石家庄一次持续性霾过程形成原因及气溶胶垂直探空分析

为了研究石家庄冬季霾过程的形成原因及污染物变化特征,对2015年12月17—26日一次持续性霾过程中地面气象要素、天气背景场、PM(PM_(2.5)和PM_(10))、气态污染物(SO_2、CO、NO_2和O_3)、边界层垂直结构和数浓度垂直分布进行了综合观测分析.结果表明,华北上空稀疏的等压线和均压场结构、地面小风、高湿度的气象条件为这次霾污染的发生和持续提供了有利的动力和水汽条件.霾过程中PM_(2.5)、PM_(10)、SO_2、NO_2、O_3和CO的平均浓度分别为208.1、299.4、75.3、81.9、13.1μg·m~(-3)和4.2 mg·m~(-3),分别是清洁天的5.8、4.5、1.4、2.4、0.5和4.7倍.逆温层的存在阻碍了近地层气溶胶粒子向高层的传输.逆温层上部层边界层内0.3μm和0.3~2.5μm的气溶胶数浓度分别减少了25%~40%和63%~85%.在200 m高度内,0.3、0.3~0.5、0.5~1.0和1.0~2.5μm的气溶胶在霾天的平均数浓度分别为503.0、295.7、103.9和8.9 cm~(-3),分别是清洁天的2.8、17.8、31.9和24.4倍.     

利用多信息源提高半干旱地区TM影像的森林类型制图精度:以北京西部山区为例

以地处半干旱地区的北京西部山区为例,利用研究区森林类型的季相特征、已有的少部分林相图、Google Earth免费影像数据等信息选择不同坡向的相同森林类型做训练样本,通过加入其他辅助数据(海拔和坡向数据),来提高Landsat TM影像的森林类型分类精度,同时对比了基于像元和面向对象方法提取森林类型的效果。结果表明:1)就半干旱山区的森林类型划分来说,TM影像的TM4、TM5、TM4-TM2及辅助数据DEM和坡向可作为TM影像森林类型划分的最佳数据源。2)单独加入海拔信息,阔叶林的提取精度提高23%,针叶林和混交林的分类精度只提高了4%~5%;单独加入坡向信息,阔叶林的提取精度只提高21%,但是针叶林和混交林的分类精度则分别提高了13%、18%,显著优于单独加入海拔信息的效果。同时加入海拔信息和坡向信息,至少可以准确区分出约70%以上的针叶林、阔叶林和混交林。3)就本研究区而言,坡向比海拔更有效地辅助提高森林分类精度。4)就混淆矩阵数据而言,面向对象的分类方法比基于像元分类结果总体精度低3%,Kappa系数低4%,但面向对象的分类结果更加符合研究区实际情况。该研究对中分辨率影像应用于半干旱山区森林类型划分具有一定的借鉴意义。     

维生素C工业废水处理系统VOCs污染特性

采用便携式气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)测试了维生素C工业废水处理系统各单元环境空气中挥发性有机物(VOCs)的污染现状,分析和总结了挥发性有机物(VOCs)的种类特征.结果表明,废水处理系统中共检测出32种物质,逸散的总挥发性有机物(TVOCs)浓度范围为0.962 9~32.097 0 mg·m-3.其中,位于废水处理系统最前端半密闭状态的沉砂池是逸散VOCs种类最多、强度最大的单元,为25种,其总浓度为32.097 0 mg·m-3,沉砂池中小分子硫化物所占比例较大,为30.02%;后续处理单元中芳香烃比例较高约占监测总量的21.06%~31.48%.监测出VOCs的主要种类为氯代烃类、酮类,分别占监测总量的6.39%~55.80%、10.40%~58.08%,废水处理系统各单元均监测到丙酮、2-丁酮、正己烷、氯仿、氯苯等14种VOCs,其中氯乙烯、苯乙烯、1,3-丁二烯3种属于高毒性物质,监测出的氯乙烯浓度超过《大气污染物综合排放标准》(GB 16297-1996)标准,1,3-丁二烯等多种污染物尚无国家标准限值,本研究结果可为我国制药废水VOCs排放标准的修制提供科学依据.     

绝缘油污染土壤微波热脱附的影响因素

为探究绝缘油污染土壤微波热脱附的影响条件,考察了温度、停留时间、土壤含水率、污染物初始浓度和微波功率对土壤中绝缘油去除效果的影响.结果表明,温度和停留时间显著影响土壤中绝缘油的去除率,在400℃、微波处理时间5 min的条件下,土壤中绝缘油的去除率为98.6％.当土壤含水率为5％时,土壤中绝缘油的去除率达到最佳.在微波处理15 min内,土壤中绝缘油的去除率随着绝缘油初始浓度的升高逐渐降低.微波功率越高,土壤中绝缘油的微波热脱附效率越高,综合考虑能耗和去除率,微波功率为1 000 W时较优.绝缘油污染土壤微波热脱附机理研究表明,脂肪烃主要通过蒸汽蒸馏和热解吸两种方式从土壤中脱除.本研究结果可为高浓度绝缘油污染土壤微波热脱附技术应用提供参考.     

长期放射性环境下微生物群落多样性变化

针对某铀尾渣库,通过深层垂直钻井方式采集了多个点位不同深度的铀尾渣样品,基于Illumina Miseq高通量测序技术研究了库区微生物群落的三维空间分布,阐释了长期放射性环境下微生物群落的多样性变化和环境因子的相关关系.结果表明,铀尾渣样品间的理化性质差异显著,放射性环境显著降低了微生物多样性水平,但仍存在优势菌群（丰度>5%）,在门水平上依次为变形菌门（Proteobacteria）、厚壁菌门（Firmicutes）、放线菌门（Actinobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidetes）,而属水平上节杆菌属（Arthrobacter）和酸杆菌属Gp16表现出较强的耐放射性能力.微生物群落RDA冗余分析显示放射性核素²¹⁰Po、²¹⁰Pb、U,金属元素Mn、Ca以及pH值、SO₄^2-等多种环境因子均对铀尾渣中微生物群落分布影响较大.本研究结果揭示了长期放射性核素环境下的微生物群落演替规律,为发掘潜在生物修复菌种提供理论基础.     

华北平原和山区城市PM2.5和O3变化关系比较分析

利用2015~2019年环境监测数据,对比分析华北地区平原城市保定市和山区城市张家口市PM_2.5和O₃变化和相关关系.结果表明：保定市PM_2.5夏低冬高,O₃夏高冬低,日变化为午后单峰型,而张家口市PM_2.5浓度低,日变化幅度较弱,冬季O₃日变化为午后峰值和凌晨5：00左右弱峰值双峰型.张家口市冬季全天及春夏秋季夜间O₃浓度显著高于保定市,甚至夏季出现夜间O₃超标异常,最高浓度达到202μg/m³,反映了平原城市和清洁山区大气物理化学过程变化的影响.PM_2.5和O₃在4~9月为正相关,11~3月为负相关;保定市PM_2.5-O₃相关系数日变化呈单峰型,张家口市为双峰型变化,凌晨和午后各有一峰值,华北地区平原污染区和高山相对清洁区,大气复合污染物PM_2.5和O₃作用关系的日变化及季节特征具有明显差异.     

放射性核素钍污染土壤有机酸化学淋洗工艺

选用草酸、柠檬酸和酒石酸对不同粒径典型放射性钍污染土壤进行淋洗试验,考察淋洗后淋洗液各指标参数变化,以土壤可提取形态分析淋洗后流动性和稳定性的变化,结合淋洗动力学和XRD手段来表征土壤修复机理及土壤晶相破坏程度.结果表明：草酸、柠檬酸和酒石酸振荡淋洗最优参数为0.5mol/L条件下振荡8h,淋洗效果依次为：草酸>柠檬酸>酒石酸>苹果酸>乙酸.达到修复目的前提下,淋洗后土壤整体晶相破坏程度较小,二氧化硅衍射峰明显增强,各土样中残渣态的占比提高19.39%~27.20%、0.63%~8.45%,流动性降低6.81%~11.33%,稳定性得到增强,为放射性污染土壤化学淋洗修复提供参考.     

河北省中南部对流层CH4时空分布特征的飞机探测研究

为研究河北省中南部对流层内CH₄时空分布特征,2018年6~7月利用空中国王350飞机搭载高精度CH₄分析仪和相关辅助设备,对河北中南部城市上空（600~5500m）CH₄浓度进行飞机探测.探测期间共飞行4架次,取得7组CH₄浓度垂直廓线数据.结果表明：探测期间CH₄浓度最小值为1884×10^-9,最大值为2038×10^-9,多架次垂直方向上平均浓度为（1915±90）×10^-9.不同探测架次CH₄浓度随高度变化趋势有较好的一致性,随高度增加,均出现先增大后减小,后稳定不变的趋势,且在混合层顶以下（约1000m）存在明显分界线.1000m以下,同高度层CH₄浓度变化较大,不同架次间浓度相差最大值达124×10^-9,同一架次CH₄浓度的垂直梯度变化受大气层结影响明显,位温垂直梯度接近零时,CH₄浓度的垂直梯度变化不明显.1000m以上,CH₄浓度垂直随高度增加呈指数减小,同高度层CH₄浓度变化较小,变化偏差在平均值的5%以内,4000m以上,同高度层CH₄浓度振幅最小,差值<15×10^-9,此时浓度可代表该区域背景大气的平均浓度.石家庄上空同高度层CH₄浓度白天整体大于夜间,随高度降低差值变大,说明石家庄白天CH₄排放源强度大于夜间.     

中国东部秋季大气黑碳分布和来源的数值模拟

应用耦合黑碳源示踪方法的区域大气化学WRF-Chem模式,对中国东部秋季黑碳气溶胶（BC）分布特征进行研究.研究发现中国中东部BC浓度较高（>2μg/m³）,BC高值区（>4μg/m³）分布在华北平原、长江三角洲、两湖及四川东部等地区.工业源、居民生活源、交通源是BC的主要排放源,其中工业源会造成近地层BC分布呈点状高值,地形及气象条件也是影响BC累积和传输的重要因素.BC浓度较高的京津冀BC以本地源贡献为主,在不同的风场及大气扩散条件下,外来源对京津冀BC贡献占比的变化较大.BC来源可分为两种情形：一是传输型：地面风速较大,外来源贡献占比达35.1%;二是静稳型：地面风速小,大气条件静稳,以本地贡献（80.1%）为主,来自京津冀周边省份（山东、河南、山西和陕西）的贡献较少（6.9%）.本地源与外来源对京津冀BC贡献比呈相反的日变化特征,其中傍晚~早上,本地贡献占比维持在较高水平;午后本地贡献占比减小,外来输送明显增强.当京津冀地区受外来输送影响更大时,日变化特征更明显,外来贡献在午后占比可超过40%.     

基于遥感-过程耦合模型的地表蒸散量应用研究

作为陆面过程中地气相互作用的重要过程之一,蒸散发(Evapotranspiration,ET)在地球的大气圈-水圈-生物圈中发挥着重要作用。利用遥感-过程耦合模型BEPS,以中分辨率成像光谱仪(MODIS)数据和NCEP/NCAR再分析资料为主要输入,模拟分析了2007-2009年美国区域的地表ET,同时利用通量观测网AmeriFlux的站点观测数据验证该模型在ET模拟研究中的可靠性与适应。结果表明：12个站点通量实测值与BEPS模型模拟的ET值的相关系数为0.7297(P<0.05),表明BEPS模型能够较好的模拟研究区的地表ET。ET在1年内呈现明显的单峰趋势,5-9月ET值较高,可达60 mm·mon-1以上,最小值在1月份,值为8.39 mm·mon-1,最大值在7月份,值为118.04 mm·mon-1。该区域ET的平均年总量为505 mm·a-1。受地形、气候的影响,ET最高值对应于南部区域,这些地区ET的年总量普遍在600 mm·a-1以上,最高值为1667 mm·a-1,对应的主要覆被类型为草地和农田;中北部和东部的大部分区域ET年总量为400~600 mm·a-1;ET最小值在西部区域,年总量小于400 mm·a-1,对应覆被类型为疏林地和混交林。降水量与ET差值呈现从东向西逐渐递减的趋势,最小值主要分布在西部沙漠。整个研究区域ET与降水量之比的平均值为0.72,由东向西基本呈现增加趋势,在西部以及中北部的部分地区比值达到最大。