基于LUR和空间杜宾模型耦合的PM2.5浓度时空精细模拟研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    41907389
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    23.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    D0716.区域环境质量与安全
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Urban air pollution is increasingly becoming a major environmental concern in cities around the world. Because of the frequent occurrence of severe haze pollution in China, it is necessary to analyze the spatio-temporal pattern of PM2.5 concentrations with high precision. Land Use Regression modeling (LUR) is a classical model for urban-scale atmospheric pollution concentration analysis and simulation. It is a statistical approach that uses spatial explanatory parameters to estimate pollutant concentrations at specific locations, and has been widely used in air quality studies. Its advantages are limited needs for explanatory parameters, a short computing time, and ease of development, making his empirical method capable to explain the spatial distributions of urban PM2.5 concentrations for entire cities. However, the existing LUR research has shortcomings. First, it rarely considers the spatial spillovers and autocorrelation of PM2.5 concentrations due to wind transmission, and possibly other influencing factors. Second, the LUR model variables are mostly two-dimensional and static, with little consideration of three-dimensional urban structure and dynamic factors. Finally, the time scale of existing research is mostly focused on the year or month, thus ignoring higher-frequency time disaggregation (day or hour). These shortcomings lead to biased estimations and inaccurate simulation results. The present study addresses all these issues. .Combining the LUR with the Spatial Durbin Model (LUR-SDM) to account for spatial diffusion spillovers and autocorrelation, this new coupling model will enhance the timeliness and accuracy of PM2.5 concentrations simulation. First, a prototype of the LUR-SDM coupling model will be explored, and the spatial weight matrix of 'wind direction-wind speed-distance' will be developed. Second, the multi-dimensional dynamic-static factor system and indicators dataset will be built. Finally, the proposed coupling model will be applied to Zibo city, and the precise PM2.5 concentration analysis and modeling will be carried out, based on a high-frequency time scale and multi-dimensional dynamic factors. This study has both theoretical and practical value for optimizing PM2.5 concentration modeling, revealing pollution effect mechanisms, and simulating and predicting future pollution for different scenarios of changes in land-use, transportation, and other factors.
在我国霾污染天气频发背景下,开展高精度PM2.5模拟及影响机制研究迫在眉睫。LUR模型是城市尺度大气污染模拟的经典模型,但已有研究中模型较少考虑PM2.5污染空间依赖性(尤其随风传输),缺乏污染物本身及影响要素的空间溢出研究;其次模型指标多聚焦二维静态因子,三维结构、动态因子重视不够;此外模型时间尺度多基于年或月,忽略高频时间差异性;以上问题导致模拟结果精准性、时效性及真实性较差。而具有时间动态空间杜宾模型SDM的引入可弥补上述不足。本课题开展基于LUR-SDM耦合的PM2.5精细模拟研究,首先探索并搭建LUR-SDM耦合模型原型,研究‘风向-风速-距离’空间权重矩阵;其次构建模型多维动静态因子体系;最后应用至淄博市,开展时尺度面向多维动态时空因子的PM2.5精细模拟及污染机制分析。本研究对优化PM2.5模拟、揭示影响机制、预测不同情景PM2.5浓度及针对性污染治理具有重要理论和实用价值。

结项摘要

城市PM2.5浓度空间分布及影响机制的研究对于演技区域大气污染防治具有重大意义。本项目通过建立BRT模型,得到不同季节各土地利用因子对PM2.5的作用特征及贡献大小,并深入分析影响PM2.5变化的影响因素,结果表明,土地利用类型在不同季节中对PM2.5浓度影响存在显著差异,其中主导因素分别为支路、次干路、植被覆盖面、建设用地。本课题注重空间权重矩阵的构建,空间权重矩阵是一种有效表达空间关系的方式,本研究在假设全部空间中风速是均匀的、稳定的前提下提出了顾及“风速—风向—距离”约束的空间权重矩阵。通过耦合LUR与空间杜宾模型SDM,结合气象站数据以及多维城市因子来监测空气质量监测站点之间的PM2.5污染的传输及溢出效应,最终完成实验区域PM2.5污染浓度的实时定量评估与精准模拟。.本课题执行期间共发表学术论文6篇(SCI/SSCI检索5篇),培养硕士研究生6人,其中4人均已毕业。本项目的研究成果对城市PM2.5污染浓度的研究提供参考,为环保部门针对性治理大气污染提供决策支持。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Investigation of the Impact of Land-Use Distribution on PM2.5in Weifang: Seasonal Variations
潍坊市土地利用分布对PM2.5影响的调查:季节变化
  • DOI:
    10.3390/ijerph17145135
  • 发表时间:
    2020-07-01
  • 期刊:
    INTERNATIONAL JOURNAL OF ENVIRONMENTAL RESEARCH AND PUBLIC HEALTH
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Li, Chengming;Zhang, Kuo;Liu, Xiaoli
  • 通讯作者:
    Liu, Xiaoli
Transport Pathways and Potential Source Region Contributions of PM2.5 in Weifang: Seasonal Variations
潍坊市 PM2.5 的传输路径和潜在源区贡献:季节变化
  • DOI:
    10.3390/app10082835
  • 发表时间:
    2020-02-01
  • 期刊:
    APPLIED SCIENCES-BASEL
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Li, Chengming;Dai, Zhaoxin;Wu, Pengda
  • 通讯作者:
    Wu, Pengda
PM_(2.5)与土地利用类型关系的四季差异分析:以潍坊市为例
  • DOI:
    10.13205/j.hjgc.202104012
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    环境工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张阔;张永彬;李成名;戴昭鑫
  • 通讯作者:
    戴昭鑫
The Impacts of POI Data on PM2.5: A Case Study of Weifang City in China
POI数据对PM2.5的影响:以中国潍坊市为例
  • DOI:
    10.1007/s12061-021-09408-0
  • 发表时间:
    2021-08
  • 期刊:
    Applied Spatial Analysis and Policy
  • 影响因子:
    1.9
  • 作者:
    Chengming Li;Yuxue Zou;Zhaoxin Dai;Jie Yin;Zheng Wu
  • 通讯作者:
    Zheng Wu
Methodology of Sub-Catchment Division Considering Land Uses and Flow Directions
考虑土地利用和流向的子流域划分方法
  • DOI:
    10.3390/ijgi9110634
  • 发表时间:
    2020-10
  • 期刊:
    ISPRS International Journal of Geo-Information
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Chengming Li;Zixian Fan;Zheng Wu;Zhaoxin Dai;Li Liu;Chengcheng Zhang
  • 通讯作者:
    Chengcheng Zhang

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其他文献

便携式土地信息协同采集系统设计与实现
  • DOI:
    10.13474/j.cnki.11-2246.2016.0302
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    测绘通报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    董群;陈国良;胡云锋;董昱;戴昭鑫
  • 通讯作者:
    戴昭鑫

其他文献

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相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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