近岸/内陆典型水环境要素定量遥感空间尺度问题研究

近岸/内陆水环境遥感的空间尺度问题研究包括空间变异尺度及遥感监测空间尺度需求,以及多源多尺度遥感数据及定量产品的空间尺度误差两个方面。利用长时序高分一号16 m遥感数据集高时空分辨率的综合优势,采用空间半变异函数分析方法获取了中国近岸/内陆典型水环境要素（以悬浮颗粒物为例）的空间变异尺度。基于水环境要素空间变异的连续性和泰勒级数展开理论,定量化地描述了空间尺度误差解析函数。结果表明,近岸/内陆水体等高动态水体的空间变异尺度平均在150 m以下,而外海等相对稳定水体空间变异尺度在300 m以上。随着空间分辨率的降低,受到空间变异和水环境要素非线性定量反演模型的共同影响,悬浮颗粒物的空间尺度误差显著增大,亟需重点研究区域化的尺度误差校正方法。     

基于GF-1 WFV的2013—2020年鄱阳湖采砂活动时空动态监测

鄱阳湖是目前我国最大的淡水湖,采砂活动对湖泊水质影响明显,但对采砂活动进行全面的现场监管较为困难.不过,采砂船工作时会明显改变附近水体悬浮泥沙的浓度,这一易于被遥感技术检测到的信息为解决这一问题提供了思路.本研究使用2013—2020年共133景GF-1 WFV影像对鄱阳湖采砂活动进行监测,并总结鄱阳湖采砂活动变化的时、空间规律.结果表明,1)2013年以来,鄱阳湖的年平均采砂船检测数呈先增多后减少的趋势,2016年是采砂活动的顶峰,年平均检测数为9.85艘,2019年后采砂船的年平均检测数锐减至3艘左右,其中监管政策是最主要的影响因素;2)鄱阳湖采砂活动向南湖扩展的趋势在2016年得到了有效的遏制,并在2018年后一直维持在很低的水平;3)在2019年全面禁止采砂后,仍然在松门山岛、星子县及笔架山附近监测到了零星的采砂船作业点.本研究不仅可以评估近年来鄱阳湖采砂活动监管的成效,也能给相似水域采砂活动的监管及其效果评估提供参考.     

长江中游湖泊CDOM光学特性及其空间分布对比

根据2007年秋季洪湖、东湖和梁子湖的调查结果,分析了长江中游3个典型湖泊CDOM光学特性及其空间分布差异.结果表明:(1)CDOM吸收系数在洪湖最高,梁子湖最低;(2)在洪湖,CDOM吸收系数受陆源影响较大,与悬浮泥沙浓度呈现较好正相关关系,而在梁子湖,CDOM吸收系数主要受到浮游植物降解贡献,与叶绿素浓度具有显著的正相关关系;(3)洪湖与东湖指数函数斜率S值变化不大;梁子湖CDOM吸收系数空间分布差异较大,指数函数斜率S值与400nm波段CDOM吸收系数ag(400)显著负相关.在建立梁子湖CDOM遥感反演模型时,应引入上述指数甬数斜率S值与400nm波段CDOM吸收系数之间的线性函数,对CDOM吸收系数的指数模型进行优化.     

渤海海域CALIOP 与MODIS 气溶胶光学厚度相关性分析

以渤海海域为试验区,对经过时间、空间和波段匹配的 MODIS/Aqua 550 nm 气溶胶光学厚度产品与 CALIOP 532 nm 通道反演得到的气溶胶信息在五种不同空间采样窗口(10 km ×10 km,30 km ×30 km,50 km ×50 km,70 km ×70 km 和90 km ×90 km)、三种不同时间尺度(日、月、季度)下进行了相关性拟合分析.研究发现,较小的空间采样窗口可以更准确地反映气溶胶的局部变化特征,而以季度为时间统计单元能更好地体现气溶胶的季节变化特性.实验结果表明,在10 km ×10 km 采样窗口中,春季的日数据之间相关性较高;春季和秋季的月均值之间高度相关(R 均大于0.950).从而证明,在特定时间和空间尺度下,上述两种数据之间确存在良好的相关性,为利用遥感数据反演渤海海域气溶胶光学厚度信息提供了新的途径.     

水环境参数定量遥感反演空间尺度误差分析

对地观测技术的快速发展为水环境定量遥感监测提供了多源遥感数据的有利支撑,然而多源数据空间尺度差异引起的遥感数据和定量产品的不一致性严重制约了水环境科学研究和业务化应用。针对多源遥感数据的空间尺度转换和尺度误差问题,本文提出一种模拟遥感成像过程点扩散函数(PSF)的多源遥感数据空间尺度转换方法。以高空间分辨率GF-1卫星16m遥感数据为基础,模拟了常用的内陆水环境监测卫星Landsat TM/ETM+/OLI(30m)、Terra/Aqua MODIS(250m、500m、1000m)数据,系统研究了高动态浑浊水体(以鄱阳湖悬浮颗粒物监测为例)多源定量遥感监测的空间尺度误差,并对比分析了常用的多源数据尺度转换方法(基于遥感反射率数据平均法和基于悬浮颗粒物产品平均法)的有效性。结果表明,基于点扩散函数的空间尺度转换方法与传统方法具有较高的相关性,基于遥感反射率数据平均法的水环境定量遥感产品的误差水平低于基于悬浮颗粒物产品平均法;相对于南海等相对平稳水体的低空间尺度误差水平(0.5%),在高动态浑浊的内陆或近岸水环境遥感监测中,由空间尺度变化引起的产品误差可达±5%左右。因此,在高精度水环境定量遥感发展应用的需求和多源多尺度遥感数据协同的背景下,本文研究对于提高多源遥感监测产品的一致性和应用能力具有重要理论和现实意义。     

基于遥感的鄱阳湖丰水期悬浮泥沙数值模拟预测

悬浮泥沙是湖泊水体的重要水质要素之一,是湖泊水生态系统重要影响因子。利用遥感提取的鄱阳湖底质类型数据,对各类型底质区域上泥沙模型参数进行敏感性分析,基于2011年实测的不同底质区上泥沙浓度数据率定得到空间上不一致的泥沙模型参数,从而建立鄱阳湖丰水期二维悬浮泥沙输运模型。利用该模型模拟预测2013年丰水期悬浮泥沙输移过程,实测泥沙数据验证表明,模拟悬浮泥沙均方根误差为19.8 mg/L,相关系数R2为0.78,该模型能够较好地进行悬浮泥沙模拟预测。对比模型模拟和遥感反演的悬浮泥沙空间分布,两者具有较好的空间一致性,进一步表明该模型能够可靠地模拟预测鄱阳湖悬浮泥沙的时空动态变化。本研究充分利用遥感数据辅助建立鄱阳湖泥沙输移模型,为湖泊水环境动态变化监测提供有力的技术方法支撑,为进一步进行鄱阳湖水环境动态变化的数值模拟预测研究提供基础。     

基于三方向搜索的DEM中洼地处理方法

数字高程模型(DEM)是流域参数提取的基础,然而DEM中普遍存在的洼地和平地影响了流域水系的自动提取,因此洼地去除方法成为研究的热点。针对现有洼地去处方法存在的问题,提出了一种基于三方向搜索的洼地处理方法。该方法通过对洼地及其周围网格高程值增减来达到去除洼地的目的,避免了传统填洼方法大规模的对DEM进行增高处理。实验结果表明,该算法简单易行,能有效的去除洼地,消除DEM提取的河网中的伪河道及平行线现象;且对DEM中高程值的改动较小,从而较大限度的保留了原始地形信息。     

煤系高岭土制取高纯氧化铝——萃取除铁

煤系高岭土焙烧活化后与硫酸铵反应,水浸取得到硫酸铝铵溶液,再采用磷酸二异辛基酯(P204)-N,N-甲基庚乙酰胺(N503)混合萃取剂除铁;与碳酸氢铵共沉淀制取碳酸铝铵(AACH)结晶后热解煅烧,制得高纯超细氧化铝.讨论了用N503-P204混合萃取剂进行三级逆流萃取时,水相pH值和萃取时间等操作条件对萃铁效果的影响;用TG-DTA研究了前驱物的热解特性,用XRD、TEM表征了AACH及其煅烧产物的物相及粒径;用ICP测定了煅烧产物的纯度.分析结果表明,铁的萃取率达到99.2%,AACH的纯度满足制取高纯超细Al2O3的要求.产品为粒径小于70 nm、纯度大于99.95%的Al2O3.     

基于中国大气环境监测站点的2015—2019年大气质量状况时空变化分析

2013年以来几次严重的雾霾污染事件引起了公众的广泛关注,此后中国实施了一系列有关大气污染防治的政策、法规和措施来改善大气质量。为了分析近年来中国大气质量的时空变化特征,本文选取2015—2019年生态环境部国控站点监测的大气污染关键参数,对比分析了空气质量指数和6种大气污染物的季均、年均浓度变化结果,并利用组合指标分析法和相关分析法探讨了不同大气污染物之间的相关性。结果表明：① PM_2.5、PM₁₀、SO₂、CO和NO₂浓度和AQI均有明显下降,2019年均浓度较2015年均浓度分别下降4.5%、3.84%、7.86%、3.74%、0.95%,AQI下降了19.31%,同时,O₃浓度则上升了0.79%;② 从空间分布来看,中国北方地区PM₁₀、PM_2.5、O₃、NO₂、SO₂、CO年均质量浓度和AQI分别比南方地区高25.2%、18.73%、4.95%、17.6%,32.74%、16.17%、28.3%;③ 从季节性变化规律来看,除了O₃呈现出夏季浓度高,冬季浓度低外,其他5种污染物和AQI都呈现相反的季节变化规律;④ 总体而言,目前中国大气污染以PM_2.5和O₃为主,PM_2.5与NO₂、SO₂、CO之间有极显著的正相关关系（r>0.85,p<0.01）,而O₃与其前体物NO₂和CO之间存在显著的负相关关系（r>0.8,p<0.01）。     

中国省区经济增长空间分布动态

采用分布动态方法(MEDD), 从省区经济增长空间分布的形状和流动性两方面考察1978-2004 年中国省区经济增长空间分布的动态演进, 结果表明, 中国省区经济增长的空间分布形态经历多极化-收敛-双峰状的变化过程, 其中, 俱乐部收敛省区内部的经济发展差距由扩大到再次缩小, 俱乐部间的发展差距由缩小到再次扩大, 说明收敛俱乐部间的经济差距在扩大。1990 年后, 地区经济增长的活跃性提高; 转移概率矩阵、无条件和空间条件动态随机核估计及密度等高线图显示空间相互作用影响着省区经济增长未来的空间分布, 空间因素是影响地区经济增长分布的重要因素, 相邻地区经济增长互相依赖, 因地理位置临近所产生的空间溢出效应促使了相似经济水平地区的空间聚集。