变化的总体趋势以稳定为主,但植被退化趋势超过了变好趋势。同时,核心区植被变好趋势明显,实验区植被退化趋势严重。保护区南坡植被受气候变化干扰小,保持了大部分变好趋势;北坡由于降水减少造成湿地植被退化,对草地的长势带来消极作用。人类活动与植被状态变化有密切关系,在沟谷地带的破坏作用明显。并且,植被退化趋势与农业耕地面积扩大以及放牧影响关联紧密,而牲畜饲养与林业发展都未对保护区植被变化造成明显影响。     

湿地水环境可持续性概念辨析

20世纪60年代以来,随着全球性的生态与资源危机的不断出现,使得人们不得不开始检讨传统的经济发展观,寻求探索新的发展模式。20世纪80年代初期,由联合国环境与发展委员会提出的可持续发展理论,得到了世界各国的普遍认同。然而,从1992年的巴西里约热内卢到2002年的南非约翰内斯堡,可持续发展在这十年间遭遇到理论与实验的双重＂困境＂。2001年,23名世界著名学者在美国《科学》上发表了《可持续性科学》的论文,想用这样一个严格的科学定义来替代意义分歧的可持续发展,避免可持续发展走入歧途。从此,人们越来越频繁地使用＂可持续性＂一词,但怎么实现可持续性则众说不一。学术界对＂可持续性＂和＂可持续发展＂概念的讨论也非常活跃且一直没有间断过。在此,从＂可持续性＂的历史成因出发,分析其在生物学、生态学及环境学等方面的含义,探讨＂可持续性＂一词在湿地水环境这一具体领域的应用,提出＂湿地水环境可持续性＂这一概念,并深入分析其内涵和主要特征,为后续湿地水环境可持续性度量作理论铺垫。     

城市热力景观格局季节变化特征分析及其应用

热岛效应是城市发展过程中所产生的特有的环境问题,已经成为一种城市环境公害,对其形成和演变规律的研究有助于人们提出有效的应对措施。热力景观是分析城市热岛空间格局的一种新方法。以厦门为研究对象,利用2002年1、2、3、8、12月的Landsat ETM＋影像数据进行地表温度反演,在此基础上使用景观格局指数分析厦门城市热力景观格局的季节变化特征。结果表明：厦门城市热岛在夏季（8月）最强,春秋次之,冬季（1月）最弱。该变化特征是城市地表吸收太阳辐射和人为废热排放随季节变化的共同结果。应用该方法对2002年厦门热污染源进行调查,发现当年共有热污染源26个,其中工业热污染源18个。该研究可为环保、能源等部门乃至于整个城市的规划管理提供有力的决策依据。     

土地功能与土地利用表征土地系统和景观格局的差异研究——以陕西省蓝田县为例

论文依据土地提供主要服务的差异将土地利用功能划分为3 个大类和6 个亚类;通过对比研究区2010 年与2020 年土地利用类型变化和土地功能的变化,分析两者表征土地系统变化的差异;再利用5 个景观格局指数对比分析土地利用类型变化和土地功能类型变化对景观的影响,探索两者表征景观的差异。通过上述分析得出如下结论：①土地利用类型与土地功能类型均能表征不同类型间的转化,但前者可更为细致地表达出土地功能所包含土地类型间的转化;②在土地利用类型不发生变化的情况下,土地功能依然可以表征土地系统的变化;③土地功能变化分析能得到更为宏观的景观空间特征。