长江中游湖南段湖泊重金属时空累积因素研究

为阐明社会经济发展对湖泊沉积物重金属时空富集的影响,采集了长江中游湖南省大于10km²的湖泊沉积物,通过¹³⁷Cs和²¹⁰Pb放射性核素计年法、地化学背景值稳定层法及多元统计学法解析了湖南湖泊沉积物5种重金属的背景值;基于背景值结果,识别了重金属高背景区不同经济发展水平的岳阳南湖(城区)、黄盖湖(近郊)和华容东湖(远郊)的主要生态毒性风险元素,利用岭回归估计构建STIRPAT扩展模型,分析了人口总数、人均GDP、城镇化率、第二产业占比、第三产业占比、采掘业与制造业生产总值等6种社会经济发展指标与特征重金属的时空关系.结果表明,沉积物中Cr、Cu、Zn、Cd和Pb的地化学背景值分别为98,30,78,0.22和26mg/kg,分别是湖南土壤背景值的1.46,1.11,0.82,2.75和0.96倍;地累积指数显示,重金属总生态毒性风险顺序为岳阳南湖>黄盖湖>华容东湖,Cd是岳阳地区湖泊生态毒性风险主要贡献元素;STIRPAT扩展模型中,人口总数、城镇化率、实际人均GDP、第二产业占比、第三产业占比、采掘业和制造...     

2015—2020年中国臭氧污染时空演化及其与厄尔尼诺-南方涛动的关系研究

为研究2015—2020年我国近地面臭氧(O₃)污染时空演化特征以及厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)对我国O₃污染的影响,本文基于2015—2020年我国近1 500个监测站点的O₃浓度数据(不包括港澳台地区数据),综合运用空间自相关、热点分析、异常值分析及回归分析,研究2015—2020年我国O₃污染的时空演化、浓度异常特征及其与ENSO事件和气象因素的关系.结果表明：(1)2015—2019年我国O₃污染集聚效应不断增强,但2020年显著降低.(2)我国O₃浓度呈先升高(2015—2018年)后下降(2018—2020年)的特征,2017年、2018年O₃年均浓度分别较上一年升高8.72%、1.76%,2019年、2020年O₃年均浓度分别较上一年下降3.60%、3.66%.除2019年、2020年外,O₃浓度高值聚集区站点的O₃浓度峰值和高值天数(日均值大于120μ...     

基于GWR模型的渭河流域植被覆盖度时空变化及驱动机理

渭河流域水土流失问题严重,生态环境脆弱,探究其植被覆盖度时空变化及其驱动机理具有重要意义。文章基于MODIS13Q1数据产品,辅以同期自然环境及社会发展数据,采用趋势分析法、空间自相关分析及地理加权回归模型,揭示了2001-2020年县域尺度下渭河流域植被覆盖度的时空变化及驱动机理。结果表明：（1）渭河流域植被覆盖度总体呈现明显上升趋势,年均增长速率为2.04%,空间上呈现出由东南向西北先减后增再减的变动趋势;（2）渭河流域植被覆盖度改善面积占流域总面积的78.81%,等级转移主要发生在相邻等级之间,但跳级转移现象也普遍存在;（3）渭河流域92个县域植被覆盖度呈现出显著的全局空间自相关性,且以H-H空间正相关为主,表明县域间植被覆盖度的提升具有较好空间溢出效应;（4）气温、降水、坡度、日照等因素总体上促进渭河流域植被覆盖度提升,而城镇化率、人口规模以及经济发展水平等因素则显著抑制了植被覆盖度改善,因素影响性质及强度存在空间差异。研究结果可为因地制宜地提高植被覆盖度,综合治理渭河流域提供理论依据。     

互花米草入侵对杭州湾滨海湿地土壤碳氮磷生态化学计量特征的影响

互花米草入侵对滨海湿地生态系统产生极大威胁.选取杭州湾滨海湿地为研究区,采用方差分析研究互花米草入侵下滨海湿地土壤碳氮磷生态化学计量特征,结合冗余分析(RDA)、增强回归树(BRT)和偏最小二乘结构方程模型(PLS-SEM)进一步探讨滨海湿地环境因子与土壤碳氮磷生态化学计量特征之间的驱动耦合关系.结果表明：(1)互花米草入侵后,湿地土壤全氮和氮磷比(N∶P)显著增加;随入侵时间增加,土壤全氮和N∶P显著降低,有机碳、碳氮比(C∶N)和碳磷比(C∶P)显著增加.(2) RDA分析表明,冬季影响表土C∶N∶P生态化学计量特征的主要因子表现为有机碳>电导率>全氮,夏季为有机碳>容重>全氮.(3) BRT分析表明,互花米草入侵下,全氮是影响土壤C∶N和N∶P的关键因子,而有机碳对C∶P影响最强.(4) PLS-SEM分析表明,互花米草入侵下,黏粒和含水率直接影响有机碳,进而影响C∶N和C∶P;黏粒和电导率直接影响全磷,进而影响N∶P和C∶P;电导率直接影响全氮,进而影响C∶N和N∶P.综上,互花米草入侵对研究区土壤C∶N∶P生态化学计量特征影响显著,土壤物理性质和养分含...     

基于GWRK的土壤有效磷空间预测及其超标风险评估

以江苏省金坛区土壤有效磷的空间预测为例,构建地理加权回归克里格（GWRK）模型,即采用地理加权回归（GWR）来量化土壤有效磷与主要土壤因子（即：土壤全磷、土壤pH值和土壤有机质）之间的局部空间关系,并结合局部回归残差的插值结果来预测土壤有效磷的空间分布状况.GWR结果显示主要土壤因子对土壤有效磷含量的影响程度随空间位置的变化而变化.同时,采用独立验证样本对比GWRK模型和普通克里格（OK）模型的空间预测精度.结果显示,GWRK预测结果具有更低的平均绝对误差（MAE）、均方根误差（RMSE）和更高的Pearson相关系数（r）,且较OK预测结果的相对提高指数（RI）为19.61%.此外,根据GWRK预测结果,对金坛区土壤有效磷含量的超标风险进行了评估.结果表明土壤有效磷含量超过其环境安全阈值（40mg/kg）的区域集中分布在金坛区北部,其面积为175.58km²,约占金坛区总面积的18%.因此,GWRK模型能有效评估区域土壤元素有效量空间分布状况,且GWR局部空间回归系数能为区域土壤元素有效量的调控提供更精确空间决策支持.     

沉积物重金属累积特征与区域经济发展的响应关系

为阐明社会经济发展对沉积物重金属浓度变化的驱动作用,研究基于洞庭湖流域2003—2017年的主要社会经济指标和沉积物重金属数据,采用潜在生态风险评价指数法对沉积物重金属污染风险进行评价,结合EKC模型反映目前经济发展与洞庭湖沉积物重金属之间的宏观关系,并建立洞庭湖流域主要社会经济指标与重金属污染的响应关系。结果表明:随着洞庭湖经济的增长,洞庭湖沉积物重金属污染问题突出,其中Cd污染最严重,均值为3. 83 mg/kg,其次是Hg,均值为0. 20 mg/kg;潜在生态风险评价结果表明:Cd、Hg的风险最高,2种金属风险贡献率高达92. 25%,为主要污染元素;基于EKC模型拟合结果可知,沉积物重金属整体污染程度及其生态风险将持续加剧;而工业发展、有色矿产资源的开发利用和旅游业等第二、三产业发展对Cd、Hg的影响显著。因此,严格控制第二、三产业发展过程中入湖污染物的重金属含量是减少洞庭湖沉积物重金属污染的关键。     

中国气溶胶光学厚度的时空分布及影响因素分析

基于1980~2017年MERRA-2再分析产品中的气溶胶光学厚度（AOD）数据,结合趋势分析和时空地理加权回归模型（GTWR）等方法,分析中国AOD的时空变化特征,从时空异质性视角量化自然地理和人类活动对AOD的综合影响.结果表明,1980~2017年AOD以0.0028a^-1的速率呈显著上升趋势,而2009~2017年AOD以0.0083a^-1的速率呈显著下降趋势.2008年前后为AOD由升到降的转折期,可能与2007年生态文明建设和2008年全球经济危机有关.胡焕庸线以东地区为AOD高值区,以人为气溶胶为主,近40a来AOD值呈显著上升趋势;胡焕庸线以西地区为AOD低值区,以自然气溶胶为主,AOD值基本不变.气温、气压、黑炭气溶胶排放和硫酸盐气溶胶排放与AOD呈正相关,降水、风速、NDVI和GDP与AOD呈负相关.AOD与影响因子间的关系具有时空异质性.从时间变化来看,降水、风速、NDVI、GDP的回归系数具有一致性,而气温、气压、黑炭气溶胶排放、硫酸盐气溶胶排放在不同年份的回归系数有正有负;从空间变化来看,中国北方地区气温与AOD间呈负相关,南方地区二者呈正相关.     

长江三角洲地区城市建筑三维形态对地表热环境的影响

以长江三角洲城市群为例,利用2016~2018年夏季Landsat 8影像数据和三维建筑数据,提取地表温度（LST）并计算三维景观指数,分别在200m、400m、600m、800m、1000m、1200m六个基准空间尺度上,利用空间回归模型探索建筑物三维形态对LST的影响.结果表明：所有城市的内部城区热环境较差,超过50%区域为高温区和次高温区;建筑物三维形态对LST的影响存在尺度效应,随着研究尺度的增大,影响力逐渐减弱,在研究的六个基准尺度中,200m是所有城市的研究适宜尺度;对LST影响最大的指数分别是建筑结构指数（BSI）、建筑平均体积（AV）和分布均匀度（BEI）,其中BSI、BEI与LST正相关,除上海、苏州和台州,AV也和LST正相关,表明瘦高、体积小、分布均匀的建筑物有助于降低城市LST,改善城市热环境.     

湖北恩施地区土壤重金属高光谱反演模型研究

文章以恩施地区土壤重金属As、Cd、Cr、Pb、Cu、Zn为研究对象,利用ASD地物光谱仪采集土壤光谱数据,在光谱预处理和相关分析的基础上,采用偏最小二乘回归(PLSR)方法,构建土壤重金属含量与光谱的反演预测模型.结果 表明,平滑处理、一阶导数、去趋势、归一化处理散射校正(SNV)4种光谱处理方法组合使用可以有效地提高模型反演精度;通过对PLSR模型RMSEC、RMSECV、RMSEP、R2Cal 、R2CV 、R2Pred、6种参数分析发现,As、Pb、Cu相比Cd、Cr、Zn在PLSR模型中的测误差值较小且模型的相关性较高,说明模型可以预测As、Pb、Cu 3种元素,该研究为后期采用高光谱遥感影像数据快速监测恩施地区土壤重金属污染情况提供了技术参考.     

2001~2015年中国城镇化与PM2.5浓度时空关联特征

综合运用时空统计、剪刀差、地理加权回归等手段分5个阶段从人口、土地、经济角度研究了2001~2015年中国大陆地区城镇化水平与PM_2.5浓度的时空分布以及相互关联特征.结果表明：2001~2015年,我国3a均人口、土地、经济城镇化水平平均值稳步提高,PM_2.5浓度波动上升（44.14~50.89 μg/m³）,不同经济区之间时序变化趋势相似但强度存在差异.不同阶段PM_2.5浓度空间分布趋势基本一致,京津冀、河南与山东北部、新疆西部等地区始终为高值区,3类城镇化水平高值区域逐步扩大.城镇化水平的时序变化趋势与PM_2.5浓度随时间变化的趋势存在差异（切线夹角：15.33°~62.92°）,难以解释PM_2.5浓度在时间上的突变.城镇化水平与PM_2.5浓度空间分布关联特征显著,土地城镇化水平与PM_2.5浓度在0.01水平上正相关,其相关系数依次为东北（0.609~0.723） > 中部（0.572~0.631） > 东部（0.218~0.323） > 西部（0.079~0.255）,除中、西部地区外,经济城镇化水平对PM_2.5浓度正效应明显,东北地区人口城镇化水平与PM_2.5浓度负相关,GWR模型调整R²在2001~2003年阶段最高（0.6~0.77）,2013~2015年阶段最低（0.08~0.64）.