辽河口沉积物环境要素时空动态及影响因素分析

以辽河口为研究区域,利用遥感影像数据、现状调查数据和历史监测数据,系统地分析了辽河口沉积物质量历史变化趋势和空间分异规律,并进一步研究不同海域使用类型和不同植被演替阶段对沉积物环境要素分异特征的影响.结果表明,辽河口区域沉积物质量总体良好,各要素平均含量均符合一类沉积物质量要求;沉积物营养元素呈现显著的带状分布规律,重金属元素空间分布具有一定随机性,未呈现显著规律;不同海域使用类型对沉积物污染物富集的影响具有一定差异显著性,说明重金属及污染物的分布受到人类活动的影响,具有一定的随机性;植被不同演替阶段下主控因子具有显著差异,初级阶段主要受盐度控制,随着由盐生植被向陆生植被逐渐过渡,植被分布特征与总有机碳(TOC)、总氮(TN)和总磷(TP)的内在联系逐渐增大,同时重金属等污染物含量与植被群落内在联系并不显著.     

基于机器学习和卫星遥感的PM2.5/10 空间连续分布反演方法研究

在过去的几十年里,快速的经济发展以及工业化、城镇化进程加速使得中国的资源环境承担的压力不断加大。作为影响空气质量的首要污染物,PM_2.5和PM₁₀（记为PM_2.5/10）直接影响着广大人民群众的身体健康。因此,针对PM_2.5/10浓度进行遥感反演研究,对环境监测和控制改善全国空气环境质量具有重要的意义。近些年来,随着对近地面PM_2.5/10浓度研究的不断深入,基于遥感影像数据进行PM_2.5/10浓度的反演方法也日益增多。本文利用Google Earth engine（GEE）平台获取了海量的Landsat 8 OLI遥感影像数据,并结合气象信息、空间特征等参数,采用机器学习中常用的多层映射反向传播神经网络构建了波段反射率与PM_2.5/10浓度之间的反演模型,以获得PM_2.5/10在研究区域的连续分布。为了提高基础PM_2.5/10反演模型的反演精度,还从影响因素和前溯时间两个维度出发,探寻了模型的最优化输入参数组合,并最终实现了对PM_2.5/10浓度的精准反演。以北京市地区为例,模型的PM_2.5和PM₁₀的反演精度R²分别达到0.814和0.796,均方根误差RMSE分别为19.21 μg?m^?3和28.31 μg?m^?3。鉴于该反演结果具有较高的准确性和可靠性,本文所建立的方法模型为研究PM_2.5/10在空间上的连续分布特征提供了新的思路和方法,具有较为重要的科研意义与广泛的应用价值。     

综合生态安全格局构建与城市扩张模拟的城市增长边界划定——以天水市规划区（2015—2030年）为例

传统的城市增长边界划定方法,一般仅考虑生态安全格局,并未考虑在现有客观条件下的城市扩张趋势,划定结果具有一定的主观性;或仅对城市的扩张进行模拟,忽略了城市的生态安全问题。针对上述问题,论文通过耦合城市综合生态安全格局与基于CA_Markov模型的城市扩张模拟结果,提出了一种新的城市增长边界划定方法:首先,合理选取因子构建研究区的综合生态安全格局,利用禁建区对综合生态安全格局的结果进行修正,获得研究区的刚性增长边界;其次,合理选取城市扩张驱动因子,通过CA_Markov模型预测城市扩张边界;最后,综合考虑刚性增长边界、模拟获得的城市扩张边界及近期城市拓展方案等,获得最终的城市增长边界。并以天水市规划区（2015—2030）为案例,对方法的科学性进行了说明。结果表明,论文划定的城市增长边界内总面积370.56 km²,占规划区总面积的7.7%。此方法能够有效解决城市增长与生态保护之间的矛盾,对河谷型城市等建设用地匮乏、生态环境脆弱城市的增长边界划定具有良好的应用价值,也可为其他类型城市的城市增长边界划定提供参考。     

中国2000—2010年耕地低效转化的空间特征

耕地向经济效益相对较低的用地类型转化具有多重社会及生态效应。论文首先将耕地向草地、灌丛地和裸地的转化定义为“耕地低效转化”,然后以GlobeLand30为基础,提取2000—2010年的低效转化耕地,并结合耕地资源禀赋和地形条件,从多尺度、多角度深入揭示了我国耕地低效转化的空间分布特征。结果表明：1）全国总体的耕地低效转化率仅为1.50%,但区域差异明显,空间分布极不均衡;2）耕地低效转化依照地势的三级阶梯呈现明显的区域分异规律,农牧交错带的耕地转化问题最为严重,但耕作条件好、原有耕地比例高的东部地区,耕地低效转化水平一般较低;3）耕地低效转化率大体随海拔和坡度的增加而增加,但会受到地形复杂度的影响。     

于桥水库沉积物-水界面氮磷剖面特征及交换通量

于桥水库是天津市重要的饮用水源地,但近年来呈现富营养化加重趋势,而其内源负荷及污染分布特征尚不清楚.本研究利用Peeper(pore water equilibrium)技术获取沉积物-水界面氮磷剖面特征,分析于桥水库间隙水氮磷分布的空间差异;采集沉积物无扰动柱样分析沉积物中易释放态氮及磷的赋存特征,并利用原柱样静态培养法对其水土界面氮磷交换速率进行估算.结果表明:(1)沉积物中活性磷、氨氮、硝态氮和亚硝态氮的含量分别为0.5~6.5、0.5~10.9、2.2~16.2和0.05~0.6 mg·kg~(-1),在垂直方向随深度增加营养盐含量降低,而在空间分布上差异显著.(2)上覆水中PO_4~(3-)-P和NH_4~+-N质量浓度较低,间隙水中PO_4~(3-)-P和NH_4~+-N质量浓度远大于上覆水,表明于桥水库间隙水具有向上覆水体扩散营养盐的潜力.在垂直方向上间隙水中PO_4~(3-)-P和NH_4~+-N具有在0~5 cm快速增加,之后表现出逐渐降低的趋势.(3)静态释放结果表明,PO_4~(3-)-P和NH_4~+-N从沉积物间隙水扩散至上覆水中,其释放通量分别为1.1~13.3 mg·(m~2·d)~(-1)和20.6~250.5 mg·(m~2·d)~(-1);NO-3-N交换通量在-20.4~33.4 mg·(m~2·d)~(-1)之间,NO_2~--N交换通量在-7.4~0.4 mg·(m~2·d)~(-1)之间.PO_4~(3-)-P和NH_4~+-N为于桥水库主要的沉积物内源向上覆水释放营养盐,总体释放速率在空间上呈现南高北低、淋河口和水坝前较高的释放特征.与类似研究比较可知,于桥水库沉积物-水界面通量相对较高,表明沉积物是于桥水库上覆水营养盐的重要来源.     

长三角地区2015年大气重污染特征及其影响因素

基于2015年长三角地区129个环境空气质量监测站的空气质量指数（AQI）及主要大气污染物浓度数据,结合气象资料和HYSPLIT后向轨迹模式,探究长三角地区大气重污染的时间变化和空间集聚特征,并深入分析气象条件和区域传输对重污染过程发生和维持的影响.结果表明,2015年长三角地区各城市平均出现AQI超过200的重污染天气共8 d,重污染频率为2.01%,PM_2.5作为首要污染物出现频次最多.从时间变化看,重污染主要分布在1月和12月;从空间分布看,北部地区重污染相比南部地区更为严重,徐州和常州市出现频率最高.选取典型重污染过程1月9—11日（纬向扩散型）、1月24—26日（经向扩散型）和12月20—26日（两种模式相结合的重污染天气）进行成因分析,发现长三角地区重污染天气主要受到西北风向、低风速、高湿度和逆温层的影响,导致大气污染物积累且不易扩散.基于HYSPLIT的大气传输轨迹及频率分布表明,来自西北方向的气流对江苏北部地区的污染输送特征有着显著影响.     

中国城市PM2.5时空动态变化特征分析:2015-2017年

近年来我国雾霾事件频发.采用2015-2017年全国329个地级及以上城市PM_2.5浓度每小时监测数据,利用全域空间自相关法、自然正交函数和空间描述统计分析的方法,从时空视角来揭示PM_2.5浓度的时间动态变化规律以及空间分布特征.研究发现：①从全国范围内来看,PM_2.5浓度均值逐年降低,降幅最高为夏季,最低为冬季,PM_2.5浓度位于40~60 μg·m^-3之间的城市降幅较大.PM_2.5浓度年内表现为"冬高夏低,春秋居中"的时间动态变化规律,且各年PM_2.5浓度达优良率不断提高.②细颗粒物污染改善程度最大的为德州,京津冀城市群和长三角城市群改善程度居中.全国PM_2.5污染范围逐年缩小,但新疆西部和冀鲁豫仍为高污染区,西南和东南沿海地区为低污染区.各区域污染的空间集聚逐年缩小.优良达标率在空间分布特征上无显著变化.③"大气十条"部分指标已完成,未来细颗粒物污染治理重点区域仍以京津冀地区为核心.在防治空气污染方面,必须加强区域联防联控机制.     

吉兰泰盐湖盆地地下水Cr6+、As、Hg健康风险评价

选取西北干旱区吉兰泰盐湖盆地为研究对象,系统采集71个地下水样品,测定重金属Cr⁶⁺、As、Hg,以及主要化学成分的含量,以地质统计学插值绘图揭示盐湖盆地地下水中Cr⁶⁺、As、Hg的空间分布特征,以单因子指数法、内梅罗指数法和US EPA健康风险评价模型解析地下水中Cr⁶⁺、As、Hg的污染及健康风险状况,以统计相关检验进行Cr⁶⁺、As和Hg的源分析.结果表明：盐湖盆地地下水中普遍含有Cr⁶⁺、As、Hg,Cr⁶⁺在盐湖上游及东北部含量较高,As在西南台地含量较高,Hg在西北部巴音乌拉山出现高值区域,其分布与变化受到天然因素和人类活动的双重影响;Cr⁶⁺、As出现局部区域超标,超标率分别为8.45%和2.82%;Cr⁶⁺主要超标区域在盐湖西南侧呈条块状分布,并在盐湖附近Cr⁶⁺含量较高;As以点状超标,分布于西南部和东北部;盐湖盆地地下水87.3%处于安全清洁状态,仅5.6%轻度污染出现在西南部,不存在中度和重度污染;通过饮用水途径的化学致癌物的健康风险值远高于非化学致癌物的健康风险值,西南部图格力高勒沟谷区域化学致癌物Cr⁶⁺超过了US EPA最大可接受风险,但整个盐湖盆地Cr⁶⁺的平均健康风险值低于US EPA最大可接受风险;As和Hg均低于US EPA最大可接受风险;盐湖盆地总致癌风险特征与Cr⁶⁺基本一致,Cr⁶⁺平均健康风险占总致癌风险贡献率的89%;Cr⁶⁺超标原因包括盐湖盆地高锰酸盐指数偏高,促使Cr³⁺氧化成为Cr⁶⁺,As与Cr存在一定的同源关系.     

奎屯河表层不同粒径沉积物中重金属空间分布及污染评价

在对新疆奎屯河表层沉积物粒径组成分析的基础上,采用原子吸收光谱仪测试了不同粒径沉积物中Co、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb、Zn 7种重金属的质量比,研究了奎屯河表层沉积物不同粒径中各种重金属的空间分布特征,并运用单因子污染指数法与内梅罗综合污染指数法评价了各采样点重金属的污染状况。结果表明,奎屯河表层沉积物粒径主要分布在250μm的范围内,其中粉砂所占比例最大,平均质量分数达到63.66%;黏土次之,平均占16.77%。从上游到下游地区,各重金属污染物没有形成一定规律的分布特征。单因子污染指数评价表明除了Co,各采样点不同粒径沉积物中6种重金属存在着不同等级的污染,在粒径4μm、4~63μm、63~125μm、125~250μm的沉积物中,各重金属污染样品所占比例由大到小为Cu、Zn、Cr、Pb、Ni、Mn,Zn、Cu、Ni、Cr、Pb、Mn,Cu、Zn、Pb、Cr、Mn、Ni,Cu、Pb、Zn、Cr、Mn、Ni。内梅罗综合污染评价表明,各采样点均受到不同程度的重金属污染。     

上海宝山区农用土壤重金属分布与来源分析

以上海宝山区为典型区域,在获取216个农用表层土壤样品重金属实测数据的基础上,运用多元统计和地统计相结合的方法,对上海宝山区农用土壤重金属的含量水平、分布特征和来源进行系统分析.结果表明,上海市宝山区农用土壤重金属Cd、Hg、As、Cr、Pb、Cu、Zn的平均含量值分别为0.195、0.148、7.44、82.5、29.1、33.2、124.5 mg.kg-1,均没有超过国家土壤环境质量二级标准,但Cd、Zn、Cr、Pb、Cu、Hg元素平均含量值超过上海市土壤背景值,其中Cd、Hg、Zn最为显著,分别是对应背景值的1.50、1.48、1.45倍,呈现出明显的累积趋势.相关分析和因子分析结果显示,各元素的来源可分为三类,Zn、Cd、Hg和Pb为一类,Cr和Cu为一类,As单独为一类;前两类元素含量远高于对应元素背景值,来源主要受各种人为活动影响,As元素含量与背景值相当,各样品含量的变异程度最低,来源主要与成土母质有关.空间结构分析表明,As元素以土壤母质、地形等结构性变异为主,其它元素主要受人为活动等随机因子影响;通过对临界值概率等值线的分布分析发现,Cd、Zn、Cr、Cu、Hg来源以点源为主,来源较为集中,Pb来源相对较为分散.