基于BP的城市化与生态环境耦合脆弱性与协调性动态模拟研究——以黑龙江省东部煤电化基地为例

将城市化与生态环境耦合脆弱的典型地区——黑龙江省东部煤电化基地作为研究区域，运用BP神经网络结合模糊综合评判法，利用2004～2010年指标数据，在对2010年城市化与生态环境耦合脆弱性与协调性现状评价的基础上，预测了2013～2022年城市化与生态环境耦合脆弱性与协调性，深入分析了城市化与生态环境耦合脆弱性与协调性关系未来演变趋势。结果表明：鹤岗、双鸭山、鸡西具有较重脆弱度，并且有向中度脆弱度过渡的趋势；佳木斯以中度脆弱度为主，但是向较轻脆弱度发展比较缓慢；七台河、牡丹江则以较轻脆弱度为主，但七台河重度脆弱度和较重脆弱度所占比重也比较大，牡丹江脆弱度情况明显优于七台河。鹤岗、双鸭山、鸡西协调度等级为中度失调；佳木斯与七台河协调度等级为濒临失调；牡丹江的协调度等级为良好协调。而脆弱性与协调性关系比较中，七台河脆弱性趋小值与协调性发展值关系为同时退化发展，但趋势比较缓慢；牡丹江则基本保持现有状态；其它城市均为同时向良好等级发展的趋势，但发展的速率和波动略有不同。

基于SD的城市化与生态环境耦合发展研究——以黑龙江省东部煤电化基地为例

采用系统动力学方法,结合黑龙江省东部煤电化基地建设的特点,构建了区域城市化与生态环境相互耦合系统脆弱性与协调性发展系统动力学模型,在真实有效性检验基础上,通过对参数变量的适当调控,选取五种典型的耦合发展模式对黑龙江省东部煤电化基地城市化与生态环境进行动态模拟。结果表明:(1)区域城市化与生态环境相互耦合系统是非线性的、时变性的复杂巨系统,SD模型分析此类问题具有明显的适用性。模型的历史数据拟合的误差小,反映它具有一定可靠性,能在一定程度上真实、有效地反映区域城市化与生态环境相互耦合的复杂行为。(2)在不同的模式下,该区域城市化与生态环境耦合的结果和情景存在较大差异,五种耦合发展模式都有其显著的比较优势,同时也存在一定的发展缺陷。综合协调发展模式是现阶段及未来一段时期内该区域城市化和生态环境的协调发展的目标。(3)依据SD模型,在数量上对城市化进程中的社会、空间、资源、经济与生态环境等各子系统的变量进行合理控制,可以实现城市可持续发展。

人类土地利用活动对自然保护区影响研究:以黑龙江省为例

基于2012年的高分辨率中巴资源系列卫星影像及中国环境系列卫星影像,选定农业、工业、旅游、养殖、交通等10余个人类土地利用活动影响因子,提取并统计各因子在保护区不同功能分区的斑块数量和面积构建人类活动影响指数模型,分析黑龙江省区域尺度下人类土地利用活动对省级自然保护区的影响。结果表明:就人类活动影响因子的斑块数和面积而言,保护区受干扰最为突出的因子为农业活动;从保护区的功能分区上来看,人类活动干扰程度与保护区功能分区的格局基本一致即实验区>缓冲区>核心区;黑龙江省38个保护区中有70%以上的省级保护区受到了较好的保护,保护区的功能分区起到很好的隔离人类活动的作用;湿地及水域自然保护区是黑龙江省数量最多也是受干扰最为突出的保护区类型;保护区人类活动干扰强度等级空间规律为东北部三江平原区与西南部松嫩平原区干扰强度大,而西北部大小兴安岭山地地区与东南长白山丘陵地区受人类活动干扰较弱,该种等级划分得出的空间分布规律与黑龙江省土地利用分布规律一致。

黑龙江省森工林区野生植物碳汇效益研究

森林的碳汇价值在全球气候变化中起着举足轻重的作用。黑龙江省作为全国的森林大省之一,有着丰富的植物资源,其中,重点保护野生植物的种类多样,并且覆盖面积巨大。根据黑龙江省2006年林木生物碳储量、林木生物碳汇价值以及森林碳储量,可以算出黑龙江省2006年森林碳汇价值为1 333×108元,以同样的方法,根据所预测的黑龙江省2020年林木生物碳储量为8.84×108t,林木生物碳汇价值为648×108元,以及森林碳储量为21.56×108t,可以估算出所预测的黑龙江省2020年森林的碳汇价值为1 580×108元。并且本文用蓄积量转换法,粗略的计算出黑龙江省森工林区野生植物所产生的碳汇量,结果表明约占整个森林碳汇量的11.3%。从计算结果可以看出,野生植物的碳汇作用具有较高的价值。从长远来看,野生植物的数量和质量的变动将会在一定程度上影响整个森工林区的碳汇价值,因此,有效的管理和保护野生植物,可使整个森林植被的碳储量增加,碳汇作用不断增强,促进碳汇经济的发展,并为黑龙江省森林资源的可持续发展提供有力的保障。

基于WASP模型的水环境质量预测与评价研究--以松花江哈尔滨江段为例

应用WASP7.3模型对松花江哈尔滨段水质现状进行了模拟研究,研究的水质指标包括:NH3-N和COD。首先,分别选用2011年阿什河段和2012年呼兰河段实测值与模拟值进行率定及校验,校验结果为NH3-N和COD模拟值的平均相对误差分别为7.41%、4.41%;将WASP模型与单因子水质评价法进行结合研究,分析结果表明,松花江支流阿什河口内河段近3 a的NH3-N、COD超标较严重,为劣V类水质;以2013年为基准,使用WASP模型分别预测了2014年松花江支流阿什河和呼兰河的污水削减量及水环境容量。

基于WebGIS的松花江哈尔滨段水质监测与评价系统

研究了松花江水质的监测与评价。针对松花江哈尔滨段点源众多、面源分散,水环境复杂,造成全面、快速获取流域水环境信息及准确评价流域水环境困难,影响了松花江流域大尺度综合水环境管理的问题,构建了基于网络地理信息系统(WebGIS)的松花江哈尔滨段水质监测与评价系统。该系统运用了WebGIS技术和水污染指数评价方法,能够快速全面地获取水质断面监测数据并快速进行水质评价,同时将评价结果结合GIS技术实现可视化、专题化表达,为水污染治理相关部门对水质监管控制、宏观调控、污染治理与规划提供科学依据和决策参考。

冰雪消融期松花江哈尔滨段干流水动力模拟及其时空分布特征分析

受春季冰雪消融的影响,我国北方地区的河流会形成桃花汛期,期间河流的水位、水深和流场较其它季节会发生较大变化,从而对流域水环境管理和水资源保护的利用产生影响.为科学地对松花江哈尔滨段在冰雪消融期水动力变化情况进行分析,利用Arc GIS 10.0对DEM影像进行矢量化,在Delft3D-RGFGRID中创建正交曲线网格,基于EFDC模型建立松花江哈尔滨市段二维河流数值水动力模型.模拟了2014年1月-10月间的整个河段不同时空条件下的水动力变化情况,根据哈尔滨市水文站2013年、2014年实测数据对模型的参数和模拟结果进行率定和验证,模拟水位与实测水位最大相差0.33 m,相对误差<10%,吻合度高.模拟结果表明:整个江段平均水位在桃花汛期可达116.38 m,丰水期进一步上升至116.54 m,枯水期为115.64 m,平水期为116.23 m.朱顺屯和阿什河口断面水深在丰水期都明显大于桃花汛期,呼兰河口和大顶子山断面两汛期的水深几乎持平,大顶子山断面水深在各时期都较浅,附近易发生冰塞.朱顺屯、阿什河口、呼兰河口大顶子山桃花汛期流速分别为0.55、0.61、0.43、0.57 m·s-1;丰水期流速分别为0.59、0.66、0.47、0.63 m·s-1,各断面桃花汛期的流速与丰水期流速相当,略小于丰水期,流向平稳无涡旋.该模型可以较好的模拟河道水力要素随时间及空间演变规律,以便在不同典型水文年进行水力模拟和预测,可为松花江冬春季通航管理、水资源配置、水质模拟、水质目标管理、水环境容量计算和污染物总量减排提供决策依据.

松嫩平原农情遥感监测系统的设计与实现

利用MATLAB语言进行可视化设计出松嫩平原农情遥感监测系统,客观地对松嫩平原农作物生长状况的历史数据进行评估和实时监控。松嫩平原农情遥感监测系统主要功能为农作物长势监测(NDVI、VCI、MVCI、RMNDVI、RPNDVI)和自动化提取农作物(玉米、水稻、大豆)等松嫩平原重要粮食作物遥感信息,同时对3类地表(湿地、林地、草地)等分类。该监测系统解决了松嫩平原植被遥感信息提取研究中需要处理大量影像数据的问题,为未来研究松嫩平原植被特征变化和规律提供了非常好的技术支持;也可以应用于其他区域和影像数据研究中,具有稳定性好、处理数据速度快、分类精确度高的特点。

基于TM影像的哈尔滨市主城区绿地降温作用研究

选取2001年、2005年、2013年和2015年的4期同季TM影像为数据源,利用单窗算法反演哈尔滨市主城区地表温度,以SPOT影像为数据源提取30块城市绿地斑块,将地温空间格局与城市绿地斑块进行空间耦合分析,以揭示绿地对城市热岛地温格局的干扰影响。结果表明:从空间上看,哈尔滨市主城区热岛效应显著,主城区分布着大面积高温区和次高温区,极高温区则呈点状、面状或带状孤岛型分布特点;从动态上看,城市热岛的空间格局呈现从城市中心的老城区逐渐向外围新开发建设区域扩展的特点。绿地斑块内部平均温度除与自身特征有关外,还与其空间布局和周边景观格局相关。绿地斑块降温程度和降温范围与绿地斑块面积呈正相关关系,与绿地斑块形状指数呈负相关关系,绿地降温范围与绿地斑块周长呈正相关关系。当绿地斑块面积为0.055 km^2时,绿地斑块对周边温度的降温效率较好,当绿地斑块面积在0.070 km^2时,绿地斑块对周边降温的面积效率较好。

松花江哈尔滨段总悬浮物浓度高光谱估测模型研究

水体总悬浮物浓度影响水体的光场分布,进而影响初级生产力。2012年7月14—15日,在松花江哈尔滨段选取11个断面共33个样点,利用野外高光谱仪(ASD Field Spec Pro)进行反射光谱测量和同步水样采集分析,通过研究总悬浮物质量浓度与其高光谱反射率之间的相关关系,采用单波段反射率、反射率比值法和一阶微分法分别建立了总悬浮物浓度的高光谱估测模型。结果表明,3种方法的决定系数都在0.90左右,均可以用于总悬浮物的定量遥感监测,其中一阶微分模型为反演的最佳模型。

松花江哈尔滨段主干流常规污染物动态衰减速度系数的测算研究

采用2011—2013年松花江哈尔滨段各断面水质监测数据和老头湾水文数据,运用实测资料反推法和河流一维水质模型对该段干流的COD、BOD5、NH3-N的衰减速度系数K进行测算,结果表明：1—12月朱顺屯—大顶子山的KCOD、KBOD5、KNH3-N分别在0.035 d^-1-3.372 d^-1、0.368 d^-1-5.459 d^-1和0.245 d^-1-5.600 d^-1之间;冰封期各污染物K值小于明水期,夏季（6—8月）K值大于其他季节。以2013年阿什河口下—呼兰河口下河段上、下游各断面的监测数据对测算的各污染物动态K值进行率定,实际监测值与预测浓度年内变化趋势基本一致,相对误差在25%以内,水质验证结果较满意。

松花江哈尔滨段主干流河网水动力模型构建及在城市防洪预警决策中的应用

为满足城市防洪预警决策的需要,根据松花江流域的水动力特点,结合遥感影像及数字高程数据,利用Delft3D模型对松花江哈尔滨段主干流的水动力情况进行了模拟。利用老头湾水文监测站2013年的实测数据对模型模拟结果进行了验证,计算水位和实测水位的最大水位差为0.36 m,模型能较好的呈现该江段的水动力情况。由于受降水量、地形等因素的影响,在枯水期时,水深基本上在4.7 m左右,丰水期时,水深增加到5.8 m左右。无论枯水期还是丰水期,松花江哈尔滨段上下游水位差较小,基本上趋近于零。松花江哈尔滨段水流平稳,单向流动,少有回流、涡旋等现象。

基于SWAT模型的松花江流域哈尔滨段径流量模拟

应用SWAT模型对朱顺屯—大顶子山断面(66 km)的松花江流域进行小区域径流模拟,选取2010—2013年的月实测数据进行参数的率定和验证,并对模型几个重要参数敏感性分析,总结参数取值变化对模拟结果的影响规律。结果表明:模拟结果的相对误差(Re)、相关系数(R2)和月径流模拟效率系数(Ens)分别为0.09、0.84、0.78,均在保证值范围内,说明SWAT模型适用于小范围流域内分布式水文模型的建立,对松花江哈尔滨段水文模型的建立具有指导作用。

2015～2018年哈尔滨市空气质量变化及评价

利用2015~2018年哈尔滨市逐日空气质量数据,对年内、不同年份及不同季节的空气质量指数(AQI)、首要污染物出现频率的特征变化进行研究,并采用综合污染指数法对哈尔滨市空气质量进行评价.结果表明:(1)2015~2018年哈尔滨市AQI为优良天数呈逐年增加趋势,轻度污染及以上天数逐年减少,2018年空气质量为最佳.(2)2015-2018年空气首要污染物以PM2.5和PM10为主,污染日数最多,属颗粒物污染类型,但逐年减少,而NO2出现率均最低,但逐年增多.(3)夏季空气质量最好,以NO2为主;春季次之,以PM10为首要污染物出现率最高;秋冬季节较差,以PM2.5为主.(4)2015~2018年哈尔滨的空气质量均属于轻污染等级,需采取进一步措施使哈尔滨市的环境空气质量更佳.

基于PCA法的松花江哈尔滨段水质评价研究

采用哈尔滨市环境监测中心站提供的例行监测断面BOD5、NH3-N、CODCr、TN、TP、高锰酸盐指数、石油类、DO八个水质指标监测数据,选取PCA法对2014年上半年冰封期(1、2月份)内松花江哈尔滨段的水质进行综合评价.水质综合评价结果表明:1月份第1主成分因子为石油类、高锰酸盐指数和NH3-N,第2主成分因子为CODCr和BOD5;2月份第1主成分因子为CODCr和BOD5,第2主成分因子为高锰酸盐指数、TP;阿什河口内和呼兰河口内污染比较严重,与研究流域内的实际排污情况相吻合.

黑龙江不同景观空气负离子浓度空间格局分析

针对空气负离子浓度的空间分布问题,采用空间自相关理论的方法,获取黑龙江省夏季林地、水域、耕地3种不同景观类型共219个观测点的空气负离子浓度数据,研究2016年黑龙江省夏季不同景观类型的空气负离子浓度空间自相关性的强弱和集聚模式。结果表明:在夏季,黑龙江省水域的平均空气负离子浓度最高,林地次之,耕地最小;空间自相关分析表明,在150~250 km范围内,林地、水域空间自相关尺度效应明显,在200~350 km范围内,耕地空间自相关尺度效应明显;空气负离子浓度全局Moran’s I指数分别为0.380、0.284和0.371,由高到低依次为林地、耕地、水域;林地、耕地、水域空气负离子浓度均表现出正的空间自相关性,即存在高-高集聚区或低-低集聚区。

流域尺度的景观破碎化分析及生态环境质量评价

为了解乌裕尔河流域在生态环境保护和经济快速发展背景下的景观破碎化和生态环境质量变化情况,文中利用Landsat遥感影像对乌裕尔河流域景观格局变化尤其是破碎化过程进行分析,并且从景观稳定性、景观受干扰度和社会经济影响度3个方面选取16个指标构建了乌裕尔河流域生态环境质量评价指标体系;利用RBF径向基神经网络模型定量评价了乌裕尔河流域的生态环境质量。结果表明:1980—2020年间乌裕尔河流域景观破碎化程度加重,生态环境质量处于优和一般之间,并且有向不良方向退化的趋势。评价结果可作为今后乌裕尔河流域生态系统保护和恢复治理的依据,并为相似的流域生态环境质量评价提供参考。

基于遥感与GIS的中国湖泊形态分析

基于2010年Landsat TM/ETM数据,结合Google Earth影像和其他资料,采用面向对象的分类方法,以30 m的分割尺度对图像进行分割,并通过比值指数、归一化差值水体指数及谱间关系等指数来提取水体信息,将水体分为河渠、湖泊及水库坑塘3类,并对分类结果进行精度验证,最终得到中国湖泊空间分布信息;以此为基础,计算出反映湖泊形态的景观指数(如形状指数、近圆形指数及分维数等),并结合湖泊的面积和湖泊岸线长度来说明湖泊的基本状况及其形状的复杂程度。结果表明:利用面向对象分类方法可以得到较高的分类精度,3种类型水体分类的总精度为93%,湖泊分类精度达到90%以上;在中国内陆,面积大于1.0 km2的自然湖泊2 477个,总面积约77 934.72 km2;在5个湖区中,青藏高原湖区的湖泊面积最大,占湖泊总面积的54.34%,其形状指数和分维数均值为最小,湖泊形态比较简单;东部平原湖区降雨充沛,水系发达,其形状指数和分维数均值最大,湖泊岸线更加曲折,形态复杂多变;通过分析得出,形状指数与分维数有明显的相关性(R2=0.95),湖泊岸线分维数值越高,其形状指数越大,岸线越复杂。

基于VECM模型的经济增长与环境污染和能源消耗关系研究

根据中国1978-2007年人均CO2排放量、人均用油当量与人均GDP的统计数据,通过构建向量误差修正模型,应用Johansen协整检验和Granger因果关系检验方法,考察了中国经济增长与环境污染和能源消耗的关系。结果表明:中国经济增长与环境污染和能源消耗存在长期稳定的协整关系,而且经济增长与能源消耗之间存在着长期双向因果关系,能源消耗是环境污染强单向因果关系。方差分解表明:短期内经济增长与能源消耗主要受自身波动影响较大,长期中经济增长与能源消耗间相互影响越来越明显;另外,能源消耗波动始终是环境污染的主要原因,而且影响越来越突出。

生态系统服务功能评估在土地利用总体规划环境影响评价中的应用——以黑龙江省大庆市为例

环境影响评价在土地利用规划中的应用研究已经广泛开展,将生态系统服务功能价值核算应用到环境影响评价中,对大庆市1996—2010年土地利用总体规划进行环境影响评价。结果表明:研究期内,大庆市土地利用类型中未利用地和牧草地面积净减少;湿地、林地和居民及建筑用地面积净增加,其中湿地增加最多;大庆市生态系统服务总价值从1996年373.71×108元增加到2010年的787.07×108元,在规划期内净增加了413.35×108元,单项功能服务价值全部在增加,其中废物处理、气候调节和水源涵养增幅最大,这主要是由气候调节作用强的林地增加和水源涵养系数最高的水域增加共同引起的。人均生态服务价值也保持增长的趋势,增长的变化率为83.61%,说明该规划对大庆市生态环境状况的改善起到了促进作用,有利于生态环境保护目标的实现。