顾及地理要素特征的城市空气污染时空建模研究

In China, human health and their daily lives have been greatly affected by air pollution. Therefore, how to reduce air pollution, especially in urban areas, has been a very important aspect of long-term environment protection in China. However, defects in understanding the spatial-temporal changes of air pollution have prevented us from effectively designing national and regional intervention strategies..Based on established relationships between urban air pollution and geographic factors, this project aims to further investigate the associations between the changes of geographic factors and the spatial-temporal variations of urban air pollution with cases of PM10 and PM2.5. Using geographic information science (GIS), spatial analysis, and spatial statistics, this project will 1) disclose the dynamic mechanism between geographic factors and urban air pollution, 2) build the multitype geographical factors based spatial-temporal dybamic model and validate this model in simulating the air pollution of China's urban areas by using 3 cities as a trial plot, and 3) apply this model to simulate the spatial-temporal patterns of urban air pollution under different geographic factor spots to achieve decision support for air pollution prevention and control..In summary, based on the perspective of geo-process evolution, this project examines the spatial-temporal variation of urban air pollution using data from both home and abroad cities using GIS methods. This study will not only enhance theories and methods on the causes and facilitators of urban air pollution, but will also provide useful information for regional air pollution prevention and control.

在我国，空气污染已经严重影响到人们的健康与日常生活，但如何降低空气污染一直是困绕国家的一个重要问题。对空气污染时空变化认识的不足将影响到国家空气污染防控的决策优化。.国内外研究已证实城市空气污染的发生与地理要素相关,本项目以PM10和PM2.5为例，基于地理要素状态改变与城市空气污染时空变化相互关联的假设，采用地理信息系统空间分析、统计等方法揭示城市空气污染与地理要素变化间的响应机制；构建多元地理要素影响下的城市空气污染时空动力学模型；以试验区为例，检验基于国外城市数据构建的动力学模型在国内城市空气污染时空模拟中的适用性，并应用模型模拟试验区不同地理要素场景下的城市空气污染时空格局，以对试验区的空气污染防控提供决策支持。.本项目从地理过程视角借助GIS手段研究城市空气污染时空变化，研究成果不仅可以拓展城市空气污染来源、成因解析的理论和方法，而且还能在区域空气污染防控中起到空间决策支持作用。

项目围绕“空气污染与地理要素之间的动态响应机制”和“城市空气污染时空变化动力学建模”两个科学问题开展研究，主要研究内容包括：（1）多元地理要素影响下的城市空气污染时空变化机制；（2）城市空气污染时空动力学模型构建与验证。在此过程中，发表研究论文15篇，其中国外SCI 期刊论文7篇，国内EI期刊论文1篇，另已有5篇论文被接收（含1篇国外SCI、1篇国内EI、3篇国内CSCD），出版专著1部；申请国家发明专利4 项，已授权1项，获国家软件著作权登记3项；培养硕士研究生4名。具体研究成果及科学意义说明如下：.（1）国内外首次从地理经验统计建模角度系统分析与揭示了特征因子驱动城市颗粒物浓度变化的空间尺度效应，该成果可为基于地理学第一、第二定律开展融合离散观测站点空气质量数据和地理要素数据的城市空气污染时空分布曲面制图提供特征变量提取与参数化的科学方法与参照标准。.（2）系统开展了融合多源地理要素特征的城市颗粒物时空分布多尺度模拟与精细制图研究，国内外首次提出了自适应模型结构的地理加权回归建模方法，该成果实证了人工神经网、广义相加模型等智能模型和土地利用回归、地理加权回归、以及克里格等传统经验统计模型在全国/区域/城市大气污染制图中的精度差异及模型的适用条件，为后续类似研究提供了建模方法选择的依据。.（3）率先将信息熵指数引入空气污染模拟质量评估领域，国内外首次提出了空气污染模拟精度评估的“点—面”模式，该成果可以克服传统基于离散点观测数据评估空气污染模拟制图结果存在较大不确定性的缺限，为当前科学界日益兴起的空气污染时空分布制图领域提供了一种新的产品质量评估方法。 .（4）率先在时空精细尺度建立起了“空气污染时空分布模拟—人群暴露风险区划—个体暴露风险规避服务”的定时、定点多尺度多级防控模式，该成果为深入开展面向政府的基于城市空气污染模拟制图的人群污染暴露评估、风险防控区划，及面向公众的空气污染暴露风险防控服务的开发提供了理论基础与方法原型。