区域水环境污染数据分析实践
课程编码：180084085701M5002H
英文名称：Data Analysis Practice of Regional Water Environment Pollution
课时：30
学分：1.00
课程属性：实验课
主讲教师：王为东等
教学目的要求
本课程是为环境科学与工程、生态学专业博士、硕士研究生开设的专业讲授/实验课，旨在提升研究生对区域水环境污染过程的加深理解，培养基于大数据和统计分析方法的实际应用能力，重点强化提升研究生的上机实践能力和分析处理科研复杂数据的实战力。本课程以淡水环境中的水生态过程为主要讲授对象，从典型水环境中水生态过程的发生机制与原理出发，讲授关键指标及其涵义以及相应的统计分析方法；在理论学习基础上，着重讲述采用Microsoft Excel、R、SAS等常用软件来实践完成水环境与水生态中大数据的管理、分析与应用，提高研究生的大数据分析与可视化制图能力。
2、课程基本要求
熟悉水环境中水生态过程的关键发生机制与原理，掌握应用Microsoft Excel管理水环境和水生态大数据、利用R或SAS来完成数据管理、数据清洗、统计分析与可视化绘图；了解基于数据库、云计算的典型水生态模型计算平台的实现方式与关键方法。
预修课程
环境水质学、生态学基础、统计学基础
大纲内容
第一章 水环境与水生态基础 2学时 王为东
第1节 水环境与水生态领域基本概念
第2节 水生态系统中的关键指标及其涵义
第3节 天然水体的水化学基本特征及现场观测实验
第4节 水环境与水生态采样监测分析设计要求
第5节 关键水生态过程的发生机理案例介绍
第二章 水环境数据统计分析方法 4学时 王为东
第1节 统计学重要概念
第2节 水环境数据及其基本特征
第3节 水环境数据基本假设及其验证
第4节 环境复杂数据稳健性分析的重要性
第5节 基础统计学方法介绍
第6节 主要统计学软件简介
第三章 水环境与水生态大数据的管理及实践
第1节 数据来源及获取 0.5学时 王为东
第2节 数据可靠性及有效容量评估 0.5学时 王为东
第3节 数据逻辑的梳理和预处理 0.5学时 王为东
第4节 数据整合及标准化 0.5学时 王为东
第5节 数据筛查与清洗 0.5学时 苏命
第6节 数据存储与读取 0.5学时 苏命
第7节 基于Microsoft Excel、R、MySQL等软件的实践应用 1学时 苏命
第四章 水环境与水生态大数据的统计分析与实践
第1节 环境实验设计基本假设的设定与验证 1学时 王为东
第2节 环境大数据的描述性统计分析 0.5学时 王为东
第3节 环境大数据的稳健性分析 0.5学时 王为东
第4节 含缺失值数据或删失数据的应对处理 0.5学时 王为东
第5节 环境数据指标综合评价方法 1学时 王为东
第6节 环境因子数据的季节性特征与统计相关分析 0.5学时 王为东
第7节 环境数据时空序列特征及其统计分析 1学时 王为东
第8节 生态群落数据的生态学指标及统计分析 1学时 王为东
第9节 环境-生态交互过程中的统计分析 1学时 王为东
第10节 基于R/SAS等统计软件的实践应用 2学时 苏命
第五章 水环境与水生态大数据的可视化绘图与报告 5学时 苏命
第1节 数据可视化的重要性
第2节 典型可视化图形介绍
第3节 环境样本多指标批量化作图的实效
第4节 基于R的可视化制图实践
第5节 基于语言编程的可重复研究分析报告介绍与实践应用
第六章 基于机器学习的水环境与水生态统计模型构建 3学时 苏命
第1节 机器学习主要方法介绍
第2节 统计模型构建、校验与预测
第3节 预测模型对比与选择
第4节 基于R/SAS的统计模型构建实践应用
第七章 水环境调查及大数据分析常用工具、方法介绍 3学时 苏命
第1节 环境监测常用仪器、工具介绍
第2节 大数据分析常用工具介绍
第3节 基于云计算的大数据分析、预测平台案列介绍
参考书
课程教师信息
王为东，男，理学博士，中国科学院生态环境研究中心研究员，博士生导师。主攻方向：湿地生态工程，长期致力于湿地与水陆交错带的结构、湿地生物地球化学过程和仿自然生态工程修复研究。突破了复合污染水源湿地净化的原理与方法，形成了平原河网地区复合污染水源的系统解决方案，成果在浙北城市水源湿地群中获得规模化应用，取得显著成效。成果获联合国人居署2012年“迪拜国际改善居住环境最佳范例奖”（全球百佳范例）、住建部2011年、2016年“中国人居环境范例奖”。获2021年度中国科学院杰出科技成就奖（2022）。大型仿自然生态湿地工程关键技术双轮入围雄安新区面向全球招选生态湿地先进治理技术名单。承担国家自然科学基金项目、国家水体污染治理与科技重大专项课题和重点任务等多项。在国内外学术期刊上发表论文百余篇，获授权发明专利7项。主编《恢复生态学—跨学科的融合》专著。主持已发布部省级水源生态保护指南3项。
苏命，2013年获中国科学院大学博士学位，随后在中国科学院生态环境研究中心从事博士后研究并工作至今。现任中国科学院饮用水科学与技术重点实验室副主任。主要从事水质风险识别与控制研究，在饮用水水源藻源水质识别与控制方面的机理解析、技术研发与大型水体工程化应用方面取得了重要成果。针对我国普遍存在的水源嗅味问题提出了基于产嗅藻生态位特征的原位抑藻控嗅技术，系统应用于上海青草沙水库，推广至广东、浙江等18座水源水库，有力保障了各水源水质安全。 主持国家自然科学基金、重点研发课题、企业工程应用类项目20余项。在Water Research等学术期刊上发表论文30余篇，授权专利、软著共6项，转化2项，编写《饮用水嗅味控制与管理技术指南》等专著。获华夏奖二等奖（3/15，2020）、中国科学院杰出成就奖（集体，2021）、北京市水利学会科学技术奖一等奖（2021）、中国城镇供水排水协会科学技术特等奖（14/15，2022）。"