基于卫星夜间灯光数据的中国分省碳排放时空模拟

中国能源统计数据"横向不可比,纵向不可加"现象依然突出,尤其是分省能源消费统计千差万别,给分省碳排放评估带来了较大困难,如何利用卫星遥感数据科学合理地估算中国分省碳排放是当前亟须研究的问题。本文运用DMSP/OLS全球稳定夜间灯光数据,在通过相互校正、年内融合和年际间校正等系列处理得到中国分省稳定夜间灯光数据的基础上,首先分别构建中国分省稳定夜间灯光亮度DN值与人均碳排放和单位面积碳排放之间的时空地理加权回归模型,两个模型整体效果均较好,拟合优度分别高达96.74%和99.24%;其次运用稳定夜间灯光亮度DN值对分省人均碳排放和单位面积碳排放进行时空模拟;最后运用人口规模和土地面积对分省碳排放进行估算。估算结果显示:(1)整体来看,2000—2013年年均碳排放模拟值与实际值6.3349×109t较为接近,两个模型的相对误差均在0.5%以内。(2)分年度来看,所有年份的相对误差均在5%以内,2006年分省加总碳排放模拟值与实际碳排放6.2036×109t最为接近,绝对误差和相对误差均较小,两个模型模拟值的相对误差均为0.04%。(3)分省域来看,2000—2013年年均碳排放模拟值与实际碳排放均非常接近,除海南和宁夏外,其余28个省区市的相对误差均在1%以内。(4)分年度分省域来看,以2013年为例,40%省份的相对误差在2%以内,70%省份的相对误差在5%以内。从整体、分年度、分省域、分年度分省域的估算结果来看,基于稳定夜间灯光数据的中国分省碳排放时空模拟效果良好。因此,运用卫星夜间灯光数据可以较为准确地对中国分省碳排放进行估算和预测,为卫星遥感影像数据服务分省碳排放监测和评估提供一种补充性参考。     

湖北省土地利用减碳增效系统仿真及结构优化研究

土地利用变化是引起碳排放的重要原因之一,土地经济效益是利用土地的目标之一,如何通过优化土地利用结构实现土地利用减碳增效是值得研究的重要问题。基于系统结构与功能相互作用的视角,梳理复杂系统内变量间的反馈关系,运用系统动力学(SD)进行建模,将约束条件纳入到多目标规划(MOP)中,实现MOP与SD模型整合,进行系统仿真并得出优化后2020年湖北省土地利用结构。结果显示,利用SD-MOP模型能够实现减碳增效目标下土地利用结构优化,与2008年真实值相比,耕地、林地、牧草地及建设用地分别增加了0.33×10~4、30.17×10~4、0.08×10~4和16.37×10~4 hm~2,其他农用地及未利用地分别减少7.23×10~4、33.15×10~4 hm~2;与无约束SD单模型仿真相比,土地利用碳排放量减少了58×10~4 t,经济效益年增长率维持在3.58%,优化方案具有可行性。SD-MOP模型优化的土地利用结构符合区域可持续发展要求,兼顾了土地利用碳减排和经济效益增长的双重目标,能为区域土地资源优化配置提供参考。     

煤矿火灾烟气流动传播过程仿真研究

煤矿发生火灾后会生成大量有毒气体并产生火风压,烟气在火灾动力的影响下出现状态紊乱,研究煤矿火灾烟气流动传播过程对控制火情有着重要意义。基于国内外研究现状,对燃烧及风流特点进行分析,建立了煤矿火灾烟气流动数学模型,并利用CFD软件进行仿真。研究表明:无通风工况下的烟气为对称流动;随着风速增加,出口处温度降低,烟气向风流入口处的流速减小。     

p,p'-DDE与雄激素受体突变体H874Y及T877A激动性作用机制的理论研究

1,1-二氯-2,2-双(对氯苯基)乙烯(p,p'-DDE)是一种已知的雄激素受体(androgen receptor,AR)拮抗剂。有趣的是,已有研究证实p,p'-DDE同时可经由作用于AR的2种天然突变体H874Y和T877A产生拟雄激素效应,但其相互作用的分子机制尚不清晰。本研究联用分子动力学模拟与MM-GBSA方法,以内源性激素二氢睾酮(DHT)作为对照,对p,p'-DDE与2种突变体的相互作用分子机制进行了研究。模拟结果指出范德华相互作用是维持p,p'-DDE与AR突变体结合的主要驱动力,而溶剂化作用的差异是导致p,p'-DDE与H874Y具有较高结合活性的主要原因,H874Y结合口袋与p,p'-DDE的结构匹配度优于与T877A。与内源性配体二氢睾酮相比较,范德华作用与静电相互作用的差异是造成p,p'-DDE比DHT结合活性低的主要原因,p,p'-DDE与AR突变体之间缺乏氢键的稳定。MM-GBSA的结果确定p,p'-DDE与突变体结合过程的关键氨基酸以疏水性残基为主,其中L704、M745、L873尤为重要。计算获得的p,p'-DDE对H874Y及T877A相互作用分子机制有助于理解该污染物在不同人群中内分泌干扰效应的差异。     

雷达关键部件对西北地区典型环境适应性的综合仿真研究

长期工作在西北地区大温差、多风砂和强紫外线等恶劣复杂环境下的雷达装备表面极易出现表面磨蚀或损坏。建立了雷达对西北地区综合环境适应性的仿真分析方法,以计算流体动力学(CFD)软件FLUENT为平台,对雷达典型部件在大温差、多风砂和强紫外线环境中的表面状态进行仿真模拟。仿真结果与雷达装备实际情况较为吻合,为进一步深入研究相关物理机理以及设计防护措施提供了理论依据。     

Comparative study on performances of a heat-pipe PV/T system and a heat-pipe solar water heating system

The heat-pipe solar water heating (HP-SWH) system and the heat-pipe photovoltaic/thermal (HP-PV/T) system are two practical solar systems, both of which use heat pipes to transfer heat. By selecting appropriate working fluid of the heat-pipes, these systems can be used in the cold region without being frozen. However, performances of these two solar systems are different because the HP-PV/T system can simultaneously provide electricity and heat, whereas the HP-SWH system provides heat only. In order to understand these two systems, this work presents a mathematical model for each system to study their one-day and annual performances. One-day simulation results showed that the HP-SWH system obtained more thermal energy and total energy than the HP-PV/T system while the HP-PV/T system achieved higher exergy efficiency than the HP-SWH system. Annual simulation results indicated that the HP-SWH system can heat the water to the available temperature (45°C) solely by solar energy for more than 121 days per year in typical climate regions of China, Hong Kong, Lhasa, and Beijing, while the HP-PV/T system can only work for not more than 102 days. The HP-PV/T system, however, can provide an additional electricity output of 73.019 kWh/m², 129.472 kWh/m², and 90.309 kWh/m² per unit collector area in the three regions, respectively.     

潜流湿地对典型选控性有机污染物去除的预测

建立潜流湿地有机污染物迁移转化模型,采用多孔介质模型描述潜流湿地的水力特性,并引入Monod方程相耦合,实现对湿地系统内部流场及水质浓度的同时模拟。通过实验,校核模型参数,并验证模型。结果表明,该模型能较好模拟潜流湿地中有机污染物的去除效果;计算条件下,在不同基质填料的潜流湿地中都会出现滞水区和快速通道,影响水力效率与污染物去除效果;预测了不同填料系统中7种典型选控性有机污染物的去除效果,其处理效率:苯胺苯酚二甲苯甲苯苯硝基苯氯苯,可通过优选填料提高吸附量和延长停留时间来提高选控性有机物的处理效果。     

非金属管道微小泄漏动力学数值模拟和试验对比

为了探索非金属输送管道泄漏规律,从数值模拟和试验两个角度,对液体PE管道发生泄漏前后管道内流体与泄漏口的流动状态进行了对比分析,为判定管道泄漏提供了依据。运用FLUENT软件针对PE液体管道泄漏,在不同孔径、不同压力下,构建管道泄漏模型分别进行仿真,分析不同泄漏情景下压力梯度的分布规律。同时在近似相同条件下进行PE管道两点泄漏模拟试验。结果显示:数值模拟与试验结果基本一致,泄漏孔处压力、流速均与管内初始压力成正相关;初始压力和孔径的增大,会导致管内压力下降速度上升,但最终会趋于稳定值。     

基于人工神经网络的气体泄爆最大超压预测研究

为解决传统经验公式在预测气体泄爆中最大超压出现时的较大偏差或过于保守的问题，提出使用人工神经网络预测气体泄爆最大超压。基于124组实验数据，采用BP与RBF神经网络，通过优化算法计算与迭代循环对泄爆样本中的影响因素进行降维与选择，并确定2类神经网络本身在学习与计算气体泄爆样本时的相关参数。结果表明:PCA（主成分分析法）在当前样本条件下的降维效果较差，而通过迭代对比确认气体泄爆样本中的5类特征全部保留时神经网络的训练模拟效果最好；通过对124组实验数据进行随机挑选训练集与测试集的训练模拟结果发现，神经网络对气体泄爆中最大超压的预测效果较好；通过对比Molkov提出的和经Fakandu等改进的NFPA 68经验公式以及2类神经网络的预测结果表明，神经网络相比于传统气体泄爆经验公式具有明显优势。     

Freshwater fish diversity hotspots for conservation priorities in the Amazon Basin

Conserving freshwater habitats and their biodiversity in the Amazon Basin is a growing challenge in the face of rapid anthropogenic changes. We used the most comprehensive fish-occurrence database available (2355 valid species; 21,248 sampling points) and 3 ecological criteria (irreplaceability, representativeness, and vulnerability) to identify biodiversity hotspots based on 6 conservation templates (3 proactive, 1 reactive, 1 representative, and 1 balanced) to provide a set of alternative planning solutions for freshwater fish protection in the Amazon Basin. We identified empirically for each template the 17% of sub-basins that should be conserved and performed a prioritization analysis by identifying current and future (2050) threats (i.e., degree of deforestation and habitat fragmentation by dams). Two of our 3 proactive templates had around 65% of their surface covered by protected areas; high levels of irreplaceability (60% of endemics) and representativeness (71% of the Amazonian fish fauna); and low current and future vulnerability. These 2 templates, then, seemed more robust for conservation prioritization. The future of the selected sub-basins in these 2 proactive templates is not immediately threatened by human activities, and these sub-basins host the largest part of Amazonian biodiversity. They could easily be conserved if no additional threats occur between now and 2050.