基于DMSP/OLS数据的全国空气污染物时空演变研究

基于美国国防气象卫星搭载传感器DMSP/OLS的夜间灯光遥感影像，从2000—2013年选取4年进行影像采集、影像校正等操作后，提取了灯光总量、灯光面积数据，根据年份间夜间灯光数据的增长量开展了全国各区域间的差异分析，结合空气污染物排放量进行了相关度分析。研究结果发现：（1）整体上全国夜间灯光量增幅变大，且增幅受相关年份政策影响。（2）夜间灯光总量与空气污染物排放量呈现正相关性，且两者相关系数较高；工业空气污染物与夜间灯光量相关性不断降低，同时生活空气污染物与夜间灯光量相关性不断提高。（3）夜间灯光总量与空气污染的高/高集聚区域一致性稳步提升。结合夜间灯光影像数据与空气污染数据，通过比较夜间灯光数据差异探讨空气污染物的时空演变，为我国空气污染的综合治理提供了一个新的视角。     

国际空间站夜间影像的城市化信息提取

以国际空间站2012年3月27日于上海至苏州上空所摄夜间影像为基础数据,利用地理信息系统软件对影像所含地面灯光亮度、范围等特征进行提取和分析,探讨影像所含灯光信息与城市化的关系。研究显示,影像范围上海、苏州等四主要城市灯光区代表城市成熟建成区;各城市室外照明单位面积平均亮度及耗能基本相同;四城市人口总量与城市灯光区面积成线性关系,灯光区人口密度可分为7 000人/km2和12 000人/km2两级;城市未来几年扩张方向与范围可由城市灯光连片区向外伸出的灯光条带判断。城市夜间影像所含城市化信息,在即将开始的中国新型城镇化建设决策中可发挥一定作用。     

基于时间序列夜间灯光数据的EPC预测模型

为了利用夜间灯光数据来预测电力消耗量(EPC),采用增强植被指数(EVI)实现对美国国防气象卫星搭载的可见光成像线性扫描业务系统(DMSP/OLS)数据的校正,利用回归模型实现DMSP/OLS数据和美国国家极轨卫星搭载的可见光近红外成像辐射仪夜间灯光波段(NPP/VIIRS)数据的拟合,构建出2001-2018年的长时间序列的夜间灯光影像,并与EPC数据建立线性、二次项和乘幂回归模型,选择决定系数(R2)值相对较优、平均绝对相对误差(MARE)最小的模型为各自的最优模型.结果 表明:通过对夜间灯光影像进行校正,解决了DMSP/OLS影像数据不连续、像元饱和效应、与NPP/VIIRS影像不可比等问题;在国家尺度上,二次项模型是优选模型,校正后的夜间灯光数据与EPC的R2和MARE值分别为0.99和5.650％;在省级尺度上,基于省级单位与EPC建立的优选模型的R2值和MARE值分别为0.878和28.783％;在省级尺度上,基于时间序列建立的夜间灯光数据与EPC的R2和MARE值分别为0.972和7.286％;省级单位长时间建模精度高于基于省级单位建模的精度.     

夜光遥感支持下的河南省城市规模结构演变

采用一种新的方法将NPP/VIIRS模拟为DMSP/OLS数据,构建1992—2018年河南省长期一致性夜间灯光数据集,运用夜间灯光统计、标准差椭圆和位序-规模法则等方法进行系统性分析。结果表明:灯光数据相关性由0.62提升至0.93,一致性有所改善;河南省各市灯光总规模和平均亮度均显著增长,南部区域灯光总量增加较多,中北部平均发展更好,西南地区灯光聚集度偏高;全省范围内灯光空间分布呈扩展趋势,空间增长率为21.33%,呈东北-西南走向,城市重心始终分布于几何中心北方,且逐步向东南方向转移但总体移动速度逐渐变缓;河南省城市正在形成较为合理的位序规模体系,在2000年前后城市规模分布分别呈现趋于分散和集中的趋势,存在高位序城市集聚效应不够突出,辐射带动能力偏弱的问题。     

基于Landsat数据和DMSP/OLS夜间灯光数据的城市扩展提取: 以天津市为例

以天津市为例, 将多时相的Landsat TM/ETM+影像与DMSP/OLS夜间灯光数据结合起来提取城市建成区扩展信息, 并进行验证和分析。首先, 利用DMSP/OLS夜间灯光数据得到城市建成区的大致范围, 利用这个范围内的Landsat TM/ETM+数据和多波段纹理进行图像分类, 得到城市建成区的空间分布。然后, 利用分类后比较法得到城市建成区的变化信息, 将提取的建成区变化结果与利用 DMSP/OLS数据得到的城市建成区扩展信息以及基于统计数据的城市建成区变化趋势进行对比, 验证方法的有效性。结果表明, 结合DMSP/OLS数据和Landsat 数据的光谱特征以及提取的多波段纹理特征, 可有效地减少裸土与城市建成区的混淆, 与只利用光谱信息的建成区提取及变化检测相比, 得到更高的精度。因此, 结合 Landsat TM/ETM+数据和DMSP/OLS夜间灯光数据提供了一种进行大型城市建成区扩展检测的有效方法。     

基于夜间灯光影像的能源消费与PM2.5时空关系研究

利用能源消费统计数据与夜间灯光影像对陕西省能源消费进行空间化处理,结合PM_2.5遥感数据,基于双变量空间相关性分析等方法,研究了陕西省能源消费与PM_2.5的时空关系,并利用随机森林回归模型探讨了影响ρ(PM_2.5)变化的能源消费因素．结果表明:1）2001—2013年陕西省ρ(PM_2.5)先增大后减小,最高值达到28.5 μg·m?3,省内PM_2.5分布的空间异质性较强,其中关中地区的ρ(PM_2.5)最高;2）陕西省能源消费量逐年上升,在空间上的分布与ρ(PM_2.5)类似,关中地区的能源消费量最多;3）陕西省能源消费量与ρ(PM_2.5)的Moran’s I达到了0.289,表明二者之间有着明显的空间正相关性,即高能源消费的区域有着高质量浓度的PM_2.5分布;4）人口密度、路网密度与能源消费总量是陕西省ρ(PM_2.5)变化的重要驱动因素．      

夜间废气排放加重中国雾霾污染

工业和交通废气、农业和生活烟雾等污染物排放是城市雾霾的重要来源,其污染物特别是细颗粒物质对人体健康有损害。就区域而言,我国北方的污染物PM2.5、PM10、CO、SO2的浓度较高,中西部、东南部和南部较低;中国大部分地区的季节性高污染通常出现在冬季。其原因主要是因为细颗粒物排放量大,且受不利气象条件的影响,停滞的气流不利于气溶胶扩散。夜间PM2.5的浓度通常高于白天,其原因:一是由于重型车辆通常在夜间作业,而且烧烤、非法秸秆焚烧等活动一般在夜间进行,导致夜间的污染物排放量增加;二是由于夜间地面温度低,空气湍流减少而导致垂直空气运动很少,故气流停滞现象夜间尤为明显。历史上喀麦隆尼奥斯湖和印度博帕尔灾难的加剧也是由于此类气象条件所致。本研究提出夜间废气排放加重了中国雾霾污染的设想,并通过分析北京地区54511气象观测站提供的2014年每天、每小时的地面气温数据,发现减少夜间污染排放可能是现阶段减少雾霾形成的低成本措施之一。     

基于VIIRS夜间灯光数据的城市建筑密度估算——以南京主城区为例

城市建筑密度在研究城市内涝的过程中与城市不透水率分布情况紧密相连,它还是城市发展规划的一个重要指标。通过使用Suomi-NPP/VIIRS夜间灯光影像,结合GIS手段分析了2012年南京市主城区灯光图像强度值与建筑密度之间的关系,并建立了相应的建筑密度估算模型,结果表明VIIRS夜间灯光强度数据具有实现建筑密度估算以及其他社会经济数据空间网格化的巨大潜力。     

基于多源遥感数据的城市扩张测度研究——以厦门市为例

以2000、2005、2009、2013年的Landsat遥感影像数据和相应年份的DMSP/OLS夜间灯光数据为基础,结合厦门市的社会经济数据,运用GIS和RS分析手段,通过引入紧凑度、城市重心、城市扩张速度、城市扩张强度、全域空间自相关系数、弹性系数等指标,对城市扩展过程中的时空特征、形态演变及其与经济发展之间的协调性进行测度.结果表明,厦门城市扩展空间形态变化呈现明显的阶段性,城市扩张过程中空间形态趋向稳定,土地开发利用和城市功能配置还处于较低水平.     

湖南省农村主要空气污染物时空分布特征

为了了解湖南省农村主要空气污染物的时空分布特征,通过搜集与排放源相关的能源消费结构数据,运用清单核算法对14个市州农村地区主要空气污染物SO_2、NO_x、烟尘排放量和排放强度进行分析,得出其时空分布特征及主要成因。结果表明:主要空气污染物排放量存在较大差异,但年际变化均呈下降趋势;其排放强度的空间分布同样存在较大差异。随着清洁能源的推广,湖南省农村地区空气质量得到明显改善,但以煤为主的能源结构尚未发生根本性改变。     

中国城市大气污染物总量控制方法及案例研究

中国城市的大气污染相当严重,对城市大气污染物实施总量控制将是控制城市大气环境管理污染的主要手段。本文根据对多个城市的研究,开发了城市大气污染物总量控制方案的制定方法。该方法引入了排放当量概念,通过构造区域间大气污染物转移矩阵及线性规划模型来确定城市大气污染物允许排放当量总量及分布,并以此作为区域控制指标分配至污染源。将其应用在城市大气污染物总量控制规划中,发现城市大气污染物允许排放量与排放高度α次幂成正比,0<α<1,对济南α=0.8,该参数为总量的分配提供了重要依据。     

中原城市群重点城市首要污染物日变化特征及成因分析

中原城市群重点城市是我国大气污染较为严重的区域之一。利用2017年河南省各地市环保局国控站点和地面监测站提供的首要污染物浓度和气象要素24h连续监测数据,分析得到2017年首要污染物占比和首要污染物浓度的日变化特征,采用相关分析法和主成分回归分析法得到各首要污染物之间的相关性及气象因子对首要污染物的影响。结果表明,2017年中原城市群重点城市首要污染物主要由PM2.5、PM10和O3组成;一天中,PM2.5呈双峰变化,主峰值出现在8:00-9:00,次峰值出现在22:00,谷值出现在下午16:00;PM10小时浓度呈三峰变化,主峰值出现在9:00,次峰值出现在1:00和21:00左右,主谷值出现在15:00,次谷值出现在0:00和5:00;O3小时浓度呈单峰变化,峰值出现在15:00,谷值出现在7:00左右;PM2.5在低温、高压、中等偏高的湿度、较弱风的条件下利于积累,PM10在低温、高压、中等偏高的湿度、较弱风的条件下易于积累,O3在高温、低压、中等偏低的湿度、强风的条件下易于生成与积累;对PM2.5、PM10浓度影响最大的两个气象因子是气温和气压,对O3浓度影响最大的两个气象因子是风速和气温。     

2003-2011年太原市大气环境质量评价及污染特征分析

以太原市2003-2011年原始环境监测数据为依据,主要采用API指数法,通过Spss16．0计算3项主要污染物的Spearman秩相关系数,结合空气污染负荷法、概率统计法,分别计算出污染物的污染分指数和污染负荷,综合分析和评价了太原市近10年的大气环境质量状况,对目前太原市大气环境的成因进行研究并给出相应对策。     

成都市城区空气污染指数的时间序列分析

根据成都市城区2001～2005年的大气污染监测资料,获取和分析成都市空气污染指数.采用时间序列分析方法,对空气污染指数建立自回归滑动平均模型模拟实测的空气污染指数,并对模拟结果进行了检验.结果表明:成都市空气污染状况具有夏季较好、其他季节较差的季节性变化规律.采用时间序列分析大气污染状况是可行性的.     

广西城市环境空气质量变化趋势分析

根据2005～2009年广西14个设区市的环境空气监测数据,统计和分析了主要污染物浓度以及环境空气综合污染指数和污染负荷系数的年际变化特征及趋势,探讨影响空气质量的主要因素.结果表明,广西城市环境空气质量保持良好的水平,二氧化硫和可吸入颗粒物浓度总体上呈现下降的趋势,二氧化氮的污染程度虽然比较小,但是其浓度却逐年上升....     

2003—2011年太原市大气环境质量评价及污染特征分析

以太原市2003—2011年原始环境监测数据为依据,主要采用API指数法,通过Spss16.0计算3项主要污染物的Spearman秩相关系数,结合空气污染负荷法、概率统计法,分别计算出污染物的污染分指数和污染负荷,综合分析和评价了太原市近10年的大气环境质量状况.对目前太原市大气环境的成因进行研究并给出相应对策.     

佛山市禅城区火电企业减排效果研究

为研究火电企业的减排的效果并用数值形式显示火电企业排放对周围环境的影响,利用大气扩散模式ADMS-Urban进行污染物数值模拟和地理信息系统ArcGIS插值渲染方法,选取佛山市禅城区内典型的火电企业福能电厂作为研究对象,评估其减排效果。在不利于污染物扩散的气象条件下,对电厂排放的污染物进行数值模拟,并对该电厂的减排空间做情景分析。结果表明,福能电厂减排效果明显,且该电厂仍有减排空间。提高电厂烟囱高度、增大烟囱直径以及提高电厂燃料中清洁燃料的比重均可以降低电厂排放污染物对周围居民生活环境的影响,提高清洁燃料比重的可行性强。     

2015年冬季南京一次污染过程个例分析

城市大气污染在本地排放源稳定的前提下,不仅和局地气象要素相关,还与污染物输送有密切联系。利用大气污染物浓度资料、ECMWF资料以及2015年1月逐日探空观测和地面资料,通过分析天气形势及大气边界层要素在对污染物浓度的影响;同时利用区域风场相关与HYSPLIT后向轨迹模式模拟分析南京地区的污染物来源。结果表明：中高层形势平稳、地面弱高压场或均压场控制下,相对湿度高以及逆温层是污染物积累的重要条件。南京市污染物的主要源地为长三角地区的局地污染、湖南-湖北-安徽和江西-安徽的远距离输送。     

基于夜间灯光数据的郑州市用地扩展特征分析

针对城市用地空间扩展难以高精度量化分析的问题,提出了一种融合夜间灯光数据、遥感影像和在线高清瓦片地图服务的量化分析方法.基于美国国防气象卫星(DMSP)的可见红外成像线性扫描业务系统(OLS)、Landsat TM和天地图在线地图,设计了夜间灯光数据中断值的精确判断方法,综合分析城市用地的扩展模式.以郑州市为例,详细介绍了不同类型扩展特征的提取方法.采用C#和Arc Engine开发了一个夜间灯光GIS原型系统.结果表明,2008年到2013年郑州市城市用地的拓展类型主要以外延型和增强型为主,所述方法精度更高,采用原型系统处理较为便捷.