地理科学进展 2019 , 38 (4): 612-624 https://doi.org/10.18306/dlkxjz.2019.04.013

研究论文

大气污染物排放量与颗粒物环境空气质量的空间非协同耦合研究——以武汉市为例

张金亭¹^,, 赵玉丹¹, 田扬戈², 何青青³, 庄艳华⁴, 彭韵羲¹, 洪松¹^,⁵^,⁶^,^*^,

1. 武汉大学资源与环境科学学院,武汉 430079
2. 武汉大学遥感信息工程学院,武汉 430079
3. 武汉理工大学资源与环境工程学院,武汉 430079
4. 中国科学院测量与地球物理研究所,武汉 430077
5. 地球空间信息技术协同创新中心,武汉 430079
6. 武汉大学深圳研究院,深圳 518000

Spatial non-coupling of air pollutant emissions and particulate matter-related air quality: A case study in Wuhan City, China

ZHANG Jinting¹^,, ZHAO Yudan¹, TIAN Yangge², HE Qingqing³, ZHUANG Yanhua⁴, PENG Yunxi¹, HONG Song¹^,⁵^,⁶^,^*^,

1. School of Resources and Environmental Sciences, Wuhan University, Wuhan 430079, China
2. School of Remote Sensing Information Engineering, Wuhan University, Wuhan 430079, China
3. School of Resources and Environmental Engineering, Wuhan University of Technology, Wuhan 430079, China
4. Institute of Geodesy and Geophysics, CAS, Wuhan 430077, China
5. Geospatial Information Technology Collaborative Innovation Center, Wuhan 430079, China
6. Shenzhen Research Institute, Wuhan University, Shenzhen 518000, China

通讯作者: *通信作者简介：洪松(1973— ),男,湖北麻城人,博士,教授,博导,主要从事环境地学研究。E-mail: songhongpku@126.com

收稿日期: 2018-06-25

修回日期: 2018-12-13

网络出版日期: 2019-04-28

基金资助: 深圳市科技计划项目(JCYJ20150630153917252)国家自然科学基金项目(41601608)

作者简介:

第一作者简介：张金亭(1975— ),男,河南南阳人,博士,副教授,主要从事土地资源管理、空间统计应用研究。E-mail: whzjtwh@163.com

展开

摘要

针对区域大气污染物排放量与空气质量在时空分布上存在不完全协同、匹配的现象,论文选择SO₂、NO_X、PM_2.5、CO和VOCs作为大气污染物指标,选择气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth, AOD)表征颗粒物环境空气质量,以武汉市为例,综合应用耦合模型和空间错位指数模型研究2类指标之间的空间非协同耦合规律。主要结论如下：① 武汉市大气污染物排放量与颗粒物空气质量具有不同空间分布特征,大气污染物排放量呈现由城市中心城区向远城区递减的趋势,其中SO₂、PM_2.5和VOCs的排放具有明显的中心聚集现象,而NO_X和CO聚集现象不显著,且与道路分布明显相关;AOD分布具有明显的空间差异性,总体上呈由西北向东南依次递减的趋势。② 武汉市大气污染物排放与颗粒物空气质量的空间非协同耦合规律：越靠近城市中心城区,空间协同耦合现象越显著,空间错位现象越弱;越远离主城区,空间非协同耦合现象越显著,空间错位现象越显著;SO₂排放量与AOD在武汉市远城区的空间错位指数均大于0.7,且耦合度指数小于0.3,呈现较强的非协同耦合特征,NO_X、VOCs、PM_2.5的排放量与AOD在武汉中心城区的空间错位指数均小于0.5,且耦合度指数大于0.5,协同耦合现象较为显著。③ 基于时空非协同耦合分析城市大气环境污染治理建议：针对污染物与AOD空间错位不显著的城市中心城区,以本地减排治理为主;针对污染物与AOD空间错位显著的远城区,应在污染溯源分析的基础上进行区域协调综合治理。

关键词： 大气污染 ; 空气质量 ; 气溶胶光学厚度(AOD) ; 耦合度 ; 空间错位指数 ; 武汉市

Abstract

As the spatial and temporal distributions of regional air pollutant emissions and air quality do not completely match, SO₂, NO_X, PM_2.5, CO, and VOCs were selected as indicators of air pollutants, and aerosol optical depth (AOD) was selected to characterize the ambient air quality of particulate matters in this study to examine their spatial coupling. Taking Wuhan City as an example, the coupling model and spatial dislocation index model were used to study the spatial non-coupling pattern of the two indices. The main conclusions are as follows: 1) Air pollutant emissions and particulate matter-related air quality in Wuhan City present different spatial distribution characteristics. The emissions of atmospheric pollutants showed a decreasing trend from the central area of the city to the surrounding areas. The emissions of SO₂, PM_2.5, and VOCs presented an obvious central aggregation phenomenon, while NO_X and CO aggregation was not significant, but was significantly related to the distribution of roads. The distribution of AOD showed clear spatial heterogeneity, and generally decreased from northwest to southeast. 2) The spatial coupling pattern of air pollutant emissions and particulate matter-related air quality in Wuhan City indicates that the closer to the urban center, the more significant the spatial co-occurrence, and the weaker the spatial dislocation was. The farther away from the main urban area, the more significant the spatial non-coupling or dislocation was. The spatial dislocation index value of SO₂ emission and AOD in the surrounding urban areas of Wuhan City was greater than 0.7 and the coupling index value was less than 0.3, showing a strong non-coupling feature. The spatial dislocation index of NO_X, VOCs, and PM_2.5emissions and AOD in the central urban area of Wuhan City was less than 0.5 and the coupling index was greater than 0.5, showing a significant coupling phenomenon. 3) The suggestions for urban air pollution control based on the spatiotemporal non-coupling analysis are: for the central urban areas where the spatial dislocation between pollutant discharge and AOD is not significant, local emission reduction is the main method for pollution control. Comprehensive measures should be formulated on the basis of pollution souce identification for the surrounding areas with significant spatial dislocation of pollutant discharge and AOD.

Keywords： air pollution ; air quality ; aerosol optical depth (AOD) ; coupling ; spatial dislocation index ; Wuhan City

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张金亭, 赵玉丹, 田扬戈, 何青青, 庄艳华, 彭韵羲, 洪松. 大气污染物排放量与颗粒物环境空气质量的空间非协同耦合研究——以武汉市为例[J]. 地理科学进展, 2019, 38(4): 612-624 https://doi.org/10.18306/dlkxjz.2019.04.013

ZHANG Jinting, ZHAO Yudan, TIAN Yangge, HE Qingqing, ZHUANG Yanhua, PENG Yunxi, HONG Song. Spatial non-coupling of air pollutant emissions and particulate matter-related air quality: A case study in Wuhan City, China[J]. Progress in Geography, 2019, 38(4): 612-624 https://doi.org/10.18306/dlkxjz.2019.04.013

环境空气质量不仅与大气污染物的排放有关,还受到风向、风速、地形、建筑等很多因素的影响,导致大气污染物排放量与环境空气质量的变化趋势及效应在时间上出现不完全协同、空间上表现出不完全匹配的关系,称之为“非协同耦合”。例如,特定时段污染物排放量增多但空气质量并未恶化,特定区域大气污染物减排量较大,但其空气质量改善程度却并不明显等现象。这种“非协同耦合”现象普遍存在且与区域大气污染控制措施的有效性直接相关。目前对该现象基本处于描述分析阶段,缺乏全面的定量研究(陈林娜, 2013)。

大气气溶胶对全球气候变化和人体健康有重要影响。有机气溶胶是大气气溶胶尤其是小粒径气溶胶的主要组分,占其组分的20%~70%(Griffiths et al, 2013)。城市大气有机气溶胶前体物来源非常复杂,天然源主要是天然植物排放(Rogge et al, 1993),人为源主要有燃煤、机动车、城市的逸散性粉尘和农业活动产生的氨气排放(张小曳, 2014)。这4种人为源产生的大气污染物主要有SO₂、NO_X、PM_2.5和CO等。大气中挥发性有机物(volatile organic compounds, VOCs)或半挥发性有机物(semi- volatile organic compounds, SVOCs)是二次有机气溶胶(SOA)的主要前体物(Hatfield et al, 2011)。显然,SO₂、NO_X、PM_2.5、CO、VOCs对大气气溶胶的形成有重要影响(李锐等, 2016)。气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth, AOD)能够反映大气浑浊度(王华等, 2013),能够作为主要指标用于分析气溶胶的时空变化特征,准确反映一定地区范围内的颗粒物空气质量(Paciorek et al, 2008)。

分析空间非协同耦合的方法众多。其中,重心模型和空间错位分析在定量分析产业重心移动以及空间不匹配程度上具有明显优势(Martin, 2010)。空间错位理论最初被用于研究就业岗位与求职者之间存在“空间错位”导致美国黑人高失业率的问题(Kain, 1968; Marsh, 1968; 徐涛等, 2009);之后逐渐被运用到多个学术领域,如旅游学(王美红等, 2009; 丁旭生等, 2011; 李振亭等, 2013)、社会学(Cleguer et al, 2015; Essletzbichler, 2015; Li et al, 2016; 李玉雪, 2017)、地理学(史坤博等, 2015)、环境资源(Polce et al, 2014)等。在大气环境研究中,对城市内部环境的时空异质性关注较少(邹秀萍等, 2009; 张璐等, 2011; 唐婷等, 2012)。大气污染物的排放量与颗粒物空气质量两者有直接的因果联系,在空间上又可以表征为2个相互独立的要素,运用空间错位指数分析两者之间的空间非协同耦合是一个新尝试。

本文选用SO₂、NO_X、PM_2.5、CO、VOCs为大气污染物指标,以AOD为颗粒物环境空气质量指标,从地理学角度定量分析武汉市13个区2016年大气污染物排放与颗粒物空气质量的空间非协同耦合规律,在此基础上针对性地提出大气环境污染治理对策。

1 研究区域与数据来源

1.1 研究区域

武汉市是中国中部最大的城市,全市面积8494.41 km²,其中水域面积为2217.6 km²,主城区建成面积约800 km²。境内大小湖泊星罗棋布,形成了水系发育、山水交融的复杂地形(武汉市统计局, 2016)。全市共有13个市辖区(图1),包括7个中心城区和6个新城区(张孝宇等, 2014)。武汉属于北亚热带季风性湿润气候。目前武汉市重污染天气较多,可吸入颗粒物和细颗粒物浓度较高(尹珩等, 2014)。虽然武汉市空气质量优良天数从2013年的160 d提升到2016年的237 d,空气质量得到改善(李芬等, 2017);2016年,武汉市SO₂、NO₂等主要污染物排放总量完成省下达任务,空气质量优良天数比例达到64.8%(曾思琪, 2017),但与“十三五”期间要达到的环境目标还有一定差距。

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图1 武汉市地理位置及其行政区划

Fig.1 Location and administrative division of the research area—Wuhan City

1.2 数据来源

本文基础数据主要来源于中国科学院资源环境科学数据中心、武汉市统计信息网、LAADS DAAC和武汉市环境保护科学研究院。主要包括土地和人口栅格数据、区县和道路矢量数据、气溶胶数据产品以及大气污染物排放清单。具体数据及其来源见表1。

表1 数据来源

Tab.1 Data sources

年份	数据名称	数据来源	来源网址
2015	武汉市1 km×1 km土地利用栅格数据集	中国科学院资源环境科学数据中心中国科学院资源环境科学数据中心中国科学院资源环境科学数据中心中国科学院资源环境科学数据中心	http://www.resdc.cn
2010	武汉市1 km×1 km人口空间分布公里网格数据		http://www.resdc.cn
2016	武汉市道路矢量图		http://www.resdc.cn
2016	武汉市区县界矢量图		http://www.resdc.cn
2010	武汉市各区人口数据	武汉市统计信息网	http://www.whtj.gov.cn
2016	武汉市各区人口数据	武汉市统计信息网	http://www.whtj.gov.cn
2016	武汉市大气污染源排放清单	武汉市环境保护科学研究院
2016	气溶胶数据产品MOD04_3K	LAADS DAAC	https://ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov
2015	中国省级行政边界数据	中国资源与环境数据云平台	http://www.resdc.cn/Default.aspx
2015	中国市级行政边界数据	中国资源与环境数据云平台	http://www.resdc.cn/Default.aspx

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2 研究方法

2.1 数据预处理

(1) 计算武汉市各个区2016年相对于2010年的人口修正系数,利用2010年1 km×1 km的人口空间分布公里网格数据得到2016年1 km×1 km的人口空间分布公里网格数据;

(2) 将从NASA LAADS web上下载的MODIS产品数据利用暗像元法和深蓝算法进行反演得到2016年武汉市AOD的日均值数据,并将日均值数据处理得到AOD的季度数据和年均数据;

(3) 将反演得到的3 km×3 km分辨率的AOD转化为1 km×1 km分辨率的AOD。

2.2 大气污染源清单空间分配方法

(1) 分配原则

大气污染物的排放源有多种,且不同种类大气污染物的排放源所占比例也有差别,因此最佳的空间分配方法是根据各种排放来源的相关权重因素分配至一定大小的格网上,再按照排放比例进行叠加显示(刘蕊等, 2013; 周亚端, 2016)。根据武汉市各类排放源的空间特征(刘春蕾等, 2017),建立分配原则如表2所示。

表2 大气污染物排放源的分配原则

Tab.2 Attribution of emission sources of air pollutants to different land-use types

排放源	行业/部门	分配参数
固定燃烧源	电厂、其他工业	工业用地
工艺过程源	钢铁、水泥、石油化工	工业用地
建筑扬尘源	建筑	建筑用地
生物质燃烧	生物质锅炉、生物质开放燃烧	耕地和草地
堆场扬尘	建筑	建筑用地
土壤扬尘	建筑	建筑用地
道路移动源	交通	路网信息
道路扬尘源	交通	路网信息
溶剂使用	沥青铺路、表面涂层	人口密度分布
废弃物处理	污水、固体废弃物、烟气脱硝	人口密度分布
餐饮	餐饮	人口密度分布

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(2) 土地利用分类分配因子

提取武汉市2016年土地利用分类中的耕地、草地、建筑用地和工业用地 ,并计算每种土地利用类型的分配因子,图2为武汉市2016年土地利用分类图。各个格网上的土地利用分配因子为：

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图2 武汉市土地利用分类(2016年)

Fig.2 Land use classification of Wuhan City, 2016

$Luc c_{i} = \frac{1}{Su m_{i}}$ (1)

式中： $Luc c_{i}$ 为第 $i$ 种土地利用类型的分配因子; $Su m_{i}$ 为第 $i$ 种土地利用类型的总格网数。

(3) 道路长度、交通流量标准化及道路交通分配因子

机动车是城市中重要的排放源之一,合理的空间分配方法有助于识别城市机动车污染排放源强的空间分布规律。然而由于机动车的可移动性和繁杂的行驶工况,相比于其他排放源,其空间分配过程需要考虑的参数也较为复杂(叶斯琪等, 2013)。本文使用的是基于交通流量与道路网的机动车污染排放“标准道路长度”空间分配的新方法。该方法采用实际道路网作为分配基底,避免了其他分配参数方法将机动车污染排放分配到路网之外的偏差,同时采用标准长度转换体系来解决不同类型等级道路之间由于交通流量和车队组成不同而引起的污染排放量的差异。标准道路长度分配方法的主要过程与一般线源和面源的空间方法一致,只是在空间特征识别和空间分配因子建立中采用的计算方法与其他排放源存在差异。

为了减少同一等级道路的车流量存在的差异性,需要根据城市交通流量的分布特征划分不同的路段单元。本文将大路分成4个等级(表3),快速路(环城高速和高速路)、主干路(省道)、次干路(县道)、支路(市区道路)。每一级道路上的车流量不同,产生的污染情况也存在很大差异。武汉市区各道路类型车流量参照前人研究成果(黄宇等, 2016)。其转换标准车流量的计算方法如下：

表3 武汉市区各道路类型车流量

Tab.3 Traffic flow of various road types in Wuhan City

类型	快速路	主干路	次干路	支路
车流量/(辆/h)	3853	3102	1435	318

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$W_{i} = \frac{NT F_{i}}{NTF}$ (2)

这里以支路的车流量为标准,为 $NTF$ , $W_{i}$ 为 $i$ 道路类型以支路车流量为标准的车流量, $NT F_{i}$ 为 $i$ 道路类型的车流量。

$roa d_{k} = \frac{L_{i, k} \times W_{i}}{\overset{4}{\sum_{i = 1}} L_{i, k} \times W_{i}}$ (3)

式中： $roa d_{k}$ 为第 $k$ 个格网上的道路分配因子, $L_{i, k}$ 为 $i$ 道路类型在第 $k$ 个格网中的长度。

武汉市路网分配因子如图3a所示,可以明显看出主干路和快速路上的路网分配因子相对较大。

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图3 武汉市污染物分配因子标准(2016年)

Fig.3 Standards for pollutant allocation factor of Wuhan City, 2016

(4) 人口密度分配因子

基于武汉市统计年鉴获取武汉市2010年和2016年各区人口数,计算得到2016年相对于2010年各区的人口修正系数。

$η = \frac{po p_{2016}}{po p_{2010}}$ (4)

武汉市2010年1 km×1 km人口空间分布公里网格数据属性表中的人口密度乘以 $η$ 可以得到武汉市2016年1 km×1 km人口空间分布公里网格数据。

$po p_{k} = \frac{GRIDCOD E_{k}}{GRIDCOD E_{总}}$ (5)

式中： $po p_{k}$ 为1 km×1 km格网上第 $k$ 个格网的人口密度分配因子; $GRIDCOD E_{k}$ 为第 $k$ 个格网的人口密度值; $GRIDCOD E_{总}$ 为武汉市的总人口密度值。图3b为武汉市2016年人口密度分配因子图。

2.3 AOD反演与PM_2.5遥感估算方法

将3 km分辨率的中分辨率成像光谱仪(MODIS)暗目标AOD数据与10 km分辨率的MODIS深蓝AOD数据进行融合,得到3 km AOD数据集。利用该数据集,建立基于内点算法(IPA)的优化参数取值的改进时空加权回归模型(GTWR),利用相对湿度(RH)、温度、风速、气压、边界层高度(PBL)、土地利用分类(LUCC)、数字高程、植被覆盖度(NDVI)等参数对AOD进行修正得到PM_2.5数据(He et al, 2018)。

2.4 时空耦合模型

耦合是一个物理学概念,指2个及以上系统或运动形式通过各种相互作用而彼此影响的现象(刘耀彬等, 2005)。从协同学的角度看,系统由无序走向有序的关键在于系统内部序参量之间的协同作用,它左右着系统相变的特征与规律,耦合度正是对这种协同作用的度量(马丽等, 2012)。

由于本文研究的是大气污染物排放源和气溶胶光学厚度2个子系统构成的时空耦合模型,并借鉴物理学中的容量耦合概念及其容量耦合系数模型(张竟竟等, 2007),推广得到适用于本文研究的时空耦合度模型：

$C = \sqrt[]{\frac{U_{1} \times U_{2} \times \dots \dots U_{i}}{{(\frac{U_{1} + U_{2} + \dots \dots U_{i}}{2})}^{2}}}$ (6)

式中： $C$ 为耦合度; $U_{i}$ 为各个子系统的综合功效。耦合度的大小由各个子系统 $U_{i}$ 的大小决定; $U_{i}$ 均为归一化后的数值。

将耦合指数分为[0,0.3]、(0.3,0.5]、(0.5,0.8]、(0.8,1.0] 4个等级,分别对应耦合效果极弱、较弱、较强、极强。

2.5 空间错位指数模型

本文借鉴城市地理学研究成果(Lau, 2011),构建大气污染物排放与颗粒物空气质量之间的空间错位指数模型,研究其空间分布的非协同耦合规律(李名升等, 2013)。

$\begin{array}{l} SMI = \frac{1}{2 p} \times (|\frac{A_{1}}{A} p - p_{1}| + |\frac{A_{2}}{A} p - p_{2}| + \dots + |\frac{A_{i}}{A} p - p_{i}|) \\ = \frac{1}{2 p} \overset{n}{\sum_{i = 1}} |\frac{A_{i}}{A} p - p_{i}| \end{array}$ (7)

式中： $SMI$ 为空间错位指数; $p$ 为全市(区)某种污染物排放总量(单位为t);n为区(区内格网)的个数; $p_{i}$ 为 $i$ 区(格网)污染物排放总量(单位为t); $A$ 为全市(该区)AOD; $A_{i}$ 为 $i$ 区(格网)AOD。 $SMI$ 值越大说明非协同耦合现象越显著, $SMI$ 值越小说明协同耦合现象越显著。 $SMI$ 大于0.7说明空间错位现象较为显著; $SMI$ 小于0.5说明空间错位现象相对较弱。

3 结果与讨论

3.1 大气污染物排放的时空分布特征

武汉市5种大气污染物排放量的空间分布见图4。由图可知,5种大气污染物排放的空间分布特征总体上相同,均呈现从城市中心城区向远城区依次递减的规律。SO₂、VOCs有明显的中心聚集现象,即污染物排放量较多的区域主要分布在城市中心城区的少数集中地块,这与中心城区人口聚集、各种人类活动集中有关。城市中心城区的NO_X排放量略大于远城区,但没有明显聚集现象。从大气污染物排放总量上看,CO的排放总量明显大于其他4种大气污染物,且CO和NO_X与道路分布明显相关,这与机动车尾气排放有关。

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图4 武汉市大气污染物年均排放量(2016年)

Fig.4 Average annual emissions of atmospheric pollutants in Wuhan City, 2016

3.2 AOD时空分布特征

(1) AOD季节分布特征

由图5可知,AOD空间分布特征,春季和冬季相近,夏季和秋季相近;同时4个季节AOD空间分布又存在差异,春季和冬季的年AOD总体上高于夏季和秋季,这说明武汉市春冬季节的颗粒物空气质量比夏季和秋季差,主要原因在于：① 冬季取暖能源消耗增加。冬季气温低,多燃烧能源取暖,尤其是分户壁挂式燃气采暖产生大量的大气污染物;② 气温特点导致污染物聚集。冬季气温低,尤其是夜间辐射降温明显,近地面的大气温度低于上层的大气温度,造成大区层结稳定,空气无法上下对流,污染物难以扩散;③ 机动车燃料燃烧不完全,冬季气温降低导致机动车发动机工作循环的气体压力与温度不高,混合气体燃烧速度减速,引起不完全燃烧。机动车燃料不完全燃烧产生的污染物会有CO₂、CO、SO₂、NO_X、VOCs、固体颗粒等,导致CO、SO₂、NO_X等大气污染物排放量增加。

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图5 武汉市AOD年均和分季节空间分布(2016年)

Fig.5 Annual and seasonal spatial distribution of AOD in Wuhan City, 2016

(2) AOD空间分布特征

从空间分布来看：武汉市年均AOD的分布具有明显的空间分布特征,除黄陂区西北部AOD较低和江夏区东南部AOD较高外,在总体上呈现出从西北向东南依次递减的趋势。

年AOD与春季和冬季AOD分布一致,均符合从西北到东南递减的总体规律;而夏季和秋季AOD(除黄陂区西北部AOD较低)则表现出西北区域>东南区域>中心城区的总体规律。这可能与东南片区有东湖高新热电厂、武昌电厂、青山电厂、武汉钢铁等诸多热源点有关,围绕这些热源点进行管网建设,供热比较方便,可以实现集中供暖;而西北片区热源点不足,多使用空调、壁挂式燃气等方式取暖,由此产生的大气污染物排放较多,气溶胶光学厚度较大;中心城区生产工厂和热源点相对于远城区较少,所以AOD相对较低。

3.3 大气污染物排放量与AOD耦合规律

(1) 年尺度耦合规律

由图6可知,不同的大气污染物排放与AOD的非协同耦合既有相似之处,又存在差异：① 相同之处。5种大气污染物排放与AOD的耦合值介于[0, 0.3]之间的占50%以上,说明整体耦合效果较差,空间非协同耦合现象较为显著(表4)。耦合值在[0, 0.3]的区域大都位于武汉市周边,城市中心城区耦合度明显大于远城区,说明远城区大气污染物排放与AOD的空间非协同耦合现象较为显著,这可能与远城区较为空旷而受到风的作用力比较大有关,大气污染物在风的作用下容易扩散到其他区域。② 不同之处。NO_X、VOCs、PM_2.5的整体耦合效果较好,城市中心城区的耦合值0.8以上占比较多。SO₂排放与AOD的整体耦合效果最差,有95.62%的区域耦合值小于0.5,说明SO₂排放与AOD总体上的非协同耦合最为显著。VOCs排放与AOD的非协同耦合分布图表现为：黄陂区西北部和江夏区东南部的耦合效果明显比其他区域差,说明非协同耦合效果较为显著。这与VOCs自身特性有关,可能是由于VOCs的相对分子质量较大,不易在风等外力作用下扩散。

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图6 武汉市AOD与不同大气污染物排放量年度耦合分布(2016年)

Fig.6 Annual spatial coupling distribution of AOD and air pollutant emission in Wuhan City, 2016

表4 大气污染物年排放与AOD耦合的等级比例

Tab.4 Ratio of annual emissions of atmospheric pollutants to AOD coupling (%)

	SO₂	NO_X	PM_2.5	CO	VOCs
[0,0.3]	93.00	63.99	64.58	71.09	58.40
(0.3,0.5]	2.62	13.88	12.10	12.42	16.99
(0.5,0.8]	0.91	10.60	9.08	10.18	11.62
(0.8,1.0]	3.46	11.53	14.25	6.31	12.98

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(2) 季节尺度耦合规律

由图7可知：春季和秋季耦合效果强于夏季和冬季,这与夏季和冬季风速较大有关。一年四季武汉市中心城区的耦合效果较好,说明其空间非协同耦合现象不显著;而远城区的耦合效果相对较差,说明其空间非协同耦合现象比较显著。周边也有部分区域的耦合效果较好,但所占比例相对于整个区域较小,对远城区的总趋势没有太大影响。

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图7 武汉市AOD与PM_2.5分季节耦合分布(2016年)

Fig.7 Seasonal spatial coupling distribution of AOD and PM_2.5 in Wuhan City, 2016

3.4 大气污染物排放与AOD空间错位指数

(1) 年尺度空间错位指数

由图8可知,不同区域的不同大气污染物排放与AOD的空间错位指数不尽相同,但呈现相同的总体趋势：城市远城区>城市中心城区。城市中心城区的空间错位指数大多在0.5以下,说明空间错位现象不明显;远城区的空间错位指数均在0.6以上,说明空间错位现象相对较明显。各种污染物与AOD的空间错位指数在硚口区、江汉区、汉阳区均相对其他区较小,这可能是因为城区中心城区建筑物较多且高,空气流动不畅通,大气污染物不易扩散。从不同污染物种类来看,错位度的差别与污染物自身的稳定性与移动性等都有关。例如SO₂整体上的空间错位指数较大,这可能与其易溶于水的特性相关,SO₂溶于水会导致空气中SO₂减少,进而导致空间错位现象更加明显。

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图8 武汉市大气污染排放量与年均AOD空间错位指数分布(2016年)

Fig.8 Distribution of spatial dislocation index of air pollutant emissions and annual average AOD in Wuhan City, 2016

(2) 季节尺度空间错位指数

从图9可以看出,4个季节的污染物空间错位指数规律较为相似,基本重合,即没有表现出明显的季节差异。污染物不同时空错位指数不同,SO₂与AOD的空间错位指数明显大于其他4种污染物。各种污染物在硚口区和黄陂区的空间错位指数相对较大,东西湖区、汉南区和江夏区次之。

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图9 武汉市不同大气污染物排放量与AOD分季节空间错位指数雷达图(2016年)

Fig.9 Seasonal spatial dislocation index radar map of different air pollutant emissions and AOD in Wuhan City, 2016

3.5 讨论

(1) 耦合模型和空间错位指数的一致性

空间错位指数模型与耦合模型得出的结论一致,2个模型可以相互验证。即大气污染物排放与AOD空间非协同耦合现象在城市中心城区不显著,但在城市远城区较为显著。说明城市中心城区大气污染物排放与空气质量表现出明显的同方向变化趋势,而远城区则同方向变化趋势不明显(表5)。这意味着在城市中心城区,应以本地治理为主,要严格控制大气污染排放总量;在空间错位显著的远城区,应在进一步污染溯源分析的基础上,针对性制定综合污染治理措施。

表5 武汉市大气污染物排放与AOD环境空气质量的非协同耦合规律

Tab.5 Spatial non-coupling pattern of air pollutant emissions and aerosol optical depth (AOD) for air quality

城区位置	大气污染物排放量	AOD	环境空气质量
城市中心城区	多	高	差
城市中心城区	少	低	好
城市远城区	多	相对城市中心城区较低	较好
城市远城区	少	相对城市中心城区较高	较差

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(2) 使用AOD与遥感PM_2.5浓度数据的差异

本文采用AOD表征颗粒物空气质量,AOD是垂直方向上较大范围内气溶胶总消光作用的反映,而大气一次污染物排放往往集中在近地面几百米范围内,因此两者在垂直高度上并不完全匹配。污染源排放对边界层内部颗粒物浓度的影响较大,但在边界层以上大气传输作用变得重要,高空颗粒物浓度水平有可能与当地排放源的关系不大。因此,选用AOD作为空气质量指标进行分析存在一定不确定性。为此,利用遥感估算的PM_2.5浓度,计算其与5种大气污染物排放量的空间耦合度(图10),并与利用AOD计算的结果进行比较。由图10可以看出,PM_2.5、AOD与污染物排放量的耦合规律总体上相近,都是武汉中心城区的协同耦合较强,远城区的非协同耦合效果较强。对于不同的污染物,使用AOD数据与遥感估算的PM_2.5数据计算耦合度,NO_X和CO的计算结果差异明显,SO₂、PM_2.5和VOCs的计算结果差异较小。总体上,AOD与污染物排放量的空间耦合度相对更大。说明在研究SO₂、PM_2.5和VOCs等污染物排放与颗粒物空气质量的非协同耦合时可以用AOD表征颗粒物空气质量。

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图10 武汉市AOD、PM_2.5与污染物排放量的空间耦合度(2016年)

Fig.10 Spatial coupling of AOD, estimated PM_2.5, and pollutant emissions in Wuhan City, 2016

4 结论与建议

本文综合运用耦合模型与空间错位指数模型,研究了武汉市大气污染物排放量与颗粒物环境空气质量之间的空间非协同耦合,为针对性地治理区域与城市大气污染提供科学依据。主要结论如下：

(1) 武汉市大气污染物排放量与AOD的时空分布特征。从大气污染物排放量的分布特征看,5种大气污染物排放量的空间分布趋势总体上相同,均呈现由城市中心城区向远城区递减的规律。SO₂、PM_2.5、VOCs有明显的中心聚集现象,NO_X和CO没有明显的聚集现象。CO的排放总量明显大于其他4种大气污染物,污染物排放量的季节变化趋势不明显。从AOD的时空分布特征看,除黄陂区西北部AOD较低和江夏区东南部AOD较高外,武汉市年均AOD总体上呈现出从西北向东南依次递减的趋势。春季和冬季的年均AOD总体上高于夏季和秋季。春季和冬季AOD分布与年均AOD分布一样,均表现出从西北向东南递减的空间分布特征,而夏季和秋季,除黄陂区西北部AOD较低以外,均表现出西北区域>东南区域>城市中心城区的总体分布特征。

(2)武汉市大气污染物排放量与颗粒物空气质量的空间非协同耦合规律。5种大气污染物排放量与AOD空间非协同耦合规律总体上一致,即越靠近城市中心城区,空间协同耦合现象越显著,空间错位现象越弱;越远离主城区的区域,空间非协同耦合现象越显著,空间错位现象越显著。NO_X、VOCs、PM_2.5的排放量与AOD在武汉中心城区的空间错位指数均小于0.5,耦合度指数大于0.5,协同耦合现象较为显著;SO₂排放量与AOD在武汉市远城区的空间错位指数均大于0.7,耦合度指数小于0.3,呈现较强的非协同耦合特征。各种污染物与AOD的空间错位指数在硚口区、江汉区、汉阳区均相对较小,耦合度较高。空间错位指数模型与耦合模型得到的结论一致,2个模型能相互验证。

(3) 基于时空非协同耦合分析的城市大气环境污染治理建议。在城市大气环境污染治理工作中,对于大气污染物排放量与环境空气质量耦合度较高、空间错位不显著的城市中心区域,以本地减排与治理为主;对于大气污染物排放量与环境空气质量耦合度较低、空间错位显著的城市边缘区域,应在污染溯源分析的基础上,进行基于区域协调的环境综合治理。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献

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被引期刊影响因子

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[12]	刘耀彬, 宋学锋. 2005. 城市化与生态环境的耦合度及其预测模型研究 [J]. 中国矿业大学学报, 34(1): 91-96. https://doi.org/10.3321/j.issn:1000-1964.2005.01.019 URL [本文引用: 1] 摘要在城市化与生态环境交互作用规律的基础上,利用协同论的观点,建立了城市化与生态环境耦合度及其预测模型.模型涉及了功效函数、耦合度函数、耦合协调度函数和城市化-生态环境耦合评价指标体系以及人工神经BP网络.根据建立的模型,结合城市化与生态环境耦合的阶段特征,将对应的耦合度值和耦合协调度值分别划分为4个评判区间,作为城市化与生态环境协调分析与预测的依据.最后,应用此模型,以徐州市为对象,对耦合度模型及其预测模型进行了实证研究. [Liu Y B, Song X F.2005. The coupling degree of urbanization and ecological environment and its forecast model . Journal of China University of Mining & Technology, 34(1): 91-96. ] https://doi.org/10.3321/j.issn:1000-1964.2005.01.019 URL [本文引用: 1] 摘要在城市化与生态环境交互作用规律的基础上,利用协同论的观点,建立了城市化与生态环境耦合度及其预测模型.模型涉及了功效函数、耦合度函数、耦合协调度函数和城市化-生态环境耦合评价指标体系以及人工神经BP网络.根据建立的模型,结合城市化与生态环境耦合的阶段特征,将对应的耦合度值和耦合协调度值分别划分为4个评判区间,作为城市化与生态环境协调分析与预测的依据.最后,应用此模型,以徐州市为对象,对耦合度模型及其预测模型进行了实证研究.
[13]	马丽, 金凤君, 刘毅. 2012. 中国经济与环境污染耦合度格局及工业结构解析 [J]. 地理学报, 67(10): 1299-1307. https://doi.org/10.11821/xb201210001 URL [本文引用: 1] 摘要耦合是指两个或两个以上系统的相互作用与相互影响。由于从自然界提取资源并进行加工,最后并排放废弃物质到自然界,区域经济子系统和环境子系统通过各自元素的相互作用彼此影响形成经济环境耦合关系。本文运用耦合协调度模型,通过建立中国区域经济发展与环境污染耦合度评价指标体系,对中国350个地级单元的经济环境耦合度和协调度计算后进行空间格局分析。研究发现,中国经济环境系统整体上处于低耦合低协调状态,东部沿海地区的都市经济区和中部重要人口产业集聚区耦合度和协调度相对较高,远西部和东中部偏远地区的耦合度和协调度相对较低。根据各地级单元经济发展和环境污染耦合度和协调度可以将现有国土划分为经济环境和谐区、经济环境磨合区、经济环境拮抗区及经济环境低耦合区4个类型区。通过对4种类型区的工业结构分析后发现,不同类型区工业结构存在很大差异。经济环境和谐区工业以电子机械、设备制造等高端装备制造产业为主;经济环境磨合区工业主要以机械装备制造和部分污染性的冶金、化工、电力产业为主;经济环境拮抗区工业则以钢铁、石化、煤炭、建材、发电等污染性行业为主,是中国污染性行业最集中的地区,也是未来环境质量面临最大风险的地区;经济环境低耦合区工业则以初级产品加工和生产为主。 [Ma L, Jin F J, Liu Y.2012. Analysis of the coupling pattern and industrial structure of China's economy and environmental pollution . Acta Geographica Sinica, 67(10): 1299-1307. ] https://doi.org/10.11821/xb201210001 URL [本文引用: 1] 摘要耦合是指两个或两个以上系统的相互作用与相互影响。由于从自然界提取资源并进行加工,最后并排放废弃物质到自然界,区域经济子系统和环境子系统通过各自元素的相互作用彼此影响形成经济环境耦合关系。本文运用耦合协调度模型,通过建立中国区域经济发展与环境污染耦合度评价指标体系,对中国350个地级单元的经济环境耦合度和协调度计算后进行空间格局分析。研究发现,中国经济环境系统整体上处于低耦合低协调状态,东部沿海地区的都市经济区和中部重要人口产业集聚区耦合度和协调度相对较高,远西部和东中部偏远地区的耦合度和协调度相对较低。根据各地级单元经济发展和环境污染耦合度和协调度可以将现有国土划分为经济环境和谐区、经济环境磨合区、经济环境拮抗区及经济环境低耦合区4个类型区。通过对4种类型区的工业结构分析后发现,不同类型区工业结构存在很大差异。经济环境和谐区工业以电子机械、设备制造等高端装备制造产业为主;经济环境磨合区工业主要以机械装备制造和部分污染性的冶金、化工、电力产业为主;经济环境拮抗区工业则以钢铁、石化、煤炭、建材、发电等污染性行业为主,是中国污染性行业最集中的地区,也是未来环境质量面临最大风险的地区;经济环境低耦合区工业则以初级产品加工和生产为主。
[14]	史坤博, 杨永春, 任强, 等. 2015. 基于省会城市的中国体验性网络团购发展的空间格局与空间错位 [J]. 地理科学进展, 34(6): 696-706. https://doi.org/10.18306/dlkxjz.2015.06.005 URL [本文引用: 1] 摘要体验性网络团购是一种消费者需要到店才能完成消费的特殊网络购物形式,因其服务范围的空间局限性,正在对消费地理格局产生不可忽视的影响。借助360团购导航网站,以中国30个省会城市(含直辖市)为研究对象,采用综合规模指数、发展水平指数、集中化指数、空间错位指数等指标,对中国体验性网络团购发展的空间格局与空间错位特征进行了实证研究。结果表明:1团购市场发展规模在中国省会城市的空间分配极不均衡,主要受东部发达城市的带动作用,同时也受西部地区部分内在增长极城市的驱动影响;2中国省会城市团购市场的发展主要处于"小规模—低水平"和"大规模—高水平"的两极化状态;3城市的经济发展水平是团购市场规模扩张的根本动力,城市的网络零售市场消费潜力规模以及互联网基础设施规模、互联网用户规模和发展水平也对团购市场规模有明显的驱动作用;4中国省会城市团购市场的发展规模在空间上与消费者的需求潜力的错位程度较低,与购买能力错位现象较明显,空间错位主要是由部分城市的团购市场规模发展过大或过小造成的。 [Shi K B, Yang Y C, Ren Q, et al.2015. Spatial structure and spatial displacement of China's experienced network group purchasing based on provincial capital cities . Progress in Geography, 34(6): 696-706. ] https://doi.org/10.18306/dlkxjz.2015.06.005 URL [本文引用: 1] 摘要体验性网络团购是一种消费者需要到店才能完成消费的特殊网络购物形式,因其服务范围的空间局限性,正在对消费地理格局产生不可忽视的影响。借助360团购导航网站,以中国30个省会城市(含直辖市)为研究对象,采用综合规模指数、发展水平指数、集中化指数、空间错位指数等指标,对中国体验性网络团购发展的空间格局与空间错位特征进行了实证研究。结果表明:1团购市场发展规模在中国省会城市的空间分配极不均衡,主要受东部发达城市的带动作用,同时也受西部地区部分内在增长极城市的驱动影响;2中国省会城市团购市场的发展主要处于"小规模—低水平"和"大规模—高水平"的两极化状态;3城市的经济发展水平是团购市场规模扩张的根本动力,城市的网络零售市场消费潜力规模以及互联网基础设施规模、互联网用户规模和发展水平也对团购市场规模有明显的驱动作用;4中国省会城市团购市场的发展规模在空间上与消费者的需求潜力的错位程度较低,与购买能力错位现象较明显,空间错位主要是由部分城市的团购市场规模发展过大或过小造成的。
[15]	唐婷, 李超, 吕坤, 等. 2012. 江苏省区域农业生态环境质量的时空变异分析 [J]. 水土保持学报, 26(3): 272-276. URL [本文引用: 1] 摘要运用主成分分析方法筛选农业生态环境质量的评价指标体系,建立农业生态环境质量综合评价模型,对1995年、2005年、2008年江苏省徐连、沿江、沿海、宁镇扬和太湖经济区的农业生态环境质量的时空变异进行评价。结果表明：（1）在空间上,5个经济区的农业生态环境质量指数从北向南呈明显的下降趋势,以徐连经济区最高,沿江、沿海和宁镇扬经济区次之,太湖经济区最低。随时间的推移,各经济区的农业生态环境质量评价指数均呈明显的下降趋势。（2）针对农业生态环境质量变化最大的徐连、太湖经济区,分别选取代表性县（市）区域（前者选取邳州和新沂,后者选取张家港和江阴）,分析2个经济区及其代表县市1999-2008年间的农业生态环境质量动态变化,发现在1999-2008年期间,徐连经济区的农业生态环境质量状况明显好于太湖经济区,但2个经济区的生态环境质量均有不同程度的下降。4个县（市）中,新沂市1999-2003年农业生态环境质量长期处于良好水平;邳州市生态环境质量指数降低速度最快,从最初的良好状况逐渐降低到一般状况,并且一直处于恶化发展的态势;江阴和张家港两市的农业生态环境质量状况明显劣于邳州和新沂,且长期维持在一般水平,波动幅度较小。因此,即使是位于同一经济区的县（市）,其农业生态环境质量也会因区域的不同而有所差异,因此,在关注各经济区农业生态环境质量状况的同时还需考虑不同县（市）的具体状况,因地制宜地制定对策。 [Tang T, Li C, Lu K, et al.2012. Spatial-temporal variation of regional agricultural ecological environment quality in Jiangsu Province. Journal of Soil and Water Conservation. 26(3): 272-276. ] URL [本文引用: 1] 摘要运用主成分分析方法筛选农业生态环境质量的评价指标体系,建立农业生态环境质量综合评价模型,对1995年、2005年、2008年江苏省徐连、沿江、沿海、宁镇扬和太湖经济区的农业生态环境质量的时空变异进行评价。结果表明：（1）在空间上,5个经济区的农业生态环境质量指数从北向南呈明显的下降趋势,以徐连经济区最高,沿江、沿海和宁镇扬经济区次之,太湖经济区最低。随时间的推移,各经济区的农业生态环境质量评价指数均呈明显的下降趋势。（2）针对农业生态环境质量变化最大的徐连、太湖经济区,分别选取代表性县（市）区域（前者选取邳州和新沂,后者选取张家港和江阴）,分析2个经济区及其代表县市1999-2008年间的农业生态环境质量动态变化,发现在1999-2008年期间,徐连经济区的农业生态环境质量状况明显好于太湖经济区,但2个经济区的生态环境质量均有不同程度的下降。4个县（市）中,新沂市1999-2003年农业生态环境质量长期处于良好水平;邳州市生态环境质量指数降低速度最快,从最初的良好状况逐渐降低到一般状况,并且一直处于恶化发展的态势;江阴和张家港两市的农业生态环境质量状况明显劣于邳州和新沂,且长期维持在一般水平,波动幅度较小。因此,即使是位于同一经济区的县（市）,其农业生态环境质量也会因区域的不同而有所差异,因此,在关注各经济区农业生态环境质量状况的同时还需考虑不同县（市）的具体状况,因地制宜地制定对策。
[16]	王华, 郭阳洁, 洪松, 等. 2013. 区域气溶胶光学厚度空间格局特征研究 [J]. 武汉大学学报(信息科学版), 38(7): 869-874. URL Magsci [本文引用: 1] 摘要为深入了解区域气溶胶的空间分布特征,采用地统计学中的Moran’s I系数、Moran散点图、LISA聚集图、双变量自相关分析等方法,分析了湖北省2003～2008年的气溶胶光学厚度的空间自相关性、自相关尺度、局部聚集特征以及气溶胶光学厚度与其部分影响因子的空间耦合规律。结果发现,湖北省气溶胶光学厚度具有很显著的空间自相关性,其自相关性尺度约为400km;全省具有高-高、低-低两类及多个聚集区,其中高值聚集区主要分布在武汉城市圈和江汉平原地区,低值聚集区主要位于鄂西山区,并且空间自相关程度与格局在时序上表现较为稳定,未发现巨大差异;高程和森林覆盖率与气溶胶光学厚度具有负空间自相关性,并且其空间... [Wang H, Guo Y J, Hong S, et al.2013. Regional aerosol optical thickness spatial pattern characteristics . Journal of Wuhan University (Information Science Edition), 38(7): 869-874. ] URL Magsci [本文引用: 1] 摘要为深入了解区域气溶胶的空间分布特征,采用地统计学中的Moran’s I系数、Moran散点图、LISA聚集图、双变量自相关分析等方法,分析了湖北省2003～2008年的气溶胶光学厚度的空间自相关性、自相关尺度、局部聚集特征以及气溶胶光学厚度与其部分影响因子的空间耦合规律。结果发现,湖北省气溶胶光学厚度具有很显著的空间自相关性,其自相关性尺度约为400km;全省具有高-高、低-低两类及多个聚集区,其中高值聚集区主要分布在武汉城市圈和江汉平原地区,低值聚集区主要位于鄂西山区,并且空间自相关程度与格局在时序上表现较为稳定,未发现巨大差异;高程和森林覆盖率与气溶胶光学厚度具有负空间自相关性,并且其空间...
[17]	王美红, 孙根年, 康国栋. 2009. 中国旅游LR-NS-FA空间错位的组合矩阵分析 [J]. 人文地理, 24(4): 115-119. URL [本文引用: 1] 摘要以"选美中国"、国家旅游局4A—5A级景点和2004—2005年各省区入境客流量和旅游收入的统计资料为依据,采用3个组合矩阵分析了中国旅游景观资源、名牌景点和旅游财务业绩的空间错位。结果发现:景观资源≠名牌景点,我国自然美景主要集中在西部地区,但名牌景点较为贫瘠;相反,东部地区名牌景点众多;名牌景点与旅游财务业绩之间在等级分类表上具有某种正相关性,但也存在空间错位性,华南各省区客源区位优越,旅游财务业绩的市场占有率高于名牌景点丰度;我国景观资源与旅游财务业绩之间的空间错位较为复杂,新疆、西藏等省区景观资源"诅咒"较明显;广东、上海、北京等省区景观资源贫瘠旅游财务业绩高,云南、福建、浙江等省区旅游的发展表现出明显的景观资源优势,宁夏、江西等省区在景观资源和旅游财务业绩上均处于较不利的地位。 [Wang M H, Sun G N, Kang G D.2009. China's tourism LR-NS-FA spatial misalignment combination matrix analysis . Human Geography, 24(4): 115-119. ] URL [本文引用: 1] 摘要以"选美中国"、国家旅游局4A—5A级景点和2004—2005年各省区入境客流量和旅游收入的统计资料为依据,采用3个组合矩阵分析了中国旅游景观资源、名牌景点和旅游财务业绩的空间错位。结果发现:景观资源≠名牌景点,我国自然美景主要集中在西部地区,但名牌景点较为贫瘠;相反,东部地区名牌景点众多;名牌景点与旅游财务业绩之间在等级分类表上具有某种正相关性,但也存在空间错位性,华南各省区客源区位优越,旅游财务业绩的市场占有率高于名牌景点丰度;我国景观资源与旅游财务业绩之间的空间错位较为复杂,新疆、西藏等省区景观资源"诅咒"较明显;广东、上海、北京等省区景观资源贫瘠旅游财务业绩高,云南、福建、浙江等省区旅游的发展表现出明显的景观资源优势,宁夏、江西等省区在景观资源和旅游财务业绩上均处于较不利的地位。
[18]	武汉市统计局. 2016. 武汉市2015年暨“十二五”期间国民经济和社会发展统计公报 [M]. [本文引用: 1] [Wuhan Bureau of Statistics.2016. Statistical communique on national economic and social development in 2015 and the Twelfth Five-Year Plan Period in Wuhan . ] [本文引用: 1]
[19]	徐涛, 宋金平, 方琳娜, 等. 2009. 北京居住与就业的空间错位研究 [J]. 地理科学, 29(2): 174-180. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-0690.2009.02.005 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要宏观上将北京作为一个整体,借助于空间错位指数,研究1982、1990和2000年不同地域范围的空间错位情况;微观上,利用调查问卷数据分析边缘区居民通勤的时间、距离、方式及费用。研究发现,宏观上,北京市不同地域范围的空间错位指数及其变化是不同的,北京市20世纪90年代之前空间错位不明显,1982和1990年的空间错位指数(SMI)分别是3.13和1.98,此后以年均增长1.48个点的速度达到2000年的16.81;中心城区三年的SMI非常低且随时间缓慢增长,2000年时仍小于1;城八区的<em>SMI</em>在20年来不断增大且加速发展;同时就业远离居民、居民追逐就业,空间错位的强度取决于两者作用的强弱。微观研究发现,居民就地或就近就业的比例较低,超过50%的通勤者通勤距离在10~40km之间且每天通勤时间超过1h,通勤方式以公交、地铁和私家车为主,通勤距离和时间的增长并没有带来费用的相应增长,50%的通勤者每月通勤费用在100元以下。居住与就业的空间错位,导致通勤给居民带来的经济上的压力很小,长时间通勤带来的时间消耗及由此引起的精神消耗才是最主要的。 [Xu T, Song J P, Fang L N, et al.2009. Study on spatial dislocation of residence and employment in Beijing . Scientia Geographica Sinica, 29(2): 174-180. ] https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-0690.2009.02.005 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要宏观上将北京作为一个整体,借助于空间错位指数,研究1982、1990和2000年不同地域范围的空间错位情况;微观上,利用调查问卷数据分析边缘区居民通勤的时间、距离、方式及费用。研究发现,宏观上,北京市不同地域范围的空间错位指数及其变化是不同的,北京市20世纪90年代之前空间错位不明显,1982和1990年的空间错位指数(SMI)分别是3.13和1.98,此后以年均增长1.48个点的速度达到2000年的16.81;中心城区三年的SMI非常低且随时间缓慢增长,2000年时仍小于1;城八区的<em>SMI</em>在20年来不断增大且加速发展;同时就业远离居民、居民追逐就业,空间错位的强度取决于两者作用的强弱。微观研究发现,居民就地或就近就业的比例较低,超过50%的通勤者通勤距离在10~40km之间且每天通勤时间超过1h,通勤方式以公交、地铁和私家车为主,通勤距离和时间的增长并没有带来费用的相应增长,50%的通勤者每月通勤费用在100元以下。居住与就业的空间错位,导致通勤给居民带来的经济上的压力很小,长时间通勤带来的时间消耗及由此引起的精神消耗才是最主要的。
[20]	叶斯琪, 郑君瑜, 王水胜. 2013. 区域大气排放源清单时间与空间分配方法 [M]. 北京: 科学出版社. [本文引用: 1] [Ye S Q, Zheng J Y, Wang S S.2013. Time and space allocation method of regional atmospheric emission source list. Beijing, China: Science Press. ] [本文引用: 1]
[21]	尹珩, 王海, 湛德. 2014. 武汉市大气环境质量改善对策研究[C]// 中国环境科学学会, 四川大学. 2014中国环境科学学会学术年会(第三章) . 北京: 中国环境科学学会. [本文引用: 1] [Yin H, Wang H, Zhan D.2014. Study on countermeasures for improvement of atmospheric environmental quality in Wuhan // China Society for Environmental Sciences, Sichuan University. 2014 annual conference of the Chinese Academy of Environmental Sciences (Chapter 3) . Beijing, China: China Society for Environmental Sciences. ] [本文引用: 1]
[22]	曾思琪. 2017. 2016年武汉环境质量状况公报: 全市环境质量稳中趋好 [EB/OL]. (2017-07-25) . URL [本文引用: 1] [Zeng S Q.2017. 2016 wuhan environmental quality status bulletin: the city's environmental quality steady and good . ] URL [本文引用: 1]
[23]	张竟竟, 陈正江, 杨德刚. 2007. 城乡协调度评价模型构建及应用 [J]. 干旱区资源与环境, 21(2): 5-11. [本文引用: 1] [Zhang J J, Chen Z J, Yang D G.2007. Urban-rural coordination evaluation model construction and application . Arid Area Resources and Environment, 21(2): 5-11. ] [本文引用: 1]
[24]	张璐, 杨修群, 汤剑平, 等. 2011. 夏季长三角城市群热岛效应及其对大气边界层结构影响的数值模拟 [J]. 气象科学, 31(4): 431-440. https://doi.org/10.3969/2012jms.00 URL [本文引用: 1] 摘要 In this study, the data of five-year (2003—2007) high-resolution simulation with WRF/Noah/UCM is analyzed to investigate urban heat island (UHI) effect and its impact on atmospheric boundary layer over Yangtze River Delta (YRD) region in summer. Two parallel experiments are performed by prescribing two different land covers in the YRD region. In the control run the land cover is derived from remote sensing data acquired by the MODIS, and in the sensitivity run, the urban surface in YRD region is changed into the cropland surface. The results indicate that the UHIs in YRD region have distinct diurnal variation. During daytime the UHIs develop very high, however during night the surface UHI gets much stronger. The UHI induces upward flows over urban areas in the afternoon, enhancing convergences toward urban areas; but during night the upward flows get quite weak. With the thermal condition variation, atmospheric boundary layer height also has diurnal variation, which is elevated during daytime, but depressed during night. Meanwhile the urbanization results in a reduced wind speed within urban atmospheric boundary layer, especially during night, but wind speed is enhanced at boundary layer top during night. In addition, urbanization can result in a “dry island”, which is stronger during daytime than during night. [Zhang L, Yang X Q, Tang J P, et al.2011. Thermal island effect of the Yangtze River Delta city in summer and its influence on atmospheric boundary layer structure . Meteorological Science, 31(4): 431-440. ] https://doi.org/10.3969/2012jms.00 URL [本文引用: 1] 摘要 In this study, the data of five-year (2003—2007) high-resolution simulation with WRF/Noah/UCM is analyzed to investigate urban heat island (UHI) effect and its impact on atmospheric boundary layer over Yangtze River Delta (YRD) region in summer. Two parallel experiments are performed by prescribing two different land covers in the YRD region. In the control run the land cover is derived from remote sensing data acquired by the MODIS, and in the sensitivity run, the urban surface in YRD region is changed into the cropland surface. The results indicate that the UHIs in YRD region have distinct diurnal variation. During daytime the UHIs develop very high, however during night the surface UHI gets much stronger. The UHI induces upward flows over urban areas in the afternoon, enhancing convergences toward urban areas; but during night the upward flows get quite weak. With the thermal condition variation, atmospheric boundary layer height also has diurnal variation, which is elevated during daytime, but depressed during night. Meanwhile the urbanization results in a reduced wind speed within urban atmospheric boundary layer, especially during night, but wind speed is enhanced at boundary layer top during night. In addition, urbanization can result in a “dry island”, which is stronger during daytime than during night.
[25]	张小曳. 2014. 中国不同区域大气气溶胶化学成分浓度、组成与来源特征 [J]. 气象学报, 72(6): 1108-1117. https://doi.org/10.11676/qxxb2014.092 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要为获得中国不同区域大气气溶胶化学组成的总体"图景",进一步探讨污染治理方向,需要分区域评估其化学成分浓度水平、组成与来源特征.通过对近地层中国内陆大气气溶胶中6种主要化学成分(硫酸盐、硝酸盐、铵、有机碳、黑碳和矿物气溶胶)至少有1 a观测研究的评估分析,获得不同区域气溶胶化学成分质量浓度水平与组成的评估结果,认识到在气溶胶污染最严重的4大区域(即北京以南的华北与关中平原区域、以长三角为主体的华东区域、以珠三角为主体的华南区域以及四川盆地)的PM<sub>10</sub>中矿物气溶胶(所占比例在20%—38%)、硫酸盐(14%—24%)、有机碳(11%—18%)是3个主要组分；其中华北与关中平原气溶胶污染在中国最重,硫酸盐浓度在35—47 μg/m<sup>3</sup>(远高于北京(13—18 μg/m<sup>3</sup>))、有机碳28—45 μg/m<sup>3</sup>(约是北京(19—22 μg/m<sup>3</sup>)的1.8倍)、硝酸盐19—22 μg/m<sup>3</sup>(约是北京(9.9—12 μg/m<sup>3</sup>)的2倍)、铵14—16 μg/m<sup>3</sup>(仍然比北京(6.2—8.4 μg/m<sup>3</sup>)高1倍),黑碳在北京和北京以南城市的浓度差别不大(9.1—12 μg/m<sup>3</sup>).这其中燃煤对硝酸盐和有机碳气溶胶的贡献超过50%,农业活动是铵的最重要来源.华东、华南和东北城市区域气溶胶化学成分浓度水平与北京相近,但四川盆地城市站各组分浓度均高于北京,污染较重.西北兰州城市站,除了黑碳浓度低很多、硝酸盐浓度稍高外,其他气溶胶化学成分浓度水平与北京相当.西北偏远区域沙漠站点,各种气溶胶化学成分的浓度都要远低于北京.青藏高原和云贵高原城市站气溶胶化学成分浓度与北京相比也明显偏低.不同区域气溶胶化学组成分析显示,燃煤、机动车、城市逸散性粉尘和农业活动是4个最需要关注的污染源,加强除发电行业外的燃煤脱硫,进一步消减燃煤氮氧化物、一次有机碳和挥发性有机物排放,并有效减少农业活动排放到大气中的氨,更有效限制硫酸盐和硝酸盐的形成是已有大气污染治理对策基础上,未来应特别关注的控制方向. [Zhang X Y.2014. The concentration, composition and source characteristics of atmospheric aerosols in different regions of China . Acta Meteorologica Sinica , 72(6): 1108-1117. ] https://doi.org/10.11676/qxxb2014.092 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要为获得中国不同区域大气气溶胶化学组成的总体"图景",进一步探讨污染治理方向,需要分区域评估其化学成分浓度水平、组成与来源特征.通过对近地层中国内陆大气气溶胶中6种主要化学成分(硫酸盐、硝酸盐、铵、有机碳、黑碳和矿物气溶胶)至少有1 a观测研究的评估分析,获得不同区域气溶胶化学成分质量浓度水平与组成的评估结果,认识到在气溶胶污染最严重的4大区域(即北京以南的华北与关中平原区域、以长三角为主体的华东区域、以珠三角为主体的华南区域以及四川盆地)的PM<sub>10</sub>中矿物气溶胶(所占比例在20%—38%)、硫酸盐(14%—24%)、有机碳(11%—18%)是3个主要组分；其中华北与关中平原气溶胶污染在中国最重,硫酸盐浓度在35—47 μg/m<sup>3</sup>(远高于北京(13—18 μg/m<sup>3</sup>))、有机碳28—45 μg/m<sup>3</sup>(约是北京(19—22 μg/m<sup>3</sup>)的1.8倍)、硝酸盐19—22 μg/m<sup>3</sup>(约是北京(9.9—12 μg/m<sup>3</sup>)的2倍)、铵14—16 μg/m<sup>3</sup>(仍然比北京(6.2—8.4 μg/m<sup>3</sup>)高1倍),黑碳在北京和北京以南城市的浓度差别不大(9.1—12 μg/m<sup>3</sup>).这其中燃煤对硝酸盐和有机碳气溶胶的贡献超过50%,农业活动是铵的最重要来源.华东、华南和东北城市区域气溶胶化学成分浓度水平与北京相近,但四川盆地城市站各组分浓度均高于北京,污染较重.西北兰州城市站,除了黑碳浓度低很多、硝酸盐浓度稍高外,其他气溶胶化学成分浓度水平与北京相当.西北偏远区域沙漠站点,各种气溶胶化学成分的浓度都要远低于北京.青藏高原和云贵高原城市站气溶胶化学成分浓度与北京相比也明显偏低.不同区域气溶胶化学组成分析显示,燃煤、机动车、城市逸散性粉尘和农业活动是4个最需要关注的污染源,加强除发电行业外的燃煤脱硫,进一步消减燃煤氮氧化物、一次有机碳和挥发性有机物排放,并有效减少农业活动排放到大气中的氨,更有效限制硫酸盐和硝酸盐的形成是已有大气污染治理对策基础上,未来应特别关注的控制方向.
[26]	张孝宇, 谢新朋, 张安录. 2014. 武汉市耕地非农化的空间非均衡发展与空间扩散路径分析 [J]. 自然资源学报, 29(10): 1649-1659. [本文引用: 1] [Zhang X Y, Xie X P, Zhang A L.2014. Spatial unbalanced development and spatial diffusion path analysis of cultivated land conversion in Wuhan . Journal of Natural Resources, 29(10): 1649-1659. ] [本文引用: 1]
[27]	周亚端. 2016. 江苏省高精度大气污染物排放清单的建立及空气质量模拟评估 [D]. 南京: 南京大学. [本文引用: 1] [Zhou Y D.2016. Establishment of Jiangsu Province's high-precision air pollutant emission inventory and air quality simulation assessment . Nanjing, China: Nanjing University. ] [本文引用: 1]
[28]	邹秀萍, 陈劭锋, 苏利阳, 等. 2009. 京津冀经济增长与水环境污染的实证分析 [J]. 生态经济, (8): 40-42. URL [本文引用: 1] 摘要本文选取1995～2005年京津冀地区的经济和环境数据,定量分析了水资源使用量、工业废水排放量、废水中COD排放量、农药使用量、化肥施用量与人均GDP之间的相关关系。结果表明,水资源使用量、废水排放量、废水中COD排放量及化肥施用量与人均GDP之间呈U型曲线关系。农药使用量与人均GDP之间表现为较复杂的N型曲线关系。目前,北京、天津两市基本处于U型曲线的右侧,其水资源使用量及水环境污染指标呈现增长的趋势。河北省尚处于U型曲线的左侧,说明随着经济的发展,河北省的水资源使用量,水污染物排放量呈下降的趋势。 [Zou X P, Chen S F, Su L Y, et al.2009. An empirical analysis of economic growth and water environment pollution in Beijing, Tianjin and Hebei . Ecological Economy, (8): 40-42. ] URL [本文引用: 1] 摘要本文选取1995～2005年京津冀地区的经济和环境数据,定量分析了水资源使用量、工业废水排放量、废水中COD排放量、农药使用量、化肥施用量与人均GDP之间的相关关系。结果表明,水资源使用量、废水排放量、废水中COD排放量及化肥施用量与人均GDP之间呈U型曲线关系。农药使用量与人均GDP之间表现为较复杂的N型曲线关系。目前,北京、天津两市基本处于U型曲线的右侧,其水资源使用量及水环境污染指标呈现增长的趋势。河北省尚处于U型曲线的左侧,说明随着经济的发展,河北省的水资源使用量,水污染物排放量呈下降的趋势。
[29]	Cleguer C, Grech A, Garrigue C, et al.2015. Spatial mismatch between marine protected areas and dugongs in New Caledonia [J]. Biological Conservation, 184(4): 154-162. https://doi.org/10.1016/j.biocon.2015.01.007 URL [本文引用: 1] 摘要 Marine protected areas (MPAs) are a powerful tool for conserving marine biodiversity when designed using ecological information and conservation goals and targets. Dugongs (Dugong dugon) were not an explicit target in the design of the network of MPAs in New Caledonia, despite being one of the region’s World Heritage values. Our study retrospectively assessed the capacity of the New Caledonia MPA network to protect dugongs from anthropogenic threats. We developed a spatially explicit model of dugong distribution and relative density based on information collected from 6510years of aerial surveys. We quantified the amount of overlap between areas supporting high densities of dugongs and MPAs. We found that most of the important dugong habitats of New Caledonia had a low coverage of MPAs that provide high levels of restriction on anthropogenic activities. We identified several important dugong habitats along the west and the north-east coast that were not covered by MPAs and should be a priority for future management. The spatial mismatch between MPAs and dugongs was likely caused by weaknesses in the planning process, including the: (1) lack of explicit conservation goals and targets; (2) omission of spatial information on species’ distribution; (3) mismatch of spatial scales; (4) cost considerations; and (5) incorrect application of the IUCN protected area categories. We provide guidance on how these shortcomings can be avoided for marine species of conservation concern in New Caledonia and other regions.
[30]	Essletzbichler J.2015. The geography of job creation and destruction in the U.S. manufacturing sector, 1967-1997 [J]. Annals of the Association of American Geographers, 94(3): 602-619. https://doi.org/10.1111/j.1467-8306.2004.00416.x [本文引用: 1] 摘要 Much geographical research focuses on the causes of geographical differences in net employment change. While net employment change is an important indicator of regional growth and decline, it masks the underlying process of creative destruction resulting in tremendous employment turnover rates. Labor economists and those who work in industrial organization emphasize the importance of theorizing the individual processes of job creation and destruction to uncover technological and institutional differences among industries and over the business cycle. This work demonstrates that over the course of a year, 10 percent of all jobs are destroyed and close to 10 percent of jobs are newly created. This article bridges the work of geographers on net employment change and the nongeographical work in industrial organization and provides the first comprehensive account of regional and metropolitan differences of job creation and destruction in U.S. manufacturing. Plant level data of the U.S. Census Bureau show that geographical differences in net employment change are primarily the result of differences in job creation rates and to a lesser extent in job destruction rates, that different types of plants drive the job creation process in different metropolitan areas, and that the snowbelt/sunbelt dichotomy collapses in the 1990s with selected midwestern urban areas among the fastest growing areas in the country.
[31]	Griffiths D, Lambert P S.2013. The American occupational marriage structure, 1980 & 2010 [J]. Procedia: Social and Behavioral Sciences, 100: 21-39. https://doi.org/10.1016/j.sbspro.2013.10.697 URL [本文引用: 1] 摘要 In this paper we explore occupational structure in the USA, as measured by the social networks which link occupations through marriage. Network ties between two occupations are defined if the proportion of husbands in occupation A who have wives in occupation B is greater than the proportion of wives in occupation B in the sample, or vice versa. We explore networks for 1980 and 2010, and ask whether social change in the period influences the structure of these networks. Results suggest a trend towards less educational and occupation segregation.
[32]	Hatfield M L, Hartz K E H.2011. Secondary organic aerosol from biogenic volatile organic compound mixtures [J]. Atmospheric Environment, 45(13): 2211-2219. https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2011.01.065 URL [本文引用: 1] 摘要 The secondary organic aerosol (SOA) yields from the ozonolysis of a Siberian fir needle oil (SFNO), a Canadian fir needle oil (CFNO), and several SOA precursor mixtures containing reactive and non-reactive volatile organic compounds (VOCs) were investigated. The use of precursor mixtures more completely describes the atmosphere where many VOCs exist. The addition of non-reactive VOCs such as bornyl acetate, camphene, and borneol had very little to no effect on SOA yields. The oxidation of VOC mixtures with VOC mass percentages similar to the SFNO produced SOA yields that became more similar to the SOA yield from SFNO as the complexity and concentration of VOCs within the mixture became more similar to overall SFNO composition. The SOA yield produced by the oxidation of CFNO was within the error of the SOA yield produced by the oxidation of SFNO at a similar VOC concentration. The SOA yields from SFNO were modeled using the volatility basis set (VBS), which predicts the SOA yields for a given mass concentration of mixtures containing similar VOCs.Highlights? SOA yields from the ozonolysis of fir needle oils and surrogates were measured. ? Non-ozone-reactive VOCs had little effect on SOA yields. ? As the surrogate composition approached the fir needle oil, yields were similar. ? SOA yields from fir needle oils were modeled using the volatility basis set.
[33]	He Q Q, Bo H.2018. Satellite-based mapping of daily high-resolution ground PM 2.5 in China via space-time regression modeling [J]. Remote Sensing of Environment, 206: 72-83. https://doi.org/10.1016/j.rse.2017.12.018 URL [本文引用: 1] 摘要 The use of satellite-retrieved aerosol optical depth (AOD) data and statistical modeling provides a promising approach to estimating PM 2.5 concentrations for a large region. However, few studies have conducted high spatial resolution assessments of ground-level PM 2.5 for China at the national scale, due to the limitations of high-resolution AOD products. To generate high-resolution PM 2.5 for the entirety of mainland China, a combined 3 km AOD dataset was produced by blending the newly released 3 km-resolution Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) Dark Target AOD data with the 10 km-resolution MODIS Deep Blue AOD data. Using this dataset, surface PM 2.5 measurements, and ancillary information, a space-time regression model that is an improved geographically and temporally weighted regression (GTWR) with an interior point algorithm (IPA)-based efficient mechanism for selecting optimal parameter values, was developed to estimate a large set of daily PM 2.5 concentrations. Comparisons with the popular spatiotemporal models (daily geographically weighted regression and two-stage model) indicated that the proposed GTWR model, with an R 2 of 0.80 in cross-validation (CV), performs notably better than the two other models, which have an R 2 in CV of 0.71 and 0.72, respectively. The use of the combined 3-km high resolution AOD data was found not only to present detailed particle gradients, but also to enhance model performance (CV R 2 is only 0.32 for the non-combined AOD data). Furthermore, the GTWR's ability to predict PM 2.5 for days without PM 2.5 -AOD paired samples and to generate historical PM 2.5 estimates was demonstrated. As a result, fine-scale PM 2.5 maps over China were generated, and several PM 2.5 hotspots were identified. Therefore, it becomes possible to generate daily high-resolution PM 2.5 estimates over a large area using GTWR, due to its synergy of spatial and temporal dimensions in the data and its ability to extend the temporal coverage of PM 2.5 observations.
[34]	Kain J F.1968. Housing segregation, negro employment, and metropolitan decentralization [J]. The Quarterly Journal of Economics, 82(2): 175-197. https://doi.org/10.2307/1885893 URL [本文引用: 1]
[35]	Lau C Y.2011. Spatial mismatch and the affordability of public transport for the poor in Singapore's new towns [J]. Cities, 28(3): 230-237. https://doi.org/10.1016/j.cities.2010.12.005 URL [本文引用: 1] 摘要 http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0264275110001678
[36]	Li S M, Liu Y.2016. The jobs-housing relationship and commuting in Guangzhou, China: Hukou and dual structure [J]. Journal of Transport Geography, 54: 286-294. https://doi.org/10.1016/j.jtrangeo.2016.06.014 URL [本文引用: 1]
[37]	Marsh R M.1968. The American occupational structure [M]. New York: Free Press, 1978. [本文引用: 1]
[38]	Martin R W.2010. Spatial mismatch and the structure of American metropolitan areas, 1970-2000 [J]. Journal of Regional Science, 44(3): 467-488. https://doi.org/10.1007/s00168-008-0278-z URL [本文引用: 1]
[39]	Paciorek C J, Liu Y, Morenomacias H, et al.2008. Spatiotemporal associations between GOES aerosol optical depth retrievals and ground-level PM_2.5 [J]. Environmental Science & Technology, 42(15): 5800-5806. https://doi.org/10.1021/es703181j URL PMID: 18754512 [本文引用: 1] 摘要 Abstract We analyze the strength of association between aerosol optical depth (AOD) retrievals from the GOES aerosol/smoke product (GASP) and ground-level fine particulate matter (PM2.5) to assess AOD as a proxy for PM2.5 in the United States. GASP AOD is retrieved from a geostationary platform, giving half-hourly observations every day, in contrast to once per day snapshots from polar-orbiting satellites. However, GASP AOD is based on a less-sophisticated instrument and retrieval algorithm. We find that daily correlations between GASP AOD and PM2.5 over time at fixed locations are reasonably high, except in the winter and in the western U.S. Correlations over space at fixed times are lower. Simple averaging to the month and year actually reduces correlations over space, but statistical calibration allows averaging over time that produces moderately strong correlations. These results and the data density of GASP AOD highlight its potential to help improve exposure estimates for epidemiological analyses. On average 39% of days in a month have a GASP AOD retrieval compared to 11% for MODIS and 5% for MISR. Furthermore, GASP AOD has been retrieved since November 1994, providing a long-term record that predates the availability of most PM2.5 monitoring data and other satellite instruments.
[40]	Polce C, Garratt M P, Termansen M, et al.2014. Climate-driven spatial mismatches between British orchards and their pollinators: Increased risks of pollination deficits [J]. Global Chang Biology, 20(9): 2815-2828. https://doi.org/10.1111/gcb.12577 URL PMID: 24638986 [本文引用: 1] 摘要 AbstractUnderstanding how climate change can affect crop-pollinator systems helps predict potential geographical mismatches between a crop and its pollinators, and therefore identify areas vulnerable to loss of pollination services. We examined the distribution of orchard species (apples, pears, plums and other top fruits) and their pollinators in Great Britain, for present and future climatic conditions projected for 2050 under the SRES A1B Emissions Scenario. We used a relative index of pollinator availability as a proxy for pollination service. At present, there is a large spatial overlap between orchards and their pollinators, but predictions for 2050 revealed that the most suitable areas for orchards corresponded to low pollinator availability. However, we found that pollinator availability may persist in areas currently used for fruit production, which are predicted to provide suboptimal environmental suitability for orchard species in the future. Our results may be used to identify mitigation options to safeguard orchard production against the risk of pollination failure in Great Britain over the next 50 years; for instance, choosing fruit tree varieties that are adapted to future climatic conditions, or boosting wild pollinators through improving landscape resources. Our approach can be readily applied to other regions and crop systems, and expanded to include different climatic scenarios.
[41]	Rogge W F, Hildemann L M, Mazurek M A, et al.1993. Sources of fine organic aerosol. 3. Road dust, tire debris, and organometallic brake lining dust: Roads as sources and sinks [J]. Environmental Science & Technology, 27(9): 1892-1904. https://doi.org/10.1021/es00046a019 URL [本文引用: 1] 摘要 Particulate matter emitted to the atmosphere due to motor vehicles arises from several sources in addition to tailpipe exhaust. In this study, the organic constituents present in fine particulate (d(p) less-than-or-equal-to 2.0 mum) road dust, brake lining wear particles, and tire tread debris (not size segregated) are analyzed using gas chromatography/mass spectrometry. The objective is to characterize such traffic-related sources on an organic compound basis and to search for molecular markers that will assist the identification of traffic-associated dusts in the urban atmosphere. More than 100 organic compounds are quantified in these samples, including n-alkanes, n-alkanoic acids, n-alkenoic acids, n-alkanals, n-alkanols, benzoic acids, benzaldehydes, polyalkylene glycol ethers, PAH, oxy-PAH, steranes, hopanes, natural resins and other compound classes. Paved road dust acts as a repository for vehicle-related particles, which can then be resuspended by the passing traffic. To evaluate the contributions from major urban sources to the road dust complex, source profiles representing different types of vehicle exhaust, brake dust, tire debris, and vegetative detritus are compared, and their fractional contributions are estimated using several groups of organic tracer compounds. Likewise, the close relationship between airborne fine particulate organic constituents and road dust organic matter is discussed.

空间错位视角下区域旅游经济差异研究

2013

... 环境空气质量不仅与大气污染物的排放有关,还受到风向、风速、地形、建筑等很多因素的影响,导致大气污染物排放量与环境空气质量的变化趋势及效应在时间上出现不完全协同、空间上表现出不完全匹配的关系,称之为“非协同耦合”.例如,特定时段污染物排放量增多但空气质量并未恶化,特定区域大气污染物减排量较大,但其空气质量改善程度却并不明显等现象.这种“非协同耦合”现象普遍存在且与区域大气污染控制措施的有效性直接相关.目前对该现象基本处于描述分析阶段,缺乏全面的定量研究(陈林娜, 2013). ...

空间错位视角下区域旅游经济差异研究

2013

基于空间错位理论的河南省旅游发展区域差异研究

2011

... 分析空间非协同耦合的方法众多.其中,重心模型和空间错位分析在定量分析产业重心移动以及空间不匹配程度上具有明显优势(Martin, 2010).空间错位理论最初被用于研究就业岗位与求职者之间存在“空间错位”导致美国黑人高失业率的问题(Kain, 1968; Marsh, 1968; 徐涛等, 2009);之后逐渐被运用到多个学术领域,如旅游学(王美红等, 2009; 丁旭生等, 2011; 李振亭等, 2013)、社会学(Cleguer et al, 2015; Essletzbichler, 2015; Li et al, 2016; 李玉雪, 2017)、地理学(史坤博等, 2015)、环境资源(Polce et al, 2014)等.在大气环境研究中,对城市内部环境的时空异质性关注较少(邹秀萍等, 2009; 张璐等, 2011; 唐婷等, 2012).大气污染物的排放量与颗粒物空气质量两者有直接的因果联系,在空间上又可以表征为2个相互独立的要素,运用空间错位指数分析两者之间的空间非协同耦合是一个新尝试. ...

基于空间错位理论的河南省旅游发展区域差异研究

2011

2016年大气污染排放源清单技术报告 [R]

2016

... 为了减少同一等级道路的车流量存在的差异性,需要根据城市交通流量的分布特征划分不同的路段单元.本文将大路分成4个等级(表3),快速路(环城高速和高速路)、主干路(省道)、次干路(县道)、支路(市区道路).每一级道路上的车流量不同,产生的污染情况也存在很大差异.武汉市区各道路类型车流量参照前人研究成果(黄宇等, 2016).其转换标准车流量的计算方法如下： ...

2016年大气污染排放源清单技术报告 [R]

2016

基于LUR的武汉市PM2.5浓度空间分布模拟

2015

基于LUR的武汉市PM2.5浓度空间分布模拟

2015

武汉市当前环境空气质量状况与趋势

2017

... 武汉市是中国中部最大的城市,全市面积8494.41 km²,其中水域面积为2217.6 km²,主城区建成面积约800 km².境内大小湖泊星罗棋布,形成了水系发育、山水交融的复杂地形(武汉市统计局, 2016).全市共有13个市辖区(图1),包括7个中心城区和6个新城区(张孝宇等, 2014).武汉属于北亚热带季风性湿润气候.目前武汉市重污染天气较多,可吸入颗粒物和细颗粒物浓度较高(尹珩等, 2014).虽然武汉市空气质量优良天数从2013年的160 d提升到2016年的237 d,空气质量得到改善(李芬等, 2017);2016年,武汉市SO₂、NO₂等主要污染物排放总量完成省下达任务,空气质量优良天数比例达到64.8%(曾思琪, 2017),但与“十三五”期间要达到的环境目标还有一定差距. ...

武汉市当前环境空气质量状况与趋势

2017

中国大气SO₂污染与排放的空间分离分析

2013

... 本文借鉴城市地理学研究成果(Lau, 2011),构建大气污染物排放与颗粒物空气质量之间的空间错位指数模型,研究其空间分布的非协同耦合规律(李名升等, 2013). ...

中国大气SO₂污染与排放的空间分离分析

2013

卫星遥感研究中国气溶胶光学厚度、NO₂和SO₂的相关性

2016

... 大气气溶胶对全球气候变化和人体健康有重要影响.有机气溶胶是大气气溶胶尤其是小粒径气溶胶的主要组分,占其组分的20%~70%(Griffiths et al, 2013).城市大气有机气溶胶前体物来源非常复杂,天然源主要是天然植物排放(Rogge et al, 1993),人为源主要有燃煤、机动车、城市的逸散性粉尘和农业活动产生的氨气排放(张小曳, 2014).这4种人为源产生的大气污染物主要有SO₂、NO_X、PM_2.5和CO等.大气中挥发性有机物(volatile organic compounds, VOCs)或半挥发性有机物(semi- volatile organic compounds, SVOCs)是二次有机气溶胶(SOA)的主要前体物(Hatfield et al, 2011).显然,SO₂、NO_X、PM_2.5、CO、VOCs对大气气溶胶的形成有重要影响(李锐等, 2016).气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth, AOD)能够反映大气浑浊度(王华等, 2013),能够作为主要指标用于分析气溶胶的时空变化特征,准确反映一定地区范围内的颗粒物空气质量(Paciorek et al, 2008). ...

卫星遥感研究中国气溶胶光学厚度、NO₂和SO₂的相关性

2016

山东省旅游资源与旅游经济的空间错位研究

2017

山东省旅游资源与旅游经济的空间错位研究

2017

中国入境旅游流流量与流质的空间错位分析

2013

中国入境旅游流流量与流质的空间错位分析

2013

基于"3S"的南京市大气污染源清单网格化空间分配研究

2017

... 大气污染物的排放源有多种,且不同种类大气污染物的排放源所占比例也有差别,因此最佳的空间分配方法是根据各种排放来源的相关权重因素分配至一定大小的格网上,再按照排放比例进行叠加显示(刘蕊等, 2013; 周亚端, 2016).根据武汉市各类排放源的空间特征(刘春蕾等, 2017),建立分配原则如表2所示. ...

基于"3S"的南京市大气污染源清单网格化空间分配研究

2017

大气污染物空间分配单一权重法的局限: 以福州市2011年大气污染物的空间分配为例[C]// 中国环境科学学会. 2013中国环境科学学会学术年会论文集(第五卷)

2013

城市化与生态环境的耦合度及其预测模型研究

2005

... 耦合是一个物理学概念,指2个及以上系统或运动形式通过各种相互作用而彼此影响的现象(刘耀彬等, 2005).从协同学的角度看,系统由无序走向有序的关键在于系统内部序参量之间的协同作用,它左右着系统相变的特征与规律,耦合度正是对这种协同作用的度量(马丽等, 2012). ...

城市化与生态环境的耦合度及其预测模型研究

2005

中国经济与环境污染耦合度格局及工业结构解析

2012

中国经济与环境污染耦合度格局及工业结构解析

2012

基于省会城市的中国体验性网络团购发展的空间格局与空间错位

2015

基于省会城市的中国体验性网络团购发展的空间格局与空间错位

2015

江苏省区域农业生态环境质量的时空变异分析

2012

江苏省区域农业生态环境质量的时空变异分析

2012

区域气溶胶光学厚度空间格局特征研究

2013

区域气溶胶光学厚度空间格局特征研究

2013

中国旅游LR-NS-FA空间错位的组合矩阵分析

2009

中国旅游LR-NS-FA空间错位的组合矩阵分析

2009

武汉市2015年暨“十二五”期间国民经济和社会发展统计公报

2016

武汉市2015年暨“十二五”期间国民经济和社会发展统计公报

2016

北京居住与就业的空间错位研究

2009

北京居住与就业的空间错位研究

2009

2013

... 机动车是城市中重要的排放源之一,合理的空间分配方法有助于识别城市机动车污染排放源强的空间分布规律.然而由于机动车的可移动性和繁杂的行驶工况,相比于其他排放源,其空间分配过程需要考虑的参数也较为复杂(叶斯琪等, 2013).本文使用的是基于交通流量与道路网的机动车污染排放“标准道路长度”空间分配的新方法.该方法采用实际道路网作为分配基底,避免了其他分配参数方法将机动车污染排放分配到路网之外的偏差,同时采用标准长度转换体系来解决不同类型等级道路之间由于交通流量和车队组成不同而引起的污染排放量的差异.标准道路长度分配方法的主要过程与一般线源和面源的空间方法一致,只是在空间特征识别和空间分配因子建立中采用的计算方法与其他排放源存在差异. ...

2013

武汉市大气环境质量改善对策研究[C]// 中国环境科学学会, 四川大学. 2014中国环境科学学会学术年会(第三章)

2014

武汉市大气环境质量改善对策研究[C]// 中国环境科学学会, 四川大学. 2014中国环境科学学会学术年会(第三章)

2014

2016年武汉环境质量状况公报: 全市环境质量稳中趋好

2017

2016年武汉环境质量状况公报: 全市环境质量稳中趋好

2017

城乡协调度评价模型构建及应用

2007

... 由于本文研究的是大气污染物排放源和气溶胶光学厚度2个子系统构成的时空耦合模型,并借鉴物理学中的容量耦合概念及其容量耦合系数模型(张竟竟等, 2007),推广得到适用于本文研究的时空耦合度模型： ...

城乡协调度评价模型构建及应用

2007

夏季长三角城市群热岛效应及其对大气边界层结构影响的数值模拟

2011

夏季长三角城市群热岛效应及其对大气边界层结构影响的数值模拟

2011

中国不同区域大气气溶胶化学成分浓度、组成与来源特征

2014

中国不同区域大气气溶胶化学成分浓度、组成与来源特征

2014

武汉市耕地非农化的空间非均衡发展与空间扩散路径分析

2014

武汉市耕地非农化的空间非均衡发展与空间扩散路径分析

2014

江苏省高精度大气污染物排放清单的建立及空气质量模拟评估

2016

江苏省高精度大气污染物排放清单的建立及空气质量模拟评估

2016

京津冀经济增长与水环境污染的实证分析

2009

京津冀经济增长与水环境污染的实证分析

2009

Spatial mismatch between marine protected areas and dugongs in New Caledonia

2015

The geography of job creation and destruction in the U.S. manufacturing sector, 1967-1997

2015

The American occupational marriage structure, 1980 & 2010

2013

Secondary organic aerosol from biogenic volatile organic compound mixtures

2011

Satellite-based mapping of daily high-resolution ground PM 2.5 in China via space-time regression modeling

2018

... 将3 km分辨率的中分辨率成像光谱仪(MODIS)暗目标AOD数据与10 km分辨率的MODIS深蓝AOD数据进行融合,得到3 km AOD数据集.利用该数据集,建立基于内点算法(IPA)的优化参数取值的改进时空加权回归模型(GTWR),利用相对湿度(RH)、温度、风速、气压、边界层高度(PBL)、土地利用分类(LUCC)、数字高程、植被覆盖度(NDVI)等参数对AOD进行修正得到PM_2.5数据(He et al, 2018). ...

Housing segregation, negro employment, and metropolitan decentralization

1968

Spatial mismatch and the affordability of public transport for the poor in Singapore's new towns

2011

The jobs-housing relationship and commuting in Guangzhou, China: Hukou and dual structure

2016

1978

Spatial mismatch and the structure of American metropolitan areas, 1970-2000

2010

Spatiotemporal associations between GOES aerosol optical depth retrievals and ground-level PM_2.5

2008

Climate-driven spatial mismatches between British orchards and their pollinators: Increased risks of pollination deficits

2014

Sources of fine organic aerosol. 3. Road dust, tire debris, and organometallic brake lining dust: Roads as sources and sinks

1993

〈

〉

大气污染物排放量与颗粒物环境空气质量的空间非协同耦合研究——以武汉市为例

Spatial non-coupling of air pollutant emissions and particulate matter-related air quality: A case study in Wuhan City, China

1 研究区域与数据来源

1.1 研究区域

1.2 数据来源

2 研究方法

2.1 数据预处理

2.2 大气污染源清单空间分配方法

2.3 AOD反演与PM2.5遥感估算方法

2.4 时空耦合模型

2.5 空间错位指数模型

3 结果与讨论

3.1 大气污染物排放的时空分布特征

3.2 AOD时空分布特征

3.3 大气污染物排放量与AOD耦合规律

3.4 大气污染物排放与AOD空间错位指数

3.5 讨论

4 结论与建议

参考文献 文献选项 原文顺序 文献年度倒序 文中引用次数倒序 被引期刊影响因子

2.3 AOD反演与PM_2.5遥感估算方法

参考文献

原文顺序

文献年度倒序

文中引用次数倒序

被引期刊影响因子