最小二乘支持向量机在臭氧浓度时间序列预测中试应用

将基于统计学理论的最小二乘支持向量机(LSSVM)方法试用于臭氧浓度时间序列预测.首先利用臭氧浓度时间序列资料重构了该混沌动力系统的相空间,然后沿着系统演化的相轨道用最小二乘支持向量机建立了臭氧浓度短时预测模型,并用上海市淀山湖站的臭氧观测资料做了提前1～8 h和提前24 h预报试验,结果显示这一模式能够较好地模拟臭氧浓度演化轨迹,提前1～8 h的预测精度均超过90%,提前24 h预报精度亦都在68%以上,预报效果较好.     

基于神经网络分类器的城市污水处理厂水力冲击预警系统

提出了一套基于神经网络分类器的城市污水处理厂水力负荷冲击预警系统,以期对进水水量骤增现象进行提前1天的预报,使污水处理厂可根据预报结果提前采取水力冲击防护措施,从而保证各单元的平稳运行.根据进水水量的涨幅将某污水处理厂12年日进水水量监测数据分为"常规"和"冲击"两类,重点对"冲击"数据进行提前1天的预测,并采用冲击漏报率、冲击误报率和报准率对模型的预测精度进行评价;同时,基于同样的建模方法和不同的训练、验证样本建立了N(1)、N(2)和N(3)3个平行模型,以对模型的鲁棒性和建模方法的可重复性进行考察.结果显示,3个模型对2010年、2011年和2012年3年测试样本的预测效果良好,冲击漏报率和报准率两项指标数值均较为稳定,分别在0~0.167和0.981~0.995之间浮动,冲击误报率虽然在数值上的浮动较大,最低为0.143,最高为0.500,平均为0.310,但仍在工程上的可承受范围内.该结果表明,本研究基于神经网络分类器所建立的3个神经网络模型预测精度高、鲁棒性好,显示出良好的性能,有望为污水处理厂水力冲击防护工作提供有力参考.     

淡水沼泽湿地CO2、CH4和N2O排放通量年际变化及其对氮输入的响应

利用静态暗箱-气相色谱法自2002～2004年连续3a观测了三江平原淡水沼泽湿地CO2、CH4和N2O 3种主要温室气体排放特征及外源氮素输入条件下温室气体通量的变化.结果表明,三江平原CO2、CH4和N2O 3种主要温室气体排放具有明显的季节及年际变化规律.其中生态系统呼吸CO1排放的最大值[779.33～965.40 mg·(m·h)-1]出现在7、8月份,CH4通量最大值[19.19～30.52 mg·(m·h)-1]出现在8月,N2O通量最大值[0.072～0.15 mg·(m·h)-1]出现在5月和9月,3种温室气体通量最小值CO2为2.36～18.73 mg·(m·h)-1;CH4为-0.35～0.59 mg·(m·h)-1;N2O为-0.032～-0.009 mg·(m·h)-1大都出现在冬季,且冬季淡水沼泽湿地表现为N2O的吸收.对气候因子的分析发现,温度条件是影响淡水沼泽湿地温室气体排放通量季节性变化的主要因子,而降水和积水水位变化是影响其排放年际变化的关键因素,特别是降水对CH4排放通量的影响较其它2种温室气体更显著,且冬季雪融水对夏季CH4的排放起重要作用.CO2和CH4排放与土壤温度(5cm)呈显著的指数相关关系,而N2O排放通量与土壤温度和水深相关性不显著.氮输入促进了三江平原CO2、CH4和N2O3种主要温室气体的排放,与对照处理相比,其排放通量分别升高了34%,145%和110%.     

天津地区雾霾低能见度短临预报预警方法研究

雾霾低能见度天气对海事交通有显著的影响,当能见度低于3 km时天津港航道采取单向通航管理,能见度低于1 km时封航管理,基于港口海事交通气象服务需求,以天津港为例,采用多种方法开展基于观测的雾霾低能见度0～12 h短临预报预警技术研究.通过分钟级能见度观测的跃迁信号分析、基于观测的未来1 h能见度递推和能见度数值模式三维变分同化3种方法,分别实现60 min内、1～2 h、12 h多时间尺度无缝隙的能见度短临预报预警.结果表明：(1)浓雾天气来临前,大概率会出现“象鼻形”先期振荡,称为象鼻效应.当夜间能见度低于或者接近1 km时,超过200 m能见度异常升高定义为跃迁信号（未有明显天气系统变化,且出现在日出前）,通过港口分钟级的能见度观测,能够提前30～60 min清晰捕捉低于200 m的浓雾天气,跃迁信号可作为未来低能见度短临预报预警的指示.(2)以能见度和相对湿度观测为基础,结合数值模式预测影响能见度变化趋势的PM2.5质量浓度和相对湿度的未来1～2 h变量,根据消光经验公式构建基于观测的短临递推能见度预报方法.实测数据表明,提前1 h能见度预报值与观测值相关系数为0.95,平均相...     

利用多模式最优集成方法预报上海PM2.5

采用多模式最优集成方法(OCF),对PANDA项目中国和欧洲7个空气质量模式的PM_(2.5)预报结果进行集成释用.2016年6月—2017年5月对上海逐日预报试验结果表明:和最优单模式预报结果相比,OCF预报的PM_(2.5)日均质量浓度的均方根误差降低1.9μg·m-3,相关系数提高0.04,日均质量浓度的精度评分TI提高了2.4,污染TS评分提高了0.28,污染空报率降低了20%,显著提高了PM_(2.5)污染等级预报、趋势预报和精度预报的技巧.对长三角合肥、南京、苏州、杭州、宁波5个城市的预报试验也得到类似的结果,为城市空气质量预报提供了新的方法和思路.但OCF对客观预报的改进幅度在夏季不如冬季显著,在降雨日相对较低.     

人工湿地污水处理系统中氧化亚氮的释放规律研究

利用静态箱-气相色谱法研究了潜流和表面流人工湿地系统中N2O的释放规律和相关的氨氧化细菌.结果表明,潜流和表面流人工湿地的N2O平均通量分别为296.5μg.(m2.h)-1和28.2μg.(m2.h)-1,总体上均表现为大气N2O的排放源,前者的N2O平均释放通量高于农田、森林、草原和沼泽湿地等生态系统,潜流方式促进了N2O的释放.潜流和表面流人工湿地N2O通量有较大的月份差异和明显的日变化特征,最高值出现在7月,分别为(762.9±239.3)μg.(m2.h)-1和(91.9±20.3)μg.(m2.h)-1,一天中的极大值和极小值分别出现在中午和凌晨.温度和芦苇的生长情况对N2O通量有一定的影响.人工湿地系统进水端,较高浓度的污水和充足的碳、氮源,促进了硝化和反硝化过程,使得N2O通量均高于出水端.克隆结果表明,人工湿地污水处理系统中与N2O产生相关的氨氧化细菌主要为Nitrosomonas和Nitrosospira.     

载波相位观测对传统双频GPS电离层模型改进研究

详细推导出利用GPS双频码距和载波相位观测联合双频码距进行电离层电子密度求定的2种模型,给出了求定这2种模型参数的数学表达,从理论上指出该2种模型分别适合单历元和多历元解算的基本条件,通过实例进行了2种模型的电离层修正误差的分析和比较.结果表明,载波相位观测联合双频码距建立电离层延迟模型具有观测数据利用率较高、解算精度...     

上海地区臭氧数值预报

基于WRF-Chem在线区域化学/传输模式构建了区域化学天气数值预报业务系统,评估了2013年5月1日至9月30日期间的1h和8h臭氧业务数值预报效果.结果表明:臭氧预报没有明显的系统偏差,预报偏差在0两侧基本呈对称分布;数值预报具有较高的准确性,其中8h臭氧的效果略好,不同时效预报的相关系数均在0.8上下,浓度平均偏差和偏差中值都只有1′10-9~2′10-9,臭氧达标日和污染日预报都有很高准确率和CSI/TS评分,首要污染物也较准确;不同时效的预报效果接近,48h时效略好,24h和72h相当;数值预报也存在一定不足,存在极个别显著偏高或显著偏低的情况,同时由于等级划分阈值的存在,等级预报的准确性明显低于浓度和分指数预报.综合地看,数值预报可以提供较为准确的臭氧预报,为空气质量预报预警业务提供有力的支撑,但分指数等级预报上仍需要进一步提高.     

中国西部及周边区域电离层暴的统计特性

利用中国西部及周边9个电离层观测台站的历史数据,修正了统计研究中电离层暴事件的提取方式,在此基础上分析了区域内电离层暴的统计规律.研究表明,区域内以正暴为主,大暴主要发生在喷泉效应起作用的区域;多数台站冬季多正暴,夏季多负暴,春秋季二者相当,但在个别台站有较大差异;暴的起始时间主要分布于日落后,且在不同纬度略有差别.     

基于多通道长短期记忆网络的PM2.5小时浓度预报

PM_2.5作为主要的大气污染物之一,严重影响空气质量和人体健康. 基于深度学习的PM_2.5小时预报研究中,不同输入要素的历史时间序列对PM_2.5预报结果的响应情况存在差异. 因此,基于太原市2019—2020年空气质量监测站、气象观测站的数据,提出一种多通道长短期记忆网络(Multi-Channels Long Short Term Memory,MULTI-LSTM)模型对PM_2.5浓度进行预报. 首先使用独立的长短期记忆网络(LSTM)学习每个输入要素,然后将每个模型的学习结果进行融合,最终获得未来多小时的PM_2.5浓度预报结果. 将单通道LSTM模型(BASE-LSTM)和LSTM扩展模型(LSTME)作为对照模型,与MULTI-LSTM模型的预报精度进行对比. 结果表明:不同观测窗与预报时效下,MULTI-LSTM模型在测试集上的预报精度明显高于其他2个对照模型. 其中,MULTI-LSTM模型在8 h观测窗和6 h预报时效组合下,均方根误差(RMSE)、平均绝对百分误差(MAPE)以及拟合指数(IA)分别为20.26 μg/m3、51%、0.91. 对未来逐6 h的预报中,观测窗宽度从8 h增至32 h,MULTI-LSTM模型的预报精度无明显变化,观测窗宽度为40和48 h时,RMSE比8 h观测窗下分别下降了2%和3%. 此外,增加LSTM层深度不会提升模型的预报精度. 研究显示,利用MULTI-LSTM模型作为PM_2.5浓度小时预报模型,通过选取合适的观测窗宽度与气象要素,可获得精度较高的预报结果.      

基于SVR的船舶溢油事故预测

船舶溢油事故的预测,是确定所需应急资源多少的重要依据;但船舶溢油事故具有小样本性,传统预测方法不再适用。针对船舶溢油事故的小样本性,该文选择SVR模型对其进行预测;SVR算法的关键是核函数的选择及自由参数的确定,针对上述问题该文分别采用交叉验证法、遗传算法;并在matlab软件上建立SVR模型,最后将该模型应用于上海港水域船舶溢油事故的预测。     

基于指数平滑法的环境噪声污染预测模型及应用

为了研究城市环境噪声污染的数学模型,通过对厦门市环境噪声的实际情况的分析并结合指数平滑预测模型,提出了符合当前环境噪声的分段三次指数平滑模型。计算了不同平滑系数时数学模型的精度,同时应用建立的数学模型对福州市10年内的噪声污染进行了预测。预测发现,噪声污染呈逐年减小的趋势,到2020年区域环境噪声和交通噪声污染分别达55.09 dB(A)和67.19 dB(A)。指数平滑法的应用效果与平滑系数的选取关系密切,应用时要根据预测的精度要求和预测期限的长短,适当选取平滑系数,并对预测的精度进行分析。结果表明基于该方法预测未来中期环境噪声准确率满足使用需求,并为其他环境噪声预测提供一种新的方法。     

中国工业固体废物产生量的预测及对策研究

以中国近几年来工业固体废物的产生量的统计数据为基础,应用灰色模型理论,建立工业固体废物产生量的GM（1,1）预测模型,预测到2015年中国工业固体废物产生量将达到3.3×10^9t;通过影响因素关联度分析,对工业固体废物产生量影响较大的因素是GDP,若是将GDP因素的影响考虑在内,到2015产生量将达到6.1×10^9t。预测结果表明今后中国工业固体废物增加速度很快,从而为环境管理提供了科学的依据。     

寒冷地区小处理量污水处理厂CWSBR工艺及污泥资源化应用

东北地区某城镇新建污水处理厂,近期规模5000m3/d,远期规模7000m3/d,最低环境温度-30oC,冬季平均水温8oC左右。污水处理厂二级生化处理采用CWSBR工艺,可简单的通过调整时序组合以及各个功能段的设备工况,实现在冬、夏两季工艺的良好运行。污泥深度处理方法采用容压一体化污泥深度脱水技术,投资省,运行成本低。该工程试运行后,出水水质可达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中的一级A标准。     

SACT-B污泥快速堆肥工艺及冬季运行效果

以唐山西郊污水处理厂污泥堆肥工程为例,讲述了SACT-B污泥快速堆肥工艺的特点以及在冬季运行的效果:整个工艺过程依靠污泥处理专用设备(主要包括链条式翻堆机、固体曝气系统等非标设备)和采用定时定量曝气的方式来运行,并对污泥堆肥的效果进行评判,评判方法参考腐熟度评价系统指标中的物理性质(含水率、温度、颜色、气味等)、化学指标(挥发性固体、C/N比等)及生物指标(种子发芽率),最终评判结果证明冬季SACT-B工艺处理污泥效果良好。     

被动采样监测遂宁市NO2时空分布特征

采用被动扩散采样技术,在遂宁市辖区16km×16km网格区域内开展了为期1a的环境空气NO2监测,分析了不同时空内的NO2浓度变化趋势。研究表明：NO2浓度季节变化规律是：冬季〉春季〉秋季〉夏季;在全市各个区域中,浓度最高值出现在全市工业集中及车流量较大的区域（船山区）;受遂宁市污染源整体布局以及主导风向（西北风）的影响,全辖区范围内NO2呈现西北低、东南高的趋势。     

福建沿海地区大气悬浮颗粒物及颗粒态汞的时空分布研究

2010年4月-2011年3月,对福建省厦门至泉州沿海地区大气中悬浮颗粒物（PM10）和颗粒态汞（TPM）进行为期一年的观测,结果表明其大气中PM10和TPM的浓度范围分别为6.4～426.5μg／m3和18.2～3879.4 pg／m3,PM10和TPM平均浓度分别为122.5μg／m3和947.9pg／m3。不同采样点PM10和TPM浓度的季节变化趋势稍有不同,但大致都呈冬高夏低的趋势。PM10和TPM浓度的季节变化趋势主要与气温、逆温层、降雨量等气象条件有关。同时研究分析了TPM的昼夜变化趋势,结果表明TPM浓度在春冬季主要表现为夜间浓度高于日间浓度,夏秋季则为日间浓度高于夜间浓度。     

黄淮地区冬小麦霜冻灾害风险评估

黄淮地区是我国主要粮食作物冬小麦的主产区,易受霜冻灾害的影响,研究该区的霜冻灾害风险对保障我国粮食安全具有现实意义。结合分区的冬小麦物候期及其霜冻指标,以该地区56个气象站点1951—2005年日最低气温为基础数据,提取霜冻日记录。并基于年霜日数-年减产率曲线,以信息扩散理论为指导,通过IDW插值得到减产率≥10%、2...     

石羊河流域1959年至2008年风速变化特征分析

利用线性拟合、Mann—Kendall方法、小波分析对石羊河流域五个测站空间平均的近50年来的逐日风速资料进行了倾向、周期、突变等特性分析。研究结果表明：1959年至2008年间,整个石羊河流域风速呈减小趋势,变化率约为-0．004m／（s．a）．而上游风速呈现明显的上升趋势。四个季节中冬季风速降低速度最大,而夏季风速呈现上升趋势。风速的长期变化还具有一定的突变性,年平均风速在1988年出现了由高到低的突变,表明风速开始下降。复值Morlet小波分析的结果显示,风速变化存在6a、13a、19a、25a四个峰值。其中19a的时间尺度为第一主周期。     

建立典型化工区突发性大气污染事件预测预警软件系统的构想

本系统主要包括污染气象模型、大气扩散的数学模型的建立,利用地理信息系统(GIS)技术,按照污染事故发生的地理位置,将模型的数值解和GIS相结合,从而可以在时间和空间上对污染扩散进行分析,得到不同地点的污染物浓度和污染程度,获取受污染范围内的人口和周边单位等重要信息;从而预测污染事故对环境的影响程度和范围,为突发性环境污染事故的应急监测、现场救护和灾后评估提供科学依据。