基于3种时间序列模型的九龙江河流库区藻华预测

湖库富营养化和有害藻华是全球性生态环境问题,藻华预测与早期预警是保障湖库水源地供水安全的关键技术.如何基于高频水生态在线监测数据进行藻华的实时动态预测成为水生态管理领域的重大需求.本研究以福建省九龙江江东库区（水源地）为例,利用3年连续观测的逐时平均总叶绿素a浓度数据,对比研究了SARIMA、Prophet和LSTM（长短期记忆神经网络）3种时间序列模型在藻华（日平均叶绿素a大于15 μg?L^-1）预测方面的效果.结果表明：①时间序列模型要求参数少,灵活性强,能清晰反映水质特征和未来变化趋势,可弥补传统藻类监测预警方法的局限性;②基于深度学习框架的LSTM模型,具有独特的迭代优化算法,对藻类非线性变化特征的识别和预测能力较强,其总叶绿素a逐日预测和7日预测效果均显著优于SARIMA模型和Prophet模型;③输入数据长度会在一定程度上影响模型预测效果,最优的输入数据时间长度为7 d;输入数据频率对预测效果也有影响,在预测非藻华日时,小时数据的预测效果优于日频率数据;在预测藻华日时,两种频率数据 无显著差异,但日频率数据能更准确识别藻华日特征.总结起来,基于LSTM模型实现总叶绿素a浓度的短期预测,可为九龙江河流库区藻华早期预警和供水安全保障提供技术支撑.     

污水处理过程水温变化模型构建与验证

污水处理是一个复杂的生物、物理及化学反应过程.污水水温直接影响到污染物生物处理效果,并对污水处理运行能耗产生重要影响.另一方面,污水中也蕴含着相当热能,是潜在可以回收的低品位能源,加以利用则有望实现污水处理碳中和运行.然而,现有研究很少涉及 污水处理厂污水进、出水水温变化及其影响因素;工程中也只强调冬季保温,并无法从微观角度认识处理过程水温变化规律.为此,研究尝试构建污水处理过程水温变化热量衡算模型,涵盖污水生化反应、机械传热、环境热传递和水蒸发热损失等4个主要涉热过程.与此同时,收集北京某污水处理厂实际水温、气温数据,借助热量平衡图来模拟污水处理过程中水温变化,并对理论模型参数进行校验和修正.通过参数敏感性分析,可以评价不同参数对水温热量的影响程度.基于这些工作,一个污水温度变化模型被构建成功,可用于指导实际污水处理厂水温控制或余温热能回收过程,可助力污水处理厂节能降耗、甚至实现碳中和目标.     

纳米氧化锌对大型溞肠道组织毒性效应及机理研究

研究了不同浓度纳米氧化锌（ZnONP）及其在水中释放的对应浓度的Zn²⁺溶液对大型溞（Daphnia magna）肠道组织显微和亚显微结构的影响,探讨了ZnONP对大型溞的肠道组织毒性效应特征和作用机理.结果表明,0.3 mg·L^-1-Zn²⁺组（Zn²⁺浓度0.170 mg·L^-1）和0.3 mg·L^-1 ZnONP溶液皆对大型溞的肠道造成损伤,主要导致大型溞中肠与直肠之间的连接处发生扭曲,其中ZnONP对肠道组织结构弯曲影响最为明显,0.3 mg·L^-1 ZnONP组引起大型溞个体最大肠道弯曲率高达42%.大型溞肠道组织HE染色结果显示,ZnONP暴露会造成大型溞肠道上皮组织断裂、胞间连接空泡化、纹状缘模糊及杯状细胞脱落等,而相对应浓度Zn²⁺组的毒性较弱.电子显微镜下对大型溞肠道组织亚显微结构观察发现,0.3 mg·L^-1 ZnONP处理组大型溞肠道上皮细胞组织出现微绒毛排列紊乱、脱落、溶解,上皮细胞松散,线粒体双层膜结构不完整,嵴溶解消失,核糖体增多等现象.0.3 mg·L^-1-Zn²⁺组大型溞肠道组织上皮细胞有损伤,但整体结构基本完整.从ZnONP和对应的Zn²⁺所产生的毒性效应特征和各组大型溞机体中Zn元素含量的测定分析,ZnONP对大型溞造成的肠道组织损伤不仅与其释放的Zn²⁺引起的毒性有关,更可能与大型溞对颗粒物摄取的方式或ZnONP在体内的积累量、排泄速率和作用的细胞器等有关.因此,ZnONP对肠道组织毒性效应产生的分子机制还需要 进一步研究.     

随机价格下杉木人工林的碳汇收益及最优轮伐期确定

发展林业碳汇是应对全球气候变化及实现中国2060年碳中和的重要举措。基于改进的Faustmann-Hartman模型,以中国南方浙江、福建和江西三个省份杉木人工林为研究对象,使用时间序列模型拟合并预测中国碳排放权交易市场的碳汇价格,通过蒙特卡洛模拟确定最优轮伐期及碳汇收益。研究结果表明：（1）依次纳入木材收益、地上生物量碳汇收益和死亡有机质碳汇收益时,杉木人工林的最优轮伐期分别为21.85年、22.98年和22.88年;（2）上述三种情景下,林地期望价值的净现值分别为20408.20元/hm²、24587.29元/hm²和28101.11元/hm²;（3）全面考虑包含死亡有机质碳库在内的林业碳汇效益,能够稳定提高林地所有者收益约7.02%~21.61%。此外,应进一步考虑多轮伐期下税收政策及自然风险等因素对碳汇营林的影响,这是确定最优轮伐期和碳汇收益后续研究值得重视的问题。     

森林保险支付意愿及影响因素分析——基于异质性营林主体视角

基于期望效用函数理论分析了异质性营林主体的森林保险支付意愿及差异,并以传统小林农和新型林业经营主体为研究对象,以福建省382户传统小林农和88户新型林业经营主体的调研数据为基础,综合运用条件估值法、卡方检验及Cox比例风险模型,对异质性营林主体的森林保险支付意愿与差异及支付意愿影响因素进行对比与分析。研究表明：传统小林农和新型林业经营主体的森林保险意愿支付水平存在显著差异,在1000~2500元/亩保障水平下,传统小林农的意愿支付水平分别为1.911元/亩、2.941元/亩、3.532元/亩及3.979元/亩,新型林业经营主体为1.632元/亩、3.971元/亩、5.809元/亩及6.864元/亩;两类营林主体的支付意愿均随保额的提高而提高,但新型林业经营主体的提升幅度远高于小林农。异质性营林主体的森林保险支付意愿影响因素也存在明显差别,这与其在森林保险认知特征、林业生产经营特征、林业灾损特征、森林保险产品评价特征等方面存在显著差异有关。此外,林地面积对两类营林主体支付意愿均具有显著影响,规模化、集约化的林业生产经营可促进林业经营主体的森林保险愿意支付水平。     

市级国土空间规划核心指标纵向传导研究——以湖南省常德市为例

核心指标纵向层级传导作为市级国土空间规划的关键内容,对市域国土空间格局优化及规划统筹具有重要意义。针对当前指标传导研究不充分、不精细等问题,遵循“核心传导指标选择→指标传导技术逻辑构建→情景模拟预测”的研究思路,以常德市为例研究其2035年国土空间规划“市→县（区）”的核心指标传导。结果表明：（1）基于“指标全域总量预测—指标空间布局模拟—指标分区分类传导”的传导技术逻辑,通过SD与GeoSOS-FLUS模型的耦合集成利用,可有效实现市级国土空间规划核心指标“自上而下”与“自下而上”相结合的科学传导。（2）构建“人—地—业”协调的常德市国土空间利用SD模型,预测获得2035年市域核心指标总量,相应国土利用综合效益达12994.25亿元,相比2018年提升207.75%。（3）从指标传导结果来看,2035年常德市各县（市、区）社会经济类指标除常住人口规模指标外均保持增长趋势,边界类指标实现“只增不减”,用地类指标变化各异,但总体契合常德市主体功能区建设方向,核心指标传导结果符合实际。     

干旱区水—能源—粮食纽带系统协同演化——以中国西北地区为例

水、能源、粮食是人类社会发展的基本保障,三者之间的紧密联系成为近年来国内外学者关注的重点。通过对水—能源—粮食纽带系统协同演化机制的探究,能更好地厘清三者之间的相互关系,对实现社会高质量发展具有重要意义。基于自组织理论,从水、能源、粮食三个角度构建理论模型,运用哈肯模型分阶段地对中国西北地区水—能源—粮食纽带系统协同发展的演化机制进行探究,并在此基础上分析水—能源—粮食纽带系统协同得分的时空分异规律。结果表明：（1）2000—2010年间,中国西北地区水—能源—粮食纽带系统协同演化的序参量是水资源子系统,其主导着整个系统的演化方向,而能源子系统、粮食子系统处于从属地位。在协同得分的时空变化规律上,西北五省区协同得分整体呈上升趋势,但各地区得分差距较大。（2）2011—2018年间,中国西北地区水—能源—粮食纽带系统协同演化的序参量是水资源子系统和能源子系统,两者共同主导着水—能源—粮食纽带系统的协同演化,粮食子系统则处于从属地位。在协同得分的时空变化规律上,西北五省区协同得分仍保持平稳上升趋势,省际间得分差距明显缩小。     

碳中和趋势下数学模拟在污水处理系统中的发展与综合应用

数学模拟技术在污水处理方面被广泛应用,为了系统总结相关技术,本文回顾了污水处理系统中数学模拟技术的发展历程;综述了活性污泥模型(ASM)与机器学习(ML)在水质预测及参数工况优化领域中的应用;重点探究了污水处理系统中温室气体排放模型,以及多目标优化模型在污水处理系统中温室气体排放(GHG)、出水质量(EQI)和运行成本(OCI)的权衡问题;归纳了数学模拟技术在实现污水厂能量自给与资源回收的应用发展.研究结果表明数学模拟技术能准确预测出水水质、快速优化工艺参数、权衡温室气体排放、出水水质与运行成本之间的关系、以及提高资源回收效率等.因此,数值模拟技术可有效指导污水处理工艺的运行优化以及管理,为污水处理行业减污降碳协同增效提供技术支撑.     

我国取消电价补贴的经济影响——基于电价管制及完全竞争市场的分析

通过构建电力部门细分的CGE模型,分别在电价管制和完全竞争市场背景下,评估了取消电价交叉补贴和可再生能源电价补贴,以及引入碳税政策并将碳税收入转移支付给风电及光伏行业的经济影响.研究发现:取消电价交叉补贴对GDP有负面影响,而取消可再生能源电价补贴后GDP有所提升;相比完全竞争市场,电价管制市场背景下取消电价交叉补贴对GDP的负面冲击强度增加了0.003%,而取消可再生能源电价补贴对GDP的促进作用幅度则相对减小0.056%;同时取消两种补贴时,在电价管制市场背景下GDP相比基准情景下降了0.022%,而在完全竞争市场背景下GDP则增加了0.038%.电价管制市场背景下取消电价补贴对电力结构及能源结构影响较小;而在完全竞争市场背景下取消电价补贴将刺激传统电力消费并导致碳排放有所增加.引入碳税政策并将碳税收入转移支付给风电及光伏行业可以有效控制碳排放并促进电力结构和能源结构改善,但会对行业总产出和GDP产生更大的负面冲击.我国未来应适度放开电价管制,并采取诸如适时征收碳税并将其收入转移支付给风电和光伏行业的支持性政策,推动我国能源结构优化和节能减排目标的实现.     

中原城市群区域碳储量的时空变化和预测研究

为了有效评估中原城市群碳储量,运用灰色预测模型获取动态碳密度数据,结合Dyna-CLUE模型和InVEST模型,动态评估2005~2030年土地利用变化下不同情景的碳储量演变特征,以及城市发展对碳储量的影响.结果表明,2005~2020年中原城市群碳储量分别为1689.59×10⁶t、2035.36×10⁶t、2066.34×10⁶t和2093.05×10⁶t,呈现持续增加趋势;2030年经济发展情景、生态保护情景和经济生态协调发展情景下碳储量分别为2162.45×10⁶t、2179.39×10⁶t和2174.28×10⁶t,经济发展情景下碳储量最低,生态保护情景下碳储量最高.碳储量变化与土地利用面积变化密切相关,主要表现为耕地面积的下降导致其碳储量减少约250×10⁶t,林地面积的扩张导致其碳储量增加约103.4×10⁶t,建设用地的扩张导致其碳储量增加约87.77×10⁶t;耕地和草地面积与总碳储量呈较弱的负相关关系,林地、水域、建设用地和未利用地面积与总碳储量呈较强的正相关关系.2005~2030年中原城市群30个城市的碳储量分别为11.38×10⁶t~214.24×10⁶t,碳储量的变化反映出城市土地碳排放在2030年之前已经达到峰值,且经济生态协调发展情景可能更适合未来城市发展的目标.