安全浮世绘

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基于深度学习的华东地区PM2.5浓度遥感反演

PM_2.5作为大气污染的主要来源,对人类身体健康有着极大的影响.本文提出基于深度学习模型的多要素联合PM_2.5反演方法,以PM_2.5浓度作为真值数据,引入Himawari气溶胶光学厚度（AOD）日数据产品与温度、相对湿度和气压等10个要素作为反演要素.为验证方法的有效性,采用华东地区2016~2018年的数据分季节开展实验,并与传统反演方法进行对比.结果表明,PM_2.5浓度与AOD、降水、风速、高植被覆盖指数呈正相关关系,与矮植被覆盖指数呈负相关关系,与温度、湿度、气压以及DEM的相关性随季节的变化而改变;基于深层神经网络（DNN）反演的PM_2.5精度高于传统的线性和非线性模型,各个季节R²均在0.5以上并且误差较小,其中秋季的反演效果最好R²为0.86,夏季为0.75,冬季为0.613,春季为0.566;模型的可视化结果显示,DNN模型的反演结果更接近地面监测站点插值的PM_2.5浓度分布,分辨率更高且更精确.     

新安江水库悬浮颗粒物时空分布、沉降通量及其营养盐效应

为分析降雨入流影响下水库悬浮颗粒物的时空分布及沉降特征,在华东地区最大水库新安江水库(千岛湖)的河流区、过渡区和湖泊区(分别对应街口、小金山和大坝这3个水质断面)布设水体沉降物自动捕获器和水质高频自动监测浮标,结合定期水样采集分析,开展了为期1 a的水体颗粒物沉降通量及其营养盐效应观测研究.结果发现,水库水体浊度、悬浮颗粒物浓度(SS)、颗粒物沉降通量与降雨量、入库流量极显著相关(P0.01),其中浊度与SS的相关性最好(R~2=0.86);在降雨较多的春夏季,SS空间差异明显(河流区过渡区湖泊区),而秋冬空间差异不大;颗粒物沉降通量具有明显的时空异质性,空间上河流区过渡区湖泊区[分别为27.82、 4.34和0.26 g·(m~2·d)~(-1)],时间上春夏季秋冬季;结合全湖60个点位四季悬浮物浓度调查估算,全库颗粒物沉降通量为2.57×10~6 t·a~(-1),其中春夏季沉降通量高于秋冬季;街口、小金山和大坝捕获沉降物中颗粒态氮含量(PN)分别为6 812、 15 886和21 986 mg·kg~(-1),磷含量(PP)分别为2 545、 3 269和3 077 mg·kg~(-1),自上游向下递增.统计分析表明,中雨以上降雨过程与河流区浊度增量呈指数相关(R~2=0.81),持续强降雨则对浊度有累加效应,但对过渡区影响不大;SS浓度自河流入库区至下游大坝随距离增加呈较好的指数下降特征(R~2=0.84),降雨较多的春夏季更为明显.结果还表明,新安江水库年均库容淤损率为0.07%,与全国其它大型水库相比较低,但是坝前沉降物营养盐含量较高,具有一定的内源释放风险;管理上应加强流域水土保持治理,降低降雨冲刷对水质的影响;同时关注坝前高营养沉积物的内源释放对水质的影响.     

新安江水库河口区水质及藻类群落结构高频变化

水库库尾区的水环境多变,是水库生态系统突变的重要策源地.为探究大型水库水源地水环境演变特征及其突变的促发机制,以新安江水库为例,通过库尾河口断面18个月水质浮标的高频记录及3 d一次的藻类群落结构人工鉴定数据等,分析了气象水文过程影响下的水库库尾区的水温、溶解氧、浊度及营养盐等环境指标及藻类群落结构的高频变化特征,揭示了降雨、入流及季节温度变化等关键气象水文过程对水库水质及藻类群落结构的影响机制.结果表明:①在27 m深的河流入库区的水体温度和溶解氧存在明显的季节分层,相应水体藻类叶绿素a和营养盐等指标也同步发生分层,水温分层从气温达到14℃以上的3月中旬开始,至气温降至24℃后的10月中旬结束,期间较大降雨和入流多次破坏水温分层;②河道入库区水体氮、磷等营养盐变幅大,总磷浓度变幅为0. 011～0. 188 mg·L~(-1)之间,总氮浓度变幅为0. 75～2. 76 mg·L~(-1)之间,总磷和总氮中的溶解态占比分别为56%及88%,降雨入流对水体营养盐浓度影响巨大,3 d的累积降雨与水体氮、磷浓度显著正相关,3～6月(雨季)的营养盐含量明显高于其他月份(P 0. 001),藻类的季节性增殖反过来也会影响水体总磷浓度;③藻类群落结构及其优势属呈现明显的季节变化,在总体硅藻门类占优的背景下,蓝藻、绿藻、隐藻等在不同季节形成明显峰值,蓝藻在7～10月的夏秋季形成明显的生物量峰值,其峰值形成原因除了高温之外,还与暴雨入流有关.蓝藻主要优势属为束丝藻属(Aphanizomenon spp.)、微囊藻(Microcystis spp.)及颤藻(Oscillatoria spp.)等,绿藻峰值与蓝藻基本同步,优势属为盘星藻属(Pediastrum spp.)和新月藻属(Closterium spp.),隐藻在3～5月形成峰值,优势属为隐藻属(Cryptomonas spp.),硅藻门中的优势属分别为脆杆藻属(Fragilaria spp.)、小环藻属(Cyclotella spp.)、针杆藻属(Synedra spp.)及直链藻属(Melosira spp.)等;④入库流量、温度、水位、透明度、总氮、总磷及氮磷比等均为影响藻类优势属演替的主要因子,秋冬季节的控制因子为气象水文条件,而夏秋季节则受气象水文及营养盐的共同控制.本研究表明强降雨过程能对水库库尾区水环境及水生态系统结构产生巨大冲击,是水库藻类水华发生的可能诱发因子,通过对该过程的规律认识及关键指标监测,能够为水库水源地水质风险提供预警信息.     

沈北新区土壤中多环芳烃污染特征及源解析

采用均匀网格布点法采集沈阳市沈北新区不同土地利用类型101个表层(0~20 cm)土壤样品,开展土壤中美国环保署优先控制的16种多环芳烃(PAHs)的含量空间分布特征、成分谱分析和污染物来源解析研究.结果表明,沈北新区土壤中16种PAHs(ΣPAHs)总含量为123.7~932.5μg·kg~(-1);PAHs组分以3~4环的中、低环组分为主,其中3环PAHs比例最高;ΣPAHs的空间分布特征明显,呈现出由南向北、自东向西逐渐递减的趋势.在研究区域所涉及的5种土地利用类型土壤中,土壤ΣPAHs含量的高值主要集中在城区绿地和人工绿化林地,其次为设施菜地,水稻田和玉米田中ΣPAHs含量相对较低且无明显空间分布差异.利用特征比值分析和因子分析/多元线性回归分析进行土壤中PAHs的污染源解析,初步确定沈北新区表土中PAHs的主要污染源为燃烧源和石油源的混合源,其中,工业燃煤和机动车尾气是PAHs的主要污染源,其贡献率达79.6%,石油泄漏和焦炉排放贡献率约为16.2%,生物质燃料的燃烧贡献率占4.2%.     

拉林河流域底栖硅藻群落结构特征及水生态健康评价

随着农业活动的发展,对水域生态系统评估成为受农业活动影响区域水环境管理的有效手段.以我国东北典型水稻种植区拉林河流域为研究区域,调查分析了全流域范围河流内23个样点的底栖硅藻群落结构和水环境理化特征,基于优势种和理化指标的冗余分析（RDA）揭示了底栖硅藻群落生态分布特征并对关键影响因子进行识别.在此基础上应用底栖硅藻生物完整性指数（D-IBI）对拉林河流域水生态系统健康状况进行评价,并分析了底栖硅藻在农业活动区和非农业活动区下的群落结构及不同土地利用类型下的D-IBI.研究结果表明,拉林河流域底栖硅藻群落结构具有明显的空间差异性;D-IBI评价结果显示,拉林河流域水体整体健康状况为一般,农业活动会影响河流生态健康状况.其中,拉林河上游为健康,中游区域为较好至一般,下游区域轻度污染至重度污染.D-IBI和多数环境因子及IBI核心指标有显著或极显著的相关关系,能较好地反映研究区域环境信息,并适用于受农业活动干扰的拉林河流域生态健康评价.     

新污染物共排放对生态环境监测和管理的挑战

从跨学科研究的角度,以氟化工行业为例,探讨了全氟和多氟烷基物质（PFAS）和臭氧层消耗物质（ODS）两大类新污染物的共排放问题.从生产过程上解析两类物质的共生产机制,构建其内在联系;在排放途径上分析其差异性及交叉过程,剖析在样品采集、前处理和仪器分析方面所需的技术手段和挑战.在生态环境效应方面综合评估了两类污染物在不同介质中产生的生态和人群健康风险、臭氧层破坏和全球暖化效应.进一步拓展利益相关方分析、生命周期分析和质量平衡分析的视角,为新污染物共排放的研究和管理提供建议.     

2000~2020年西南地区植被NDVI对气候变化和人类活动响应特征

研究植被变化及其对气候变化和人类活动的响应机制,对区域生态保护和植被恢复具有重要现实意义.利用MODIS NDVI数据、基于站点的气象数据和土地利用数据,结合Theil-Sen Median趋势分析、Mann-Kendall显著性分析、残差分析、偏相关分析和复相关分析等方法,基于不同地貌单元,分析2000～2020年中国西南地区植被覆盖时空演变特征及其对气候和土地利用变化的响应特征.结果表明,2000～2020年西南地区植被NDVI整体呈波动上升趋势,上升斜率在空间上呈东南高和西北低的分异格局.气候变化和人类活动对西南地区植被NDVI上升均以促进作用为主,且对广西丘陵植被生长的促进作用强于其他地貌单元.2000～2020年间西南地区植被NDVI与气温和降水呈正相关,与相对湿度和日照时数呈负相关,且温度是影响西南地区植被NDVI变化的气候主导因子.城市扩张在一定程度上减少了区域植被覆盖,但得益于适宜的气候条件以及林业生态工程的实施,西南地区整体植被覆盖以上升为主.研究结果可为西南地区生态保护及经济可持续发展提供科学依据.     

长江经济带农业现代化与农业保险协调发展及影响因素研究

农业现代化是农业保险发展的必要前提,农业保险是农业现代化的重要保障,二者协调发展有利于加快农业强国建设。在辨析农业现代化与农业保险耦合协调机理基础上,构建综合评价指标体系,采用熵值法、耦合协调模型和面板Tobit模型,对2008～2020年长江经济带农业现代化与农业保险耦合协调发展水平及其影响因素进行测度分析。研究表明：(1)2008～2020年长江经济带农业现代化和农业保险发展水平呈现波动式增长态势且存在较大的空间差异性,上海、湖南和四川等地两大系统发展水平高于长江经济带平均水平,贵州和重庆两大系统发展水平相对落后;(2)长江经济带农业现代化与农业保险耦合协调发展水平由濒临失调向勉强协调发展,呈现农业现代化发展优于农业保险发展特征,推动农业保险高质量发展成为长江经济带两大系统协调发展的重点方向;(3)长江经济带农业现代化与农业保险耦合协调发展水平受到政府财政支持水平、技术创新水平和互联网发展水平影响。基于此,政府应促进传统农业转型升级,明晰农业保险功能,完善良性互动机制,推动农业现代化与农业保险优质协调发展。     

聚烯丙基氯化铵调控的中空多孔磷酸八钙超结构及其对Pb(Ⅱ)的吸附特性

环境友好、价格低廉且易于批量化生产的矿物基吸附剂在环境污染物去除方面越来越显现出其优越性,但以往的研究多集中于晶相的矿物吸附剂,有关亚稳相的研究相对较少.因此,本文通过仿生矿化的方法,以聚烯丙基氯化铵（PAH）作为生长调节剂,在气相扩散过程中成功制备了由超薄纳米片构筑的中空、多孔磷酸八钙（Octacalcium Phosphate,OCP）微球.结果发现,制备的吸附剂具有较高的比表面积和孔隙率,且高分辨电镜图片显示其具有一定的非晶纳米区域,并对重金属离子Pb（II）表现出优越的吸附特性.吸附实验证明,OCP/PAH对Pb（Ⅱ）的吸附符合Langmuir等温吸附模型和准二级吸附动力学模型,最高吸附量可达1644.74 mg·g^-1.该亚稳相矿物吸附剂出色的重金属吸附性能,为开发新型矿物吸附剂提供了新思路.