社交媒体数据在自然灾害应急管理中的应用研究综述

社交媒体是灾害应急管理的一个新兴但尚未充分利用的大数据源。然而,社交媒体数据在灾害应急管理中能发挥什么作用,目前国内的研究较少,而国外的研究亦较为分散,相关应用受限。论文对国内外利用社交媒体数据进行灾害管理相关研究进行了综述,归纳出社交媒体数据在灾害应急管理中应用的潜力、优势和问题。结果发现:(1)社交媒体数据含有丰富的灾害信息,能够依靠态势感知和信息共享支持灾害预警、实时监测、损失和救助需求评估、协助快速应急响应以及预测可能的灾害风险等灾害管理工作;(2)社交媒体数据的优势在于能保证灾害信息的实时性和连续性,进而提供致灾强度图、损失预测和舆情分析等结果服务于灾害应急管理;(3)地理位置信息有限、专业语料库缺乏、信息噪声处理的复杂性等原因使社交媒体数据分析结果精度受限。如何发挥社交媒体数据社会感知的优势,以弥补传统观测调查手段的不足,更加科学应对灾害应急,仍需要在社交媒体数据处理及多源数据融合分析技术方面取得突破。

流域尺度重金属行为模拟及其对不同气象因子的响应特征研究

模拟重金属的流域尺度行为有利于更好地理解重金属对生态系统和人类的潜在不利影响,而探究重金属在不同气象情景下的迁移转化规律有利于流域环境风险分析和环境管理。本研究采用流域重金属迁移转化模型SWAT-HM,该模型考虑了重金属化学反应如吸附和老化反应;陆面重金属迁移过程包括通过水分渗流和蒸发引起的垂向下降上升运动以及通过土壤侵蚀和地表/地下径流的水平迁移;水体中重金属迁移过程包括沉降、再悬浮、扩散和掩埋等过程。本研究选取湖南浏阳河上游流域为研究区,该流域几十年来一直受到采矿活动的影响,重金属污染严重。结果表明,SWAT-HM模型对于流域内重金属锌(Zn)和镉(Cd)的动态模拟结果与监测结果符合较好,94.5%的Zn和94.2%的Cd的模拟浓度与实测浓度在同一数量级内。流域内Zn和Cd的高污染区主要集中在宝山河,当宝山河与大溪河汇合后,由于稀释作用和水沙交互作用,溶解相Zn和Cd浓度显著降低至地表水环境质量Ⅲ类水标准(GB 3838—2002)以下。2009—2014年流域出口Zn和Cd总输出通量的多年均值分别为90.8 t和1.1 t,溶解相重金属和吸附相重金属输出量的大幅提升几乎全部出现在强降水后,吸附相重金属输出量主要由几次暴雨过程贡献。本研究通过气象因子分析方法评价重金属输出量对于降雨和气温变化的敏感性,结果显示溶解相重金属和吸附相重金属输出量对于降雨变化比温度变化敏感,且吸附相重金属对于降雨变化的响应比溶解相重金属强烈。探究不同气象情景下重金属迁移转化响应特征对于环境风险分析和污染控制具有一定意义。

基于EOF和HHT的多站点降雨场随机模拟方法研究

提出一种新的基于希尔伯特谱分析的降水发生器EHS.该模型首先对原始降雨场进行高斯隐变量转换,转换后的标准化降雨场随后进行经验正交函数分析(EOFA),提取出主要空间模态和对应的主成分时间序列.对主成分序列进行经验模态分解(EMD)和希尔伯特谱分析(HAS)可以得到不同特征周期的本征模态函数(IMF)及其对应的瞬时振幅和瞬时频率,利用随机相位法仿真各项IMF分量,对模拟得到的IMF分量进行EMD重构、EOF重构和高斯隐变量反操作,即可得到多站点降雨模拟场.本文以月降雨量均值、月降雨量标准差,空间相关系数、空间连接度、自相关系数为指标,利用湘江流域实测的降水数据,通过与现有多站点降水发生器MulGETS的比较,评估多站点降水发生器EHS的性能和优缺点.研究结果表明,多站点降雨发生器EHS能很好地模拟湘江流域的降雨,重现历史降雨场的统计特征.该工具可为水文水环境模型、生态模型等提供数据支撑.

在救灾智联网中推测信息孤岛救助需求强度的空间信息扩散模型

重大自然灾害中的信息孤岛,是精准救助的盲区。本文认为,只有发挥互联网的优势,从“隔空判灾”走向“采点外推”,才能较高精度地快速评估信息孤岛中的灾情和救助需求。本文依托救灾智联网,由已观测地理单元上的数据,用空间信息扩散模型构造背景数据与救助需求的因果关系,据此推测信息孤岛中的救助需求。以2019年长宁6.0级地震为例子,以“相对暴露度”、“人口”和“GDP”等为背景数据,用启动应急响应3小时内网络爬虫数据中受灾乡镇名字出现频率的强弱表征应急救助需求强度,我们由10个镇得到的数据构造因果关系,推测了3个信息孤岛镇的救助需求强度。由于空间信息扩散模型的普适性,该模型对识别非线性的救助需求因果关系,具有一定的优势。

一种评价台风风险模型可靠性的计算机仿真方法

多数情况下,人们无法直接证明风险评估结果是否可靠,只能通过研究评估模型是否相对比较可靠,间接证明评估结果是否可靠。本文根据抽样仿真随机系统的机理,提出一种评价台风风险模型可靠性的计算机仿真方法。该方法主要由两部分组成:设置理论随机系统和抽样仿真台风灾害。以历史台风灾害资料为背景,构造二维正态概率分布表述理论随机系统,此分布的期望损失定为台风风险理论值。用此理论分布驱动伪随机数发生器,生成随机样本仿真台风和灾害。然后,用不同模型分别处理样本,估计期望损失。估计值与理论值误差越小,说明相应的风险模型越可靠。使用纯随机种子数进行100次仿真实验的统计结果表明,在小样情况下,用信息扩散模型估计台风风险,总是比直方图方法可靠。只有20个资料用于台风风险估计时,大约能减少12%的误差。这一方法的特色是具有可移植性,能很方便地用于其它灾种。

天气发生器MulGETS和k-NN对区域历史气象场特征重现能力的比较

传统单站点天气发生器未考虑不同站点气象变量间的空间相关性,导致其在区域影响评价中的应用受到限制,而多站点天气发生器可以克服单站点天气发生器的缺点,近年来得到迅速发展。评估和验证多站点天气发生器对区域历史气象场特征的重现能力是开展影响评价的前提和基础。为此,本研究选取MulGETS(参数型)和k-NN(非参数型)发生器为代表模型,利用湘江流域12个气象站点1981-2010年日序列降水量、最高气温、最低气温资料,通过均值、标准差、偏度、极值、空间相关系数、空间连接度和自相关系数等指标的对比,评估了MulGETS和k-NN模型的优缺点及适用性。结果表明:MulGETS和k-NN模型均较好地再现了原气象场的均值、标准差和偏度,k-NN表现稍好于MulGETS。同时k-NN相比MulGETS在保持气象要素空间相关性上具有优势,特别是降水量的空间间歇性。由于算法本身的限制,k-NN无法模拟出超出历史数据范围的极值,而MulGETS具备一定的极值模拟能力。此外,MulGETS和k-NN在重现原始日尺度降水量的自相关性上均存在不足。总体来看,两个模型各具优势和不足,MulGETS更适于极端气象事件模拟,而k-NN可以更好地体现原始气象场的空间差异,实际使用时应根据不同的研究目的选择合适的模型。

毛乌素沙地布寨淖尔下风向沙化湖滨地表沉积物理化特性

布寨淖尔湖是鄂尔多斯高原毛乌素沙地腹地的代表性盐湖,其东南部分布着平坦裸露的沙化湖滨\,湖岸沙丘及半固定沙丘,地表均沉积有大量沙物质与粉尘,这些松散富盐物质在风力侵蚀作用下常形成盐碱尘暴,威胁下风向区域的生态环境安全。研究了布寨淖尔湖东南部区域2.5 km范围内地表沉积物的土壤粒度与理化特性,旨在为盐碱尘暴源区的防治与生态治理提供基础科学参考。结果表明:布寨淖尔湖滨裸露地表沉积物以粗砂、中沙和细砂为主;从湖心沿东南方向等距离(0.5 km)采样,距湖心越远,粗砂和细砂含量逐渐减小,极细砂、粉砂和黏土含量逐渐增加,中砂含量无明显变化。地表沉积物含水率、容重随与湖心距离的增加逐渐增加,pH值、全盐量及电导率则呈逐渐减小趋势;沉积物阳离子以Na+为主,阴离子以Cl-为主,其次为SO4^2-、HCO3^-。整体看,区内地表碱化较为严重,区域下风向土壤理化特征呈明显有规律变化趋势,湖滨地表土壤有明显风蚀迹象,可能是盐碱尘暴与湖岸沙丘形成的重要物源区。