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[硕士论文] 刘欢
地图学与地理信息系统 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:自改革开放以来,中国经济得到了快速增长,城市化进程也在加速发展。城市化的快速发展在带给中国经济增长和文化繁荣的同时,也引发了一系列的生态环境恶化的问题,城市的迅速扩张使得地表植被、水体、土地等自然景观被建筑、道路、人工景观所代替,这使得城市下垫面结构发生了巨大的变化,最终将会导致城市中心温度高于周边郊区温度的现象,这就是“城市热岛”。“城市热岛”的产生给城市可持续发展和人们的生活质量造成了很大的影响,为了有效的了解城市热岛的产生机制、监测方法以及预防方法,需要对城市热岛进行相应的研究。本文以Landsat5TM和Landsat8OLI/TIRS数据为数据源并结合改良的普适性单通道法为地表温度反演算法,GIS技术和RS技术为支撑,反演了研究区时间序列遥感影像的地表温度,揭示厦门市年际、季节尺度上城市的热环境时空变异特征,定量分析了厦门市整体和各区域的热力景观变化情况。论文的重要研究成果如下:
  (1)城市热岛受到城市地表下垫面的影响较大。由厦门市热剖面数据可知,不同的下垫面结构将会导致地表温度出现较大的差异。建筑物、道路等人工建筑和大面积的裸土或者休耕地具有较高的温度,水体、绿地、植被等具有良好的降温作用。
  (2)研究时段内,厦门市夏冬两季的正规化地表温度标准差和平均温度都呈现出波动下降的趋势。其中,夏季前10a平均温度下降了3.87%,后3a年均增长率为21.16%,13a标准差下降了0.0279;冬季平均地表温度13a下降了0.0074,标准差下降了0.0122。总体来说,厦门市地表温度波动性越来越小,温度相对稳定,温差缩小。
  (3)研究时段内,研究区13a夏季升温区域和降温区域分别占比49.97%、50.03%,冬季分别占比17.21%、82.79%。夏冬两季的温度变化都呈现出一定的空间分布差异,地表温度分布和城市发展规律基本一致,且升温区域中心由沿海向内陆区域进行转移。
  (4)地表热力景观指数表明,厦门市热力斑块各项指标基本呈现出好转的趋势。从斑块类型指数来说,夏冬两季NP和PD分别减少了75、0.0384、1140、0.5834,表明景观破碎度有所好转;夏冬PAFRAC分别减少了0.0184、0.0076,表明景观形状复杂度有所降低。从景观类型来说,夏冬两季的CONTAG指数分别有0.0384、0.5834的减少,表明景观类型之间的连通性有所降低;夏冬两季SHDI、SHEI都分别有0.0053、0.0443、0.0033、0.0276的增加,表明夏冬两季各类景观分布均匀度有所提升。
  (5)夏季热力区斑块和非热力区斑块之间的相互转化总面积基本持平,冬季主要以非热力区斑块向热力区转化的面积为主,且非热力区向热力区转化面积呈现增加的趋势。
[硕士论文] 段锋华
光学 中国科学技术大学 2018(学位年度)
摘要:二氧化碳(CO2)是大气中一种重要的温室气体,其温室效应导致的气候变暖,引发了频繁而剧烈的极端恶劣气候,因此,高精度探测CO2是当今国际社会普遍关注的热点问题。传统的CO2测量是地基观测方法缺乏进行全球大范围实时探测的能力。卫星观测可以覆盖全球,获得稳定连续、时空一致性较好的、全球和区域尺度的数据,具有较大的优势和发展前景。对全球大气CO2观测数据的精度只有达到1%或更高,才能较好地应用与全球气候研究,正因为如此,目前专门用于大气CO2探测的卫星提出的目标精度都高于1%。对于如此高精度的要求,国际上将CO2反演的大气条件限定在光学厚度小于0.3晴空天气,目前仍存在着一定的困难。在我国,大气较为混浊的情况较多,要使反演精度达到如此高精度,则面临着更大的困难。本文以我国高分5号卫星CO2反演需求为应用背景,对大气CO2卫星遥感基本原理进行分析,构建高值气溶胶条件下的大气CO2反演模型,在此基础上探索气溶胶高值条件下的大气CO2反演方法。
  大气CO2卫星遥感得到是经过大气和地面作用的太阳辐射量。CO2反演即是剥离接收信号中其它影响因素提取CO2浓度信息的过程。在气溶胶高值条件下,大气本身及其与地面耦合的复杂性,在辐射传输方程上表现为解的不唯一性,在反演上表现为结果不稳定或无法正常收敛现象,使卫星遥感CO2反演精度难以提高。针对CO2反演方法是在区间寻求最佳结果的基本技术特点,本文在方法建立上是利用主成分分析为后续反演提供初值。在主成分分析中,对环境参量与反演误差关系进行分析,对各种环境参量进行分类,使主成分分析结果相对准确。本文与主成分分析方法配合的CO2反演方法是光子概率密度函数PPDF方法,这是一种从统计角度考虑光子在传输中路径与被吸收可能性发生改变的方法,是从光子传输过程的路径长度研究光谱辐射传输与大气中CO2浓度关系的方法。针对反演方法应用于光学厚度较大情况,本文在基于O2 A波段的PPDF-D的基础上,拓展到结合CO2强吸收带2.0um开发出PPDF-S反演方法,后者利用0.76um和2.0um联合反演PPDF因子,以提高反演因子对环境的适应能力,最后实现利用CO2的1.58um吸收带反演CO2浓度的目的。
  本文为验证反演方法的可行性,首先在光学厚度较低时进行验证,此时选用塔克拉玛干沙漠2013年的数据进行验证,结果显示,在气溶胶光学厚度较小时,相对于GOSAT提供的反演结果,采用PPDF-D反演结果的偏差为0.5%左右,利用PCA和PPDF-D联合反演,得到反演结果偏差在0.38%左右;同时其反演方差明显低于仅用PPDF-D反演偏差。因此基于GOSAT-FTS的数据在光学厚度较小时算法的反演精度可以控制在1%以内;其次再验证光学厚度较大时,结果显示:在光学厚度较小时利用主成分分析和两通道光子概率密度函数相结合可以有效校正云和气溶胶的散射效应;在光学厚度较大时,其校正能力有所下降,但是增加2.0um通道形成的三通道光子概率密度可弥补目前两通道光子概率密度存在的不足;最后和地基站点TCCON数据进行比较,利用2016年1月-2016年4月的TCCON站点附近的GOSAT卫星数据进行反演,反演结果和TCCON进行比较,结果显示反演的最大误差不超过8ppm。初步实验结果表明,本文反演方法具有较高的精度。
[博士论文] 王建成
环境科学与工程 中国科学技术大学 2018(学位年度)
摘要:汞(Hg)是有毒性的物质,由于其广泛的存在,并且具备长距离传输的属性,受到了全球的关注。极地地区很高的汞富集现象表明人类活动产生的汞可以通过传播影响到如此偏远的地区。汞在冰/雪-气界面的转化和交换过程有其独特机制,气候变化也将对其产生影响。汞的海-气交换过程对于汞的全球循环过程来说至关重要。海洋释放的汞不仅是对大气的一个重要补充,也促使了它更长距离的传播。本文重点关注南极内陆和海洋边界层中大气汞分布特征、传输机制以及气态汞海-气交换过程,研究区域涵盖南极内陆、南大洋以及印度-太平洋海域。主要内容和结论如下:
  (1)2012年12月16日至2013年2月6日,调查了自南极沿岸到内陆断面气态总汞(TGM)的分布特征。TGM分布范围为0.32-2.34ng m-3,平均浓度为0.91±-0.33ng m-3。沿岸受到海洋释放影响,内陆地区(海拔>3000m)呈现出高值。受地形和氧化还原条件影响,内陆平缓地区(距海岸290-800km)TGM浓度值要高于陡坡区(距海岸800-1000km)。昆仑站TGM浓度呈现出显著的昼夜差异,午夜最低而正午最高。这种昼夜特征可归因于雪中气态汞的再释放,氧化损耗以及混合层的对流过程。
  (2)2014年12月13日-2015年2月1日,随雪龙船观测了南大洋周边大气中气态汞(GEM)及表层海水中溶解性气态汞(DGM)的浓度。南大洋夏季海洋边界层中GEM浓度范围:0.39-1.92ng m-3,均值:0.93±0.19ng m-3;表层海水中DGM浓度范围:7.0-75.9pg L-1,均值:23.7±13.2pg L-1。边界层中GEM出现的低值(<0.6ng m-3)揭示了南大洋夏季也可能发生大气汞损耗事件,另外还会受到南极内陆下降风气团的影响。海冰融化将导致更多的汞进入南大洋海水中并被重新释放到大气中。南大洋在夏季会释放气态汞到大气中。
  (3)发现在中央印度-太平洋地区赤道附近海域海洋边界层(MBL)中GEM浓度有明显的升高趋势。排除人为活动排放、火山活动以及生物燃烧的影响,这种持续性的GEM升高很可能和海洋释放联系在一起。而表层水体中DGM含量在赤道地区也相应升高,更是佐证了这一点。巨大而强烈的降水活动给当地海表带来大量的汞的沉降,在强烈光照条件下,容易被还原并重新进入大气。这揭示赤道附近地区很可能在一定程度上类似于气态汞传输过程中“中转站”,起着“跳板”的作用,帮助汞的再次传播。
  (4)开发了一套表层海水DGM船基走航连续分析系统,并得到很好的应用。获得了南大洋和西太平洋海域表层海水DGM浓度,结合GEM浓度、表层海水温度(SST)和风速(SPD)数据,计算了气态汞海-气交换通量。气态汞的海-气交换通量主要受DGM浓度和风速影响。另外,各不同海域报道的表层海水DGM分布和气态汞海-气交换通量数据时空差异十分的大,未来更多的研究是必要的。
[硕士论文] 任肇雯
环境工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:随着社会经济的快速发展,温室气体的排放成为了全球人民及国际政府之间最关心的环境问题。通过编制温室气体排放清单,可以更加直观的了解研究区域的温室气体的排放来源、计算方法以及变化趋势等,对于制定温室气体的减排目标、评估减排措施的效果具有十分重要的意义。
  本文以江西省作为研究案例,根据《IPCC国家温室气体清单编制指南》和《省级温室气体清单编制指南》,对研究区能源、工业、农业、林业和废弃物五个部门的温室气体排放进行核算,从人均温室气体排放、单位面积温室气体排放、万元GDP温室气体排放和温室气体排放等级评估模型等来对江西省温室气体排放情况进行多方面评估。运用Kaya恒等式和LMDI分解法对碳排放的影响因素进行分析,并探讨分解结果对温室气体排放的影响力。最后通过情景分析法对江西省2020年的温室气体排放量进行预测分析。
  通过研究得出江西省2005-2015年的温室气体排放总量表现为递增的趋势,从2005年15729.5t增加到2015年的27952.3t,CO2是排放占比最高的温室气体,占总排放量的比例从2005年的78.4%上升到2015年的86.4%,而CH4与NO2排放占总排放量的比例呈现递减的趋势。由于能源消耗排放的温室气体是最多的,占总排放量的比例维持在65%以上。2005-2015年江西省的温室气体排放等级从Ⅰc上升为Ⅱa,这说明了随着工业化进程的加快,环境污染问题也是越来越严重。通过对碳排放的影响因素分析可知,人口数量和人均GDP是促进温室气体排放的两大重要因素。在设定的“基准情景”与“低碳政策情景”两种情景模式下,到2020年万元GDP温室气体排放量分别为1.57t/104yuan和1.37t/104yuan。
[硕士论文] 高玉娟
环境科学 浙江大学 2018(学位年度)
摘要:本研究以暖季降水重建为基础,重新分析了过去500年亚洲季风区对火山强迫的水文响应。结果表明热带火山喷发后,中国地区降水呈现偶极子模式即长江淮河流域降水显著增加而中国南部降水明显减少。我们的研究结论与E1Chichón和Pinatubo火山的观测结果一致。因此我们认为之前以亚洲季风干旱指数集(MADA)重建为基础,提出热带及北半球火山波动导致亚洲整体干旱的结论过于简单化。而亚洲地区的水文响应是削弱的东亚和南亚夏季风及加强的东亚副热带西风急流共同作用的结果。
  1815年坦博拉火山喷发后在欧洲及北美地区导致1816年“无夏之年”并引起了严重的作物歉收和饥荒事件。然其对中国的影响却鲜有报道。本研究使用两套独立的代用记录并在过去千年热带火山对中国地区整体影响评价的基础上,系统的分析了坦博拉火山对中国气候及社会影响。以树轮为基础的代用数据和中国历史记录表明坦博拉火山喷发后引起了极端寒冷天气,随之伴随着严重的霜冻灾害和冰雪累积,而这一异常的气象灾害在中国南部地区是很少见的。低温往往通过抑制水分蒸发和季风环流引起干旱异常,干旱响应在亚洲季风干旱指数集(MADA)中很明显但在多代用降水重建数据中大部分干旱信号消失。中国历史记录记载的干旱,洪涝,霜冻和饥荒事件除中国南部地区外其他地区响应很温和,这部分归因于文献记录对坦博拉波动响应的不敏感性,或者对相应道尔顿极小期较低的太阳辐射及1809年未知的前置火山引起的较冷背景条件的不敏感性。
  为了进一步了解背景场(1809年前置火山及道尔顿极小太阳辐射强迫)对1815年坦博拉火山气候效应的潜在影响及预测将来情景下(RCP4.5)背景下,坦博拉量级气溶胶的气候效应及气候敏感度变化。我们运用CESM模型模拟了不同背景场下坦博拉量级火山强迫短暂的气候响应。结果表明在全球范围出现显著降温和轻微的降水减少,不同情景下差异较小。在亚洲季风区,降温幅度和降水减少量约是全球的两倍和五倍。然而,在较冷的背景条件下(道尔顿太阳辐射强极小值和1809年前置火山),水文敏感度增加约20%。亚洲季风区对流降水的减少主导了总降水响应的变化趋势,而较冷背景条件下对流降水的主导作用削弱。在RCP4.5情景下,我们发现全球尺度上具有相似的降温和降水减少趋势,但在亚洲季风区水文敏感度增加约5.8%,我们的研究表明了背景条件对火山强迫的调节作用。冷暖背景场下火山气溶胶气候效应的不同对我们评估将来全球变暖情景下火山气候影响具有重要意义,并为平流层地球工程方案提供借鉴作用。
[博士论文] 黄伟娇
土地资源管理 浙江大学 2017(学位年度)
摘要:目前,世界上约54%的人口居住在城市地区,预计到2050年城市化率将增加到66%。城市化最直接的表现是土地利用/覆被的变化,下垫面的变化改变了城市地表接收的太阳福射量和热量交换效率,导致城市与郊区气温差增加,从而形成城市热岛效应。上海作为中国的经济中心,改革开放以来,城市扩展速度加快,人口密度升高,研究上海市城市扩展对热岛效应的影响,揭示城市热岛效应时空格局演变规律,对改善城市生态环境和推动城市可持续发展有重要的理论意义和实用价值。
  本文以上海市为研究区,采用1974-2015年Landsat、SPOT-5、HJ-lB CCD和2000-2013年MODIS等遥感数据以及11个国家级地面气象观测站和120个区域自动气象站数据,运用卫星遥感技术、地理信息技术、统计回归模型方法和气候学分析方法,以建设用地空间信息提取,分析城市建设用地时空格局演变,城市扩展对城市热岛效应的影响和城市热岛效应气候学分析为主轴线,开展上海市城市建设用地扩展的热岛效应定量遥感估算及其气候特征研究。主要研究结果如下:
  (1)利用2005年Landsat ETM+卫星数据,利用线性光谱混合分解得到高反照率、低反照率、植被和蓝色屋顶四个端元的丰度图;在此基础上,利用迭代自组织数据分析方法提取高反照率丰度图中的高亮土壤及低反照率丰度图中的阴影和水体,最终获得不透水面丰度图。以2005年高空间分辨率的Google Earth、SPOT5影像和2003年土地利用现状图对2005年不透水面丰度图进行精度验证,RMSE值为0.121,随后结合阈值的设定提取2005年建设用地;根据以上的方法利用173景1974-2015年Landsat MSS/TM/ETM+/OLI和HJ-lB CCD等卫星数据,获取1974-2015年历年上海市建设用地空间分布图。通过采用圈层同心圆缓冲分析法和扇形分区法结合城市扩展强度指标分析上海市建设用地时空格局变化特征,发现区域建设用地扩展强度受距离市中心的距离影响,不同时期、不同方向建设用地扩展强度存在显著差异。1978-2015年上海市城市建设用地面积呈现逐渐上升趋势,特别是2000年城市化进程加速增长。
  (2)利用上海市徐家汇等11个气象站点的1961-2013年逐月平均气温、最低气温和最高气温数据,以徐家汇站为城市站点,其他站点为郊区站点计算1961-2013年上海城市热岛强度。结果表明:1961-2013年基于不同郊区站的上海市城市热岛强度总体上呈先增加后减少趋势。1961-1990年基于徐家汇与周边站点的年平均气温、最低气温和最高气温热岛强度分别增加了0.34、0.48和0.25℃。1991-2003年基于不同郊区站的年平均气温、最低气温和最高气温热岛强度分别增加了0.41、0.78和0.34℃。在2004年左右基于大部分郊区站的年平均气温、最低气温和最高气温热岛强度达到最大值,而后热岛强度开始下降。结合遥感影像提取的城市建设用地空间分布图,发现这是由于作为参考站的郊区站点受到城市化的影响,建设用地比例增加,导致这些站点的气温上升,进而使得徐家汇站点与郊区气象站点的温差下降。
  (3)上海中心城区气象站徐家汇与郊区气象站之间的城市热岛强度在2004年前后的转折是什么原因引起的?值得进一步探讨。因此,本研究选取受城市化影响比较小的海岛气象站嵊泗站作为参照站,以便客观反映城市化过程城市热岛强度变化。上海市11个气象站点与嵊泗气象站的年平均气温、最低气温和最高气温热岛强度总体上呈上升趋势,其中最低气温热岛强度的增加速率显著大于平均气温和最高气温热岛强度增加速率,也就是说上海市各个气象站的城市热岛强度还处于上升过程中。
  (4)为了分析城市热岛强度与城市建设用地的定量关系,以城市热岛强度为因变量,徐家汇站不同半径缓冲区内城市建设用地比例为自变量,建立城市用地扩展的热岛效应遥感估算模型。基于不同参考站的最低、最高气温和平均气温热岛效应的线性回归模型决定系数范围分别为0.31-0.86、0.39-0.81和0.50-0.87,均通过0.05显著检验。为量化郊区城市化对热岛强度的影响,以参考站闵行为例,利用热岛强度拐点之后的数据,建立城市热岛强度与闵行站5km半径缓冲区内建设用地比例的定量模型,发现两者呈现负相关关系,即城市热岛强度随闵行为中心的缓冲区内建设用地比例增加而降低。这“逆变化过程”并非是徐家汇为中心的建设用地增加导致的,而是随着郊区城市化的推进,郊区气象站点周围建设用地增加而温度上升,增温效果超过徐家汇站引起。这意味着在城市化对气温的影响研究和城市热岛效应研究时,合理选取“参考站”或郊区站点的,才能精确地估算城市用地扩展对热岛强度的影响。
  (5)针对目前利用遥感数据进行城市热岛强度分析主要集中在短时间尺度研究问题,本文从气候学视角,利用2000-2013年Terra/Aqua-MODIS数据,揭示上海市城市热岛强度的气候学特征。首先以MODIS反演的陆地表面温度(LST)、增强型植被指数(EVI)、归一化差异水体指数(NDWI)、太阳天顶角(SZA)、距海岸距离(DTC)为自变量,采用逐步多元线性回归方法,建立研究区气温遥感估算模型,模型验证精度在2.6°以内;在此基础上,利用估算模型,构建长时间系列、覆盖研究区的1km分辨率的气温数据集;以气候学的角度从不同的时间尺度来分析2000-2013年上海市城市热岛时空特征及其演变规律,结果表明2000-2013年Terra和Aqua星过境时间的白天城市热岛强度分别为1.0和2.2℃,晚上不同卫星过境时间的热岛强度为1.0℃。上海城市热岛效应的昼夜、季节特征差异较为明显,白天城市热岛效应大于夜间城市热岛效应。白天城市热岛效应夏季最强,冬季最弱,相反晚上城市热岛效应夏季最弱,冬天最强。不同季节植被状况与热岛强度的关系也存在差异,春、夏和秋季NDVI与城市热岛呈现负相关关系,冬季白天热岛强度与NDVI相关性不显著,晚上热岛强度与NDVI呈显著负相关。
[硕士论文] 刘少振
摄影测量与遥感 中国矿业大学;中国矿业大学(江苏) 2017(学位年度)
摘要:工业革命以来,人类创造的物质财富比之前数千年创造的物质财富总和还要多,与此同时人类也付出了巨大的资源和环境代价。人类活动导致的以碳元素为主的温室气体排放是全球变暖的主要原因。根据现有的观测数据显示,全球大气CO2浓度上升趋势明显,目前已经达到400ppm左右。本论文基于GOSAT卫星L3数据研究了我国CO2浓度在不同区域尺度上的时间和空间的变化特征。利用MODIS卫星数据、SRTM高程数据、能源碳排放量数据、GDP数据以及人口数据与CO2浓度数据进行相关性分析,探究CO2浓度时空分布的影响因素,并选取对CO2浓度变化有显著影响的能源消费碳排放因素进行深入研究,探究能源消费碳排放因素的影响效应,为低碳发展提出针对性建议。
  (1)我国2010年至2015年CO2浓度呈现逐年上升的趋势,且随着月份和季节的推移呈现出明显的周期性以及季节变化规律。各行政区CO2浓度也呈现出普遍的上升趋势,年平均增长率在0.50%左右。
  我国CO2浓度在空间分布上存在分界线,分界线两侧,CO2浓度有着明显的差别。分界线东南部,多年CO2平均浓度较高,其中上海、浙江、安徽、湖北位列全国前4位,分界线西北部的CO2浓度偏低,内蒙古、青海、新疆、甘肃以及西藏位列全国后5位。
  (2)我国大部分的行政区(除上海、江苏、福建、广东、广西、海南和云南外)CO2浓度的周期性变化与NDVI的变化呈现出显著的负相关关系。
  地表温度对CO2浓度的影响在我国各个行政区差异明显。我国CO2浓度空间分布与各行政区地形之间呈现比较显著的负相关关系。
  CO2浓度变化与能源消费碳排放量、国内生产总值GDP、人口数量的变化呈现显著的正相关关系。
  (3)利用基于改进Kaya恒等式的LMDI分解法对能源消费碳排放的影响效应进行研究。2004-2014年期间,三次产业部门能源结构效应的累积影响效应为正,说明我国的能源消费结构没有大的调整,煤、石油、天然气等传统能源依然占据主导地位。产业结构、能源强度的累积影响效应为负值,说明我国能源使用效率的逐步提高以及产业结构的逐步优化。
[硕士论文] 李宝鑫
自然地理学 青海师范大学 2017(学位年度)
摘要:全球变化是当今人类共同面对的挑战,对于全球气候变暖这一现象,这些年来已经成为学术界不争的事实,是国际社会公认的全球性问题。湿地生态系统被称为地球之肾,对于调节气候有着重要的作用。而青藏高原地处世界第三极,其地理位置独特,地处青藏高原的湿地生态系统对于全球变化的响应往往十分敏感。由于这一特性,其对于中国甚至全球范围内的气候具有不可忽视的反馈调节作用,对全球温室气体排放具有很大的影响潜质。全球气温变暖背景下对于湿地生态系统带来的影响及后果是当下学术界的重点和热点研究领域。目前对于青藏高原不同类型湿地生态系统增温及大气氮沉降影响下温室气体排放响应之间的关系还不明确,本文以青藏高寒地区不同类型的自然湖滨湿地、河源湿地为研究对象,尝试在不同的时间尺度下观察研究模拟增温施氮状态下三种主要温室气体CO2、CH4、N2O的排放规律及对比,探讨湿地生态系统中影响温室气体排放量的关键因子及其可能的调控途径,并以此为从事于湿地保护及恢复的有关管理部门提供理论基础。
  研究内容及结果如下:
  研究开展于中国青海省海北州境内的青海湖流域小泊湖湿地及刚察县依克乌兰高寒湿地这两座高寒湿地系统通量观测站,研究湿地类型包括自然状态下青海湖水位下降后遗留下来的沼泽草甸湿地及刚察县瓦颜山沙柳河源湿地。于2016年5月至9月期间,运用静态箱-气相色谱法对两种类型湿地在时空动态变化下进行CO2、CH4和N2O通量排放的测定。并进行增温处理,氮添加处理和增温施氮交互处理,且与自然状态形成对照。研究发现在测定期间,总体上,两类湿地土壤三种主要温室气体CO2、CH4和N2O的通量均表现为排放作用。
  在生长季期间两块试验地中共进行了增温、施氮、增温施氮交互及自然状态4种处理,增温处理下对土壤CO2排放通量有一定的提升,增温施氮交互处理下的土壤CO2排放通量提升较为明显,综合来说CO2排放量:增温施氮区>增温区>施氮区>对照区。施氮、增温施氮的土壤N2O与CH4排放通量显著高于自然对照组。在生长季茂盛的7月与8月,湖滨湿地的CO2和N2O的排放量大于河源湿地,在生长季初期与生长季末期差异并不显著。对于CH4排放通量来说,在夏季经常处于淹水状态下的湖滨湿地明显大于河源湿地,在两类湿地生态系统之间CH4通量排放差异显著。在时空变化方面,不同时间尺度下来看,日变化对于温室气体排放有明显的影响,在一天之中,温室气体排放常在12点、3点达到峰值,在早晚日出日落时为低值。而对于季节来看,随着生长季的开始,温室气体排放逐步增大,在生长季茂盛的7月8月达到峰值,之后排放速率逐步降低。季节温度,水份,日照时间,植被生长状态等因素对于温室气体排放综合产生影响。
[硕士论文] 刘雪梅
地图学和地理信息系统 青海师范大学 2017(学位年度)
摘要:快速的城市化进程一方面使城市下垫面结构和特性发生了改变,导致城市热源增多,另一方面使城市建设、交通运输、工业生产以及居民生活每天向外排放的热量不断增加。城市中热源和热量的增加致使“城市热岛”效应日益加重,备受城镇居民和政府职能部门关注。
  本文利用1987-2015年多个时相的Landsat卫星影像及同期气象和社会经济数据,提取了西宁市多年建成区的范围,分析了近30年建成区时空变化特征;利用单窗算法反演了地表温度,结合热场变异指数定量分析了西宁市城市建成区热岛强度时空演化特征,探讨了其与城市绿化程度、车辆数等要素的关系,提出了城市化进程中城市热岛效应的调控措施。研究结论如
  1.西宁市建成区动态变化分析显示:1987年-2000年,西宁市城市发展缓慢,建成区主要分布在市区中心;2000年-2003年,建成区面积明显增加,除了市区中心,在大通县桥头镇、湟源县城关镇和湟中县鲁沙尔镇都出现小片建成区,但是相互之间独立存在并不连通;2003年-2013年以市区为中心,建成区向东、西、南、北四个方向快速扩张,不断有小片建成区出现;到2015年,以西宁市建成区形成了城中区为中心,向西到城关镇、向北到桥头镇、向南到鲁沙尔镇、向东到城东经济开发区已经形成了较为完整的“十”字形连通区域。
  2.西宁市地表温度时空演化特征分析表明:夏季白天,1995年以后开始出现明显的城郊温差;2000年?2003年城市热源明显增多,但分布零散,市中心、城市新区,工业园区和裸土地都表现为高温区或次高温区;2003年?2011年,零散分布的次高温和高温区面积逐渐增加,合并形成面积更大的高温区域,到2011年整个市区都处于次高温中;2015年,除市区外,从市区到周边各城镇的交通沿线区上都有次高温区分布,城市新区和工业园区处于高温区。冬季白天,从1989年起市区就表现为“冷岛”,并且随着城区建设发展,面“冷岛”积向东、西、南、北四个方向扩展,变化趋势与建成区变化趋势一致;2000年以前,城市郊区、川水区河谷两岸和浅山区都有大片的次高温区和高温区分布;2000年以后,尤其是2006年以后高温区和次高温区面积不断减小,到2015年,大多转化为中温区,只有极少的高温和次高温区。
  3.西宁市城市热岛效应定量分析显示:西宁市2000年以前夏季和冬季白天各个热岛区面积变化不明显,2000年以后热岛区面积,尤其是较强热岛区面积和中热岛区面积都出现迅速增加的趋势,到2003年热岛区面积达到最高,2003年以后热岛区面积渐渐回落。市区热岛效应强度在时间上分为三个区间,从1987年-2000年热岛效应缓慢增强,2000年-2003年是快速增强,2003年-2011热岛效应逐渐减弱,2011年-2015年,热岛效应强度基本保持不变。
  4.夏季白天,热岛强度与西宁市区车辆数、建成区面积、NDBI均值和人口数呈正相关,与城市绿化率、NDVI均值和B C I均值呈负相关;冬季白天,热岛强度与绿化率、NDVI均值、NDBI均值和B C I均值呈正相关,与车辆数、建成区面积呈负相关,与人口的相关性不明显。在此基础上,对各指标与西宁市的热岛强度HI( T)进行多元回归分析,得到冬季和夏季热岛强度的回归方程。
建筑与土木工程 长安大学 2017(学位年度)
摘要:随着我国城市建设的速率加快,城市人口也在持续增长,从而消耗能源量猛增,排出废量增多,另外不断扩大的建设用地(和农村土地覆盖材质不同)等原因综合作用下造成了城市与周边郊区的气温差,称之为“城市热岛”效应。城市热岛效应具有很大的危害性,最直观的是城市高温对人体舒适度的影响,还会加剧大气污染,造成异常天气和自然灾害。下垫面之一的城市水体可以改善环境、调节气候。目前涉及水体和城市热气候的学术成果情况是:两者基本相互独立,或者进行小范围的水体对热环境的影响研究,但这显然不能使城市整体热湿环境得到体现,因此在城市尺度上创建水体与大气热质交换模型势在必行。
  本文从自然条件、城市发展状况两个方面对西安市进行了介绍,再利用网络工具和相关画图软件,追求少占用计算机资源的前提下,对研究区(即西安市绕城高速以内)的建筑、水体、道路创建真实比例的几何模型。另一方面,依据水体与大气热湿交换的原理与公式建立了适用于本课题的热湿交换模型,将编写的程序利用UDF功能导入Fluent,利用长安大学渭水校区原位实验平台的资料对热湿交换模型进行了验证。将西安市几何模型与水面与大气的热质交换模型进行耦合,建立城市尺度的数值仿真模型。
  对夏季主导风EN风向下有无水体、不同风速三种工况,分别进行数值计算,并对计算结果从风速、温度及相对湿度三个方面进行分析。得到的结论如下:城市风场方面,在东北风(EN)风向下,汉城遗址和曲江遗址等城市郊区的风速明显大于城墙内旧城区的风速,上风处风速大于下风处。水体其正上方的风速明显大于无水体时,但水体对城市整体15m高度以上的风场影响较小。提高风速可以使整个风场速度相应得到提高。城市温度场方面,水体的存在对其上方空气有冷却作用,且对下风向一定区域的环境温度起到改善的作用,水体垂直方向的温度影响能力与其面积及该高度建筑分布有关。提高风速,可以使水体对下风向的影响范围得到扩大,降温范围增多。城市的相对湿度分布方面,水体的存在对其上空有明显的加湿作用,并且会增加下风向一定区域的环境相对湿度。垂直方向上,水体的加湿作用随着高度的增加越来越小,但随着建筑群落密度降低,水蒸气得到了更均匀的扩散,且大风速时扩散得更快。因西安市主城区建筑密度大,加之主导风向为东北风,最不利于城市西南区域,导致该区域风速小,温度高,相对湿度小。
  最后,依据本文研究结果分析,对城市热湿气候的改善作出一些建议:避免十字路口的建筑高度过高,以减小气流向垂直方向流通的阻力,改善通风情况的同时可以使城市热量扩散得更好;沿着西安市的主导风向建造人工湖或者修复已有水体,使水体的冷源作用得到更好地发挥;城区规划时,应充分考虑建筑群落与水体的配合设计,例如参考城市的主导风向创造通风廊道,一方面通风廊道双侧的建筑物不宜太密过太高,另一方面使通道通过水体,将水体冷却的空气与湿量带到下风向的城市繁华区域;城市住宅小区的人员多,产生的热量大,在小区设计规划阶段,可以合理布置若干人工水体来起到改善小区热环境的作用,同时要注意避免负压区的出现,以免污染空气聚集降低小区空气质量。
[硕士论文] 周甜甜
地理学 曲阜师范大学 2017(学位年度)
摘要:近些年来,大量关于城市热岛现象的研究结果表明沿海地区由于受海陆风等的影响,城市热岛特征有异于内陆地区,且热岛形成机理较内陆地区更复杂。但相对内陆城市而言,沿海地区气候条件较优越,对其热岛效应的关注度较低。本文选取中国北方沿海城市青岛市作为研究对象,对其城市热岛的时空特征进行分析。青岛市是中国重要的经济中心和港口城市,城市化水平高,尤其是20世纪90年代以后,青岛市进入全新的发展阶段,城市规模急剧扩大,由此引发了一系列的生态响应,城市热岛现象便是其中之一。城市热岛能够引发城市热浪,从而直接影响着人们的日常生活,甚至威胁到整个人类的可持续发展,引起了人们的广泛关注。
  本文根据2001年1月-2012年12月共416幅8天合成地表温度产品MOD11A2遥感影像,以UHIER指数为划分标准,采用密度分割法对地表温度进行等级分类,并运用相关分析、空间叠加分析和景观格局指数分析等方法,分析了青岛市城市热岛在日、季节及年际等时间尺度的变化规律和空间分布特征。结合Landsat TM数据、DEM数据、统计数据及气象数据,探讨了城市热岛的影响因素。主要结论有:(1)从20世纪80年代以来,青岛市的年平均气温、极端最低气温、极端最高气温总体上都呈波动上升趋势,其中极端最高气温的上升速率最快,三者的线性趋势变化率分别为0.289/10a、0.304/10a、0.407/10a,并于20世纪80年代末发生气温突变。(2)城市热岛具有夜强昼弱的日变化特征;在季节尺度上,表现为冬强夏弱,高温区所占面积比例分别为8.66%和5.07%;年际尺度上,热岛范围呈现出逐年增大的特点,高温区面积以每年15%的速率增加。(3)城市热岛主要集中在青岛市区、即墨市南部、胶州市中部以及黄岛区东部;同时2001-2012年间,热岛中心表现出由白天到夜晚向海洋靠近的昼夜差异及总体上北移的年际变化趋势;对城市热岛的景观格局分析发现,较高温区总体呈现逐渐减小与破碎化趋势,而高温区面积则逐年增大并向集中化趋势发展,总体而言,青岛市地表温度向高温化、集中化趋势发展。(4)NDVI与城市热岛之间呈现负相关关系,土地利用类型和地势分布与城市热岛分布呈现较好的吻合性;选取的人文因素对城市热岛的影响程度表现为:地区GDP>机动车数量>城市建成区面积>城镇人口比例;在气象条件方面,风向和风速分别能够影响城市热岛的分布和强度,相对湿度则能够减弱城市热岛效应。
  该研究结果可为合理缓解青岛市城市热岛提供一定的决策依据和方向,同时在一定程度上能够丰富沿海城市的热岛效应理论。
[博士论文] 张逸然
地图学与地理信息系统 浙江大学 2017(学位年度)
摘要:地表温度是表征气候变化的重要环境参数。卫星热红外遥感作为全球和区域地表温度获取的重要手段,其较低的空间分辨率(六十米到几十千米),无法满足高异质城市环境中复杂地表温度变化监测的需求。地表温度空间降尺度是融合中低分辨率热红外数据和高分辨率可见光/近红外数据,获取高分辨率地表温度的重要手段。国产高分一号、高分二号卫星高空间分辨率、高定位精度、高整星机动能力的优势,为地表温度空间降尺度的研究提供了良好的数据基础。然而,目前国内外地表温度空间降尺度研究中,估算高分辨率(米级)地表温度的研究较少,现有研究忽略了同类地物反射光谱和热特性存在变异性这一问题,特别是在高分辨率下,类内的变异性更大,极大影响了高分辨率地表温度估算的准确性。
  针对上述问题,本文基于国产高分一号(GF-1)、高分二号(GF-2)多光谱影像和Landsat-8热红外影像,围绕同类地物反射光谱和热特性存在变异性这一事实,引入面向对象的图像分析和多端元混合像元分解方法,开展地表温度空间降尺度的方法和应用研究。具体研究内容如下:
  (1)多端元对象混合像元分解方法。集成面向对象的图像分析和多端元混合像元分解方法的优势,针对高分辨率影像,提出基于影像分割和局部最小平均光谱角(Minimum Average Spectral Angle,MASA)的多端元对象混合像元分解方法(Multiple Endmember Object Spectral Mixture Analysis,MEOSMA),通过解决传统多端元混合像元分解方法在端元光谱抽取和端元集优化方面的不足,进一步降低类内变异性对光谱混合分解的影响。
  (2)基于MEOSMA的地表温度空间降尺度方法。依托国产GF-1、GF-2多光谱影像和Landsat-8热红外遥感影像,基于MEOSMA和线性热混合模型,提出了MEOSMA-TM(Multiple Endmember Object Spectral Mixture Analysis and Thermal Mixing)地表温度空间降尺度方法,有效解决了同类地物反射光谱和热特性变异性大的问题,实现了高空间分辨率地表温度的估算,并分别与降尺度前地表温度和杭州市国家基准气象站实测地表温度数据进行比较,具有较好的准确性。
  (3)基于MEOSMA-TM的杭州市交通网络对城市地表温度场的影响研究。基于MEOSMA-TM方法计算杭州市主城区多个时相的高空间分辨率地表温度数据,分析杭州市主城区地表温度场的时空分布特征;利用网格分析、缓冲区分析、空间统计分析等方法,研究交通路网密度、不同等级道路、绿化形式、交通枢纽对城市地表温度的影响。
  研究成果提高了高分辨率遥感影像混合像元分解和高分辨率地表温度估算的精度,推动了国产高分辨率卫星影像在城市热环境研究中的应用,对于小尺度城市热环境的研究具有重要的意义,对于城市土地利用规划、城市生态环境管理、交通路网规划等相关领域具有重要的应用价值。
[硕士论文] 尹柯柯
地图学与地理信息系统 兰州交通大学 2017(学位年度)
摘要:随着我国经济实力的不断增强,加快了城市化进程,快速的城市化进程使得人们的生活水平不断提高,同时也带了一系列的城市生态问题,城市热岛是其中最为严重的城市生态问题。如何缓解城市热岛所带来的严重的城市生态问题已经成为学术界和各国政府亟待解决的一大难题,城市热岛效应的研究也已成一个热点话题,其作为城市小气候的一个重要的影响因素,认知其形成过程、空间特征和时空变化等不仅有助于人们进一步了解局部城市小气候,有助于探究出缓解城市热岛效应的措施,为未来的城市规划提供不可或缺的参考价值。
  兰州市作为典型的河谷型城市,其特殊的河谷型陷落盆地特征使得兰州市边界层结构及地表热辐射能量平衡较其他平原城市有很大的不同,其又是一个重工业污染的城市,特殊的产业发展历程,导致了不合理的产业结构布局,产业空间和城市规划还未能实现良性的互动,从而使得兰州市城市生态问题较为严重,故对于兰州市城市热岛效应的研究,有助于提出有效的城市生态问题治理措施,改善市民日常的生活环境具有不可估量的价值,对兰州市科学合理的产业布局和城市规划具有重要的参考价值。鉴于此,本文以兰州市主城区为研究对象,借助遥感、地理信息空间分析和景观生态学等方法,研究了兰州市1994-2015年的城市热岛演变特征,定量分析了地表温度与城市下点面层部分地表指数之间的关系,并在Landsat8遥感数据的基础上研究了兰州市城市热岛的季节性空间分布特征,取得了以下研究结论:
  (1)兰州市热岛面积主要以次级热岛为主,而扩展速率最快的为强热岛,热岛的扩展方向与城镇用地延伸方向一致;热岛演变过程为强热岛→热岛→正常区→绿岛→冷岛,其逆过程则是向相反方向逐级演变,越级转变的可能性相对较小,强热岛对于城市下垫面的变化最为敏感。城市热岛效应与土壤湿度指数(NDMI)、增强型水体指数(EWI)、土壤亮度指数(NDSI)呈正相关,与修改后的土壤调节植被指数(MSAVI)呈负相关。
  (2)兰州市城市热岛效应强弱按季节变化的顺序是春季>夏季>冬季>秋季,其中夏季城市下垫面层热场分布最为复杂;除冬季以外,其他三个季节的城市热岛分布状况都呈现出以黄河为低温带着的特征,说明在这三个季节黄河的低温带是影响河谷内热环境分布的一个重要因子。借鉴景观生态学中转移概率矩阵法对河谷内四季各个热力景观的转移特征近行分析,发现各季节最为稳定的热力斑块为正常区,但一旦发生改变,其转变为热岛的可能性要大于向冷岛和绿岛的转变,次热岛和强热岛到在四季变换中呈现出春季到夏季减弱,夏季到秋季减弱,秋季到冬季增强。
  (3)地表温度的空间分布特征与下垫面层的结构密切相关,下垫面层覆盖类型越复杂,地表温度剖面线跌岩起伏的程度越大,地表温度越不均匀,城市热岛强度也越大。小西湖、植物园等植被覆盖度较高的地方均出现不同程度的低温区,提高城市植被的绿化率可以有效减缓城市热岛效应,另外,在金港城这样的住宅区也出现了低温区,说明合理的规划布局也能从一定程度上缓解城市热岛效应。
  (4)兰州市城市扩张较为显著,其主要的扩张方向是由城关区逐步向西固区、安宁区延伸,呈现出自西向东的扩张趋势,1994年到2004年,城镇用地城关区向雁滩扩展,其主延伸范围主要是以城关区为主,呈零星分布式扩张,而从2004年到2015年,其主要向七里河区、安宁区高新开发区和西固区方向扩展,扩展方式呈大面积连片扩张。不同年份的不同热岛的空间分布特征都与其相应的城镇用地分布特征基本一致,城市热岛分布特征的扩展与城镇用地的延伸方向相同,这主要是由于城镇用地的改变,使得原有的自然表面被大量的人工表面所替代,导致城市热岛效应增强,说明城市下垫面结构的特性对城市热岛起决定性作用。兰州市热岛的增强主要以强热岛为主,兰州市热岛效应日益严重。
[硕士论文] 肖京昊
化学工程 内蒙古大学 2017(学位年度)
摘要:目前我国环境污染日益严重,国家正在加快工业转型升级的脚步,工业污染物的排放直接影响生活环境的空气质量与身体健康。长期生活在气体污染物扩散严重的环境中将会对人体造成严重损害。学校校区是学生学习生活的主要场所,学生的学习与生活环境一直是社会关注的焦点,所以研究学校周边污染物在校区内的扩散状况对学校建设以及污染源的迁移有现实指导意义。
  本文利用计算流体力学CFD(Computational Fluid Dynamics)方法,以假想学校校区为研究对象,建立了物理模型和数学模型,通过数值模拟的方法对该学校校区气流流动以及校区内污染物的扩散情况进行三维模拟计算,其中以二氧化硫为主要污染物,分析学校内不同风向时的流场变化以及污染物的扩散情况。模拟结果表明:
  首先,不同风向时,通过对温度场和浓度场的分析,得到建筑物和人们活动的地面附近的污染物分布:污染源扩散主要是在建筑物外的上空进行扩散,在上空的水平面内,沿着主导风向浓度逐渐减小,而在校区内,由于受到建筑物的遮挡作用,污染物会在建筑物的背风侧形成富集区域。
  其次,浓度高低取决于该点所处的具体位置,在不同高度水平区域内不同模拟点处的浓度是不同的,在低于建筑物污染物的扩散在很大程度上受到建筑物的影响。随着高度的升高,流场受到的建筑物的影响逐渐弱化,但是高于建筑物一定距离的流场还是要受到建筑物的影响,从而导致风向改变。风会沿着建筑物的顶部角缘向上攀升,流速逐渐增大。污染物随着主导风向越过建筑物之后,主要通过建筑物顶部扩散,在其背面出现回流。
[硕士论文] 周梦宇
地理学 东华理工大学 2017(学位年度)
摘要:自城市热岛效应概念首次被提出后,对城市热岛效应问题的研究逐渐受到重视。当前,城市热岛效应问题不仅是学术界研究的焦点和热点,也是构建新型现代化都市首先需要考虑的问题。南昌市是江西省的省会城市,近年来,随着城市化建设脚步加快,城市建设用地面积不断扩张,土地利用与覆盖类型发生较大变化,导致热岛效应也日渐加剧,诸多生态问题接踵而至。
  基于此,本文利用2000年、2005年和2009年的Landsat-5 TM和2014年、2016年Landsat-8 OLI影像数据,通过大气校正法反演南昌市的地表温度,并对不同时期的南昌市各县区地表温度分布状况进行分析。以均值-标准差法对地表温度反演结果进行热岛强度等级划分,分析南昌市热岛效应时空变化规律。同时,结合南昌市土地利用分类结果探讨裸地、城市建设用地、植被、水体与地表温度的相关关系,并提取研究区归一化植被指数、归一化建筑指数和归一化水体指数,通过建立各指数与地表温度的线性回归方程,定量分析各指数与地表温度的关系。研究结果表明:
  (1)从2000年到2014年,南昌市地表温度始终呈现增长的趋势,并且南昌市城市中心的温度明显高于其它各县区。根据均值-标准差法对热岛强度等级进行划分,结果表明南昌市热岛效应正在逐渐增强,主要是由城市中心向外围延伸至新建区以及进贤县等其它县区。并且不同季节热岛效应的强弱程度也不同,南昌市季节性热岛效应主要以秋季最强,夏季和春季次之,冬季最弱为特点。
  (2)在城市化发展的进程中,南昌市土地利用覆盖类型发生较大变化,主要是城市植被与水体面积大幅减少,而城市建设用地与裸地面积扩张明显,并且建设用地与裸地的扩张主要贡献源自植被面积的减少。
  (3)在城市内部,建设用地的地表平均温度值最高,其次是裸地与植被,水体的地表平均温度最低,并且建设用地和裸地与地表温度的增长趋势相一致,植被、水体与地表温度则呈现反向的增长趋势。
  (4)各归一化指数与地表温度之间的相关性显著。其中,NDVI和NDWI与地表温度表现为显著的负相关性,并且NDWI与地表温度的负相关性高于NDVI。而NDBI与地表温度表现为显著的正相关性。也就是说,在城市内部,城市建设用地与裸地对地表的升温作用贡献最大,而植被与水体对地表温度具有显著的降温作用,并且水体的降温作用比植被效果更好。
[硕士论文] 任晓静
环境工程 华中农业大学 2017(学位年度)
摘要:甲烷(CH4)是仅次于CO2的重要温室气体,CH4的主要排放源来自农业活动,在各种农业排放源中,稻田是CH4最重要的农业源。从农田管理的角度寻求CH4减排成为当前研究的一个重要方向。因此,本研究依托中国科学院盐亭紫色土农业生态试验站,以川中丘陵地区典型冬水田为研究对象,采用静态暗箱-气相色谱法,在2012~2015年对冬水田(RF)和冬水田转稻麦轮作(RW)的CH4排放通量进行了连续三年的定位观测,研究了冬水田转为稻麦轮作后对CH4排放的影响。主要研究结果如下:
  1.冬水田和稻麦轮作处理的CH4排放通量均整体表现出“冬春低、夏秋高”的季节规律。冬水田转稻麦轮作处理后,CH4累积排放量减少43%,其中稻季减少量占总减少量的39%,非稻季占61%,并多出一季小麦产出,说明将冬水田转为稻麦轮作能显著降低CH4排放通量,其中非稻季CH4减排量大于稻季,同时增加了作物产量。
  2.冬水田的休闲期水分排干种植小麦后,其麦季CH4排放通量比冬水田在该时段的排放通量减少70%~81%,因此,冬水田转稻麦轮作能显著减少休闲期的CH4排放通量;在2012~2015年,RF处理的休闲期CH4平均排放通量比RW处理麦季高3~80倍,相应的累积排放量高3~6倍,非稻季CH4排放量冬水田明显高于稻麦轮作;在RF处理的非稻季,三年间的CH4平均排放通量分别为0.8、1.62和3.65mg Cm-2 h-1,RW处理相应的通量分别为0.01、0.1和1.05mg Cm-2 h-1,三年间RF、RW处理非稻季的CH4排放通量均在逐年增加。
  3.冬水田转为稻麦轮作后,其稻季CH4排放通量比冬水田稻季减少24%~33%,因此,冬水田转稻麦轮作不仅在冬季休闲期,在稻季也能显著降低CH4排放通量;在2013年和2014年的稻季,RF处理的CH4平均排放通量比RW处理高2倍,相应的累积排放量高1.4倍,稻季CH4排放量RF处理明显高于RW处理;2013年和2014年的稻季,RF处理的CH4平均排放通量分别为10.22和11.78mg Cm-2 h-1,RW处理相应的通量分别为5.64和6.89mg Cm-2 h-1,两年的RF、RW处理在稻季的CH4排放通量均在逐年增加。
  4.在RF处理2013年的稻季,常规施肥与无氮肥处理的CH4排放通量之间差异不显著(p<0.05),而在2014年稻季常规施肥处理的CH4排放通量大于无氮肥处理,差异显著(p>0.05),在2014~2015年的休闲期,常规施肥处理的CH4排放通量明显高于无氮肥,氮肥对RF处理的CH4排放整体表现为促进作用;在2012~2015年,RW处理麦季常规施肥处理的CH4累积排放量分别是无氮肥处理的2.3、1.7和1.0倍,稻季常规施肥处理分别是无氮肥处理的1.1和1.3倍,RW处理麦季和稻季的常规施肥处理CH4排放通量均大于无氮肥处理的,氮肥对RW处理的CH4排放有促进作用。
  5.在2012~2015年,不管是RF还是RW的稻季有植株处理的CH4排放通量均大于无植株处理的,差异显著(p<0.05);在2013年和2014年稻季,RF处理有植株处理的CH4累积排放量分别是无植株处理的2.2和3.1倍,RW处理有植株处理的CH4累积排放量分别是无植株处理的2.7和1.8倍。但RW处理麦季,有植株与无植株处理的CH4排放通量差异不显著(p>0.05)。整体而言,植株对RF和RW处理的稻季CH4排放有明显的促进作用,对麦季CH4排放影响不显著。
  6.RF和RW处理的CH4排放通量均与5cm土壤温度之间呈显著正相关关系(p<0.05);当RF的土壤温度高于10℃左右,RW处理的土壤温度高于15℃左右时,CH4排放通量随着温度的升高而增加。综合分析影响CH4排放的环境因子,得到RW处理的CH4排放受铵态氮、硝态氮、可溶态总氮和土壤温度这4个因子影响较大,其中土壤温度是主要影响因子;但在RF处理的休闲期,田间水深是影响CH4排放的主要因子。
  7.土壤水分与RW处理CH4排放量之间关系不显著(p>0.05),田间水深与RF处理CH4排放量之间呈显著正相关关系(p<0.05),且主要集中1~5cm水层。RF处理的土壤有机碳与CH4通量之间关系不显著(p>0.05),铵态氮、硝态氮和可溶态总氮含量与CH4通量之间关系关系不显著(p>0.05); RW处理的土壤有机碳与CH4通量之间关系均不显著(p>0.05),铵态氮和可溶态总氮含量与CH4通量之间关系不显著(p>0.05),硝态氮含量与CH4通量之间呈极显著负相关关系(p<0.01)。
  综上,在冬水田转稻麦轮作的过程中,土壤水分状态的改变、温度和可溶态氮含量的变化是影响CH4排放的主要因子,冬水田转稻麦轮作在减少CH4排放的同时增加了农作物产出。因此,冬水田转稻麦轮作对环境和农户都是有利的。
[硕士论文] 王智鹏
农业经济管理 江西财经大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,全球气候变暖给人类带来了严峻挑战,不但破坏了自然生态系统,而且严重威胁到了人类社会经济发展与生存环境,温室气体尤其是CO2排放量剧增是造成全球气候变暖的根源。世界观察研究所2009年公布的《畜牧与气候变化》报告指出,按照CO2排放当量计算,牧畜及副产品至少排放了325.64亿t CO2当量的温室气体,占世界总排放量的51%,远远超过世界粮农组织先前估计的18%,畜牧业已成为温室气体重要的排放来源。中国自2008年超越美国成为世界第一大碳排放国以来,政府高度关注碳排放问题,承诺到2020年CO2排放强度要比2005年降低40%~45%。政府“十八大报告”将生态文明建设纳入社会主义事业“五位一体”的总体布局,并提出从源头上扭转生态环境恶化及气候变暖等趋势,同时政府“十三五规划”将碳减排列为“十三五”重点工作。江西省作为我国十大生猪养殖主产省之一,每年因生猪养殖生产活动直接或间接产生的温室气体排放量,不容小觑。对致力于打造“生态明文建设示范区”和美丽中国“江西样板”的江西省而言,生猪养殖温室气体减排政策完善是建设文明、和谐、秀美江西的基本保证,是推动江西科学发展、绿色崛起的重点与关键,对于其他“生态文明示范区”建设具有重要的借鉴意义与参考价值。
  论文主要研究内容为:研究背景与问题的提出、研究内容与研究方法、理论基础与文献综述(第1、2章),江西省生猪养殖温室气体排放测算及其时空演变规律分析(第3章),江西省生猪养殖温室气体排放EKC特征及脱钩效应分析(第4章),江西省生猪养殖温室气体排放影响影响因素分解分析(第5章),结论、建议及研究展望(第6章)。主要研究结论如下:
  (1)运用生命周期评价方法(LCA)测算和分析江西省生猪养殖全生命周期温室气体排放时空演变规律的研究结果显示:1990-2014年江西省生猪养殖全生命周期及各个环节的CO2当量排放量均呈上升趋势,CO2当量排放总量呈现出“N”型增长特征,其中生猪饲料粮种植、粪便管理系统和生猪饲料粮运输加工环节CO2当量排放量上升显著;生猪饲料粮种植和粪便管理系统两大环节CO2当量排放量占总排放量的比例远高于其他4个环节,生猪饲料粮种植和粪便管理系统是生猪产业温室气体排放的主要来源。11个地级市生猪养殖温室气体排放聚集特征显著,吉安市、赣州市和宜春市CO2当量排放总量位列江西省前三位。
  (2)运用EKC模型和Tapio脱钩模型检验江西省及各市生猪养殖温室气体排放与经济发展之间的长期关系发现:江西省生猪养殖温室气体排放与经济发展之间存在“倒N型”的EKC关系,且存在临界值分别为2454元和10864元的双拐点。生猪养殖温室气体排放与经济发展之间均呈现弱脱钩的关系,生猪养殖业产值增速快于生猪养殖温室气体排放增速,江西省生猪养殖温室气体排放与经济发展较为协调。
  (3)采用LMDI模型对江西省生猪养殖温室气体排放影响因素进行分解分析的研究结果表明:经济发展因素是江西省生猪养殖温室气体排放增长的主要驱动因素,与2000年相比,2000-2014年间产生了189.96%的生猪养殖温室气体排放增量;效率因素、结构因素和劳动力因素则降低了江西省生猪养殖温室气体排放量,与2000年相比,2000-2014年间分别累计实现了79.35%、12.09%和25.16%的生猪养殖温室气体减排量,其中效率因素对江西省生猪养殖温室气体减排的贡献力度最大。
  (4)总结全文提出相关对策建议并进行研究展望。总结全文研究结论,得出生猪养殖温室气体排放时空演变规律及影响因素等结论。统筹兼顾生猪产业发展和节能减排、低碳养殖两大目标,提出提高完善养殖技术体系,合理实施种养结合,科学规划发展布局,健全经济激励机制,完善污染监管体制系,大力推进碳交易平台建设等对策建议,并对进一步的研究进行展望。
[硕士论文] 赵佳玉
光学工程 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:获得高精度的温室气体通量数据,并对不同区域之间的温室气体排放量级进行比较,是控制大气温室气体排放的主要途径。光谱技术的发展为通量观测,特别是对信噪比较小(如小型水体等)的区域提供了高精度的技术手段。验证光谱仪在野外观测中的适用性和稳定性,明确不同光谱仪之间的测量差异,不仅对野外连续观测以及不同通量观测方法中仪器的选择和应用提供了参考价值,同时也进一步拓宽了光谱技术在大气温室气体探测方面的应用研究。
  本研究基于离轴积分腔输出光谱(OA-ICOS)、波长调制光谱(WMS)、非色散红外光谱(NDIR)原理的三种光谱仪构建了通量梯度(FG)和涡度相关通量观测系统(EC),对小型水体水-气界面温室气体浓度和通量进行了原位高频观测,验证了光谱仪在野外观测中的适用性和稳定性;同时阐述了不同通量观测方法之间的原理差异、WPL和光谱校正对原始通量数据的影响,并明确了基于高精度光谱仪构建的通量梯度系统对小型水体的通量信号的检测能力,主要结果如下:
  (1)对光谱仪在线计算气体浓度原理和浓度观测结果分析发现:对于CO2浓度,NDIR光谱仪和OA-ICOS分析仪测量值的有效数据量分别为59%和89%,NDIR光谱仪测量的CO2浓度低于OA-ICOS分析仪测量值约为18.10μmol mol-1,对于H2O浓度,NDIR光谱仪和OA-ICOS分析仪测量值的有效数据量分别为63%和89%,NDIR光谱仪测量的H2O浓度低于OA-ICOS分析仪测量值约为3.8mmol mol-1,产生偏差的原因主要由系统误差、密度和浓度之间转化时大气温度和压强波动以及开路仪器存在漂移带来的误差;对于CH4浓度,WMS分析仪和OA-ICOS分析仪测量值的有效数据量分别为71%和91%,WMS分析仪测量CH4的浓度值在观测期间低于OA-ICOS测量值约为0.01μmol mol-1,并且通过研究不同湿度条件下不同光谱仪测量值偏差的变化,发现低湿条件下(相对湿度为30%~40%)NDIR光谱仪以及WMS分析仪与OA-ICOS分析仪的测量值更为接近,以上分析结果表明:OA-ICOS分析仪在野外观测中由于受大气环境因素波动影响较小,因此有效数据量和浓度准确度更高,可以作为野外观测中测量温室气体浓度仪器选择的参考。
  (2)利用不同光谱仪构建通量梯度与涡度相关通量观测系统对小型水体进行通量观测发现:不同光谱仪构建的通量观测系统能够实现对低信噪比区域小型水体的温室气体通量观测,且两种通量观测方法都能够捕捉到通量的时间变化特征,其中利用OA-ICOS分析仪结合自组装的便携式通量梯度系统能够观测到大气中的梯度信号,并且零梯度测试结果显示本套通量梯度系统测量H2O、CO2和CH4通量的精度分别为0.30W·m-2、0.006mg·(m2·s)-1、0.03μg·(m2·s)-1,并和其他文献的零梯度测量结果对比发现本套通量梯度系统具有较高的测量精度和较小的测量偏差,证明OA-ICOS光谱仪适用于FG通量观测系统并在观测中表现出高精度和较好的稳定性。
[硕士论文] 张帅帅
地图学与地理信息系统 河南大学 2017(学位年度)
摘要:气候变化一直是世界各国政府、社会公众以及科研工作人员共同关注的议题,也是与人类生产生活息息相关的问题。全球气候变暖是气候变化的最主要问题,会直接影响农业等人工生态系统和森林等自然生态系统。1951—2010年全球表面温度升高超过一半是由人为增加和其他人为强迫引起的的温室气体浓度升高导致的。化石燃料燃烧导致的温室气体排放由于数据源丰富而便于计算归纳。2010年,人为温室气体排放量达到49.5Pg CO2/yr(1Pg=1015g),化石燃料燃烧和工业过程的CO2排放量占总排放量的78%。但由自然生态系统时空变化而引起的温室气体排放数据由于数据收集及运算的复杂性尚存在欠缺。陆地生态系统是受人类活动影响最明显也是较为脆弱的生态系统,不合理的人类活动时刻对陆地上的土地利用及土地覆被类型造成冲击,进而影响陆地生态系统的温室气体排放。
  中国主要部分位于北半球中纬度地带,背靠亚欧大陆,面临西北太平洋,国土辽阔,地形复杂,地貌多样,在这些自然要素的影响下,也形成了多样的陆地生态系统。而我国经济一直走在快车道,人类活动不可避免地会对陆地生态系统造成影响,而如何去评价这些活动引起的土地利用及土地覆被类型变化导致的气候效应,并科学合理规划以实现和谐发展有着很强的理论和实践意义。
  本文在阅读国内外文献的基础上,引入GHGV(green-house gas value of ecosystems)模型,量化各生态系统温室气体量值,开展了模型的关键参数本地化工作。在对国内各生态系统相关参数进行收集整理后,与世界相近生态系统类型数据进行了对比分析,本地化参数带入模型得到了几个比较重要的模拟结果:生态系统潜在温室气体释放量(Sx)、生态系统与大气间温室气体净释放量(Ix)和生态系统温室气体值(GHGV),并将以上三个参数与世界相近生态系统模型运行结果进行了对比分析。进一步,对中国2000年与2010年两期土地覆被数据进行叠加分析,得到相应时段中国LUCC(Land-Use and Land-Cover Change)的时空变化情况。最后借助模型对2000—2010年土地覆被变化的碳固定潜力进行评估。经分析研究主要有以下结论:
  (1)2000年至2010年中国自然土地覆被类型发生了较大变化,混交林、灌木林、荒漠的面积是增加的,其中混交林面积增加最多,达到7666km2;而中国的常绿阔叶林、落叶阔叶林、常绿针叶林、湿地、草地、荒漠草原的面积是减少的,其中荒漠、草地的面积是面积减少较多的覆被类型,荒漠草原面积减少最多达到8413km2。中国混交林的面积增大的主要土地来源是草地与其他生态系统类型,常绿针叶林与混交林的转换较多草地与荒漠草原之间的转换量较大。
  (2)中国生态系统生物量密度与气体通量参数本地化后的整理结果与世界相近生态系统的相应参数有所不同,模型运转结果在数值上与世界相近生态系统模型运算结果也有差别。比如世界温带林地GHGV超过1632Mg CO2当量/ha,中国温带林地GHGV均低于848Mg CO2当量/ha。尽管如此,综合考虑分析时间跨度内,运行结果的变化情况是接近的,研究认为GHGV模型本地化后可以适用中国的情况。
  (3)2000年—2010年10年间中国森林碳固定潜力总增长量约为0.316Pg CO2当量,碳汇速率为0.009Pg C/yr,中国灌木林与草地GHGV年变化分别为0.0018Pg CO2当量/yr和-0.0255Pg CO2当量/yr。土地覆被变化导致的碳固定潜力变化GHGLUCC约为-0.19Pg CO2当量,变化率为-0.005Pg C/yr。中国2000—2010年GHGVLUCC数值为负值,说明期间中国自然土地覆被的变化整体上会使中国陆地生态系统的碳固定潜力减少。我们的结果是在百年尺度上做的一个潜力分析,通过与他人基于现实数据所得到的分析结果进行比较,可以论证本研究对我们今后调节和优化自然生态系统类型转换、评估生态系统气候调节服务变化均具有参考意义。
[硕士论文] 李昊
环境气象预报 兰州大学 2017(学位年度)
摘要:空气污染物(特别是PM2.5)严重危害人体健康。本文利用2001-2011、2013-2015年兰州市空气污染逐日监测资料,在分析了兰州市2001-2011年3种主要污染物SO2、NO2、PM10,2013-2015年6种主要污染物PM10、PM2.5、NO2、SO2、CO和O3的污染特征的基础上、以2014-2015年欧洲中期天气预报中心(ECMWF)与T639预报产品为预报因子,并引入小波分解方法,分别建立了基于BP神经网络、最小二乘法支持向量机(LS-SVM)和Elman神经网络的兰州市6种主要空气污染物浓度未来2日预报模型,并对预报结果进行检验,分析了各建模方法的优劣;最后结合以上模型以支持向量回归方法(SVR)建立了6种主要污染物集合预报模型,并进行仿真业务化预报检验。结果表明:
  (1)2013-2015年间PM10依然兰州市的主要污染物,是造成春季重污染天气的首要原因;2013-2015年SO2年平均浓度相比2001-2011年下降明显,并且从2013年起低于同期NO2的年平均浓度;O3的年平均浓度逐年增加,在2015年作为首要污染物的天数大幅度增加,成为夏季的最重要的污染物之一。
  (2)以LS-SVM建立的6种污染物24h和48h预报模型的评价指标整体好于BP神经网络和Elman神经网络;以BP神经网络建立的模型的稳定性相对较差,48h的预报精度衰减幅度最高。
  (3)以ECMWF建立的预报模型对未来2d的PM10、PM2.5、NO2、SO2和CO的日均质量浓度的预报效果好于T639,而T639对预报O3有一定优势。
  (4)通过小波分解方法对污染物资料进行预处理后,LS-SVM的24h和48h预报模型的预测精度得到有效改善。
  (5)集合预报模型对6种主要污染物的日均质量浓度的24h和48h预报精度比未进行集合处理的模型高;集合预报模型预测的AQI与实际AQI相比,24h和48h预报的平均误差为9.874和12.315,平均相对误差为12.4%和15.1%,均方根误差为14.033和17.095;空气质量指数等级的24h预报率为76.7%,漏报率为9.1%,误报率为14.2%;48h的预报率为71.5%,漏报率为11.0%,误报率为17.5%;集合模型对首要污染物的24h预报率为76.3%,48h预报率为70.0%。
  本文研究结果对提高兰州空气质量业务预报能力具有一定参考价值。
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