CALPUFF模型模拟结果的时空多维可视化表达

大气污染扩散模型数值模拟结果的时空多维可视化表达,能有效展示大气污染扩散空间分布,为快速高效辅助后期污染分析与应急决策提供重要的参考。CALPUFF模型能高效模拟污染物在大气环境中时空变化的扩散过程,而现有大气污染扩散模型模拟结果可视化表达普遍存在不能有效集成地理信息、缺失部分重要维度特征等问题。论文首先分析了CALPUFF模型,及其与组件式GIS紧密集成的技术方案,为模型模拟结果与地理信息集成提供了技术支持。然后,基于CALPUFF模型的数值计算模拟结果,详细研究了风场数据预处理及其矢量绘制方法,浓度场的数据预处理及其栅格渲染方法。在三维地形场景下,探究了大气污染物的时空扩散模拟可视化表达方法,给出了CALPUFF模型模拟结果与三维地形场景的集成表达策略。最后,通过组件式GIS,构建了福州市三维地形场景,以大气污染CALPUFF扩散模拟结果为例,在WPF系统框架下,实现了风场和浓度场的时空动态模拟和空间层级多维可视化表达。实验结果表明,本文所采用的时空可视化技术方案能将CALPUFF模型模拟结果,有效集成三维地形场景,实现模型模拟结果在时间维度上动态扩散和在空间维度上的层级分布,可为大气污染模拟结果的时空多维可视化提供参考。     

基于GIS的多污染因子复合地面浓度场模拟与评价

针对工业大气多因子复合作用的污染物连续地面浓度分布和评价问题,提出了一种基于GIS的地面浓度场模拟和综合评价的新方法,该方法将大气污染物扩散高斯模式和大气质量综合污染指数评价模型在GIS中有机集成,实现了污染物分布空间信息的显示和分析。通过将此方法应用于某一化工厂污染源不同气象条件下污染扩散分析计算,结果表明此种方法简单实用,特别是对多污染因子复合作用的综合评价模型具有任意空间分辨精度,可以满足不同分级需求。     

城市空气质量GIS数据模型及分析系统的集成与应用

城市空气质量模拟是目前环境与健康研究的一个重要领域。本文基于GIS技术,采用准稳态高斯扩散模型建立了城市空气质量模拟系统,着重研究了三维空间城市空气质量模型系统的集成方法,并以福州市为例,采用该模型系统对城市建城区的NO₂与SO₂年平均浓度场分布进行了模拟。     

一种自适应时间步长的场地地表污染扩散元胞自动机仿真模型

针对传统扩散模型难以动态模拟地表污染物时空不均匀扩散过程的问题,本文提出一种基于元胞自动机模型的污染物地表扩散仿真模型,在综合考虑地表高差及粗糙度对污染物扩散过程影响的基础上,确定了不规则污染场地的元胞边界条件、划分了元胞空间、提出了一种降雨和非降雨条件下污染物扩散流速计算方法,基于分子扩散建立了地表污染扩散模型演变规则。为更好模拟地表污染物扩散情况,本文提出了一种污染物随坡度和质量衰减的元胞自适应时间步长调整算法,该算法能够动态调整元胞自动机的时间步长,防止固定时间步长在污染物快速扩散时错过细节,而缓慢扩散时消耗计算资源。实验设计了降雨和非降雨两种情形对污染物随时间扩散的过程进行仿真与分析。实验结果表明,不同下垫面对污染物扩散速度有很大的影响,污染物在糙率为0.012的水泥地表上的扩散速度约为其在糙率为0.035的一般性土壤地表上的2.7倍;降雨强度和时长能够加快污染物的扩散,且扩散速度随着降雨曲线变化而改变,并在雨强峰值附近达到最大;污染物扩散服从坡度分布特征,且随着时间变化,高污染区域范围和污染物浓度差异渐渐变小,并在一段时间后,浓度变化渐渐趋于平稳;自适应时间步长演变算法能够较好地体现一次演变过程中污染物扩散在不同邻域元胞方向上的细微时间差异,提高污染物时空分布的计算精度。     

街区突发性泄漏的气体扩散过程仿真技术的集成试验

突发性泄漏事故已成为我国城市公共安全的一个潜在威胁.本文以福建省福州市某街区为案例,采用高分辨率遥感影像、各种敏感目标和人口的分布信息等空间数据,利用事件触发机制,建立基础数据库与虚拟现实仿真试验平台.针对威胁城市公共安全的突发性泄漏事故,选择一种适合城市街区尺度的点源气体扩散模型与GIS集成,以构建泄漏气体扩散的三维...     

山西阳泉空气污染特征及其与气象要素的相关性分析

为了研究阳泉市大气污染物排放特征及大气污染指数(API)与气象要素的相关性,利用2007～2011年山西省阳泉市的SO2、NO2、PM10浓度资料及地面气象观测资料,采用相关系数和逐步回归方法对其进行研究.结果表明,2007～2011年,阳泉地区首要污染物为SO2和PM10,污染物及大气污染指数呈U型分布特征,区域差异大,冬春季和夏秋季有显著不同,冬春季污染浓度明显大于夏秋季,分季节利用气象要素建立的大气污染回归模型通过了显著性检验,能较好地预报污染物浓度的变化和提供空气质量的预报服务信息,研究结果对阳泉地区的污染防治及环境气象服务有重要的意义.     

山西阳泉空气污染特征及其与气象要素的相关性分析

为了研究阳泉市大气污染物排放特征及大气污染指数(API)与气象要素的相关性,利用2007～2011年山西省阳泉市的SO2、NO2、PM10浓度资料及地面气象观测资料,采用相关系数和逐步回归方法对其进行研究.结果表明,2007～2011年,阳泉地区首要污染物为SO2和PM10,污染物及大气污染指数呈U型分布特征,区域差异大,冬春季和夏秋季有显著不同,冬春季污染浓度明显大于夏秋季,分季节利用气象要素建立的大气污染回归模型通过了显著性检验,能较好地预报污染物浓度的变化和提供空气质量的预报服务信息,研究结果对阳泉地区的污染防治及环境气象服务有重要的意义.     

海南岛气溶胶时空变化及来源追溯

海南岛独特的区域和国家战略位置,使得了解和掌握该地区气溶胶时空格局特征及其大气污染物传输来源是海南大气环境质量监测和污染防治中重要的关注问题。选取MODIS 3 km分辨率气溶胶光学厚度（AOD）产品MOD04_3K,对海南岛2003—2017年AOD时空变化特征进行分析;以海口市为起始点,采用HYSPLIT模式对8次典型大气污染事件在10、500、1000 m 3个相对地面高度上进行48 h后向轨迹计算,以探究该区域大气污染物来源。结果表明：① 海南岛AOD在空间上呈较为明显的三级阶梯状分布,从西北方向向东南递减,2003—2017年在不同阶梯的空间变化趋势差异十分显著;② 2003—2017年海南岛AOD年均值为0.095,各年均值整体呈轻微升高趋势;季节均值差异表现为“春季>秋季>冬季>夏季”,此差异除受区域天气系统与地方风向特征的影响外,本区旅游业发展造成的大气污染物排放也不可忽视;③ 海南岛（海口市）2013—2017年典型大气污染事件发生期间大气污染气流在3个高度上（10、500、1000 m）的后向轨迹基本保持一致,均主要来自于海南岛东北方向。据此,位于该方向毗邻的珠江三角洲地区陆源大气污染物在东北盛行风的影响下被输送至海南岛,在区域天气系统（如大陆冷高压）和局部天气系统（如海风辐合）共同作用下,是促成该地区大气污染事件发生的重要因素。研究结果对深入理解海南岛近十多年来大气环境状况的变化规律、完善该区域大气污染联防联控机制具有重要的意义。     

厦门市林地与建设用地对大气气溶胶空间分布的影响分析

分析大气气溶胶空间分布的影响因素有助于理解其变化机制与规律,从而为大气环境质量的调控提供科学依据。本文以厦门市为例,利用MODIS-Aqua卫星遥感影像,反演了大气气溶胶光学厚度。同时,选取Landsat8 OLI卫星数据,进行土地覆被分类。在此基础上,利用相关分析、一元线性回归模型和方差分解,对比研究了城市林地和建设用地对大气气溶胶空间分布的影响作用,得出以下结论：① 暗像元与插值法的结合适合厦门地区春季气溶胶光学厚度的反演;② 建设用地上空气溶胶光学厚度值明显高于林地;③ 林地对气溶胶空间分布的影响作用强于建设用地。本研究对缓解城市大气污染和改善城市生态环境具有重要参考价值和意义。     

基于立体网格的放射性污染物扩散过程模拟与表达

针对放射性污染物的扩散过程表达问题,设计了适用于该方法的状态建模与面向对象建模混合的数据模型,该模型支持真三维的网格化表达与元胞机推演,可以将传统放射性污染物的计算与表达结合在一起,数据不需要多次转换与重采样,降低了精度和效率的损失。通过两个实验,分别针对单源和多源放射性污染物的大气扩散过程进行了模拟,扩散模拟的结果符合放射性污染物扩散的客观规律,整个扩散表达过程中任意一个时刻、截面或者空间的污染物浓度都可以动态地计算和表达,过程具有非常好的直观性和可分析性。     

An analysis on location factors affecting the spatial distribution of Shanghai land values

With a technique of GIS(Geographical Information System) and a method of multiple linear regression analysis, the spatial distribution of Shanghai land values and its relationship with some location factors are examined in this paper. The database of land values consists of 166 land parcels leased during 1993–1994. The land value map shows that the spatial distribution of Shanghai land values has some distinct spatial features. Firstly, the highest land value areas are located along Nanjing Road, Huaihai Road and the Bund. Secondly, there is no conspicuous peak land value intersection within the CBD(Central Business District). Finally, The land values of Pudong are much lower than those of Puxi. The regression model between Shanghai land values and the selected location factors shows that Nanjing Road is the first important location factor affecting the spatial distribution of the land values, the city center is the second one and Huaihai Road is the third one. The Bund, the regional shopping centers and the transportation nodes have little influence on the land values. This relationship between Shanghai land values and the location factors is determined by the distribution of commercial activities, the characteristics of the CBD and the spatial form of the city.     

An analysis on location factors affecting the spatial distribution of Shanghai land values

Ｉ．ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＴｈｅｒｅｉｓａｃｌｏｓｅｃｏｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｌｏｃａｔｉｏｎｏｆａｌａｎｄｐａｒｃｅｌａｎｄｉｔｓｖａｌｕｅ．Ａｒｅａｌｅｓｔａｔｅｅｘｐｅｒｔｏｎｃｅｓｔａｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｆａｃｔｏｒｓｄｅｔｅ...     

SPATIAL ANALYSIS OF SOIL EROSION AND NON-POINT SOURCE POLLUTION BASED ON GIS IN ERLONG LAKE WATERSHED, JILIN PROVINCE

Data collection, factor composition, nappe analysis and integrative simulation of natural geographical factors in Erlong Lake watershed have been carried out based on GIS. The risk areas where non-point source pollution may occur were compartmentalized and assessed, and the total soil erosion and the runoffs of N and P with rainfall in this valley were worked out by experiment and GIS mapping. The study indicated that the main type of soil erosion was moderate (erosion modulus is 1000–2500t/(km²·a)) at present, and the intense erosion areas are located in dry land with variable slope east of the lake and the middle-south parts of steep slope mountainous region (erosion modulus is more than 5000t/(km²·a)). Though the area is small, it should be paid attention to. The trend of non-point source pollution (NSP) of nitrogen and phosphorus loss was corresponded with the soil erosion. Spatial distribution and the reasons of the distribution difference have been presented and it was emphasized that the human activities among the influence factors was the most important. It surely offers a scientific basis to control and prevent non-point source pollution in the watershed. Foundation item: Under the auspices of the National Natural Science Foundation of China (No.50139020-5-2) and Science & Technology Committee of Jilin Province (No. 20010602) Biography: WANG Ning (1952–), female, a native of Beijing, associate professor, Ph.D., specialized in water and soil conservation and pollution control. E-mail: nwang@nenu.edu.cn     

基于移动监测数据的不同城市场景下PM2.5浓度精细模拟与时空特征解析

城市内部PM_2.5浓度分布具有明显的空间异质性,而传统方法基于遥感数据或监测站点数据进行分析,难以揭示高时空分辨率下城市内部的PM_2.5浓度分布特征,缺少不同时刻城市场景（如：道路、工业区、住宅区等）对PM_2.5浓度复杂非线性影响的解析。本研究将移动监测传感器安装于快递车上,采集福州市主城区南部不同类型场景的PM_2.5浓度,然后融合地理加权回归（Geographical Weighted Regression, GWR）和梯度提升决策树（Gradient Boosting Decision Tree, GBDT）方法,提出一种基于GWR-GBDT的PM_2.5模拟与场景解析模型,能够较好地拟合气象、场景因素与PM_2.5浓度的非线性关系,提升了城市PM_2.5污染精细监测能力;并结合部分依赖图解析不同时段不同场景因素对PM_2.5浓度的非线性作用影响。结果表明：① 基于移动PM_2.5浓度监测数据,利用GWR-GBDT模型能够较好地模拟城市场景、气象和PM_2.5浓度之间的非线性关系,能够有效精细模拟PM_2.5浓度的空间分布,十折验证R²结果为0.52~0.94;② 通过部分依赖图分析同一场景在不同时段对PM_2.5浓度响应的异质性,发现各类场景对PM_2.5浓度提升或抑制作用并不稳定;③ 解析不同时段人类活动与城市场景对PM_2.5浓度的交互作用发现,教育医疗单位和住宅区两类场景对PM_2.5浓度的提升作用都与人类通勤有密切关系,高污染场景中的建筑工地在采取的洒水降尘措施后能在数小时内有效缓解PM_2.5污染,公园文体服务区在多数时段对PM_2.5浓度具有抑制作用,工业区和道路多数时段会致使对PM_2.5浓度提升;④ 从PM_2.5浓度的空间分布来看,福州市主城区南部PM_2.5浓度总体呈现东南高-西北低的分布趋势,建筑工地、道路和工业区场景轻度以上污染面积占比明显高于其他场景,公园场景总体PM_2.5浓度较低,山体公园傍晚会受到周边工业区的影响而导致PM_2.5浓度升高,而城市陆地外围水域对沿岸PM_2.5浓度具有抑制作用;⑤ 研究结果可为不同场景下PM_2.5污染精细化治理、城市规划以及老人、儿童等高危人群的PM_2.5污染暴露风险防范提供支持。     

福州土地利用变化及其驱动力多元综合分析

运用地球信息技术对福州土地利用变化特征和驱动力进行了深入分析。主要以TM数据作为信息源获取两时相土地利用状况及其变化信息:用GPS快速提供变化区准确的空间位置信息和野外调查时的快速定位;并利用GIS对多种数据进行处理、集成管理、空间统计和相关分析;对土地利用变化驱动力进一步研究。     

基于LUR的二氧化氮浓度空间分布模拟及其下垫面影响因素分析

随着经济的快速发展,空气污染已经成为当今重要的环境问题,引起公众的广泛关注,二氧化氮（NO₂）作为主要的空气污染物之一,成为相关研究的重点。通过监测数据发现,二氧化氮质量浓度值的空间分布具有区域性差异,所以对其空间分布模拟,以及形成区域差异的下垫面影响因素分析,具有重要的研究价值。土地利用回归模型（Land-use Regression,LUR）是将统计方法中的回归模型与空间上的土地利用数据、监测数据和其他相关的地理数据结合分析并在地图上显示的方法。本文结合缓冲区分析、叠加分析、Spearman相关性分析、多元回归分析等方法构建土地利用回归模型（Land Use Regression,LUR）,用于识别与NO₂浓度相关的下垫面影响因素,并模拟NO₂质量浓度的空间分布。LUR模型可以模拟出NO₂质量浓度空间分布特征,并针对下垫面影响因素得到以下结论：城乡居住地及工业用地面积增加、污染源的距离减少和道路长度增加会导致NO₂浓度升高;耕地面积、绿地面积和水域面积的增加会导致NO₂浓度减少;NO₂浓度最高的区域主要集中在工业园区;NO₂浓度值从城区到郊区递减,需要通过改变工业区结构和增加绿地面积来减少城区的NO₂浓度。     

中国南方丘陵区非点源污染过程模拟研究进展

随着南方丘陵区开发利用强度的增大,氮、磷非点源污染和水体富营养化问题日益突出。由于流域尺度非点源污染过程的复杂性,难以建立大范围、重复可控的观测和实验环境,模型模拟成为非点源污染治理辅助决策的必要手段。已有学者对南方丘陵区非点源污染过程模拟开展了相关研究,但缺乏对已有成果及其存在问题的系统总结以及对下一步研究方向的分析探讨。本文首先分析了南方丘陵区非点源污染过程的机理,认为该地区的非点源污染过程模拟应满足多过程耦合、空间全分布式及考虑区域特点等要求;然后,对南方丘陵区非点源污染过程模拟研究现状以及存在问题进行了分析,总结了现有研究在描述非点源污染物迁移路径和反映区域特点等方面的不足;最后,从适合南方丘陵区特点的流域空间离散化方法、全分布式非点源污染物迁移路径的构建、特殊地物和人为活动在全分布式非点源污染模型中的综合表达等方面探讨了下一步研究方向,旨在为南方丘陵区非点源污染过程模拟研究提供参考和借鉴。