Building an Environmental Quality Index for a big city: a spatial interpolation approach with DP2

The elaboration of Environmental Quality Indexes (EQI) for big cities is one of the main topics in regional and environmental economics. One of the usual methodological paths consists of generating a single measure as a linear combination of several air contaminants applying Principal Component Analysis (PCA). Then, as a final step, a spatial interpolation is carried out to determine the level of contamination across the city in order to point out the so-called ‘hot points’. In this article, we propose an alternative approach to build an EQI introducing some methodological and practical novelties. From the point of view of the selection of the variables, first we will consider noise -joint to air pollution- as a relevant environmental variable. We also propose to add ‘subjective’ data -available at the census tracts level- to the group of ‘objective’ environmental variables, which are only available at a number of environmental monitoring stations. This combination leads to a mixed environmental index (MEQI), which is more complete and adequate in a socioeconomic context. From the point of view of the computation process, we use kriging to match the monitoring stations registers to the Census data. We follow an inverse process as usual, since it leads to better estimates. In a first step, we krige the environmental variables to the complete surface and finally, we elaborate the environmental index. At last, in order to build the final synthetic index, we do not use Principal Components Analysis -as it is usual in this kind of exercises- but a better one, the Pena Distance method (DP2).Environmental index, Air pollution, Noise, Subjecive expectations, Kriging, Distance indicators

Spatiotemporal modeling of air pollutants and their health effects in the Pittsburgh region

Air pollutants have been associated with adverse health outcomes such as cardiovascular and respiratory diseases through epidemiological studies. Spatiotemporal and spatial statistics are widely used in both exposure assessment and health risk estimation of air pollutants. In the current paper, spatiotemporal and spatial models are developed for and applied to four specfic topics about air pollutants: (1) estimating spatiotemporal variations of particulate matter with diameter less than 2.5 um (PM2.5) using monitoring data and satellite aerosol optical depth (AOD) measurements, (2) estimating long-term spatial variations of ozone (O3) using monitoring data and satellite O3 profile measurements, (3) spatiotemporal associating acute exposure of air pollutants to mortality, and (4) spatiotemporal associating chronic air pollution exposure to lung cancer incidence. Environmental, socioeconomic and health data from Allegheny county and the State of Pennsylvania are collected to illustrate these techniques. The public health significance of these studies includes characterizing the exposure level of air pollutants and their health risks for mortality caused by cardiovascular and respiratory diseases and lung cancer incidence in the Pittsburgh region and developing novel spatiotemporal models such as spatiotemporal generalized estimating equations for the regression analysis of spatiotemporal counts data, especially for the massive spatiotemporal data used in epidemiological studies

Statistical Analyses of Ozone Temporal Trends in Calgary, Alberta: an Application of Multivariate Geostatistics

The prediction of tropospheric (surface) ozone episodes is a challenging task that requires the integration of physicochemical and statistical techniques. Governmental agencies such as the U.S. Environmental Protection Agency (EPA) and Alberta Environment favor physicochemical modeling in order to capture the complexity of the underlying physical processes. Unlike physicochemical models, statistical techniques are usually based on spatial and/or temporal correlations between relevant variates. The statistical models also require less exhaustive data sets for accurate predictions; this major advantage is perhaps more obvious when ozone prediction is performed for a longer period of interest. The primary objective of this research is to investigate statistical techniques for modeling ozone and/or other pollutant concentrations given only sparse environmental records at the monitoring stations. Straightforward linear regression based techniques are implemented initially but the inadequacy of these approaches for predicting detailed temporal ozone variations is verified by the results. Then geostatistical paradigms of kriging and sequential stochastic simulation are implemented to incorporate temporal correlation in the form ofvariogram. Secondary variables (covariates) can also be useful for providing extra information and their influence is accounted for in cokriging and cosimulation. The positive-definiteness of auto and cross-covariances are ensured via a linear model of coregionalization (LMC). The "two-point" statistic (variogram) is found to be insufficient and hence this thesis strives to explore methodologies for modeling the highly fluctuating temporal profiles with a view to providing a sound framework for subsequent extensions to spatiotemporal modeling. Il

Acoustic mapping based on measurements : space and time interpolation

International audienc

The biology and ecology of "Betula pendula" Roth on post-industrial waste dumping grounds : the variability range of life history traits

Zdolność organizmu do reprodukcji jest gwarancją trwałości istnienia gatunku. Na skuteczność propagacji mają wpływ przede wszystkim płodność osobnicza oraz żywotność potomstwa, aż do osiągnięcia fazy reprodukcji. Rozwój roślinności na otwartych przestrzeniach nieużytków poprzemysłowych jest ciągle procesem słabo poznanym. Warto więc przyjrzeć się, jak kształtuje się zmienność przestrzenna wkraczającej na te tereny roślinności, a także na ile warunki bytowania oraz cechy osobników znajdują odzwierciedlenie w ich organizacji przestrzennej. Kompleksowe badanie zmienności przestrzennej roślin i uwzględnienie w badaniach jednocześnie wielu zmiennych stało się możliwe ze względu na zaadaptowanie do przestrzennej analizy zmienności danych metody geostatystycznej. Celem badań była ocena właściwości populacji B. pendula rosnącej w warunkach zróżnicowanej antropopresji z uwagi na: wybrane cechy life history (np.: parametry wielkości, biomasy osobników, ocena płodności osobników), określenie kondycji osobników brzozy, ocenę czynników abiotycznych i biotycznych odpowiedzialnych za rozmieszczenie siewek w przestrzeni. Do badań wybrano brzozę brodawkowatą — gatunek siedliskotwórczy o szerokiej skali ekologicznej, odporny na zanieczyszczenia środowiska. Badania prowadzone były w latach 2005—2008 i 2009—2010 na 4 powierzchniach badawczych, różniących się stopniem antropopresji. Doświadczenie podzielono na dwie części: terenową i laboratoryjną. W części terenowej liczbę liści brzozy, ich powierzchnię oraz zawartość barwników asymilacyjnych określono w czasie pełnego rozwoju liści. Cechy biometryczne kwiatostanów oraz owocostanów brzozy oznaczono na początku i na końcu sezonu wegetacyjnego. W części laboratoryjnej wykonano badanie żywotności pyłku oraz wartości siewnej nasion. Aby zbadać, jak kształtuje się zmienność przestrzenna siewek brzozy brodawkowatej oraz jakie czynniki wpływają na ich wzorce przestrzenne, wyznaczono 6 poletek badawczych w obrębie 2 kontrastujących pod względem stopnia presji antropogenicznej powierzchni badawczych. Analiza wyników badań poszczególnych elementów składających się na ostateczny efekt reprodukcji wskazuje na ich ogromną plastyczność, przy czym reakcje rośliny na czynniki niekorzystne, prowadzące do niskiej efektywności rozrodu, nie zawsze są zrozumiałe. Poznawanie strategii życia i taktyki reprodukcyjnej populacji roślinnych umożliwia pełniejsze poznanie czynników warunkujących przystosowanie populacji. Wyróżnienie jednego, dwóch czy trzech czynników będzie zawsze pewnym uproszczeniem. Nie można bowiem założyć, że jeden z nich jest jedynym mechanizmem sterującym adaptacją; być może jest on czynnikiem włączającym lub stymulującym inne mechanizmy. Najczęściej spotykaną strukturą badanych siewek jest struktura skupiskowa. Na zwałach inicjalnych czynnikiem najsilniej wpływającym na strukturę skupiskową jest wilgotność substratu glebowego; w warunkach naturalnych pojaw i rekrutacja nowych osobników uzależnione są od obecności luk w pokrywie roślinnej. Stwierdzono wyraźny wpływ specyficznego siedliska pochodzenia antropogenicznego na cechy parametrów biometrycznych siewek brzozy brodawkowatej. Cechy biometryczne brzozy brodawkowatej różnią się od cech biometrycznych roślin występujących na glebach niezanieczyszczonych. Wskazuje się na potrzebę dalszych badań, aby stwierdzić, czy cechy te są tylko reakcją fenotypową, następującą w odpowiedzi na trudne i specyficzne warunki panujące na hałdzie galmanowej, czy też doszło już do zmian genotypowych. Wyniki prezentowanej pracy mogą stanowić nowe źródło wiedzy na temat sposobu kształtowania się pokrywy roślinnej, która zasiedla zdegradowane tereny nieużytków poprzemysłowych. Tylko rezultaty długoterminowych badań nad procesami zasiedlania przez poszczególne gatunki zwałów poprzemysłowych mogą ułatwić prace planistyczne związane z rekultywacją i zagospodarowaniem takich obiektów

Retrospective Analysis Of Marine Biological Data From Port Valdez, Alaska: A Case Study In Long -Term Monitoring

Thesis (Ph.D.) University of Alaska Fairbanks, 2006Efforts to understand anthropogenic effects within the Port Valdez study area provide a simple and adaptive model for developing and refining hypotheses to measure the structure of and detect, change in nearshore and benthic habitats. Drivers of change detected by this study are the 1964 Prince William Sound earthquake and the oil transportation and salmon aquaculture industries within the fjord. The study area is a glacial-outwash fjord characterized by strong seasonal and spatial environmental gradients due to glacial influences including seasonally low salinity, high suspended sediment loads, and subsequent high sedimentation rates. Direct and indirect effects from intolerance to low salinity are important in organizing intertidal communities as is habitat structure. Previously unrecognized subtle effects on subtidal fauna from anthropogenic stressors near the marine oil terminal in Port Valdez are identified. Demonstration of statistical methods (variogram estimation, repeated measures analysis of variance, and geostatistical modeling) for field studies with spatially and temporally correlated data should be useful to others seeking to establish new long-term studies or analyze previously collected, long-term field data. Investigation of the re-adjustment of benthic fauna from a large earthquake and ecosystem-level effects of salmon aquaculture are not readily available and this dissertation provides a reference point for any such future studies. Although re-adjustment from the large earthquake was a key process during the study period, salmon aquaculture appears to have a strong effect on the benthic ecosystem. The model of detecting change is simple and adaptive and provides inputs for larger models and scientific investigations in marine ecosystems. Broad questions are developed through a long-term study of an ecosystem. The hypotheses formulated are then evaluated and refined through retrospective analysis of long-term data and results can be used to refine larger models. This dissertation contributes rigorous, statistically bounded biological time series to regional monitoring programs by providing small-scale, ecological information necessary for larger models. As a result, the information provided in this dissertation should increase the accuracy of ecological models and aid in the management of marine resources

Mixed environmental quality indexes for hedonic housing price models: an alternative with area-to-point kriging with external drift

(a) When environmental variables are included in hedonic house price models, the locations where a property transaction has been taken place are more than those equipped with an environmental monitoring station. (b) When environmental variables are numerous, an environmental quality index (EQI) is needed. The solution is to interpolate (kriging) environmental variables and, subsequently, elaborate an EQI, because of the lower prediction variance. (c) Environmental informations can be both objective and subjective. The potential mismatch between the spatial support for both the objective informations and the subjective ones is solved by using a kriging strategy (area-to-point kriging) that forces scarce objective environmental informations to be coherent with dense subjective ones. These options for elaborating EQIs are compared in Madrid City (Spain)

Mixed environmental quality indexes for hedonic housing price models: an alternative with area-to-point kriging with external drift

(a) When environmental variables are included in hedonic house price models, the locations where a property transaction has been taken place are more than those equipped with an environmental monitoring station. (b) When environmental variables are numerous, an environmental quality index (EQI) is needed. The solution is to interpolate (kriging) environmental variables and, subsequently, elaborate an EQI, because of the lower prediction variance. (c) Environmental informations can be both objective and subjective. The potential mismatch between the spatial support for both the objective informations and the subjective ones is solved by using a kriging strategy (area-to-point kriging) that forces scarce objective environmental informations to be coherent with dense subjective ones. These options for elaborating EQIs are compared in Madrid City (Spain)