突发水污染预警应急响应研究与实践的方法学辨析

2005年底松花江硝基苯污染发生至今,我国开展河流突发污染预警应急的研究实践已有10年,有必要对相关应急技术的发展历程及研究实践方法学进行系统梳理.因此,本文运用系统论的原理与方法,对河流突发污染应急预警响应过程中的基础科学问题进行数学抽象与深入剖析.首先梳理归纳了处警后预警应急响应的基本流程,即以"应急溯源"和"风险预警"为主线辅以"应急监测".然后,通过文献计量学分析了预警和溯源的技术成熟度过程及发展趋势.同时,对"污染追踪/溯源"正反问题进行系统论刻画并深入辨析其不确定性与不适定性特征.最后,用相似理论分析和定义了关键研究问题的时空特征尺度.结果表明,本文提出的相关框架、论断和准则可为应急预警响应研究实践提供统一的科学范畴、通用的研究范式与方法论参考.     

利用Hyperion高光谱数据的三波段法反演太湖叶绿素a浓度

以2004-08-19太湖野外试验所获取的水质数据(叶绿素a浓度7.8~154.3μg.L-1,总悬浮物浓度65.0~190.2 mg.L-1,N=38)和同步的Hyperion星载高光谱数据为研究对象,利用三波段算法反演太湖水体的叶绿素a浓度.通过分析太湖固有光学量的特点,提出适用于太湖的3个特征波段的选择依据,并对波段进行优化计算,在此基础上建立了三波段统计模型,最后对模型的反演精度进行分析与评价.结果表明,Hyperion的B34(691.37 nm)、B37(721.90 nm)和B50(854.18 nm)组成三波段模型变量与叶绿素a浓度具有最高的相关系数(r=0.934),模型的决定系数(R2)和均方根误差(RMSE)分别为0.872和13.93μg.L-1,其反演精度优于传统经验统计模型,如比值模型(R2=0.844,RMSE=15.41μg.L-1)和一阶微分模型(R2=0.831,RMSE=16.00μg.L-1).研究结果证实了三波段法适用于内陆富营养化浑浊水体和Hyperion高光谱数据,为今后更精确地反演内陆水体的叶绿素a浓度提供了参考依据.     

Diurnal variation of number concentration and size distribution of ultrafine particles in the urban atmosphere of Beijing in winter

Number concentration and distribution of airborne particles in the size range 5.6 to 560 um diameter were measured in Beijing for a 15-d period in winter 2005.Daily average number concentrations of nucleation mode(5.6-20 nm),Aitken mode(20-100 nm), and accumulation mode(100-560 nm)particles,and total particles were 17500,32000,4000,and 53500 cm~(-3),respectively.Average particle size distribution was monomodal with a mode diameter of about 40 um at night and bimodal with mode diameters of about 10 and about 40 nm during the daytime.New particle formation events,which were connected to diurnal variation of nucleation mode particles,were observed in more than half of the observation days.The events often started around 10:00-11:00 Chinese Standard Time (CST)and ended up after 3-4 h.Concentrations of Aitken and accumulation mode particles increased from midnight and reached their maxima at about 10:00 CST,and then decreased and became the lowest in the afternoon.Analysis of diurnal cycles in traffic volume and meteorological parameters revealed that the accumulation of the particles in Aitken and accumulation modes in the morning was influenced by formation of an inversion and increase in vehicle emission,and dispersion of such particles in the afternoon was associated with more effective vertical mixing and higher wind speed.     

基于稀疏表达的水体遥感反射率高光谱重构及其应用

高光谱重构技术可以有效地突破多光谱卫星传感器波段设置的限制,获得更多更有效的地物光谱信息.本研究基于稀疏表达方法提出了一种针对水体遥感反射率的高光谱重构算法,以太湖、杭州湾的原位水体光谱数据为数据源,在5种常用水色传感器(Sentinel-2A MSI、MERIS、MODIS Aqua、GOCI以及ⅦRS)上进行了高光谱重构实验,最后将该算法应用于GOCI数据,进行了算法适用性验证.结果表明:(1)基于稀疏表达的高光谱重构算法可以在不利用实测光谱数据的情况下实现高光谱重构,光谱重构精度高于多元回归光谱重构算法;(2)基于稀疏表达的高光谱重构算法在5种水色传感器上都取得了较好的效果,平均相对误差均在10%以下,均方根误差均在0.005 sr-1以下;(3)相比于原始GOCI多光谱数据,经稀疏表达高光谱重构后的GOCI数据在叶绿素a浓度和总悬浮物浓度估算精度上有不同程度提升.其中对叶绿素a浓度估算而言,平均相对误差从80.6%减少至51.5%,均方根误差从12.175μg·L~(-1)减少至7.125μg·L~(-1);对悬浮物浓度估算而言,平均相对误差从19.1%减少至18.8%,均方根误差从29.048 mg·L~(-1)减少至28.596 mg·L~(-1).     

新冠肺炎封城对南京污染排放的影响

2020年初新冠肺炎疫情爆发以后,为了有效防止疫情扩散和蔓延,全国主要城市都相继停工停产,人类活动和污染排放强度大幅降低.本文针对新冠肺炎爆发前后南京地区污染排放变化,利用南京及周边地区的逐时污染观测资料,基于在线区域化学传输模式WRF-Chem和集合平方根滤波同化系统,在同时同化污染物浓度初始场和污染源排放的框架下,在1 km的高分辨率条件下进行了逐时同化实验模拟.结果表明,由于疫情管控,2月南京市区的PM_2.5气溶胶和NO源排放分别较1月减少4.4%和30%,减少的区域主要位于工业区和南京城区.该结果显示同化系统在反演高时空分辨率的污染源方面具有很好的潜力.     

末梢水与水源水数据“倒挂”现象探讨

末梢水与其水源水的数据“倒挂”现象是影响居民饮水健康的安全隐患。基于末梢水数据“倒挂”现象在新闻报道、政府信息公开及相关调查研究中的表现形式,分析了引起末梢水数据“倒挂”的原因主要包括：监测采样、分析偏差,物理因素和化学、生物反应以及综合因素造成的污染等。提出,在饮用水水源方面,加强规范化管理,保持水源水水质合格并长期稳定;在水处理阶段,选择适宜且安全高效的水处理方式;在水管输送阶段,选择健康的管道材质并合理规划设计、维护输水管网体系;在饮用水使用阶段,加强用水宣传,让居民养成良好的健康用水习惯。从而逐渐消除末梢水数据“倒挂”现象,保障居民的饮水安全。     

长江干流表层水体悬浮物的空间变化特征及遥感反演

总悬浮物（TSM）是描述水体光学特性和污染程度的一个重要参数,利用遥感技术准确获取面状水域悬浮物浓度的信息,可有效地对水体浑浊程度、污染程度等信息指标进行高效监测分析,解决观察范围小、不方便以及数据获取难等难题.以野外实测水体高光谱数据和悬浮物浓度及其组分等数据,参照MODIS （1~4波段）、Landsat 8（1~5波段）、Sentinel 2（2~6波段）和HJ-B1（1~4波段）等常用波段范围,构建长江干流（重庆-上海段）水体TSM的半经验模型,从而检验、比较常用卫星对河流水体TSM的反演潜力.结果表明：①枯水期长江干流浊度和TSM从重庆到上海整体程增加趋势,相反有机悬浮物浓度在总悬浮物浓度中所占的比例（OSM/TSM）从重庆到上海整体呈现较小趋势.②水体光谱曲线基本没用叶绿素a的光谱特征（700 nm附近的反射峰）,而是展现出悬浮物浓度占主导因素的双峰型光谱特征.由于水体中悬浮物浓度较低（<114.68 mg ·L^-1）,第一峰值明显高于第二峰值,但反射峰位置具有明显的向波长方向移动的"红移"现象.③长江干流水体的反射率对悬浮物浓度最敏感的波段是600~710 nm和475~550 nm波段,这些波段大部分都落在MODI、Landsat 8,Sentinel 2和HJ-1B卫星绿波段和红波段内,因此目前常用卫星的波段设置在反演长江干流水体TSM上都具有一定的潜力.其中Sentinel 2卫星波段设置最合适长江干流水体悬浮物浓度的反演,其最佳的指数反演模型RMSE为10.23mg ·L^-1,MAPE为23%.     

基于MODIS的西藏典型湖泊叶绿素a浓度反演

叶绿素a浓度是反映湖泊富营养化状态的一个重要参数。以MODIS L1B数据为基础，结合叶绿素a浓度实测数据，基于经验分析法实现了西藏典型湖泊叶绿素a浓度反演研究，并探索了西藏典型湖泊2019年春、夏、秋季叶绿素a浓度的时空变化特征。首先，利用叶绿素a浓度实测数据和MODIS L1B影像不同波段的反射率值进行组合试验，选择最佳波段组合建立模型；其次，分别选用2015年、2017年叶绿素a浓度实测值和反演值对模型进行对比验证；最后，利用叶绿素a浓度反演模型对西藏典型湖泊2019年春、夏、秋季叶绿素a浓度的时空变化特征进行分析。结果表明：在空间尺度上，西藏典型湖泊叶绿素a浓度整体上呈现出周围高、中部低的分布特征，且湖岸水体叶绿素a浓度变化较大；在季节尺度上，不同湖泊叶绿素a浓度的季节变化存在较大差异，格仁错和色林错的季节变化幅度较大，纳木错、塔若错和羊卓雍错的季节变化幅度较小。     

基于最佳摄动量法的桩基承载力反演

通过高应变动力试桩法来获得桩土参数是目前比较流行的试桩方法,其原理主要是通过以桩顶的实测信息来反演桩土参数,其中比较成熟的CAPW APC法主要用试凑法来反演桩土模型参数,其反演结果呈现一定的随机性且正确性过于依赖操作者经验。本文尝试以CAPW APC法所采用比较成熟的桩土模型为基础,引入基于最佳摄动量法的局部优化方法来反演桩土参数。在弹性波波动方程隐式差分的基础上,对反演参数采用摄动展开并推导出参数反演的递推公式,最后给出合适的反演算法。考虑到初始参数对局部优化方法的影响,根据场地的实际情况选取合适的初始模型,计算显示可以获得比较理想的结果,说明本法是对桩基动测方法的一种有效的新尝试。     

历史演变法原理与演变曲线板

根据杨鉴初的历史演变法原理，对苏皖沪（３０°～３６°Ｎ，１１５°～１２５°Ｅ）１９７１ ～１９９７ 年最大震级（ ＭＳ） 形成的时间序列，先进行迭次平滑，再据这些逐趋光滑的地震活动历史演变曲线的外形特征及数值，找出它们之间的联系规律与各自的变化规律：超前性、近似性、准对称性与渐变性。并根据这些规律性制成时间序列演变曲线板：近似板、旋转板与折迭板，对逐年最大震级进行外延验证，以及对１９９８ 年的最大震级做出预报。结果表明：用演变曲线板量取的时间序列外延预报值，与实况的差值都能小于｜０ ．５｜ 级。