24个CMIP5模式对长江流域模拟能力评估

根据1961~2005年长江流域气象站点的实测月降水量和气温数据,采用第5期全球耦合模式比较计划CMIP5(the Fifth Phase of Coupled Model Intercomparison Project)中24个全球气候模式(GCM)的模拟结果,通过计算模拟变量和观测变量平均值的相对误差、归一化的均方根误差、时间和空间相关系数,采用M-K趋势分析方法,分别选用在长江流域模拟气温和降水较好的5个模式进行集合平均,从时间的演变规律和空间的分布特征两方面,检验该模式集合对长江流域模拟气温和降水的能力。研究结果表明:各个模式模拟气温的能力要明显好于模拟降水的能力,但模拟气温较好的模式模拟降水的能力并不一定突出;模式集合的结果表明:在时间尺度上,模式集合平均结果与观测值拟合程度较好,且模式集合的结果振荡幅度较观测值小;在空间尺度上,模式集合的空间分布趋势与观测值大致相同,说明采用的模式集合结果用于预估未来长江流域降水的时空分布特征和演变规律是可行的。     

台风“威马逊”造成云南强降水灾害天气分析

利用云南7部新一代天气雷达观测数据和Micaps常规资料,对台风"威马逊"登陆后减弱生成的热带低压引发强降水进行分析,揭示了台风"威马逊"造成的强降水成因及对云南的影响情况。结果表明:"威马逊"的外围云系于2014年7月19日下午开始影响云南,19日17时滇东南地区出现降雨,其中20-22日,云南省连续3d出现暴雨天气过程,滇中以西以南大部地区出现大暴雨、暴雨天气(其中屏边站和宁洱站日降水突破了历史极值),23日降雨过程结束。这次台风低压天气过程是近5年来影响云南造成降水最强的一次,热带低压西移与西南气流汇合,低压倒槽造成的强降水对云南西部造成持续影响。热带低压带来了强降水,造成了37人死亡、9人失踪的重大灾害。以文山新一代天气雷达观测资料分析,发现使用雷达对远距离低层云系的探测,能较好地判断"威马逊"台风外围云系的结构及演变情况,对改进强降水的短时临近预警有较好的价值;在现行体扫模式下增加超低仰角探测,应有助于更好预测风暴影响的强度和发展趋势,进一步改进预警能力,从而对短时临近预报有一定的帮助。就台风"威马逊"而言,发现较好的应用雷达资料,在一定的条件下对改进短时临近预警业务有一些帮助,因此提出重视雷达探测可能对提高强天气监测预警水平和防灾减灾应具有一定的价值。     

基于“人工智能”驱动的农村生活污水系统治理专栏序言

伴随流域水污染控制与治理工作的深入,农村分散生活污水治理逐渐成为制约流域水环境改善的关键.同时,农村生活污水治理是人居环境提升、美丽乡村建设以及乡村振兴战略实施的集中体现,事关广大农村居民的切身利益.本专栏是国家水专项“分散污水治理课题”团队近年来科研成果的总结,从污水治理的全生命周期角度出发,尝试通过人工智能赋能治理模式决策、“菜单式”工艺组合、设施运维与监管、长效管理等4个方面对研究和实践进行了梳理总结,构建基于人工智能驱动的农村生活污水治理决策支持系统,以期为北运河流域以及其他区域农村生活污水治理提供科技支撑.     

聚苯乙烯微塑料单独或与镉共同暴露诱导肝细胞铁死亡

微塑料作为一种新型污染物,易吸附并富集环境中的重金属等,广泛存在于大气、土壤和水体环境中,对人体的危害正受到广泛关注.微塑料与其吸附污染物引发的复合毒性效应及机制是目前微塑料环境毒理学评价中亟待解决的科学问题.本研究以聚苯乙烯微塑料和镉为研究对象,考察其对新型细胞死亡方式-铁死亡的诱导作用,发现微塑料和镉暴露诱导肝细胞线粒体形态异常和线粒体嵴减少、GSH水平下降、脂质过氧化损伤以及关键铁死亡调节蛋白GPX4表达量降低,证实微塑料和镉暴露可诱导肝细胞发生铁死亡;同时不同铁死亡抑制剂及毒性检测指标的测定还表明,Cd²⁺主要通过抑制膜脂修复膜GPX4活性,引起脂质过氧化,导致铁死亡发生;聚苯乙烯微塑料主要通过刺激活性氧产生促进铁死亡;二者复合体可同时通过活性氧和抑制酶活等方式促进铁死亡发生,但其发生程度弱于Cd²⁺,可能是由于复合体中Cd²⁺呈吸附态降低其部分毒性所致.本文预期将为深入评价微塑料与镉的复合毒性效应提供数据支撑,同时为微塑料与其它共存的有毒组分的复合毒性效应及机制研究提供一定参考.     

氧化硫硫杆菌固定化菌球制备及其耦合填料去除H2S

以海藻酸钠(SA)为包埋载体,对氧化硫硫杆菌(Acidithiobacillus thiooxidans)进行固定化制备菌球,优化菌球制备条件,在生物滤塔内验证其对H₂S的去除能力.以前期驯化获得的富含硫系恶臭降解微生物菌群的污泥为菌源进行生物滤塔填料筛选,耦合A.thiooxidans菌球和填料进行生物除臭.结果表明,优选的固定化条件为:SA浓度3.0%､吸附剂CNT､A.thiooxidans菌悬液与混合液比例20%､CaCl₂浓度4.0%､改性剂己二胺溶液,获得的菌球机械强度､传质性能､硫氧化能力最好.将A.thiooxidans菌球填装于生物滤塔,H₂S最大去除率和去除能力为70%和1.06g H₂S/m³·h.以混合挂膜方式进行填料挂膜后,在聚氨酯泡沫､活性碳布和陶粒中优选出最佳填料活性碳布,获得H₂S最大去除率和去除能力为88%和0.84g H₂S/m³·h.以混合填装方式将A.thiooxidans菌球与活性碳布填装于生物滤塔,获得H₂S最大去除率和去除能力为86%和1.00g H₂S/m³·h.     

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.     

太湖流域1954~2006年气候变化及其演变趋势

用Mann Kendall统计检验方法对太湖流域6个气象站点1954~2006年降水、气温、相对湿度、日照时数的变化趋势和时空特征进行了分析，结果表明：50余年来太湖流域降水量呈较弱的增加趋势，冬季和夏季降水增加显著；空间变化趋势表现为北部地区降水量呈下降趋势，东南部地区呈上升趋势。年平均相对湿度表现为微弱的下降趋势，M K倾斜度值为 -099%/10 a；春、秋季相对湿度都显著减小，而夏季减小幅度较弱，冬季减小现象不显著。年平均气温呈现明显上升趋势，并表现出最低气温比最高气温增高趋势显著的特点，冬、春季增温显著；空间分布变化趋势为以平湖和溧阳为中心的两个地区上升趋势最小，以上海为中心地区上升幅度较大。年日照时数的下降趋势幅度较大，以溧阳为中心的西部地区最为明显，四个季节日照时数都呈减少的趋势；空间分布变化趋势表现为全流域呈减少趋势，由西向东减少幅度依次减小。气候变暖，降水将进一步增加，必然导致径流也呈增加趋势，在一定程度上加大了太湖流域洪涝灾害发生的可能性。分析成果有助于进一步研究气候变化对太湖流域水资源和防洪安全的影响，也将为太湖流域未来气候变化情景的构建提供科学依据。     

长江三角洲地表水环境污染规律及调控对策

根据野外实地考察和定点观测数据 ,结合历年环境监测资料 ,初步揭示了长江三角洲地表水环境污染的现状与近十年来的时空演变规律 :河网干流水质基本良好 ,中小河流污染突出 ;城市河流有机污染严重 ,普遍出现水体黑臭现象 ;湖泊氮磷含量逐年增高 ,水体富营养化加剧 ;市郊小城镇河网水质急剧恶化 ,已成为新的水环境污染中心。造成长江三角洲地表水环境污染的主要物源包括工业废水和生活污水、畜禽粪便、农田化肥、底泥等。针对上述污染规律和成因机制 ,提出了相应的调控对策。     

营养物质对铜绿微囊藻生长和藻际细菌的影响

菌-藻"体系在水生态平衡中发挥重要作用,为探明蓝藻水华时期的菌藻关系,研究了原位营养刺激后藻际微生物对铜绿微囊藻生长的影响.结果表明,LB培养基可抑制铜绿微囊藻生长,抑藻率为86.49%;而乙酸钠、葡萄糖和柠檬酸钠可促进藻细胞生长,增长率均在50%以上.对LB培养基和蛋白胨刺激后的藻际细菌进行溶藻菌的筛选,共分离出6株具有强效抑藻作用的菌株,其中Bacillus sp.A1抑藻率高达97.55%.16S rRNA高通量测序表明,向铜绿微囊藻中投加营养物质均可改变藻际细菌群落结构并增加物种丰富度,添加LB培养基和蛋白胨可促使藻际细菌群落数量剧增.生理生化响应表明,藻细胞受LB培养基和蛋白胨胁迫后,活性氧（ROS）水平和丙二醛（MDA）含量激增,细胞氧化损伤严重;超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）活性先急剧上升后下降,抗氧化酶系统受损.扫描电镜显示,LB培养基可使藻细胞逐渐萎缩,最终破碎;而藻际细菌显著增多.因此,在蓝藻水华暴发的水体进行适当的外部营养刺激可在一定程度上实现溶藻菌原位抑藻.     

节水灌溉和控释肥施用耦合措施对单季稻田CH4和N2O排放的影响

以我国华东地区典型单季稻水稻田(江苏宜兴)的原柱状土为研究对象,通过两年土柱观测试验,研究不同灌溉管理模式(长期淹水CF、间隙灌溉Ⅱ、控制灌溉CI)和氮肥施用(不施氮CK、尿素Urea和控释肥CRF)耦合措施对水稻生长期内CH4和N2O排放和产量的影响,以期优选典型单季稻田减排增效的水肥管理模式.结果表明,两种节水灌溉方式(CI和Ⅱ)均显著影响稻田土壤CH4和N2O排放量及二者的综合温室效应(GWP)和排放强度(GHGI),与CF相比,Ⅱ和CI均显著提高了 N2O排放量(P＜0.05),降低了 CH4排放量(P＜0.05),进而二者的GWP和GHGI分别显著降低28.9％～71.4％和14.3％～70.4％(P＜0.05);两种节水灌溉模式相比,CI较Ⅱ模式呈现较好的CH4减排优势,排放总量降低了 57.7％～91.8％,而二者的N2O排放量无显著性差异(P＞0.05),最终CI对GWP和GHGI的减排效应略优于Ⅱ模式2.0％～56.2％.施用氮肥(Urea和CRF)均显著促进N2O排放18.4％～2547.8％(P＜0.05),其中CRF处理N2O排放量均略高于Urea处理32.7％～78.6％,但无显著性差异(P＞0.05);CH4排放总量对施氮处理的响应随水分管理模式的不同而不同,总体而言,施用CRF较Urea对稻田土壤GWP和GHGI均无显著影响(P＞0.05).相关分析表明,2018年CF模式的Urea处理和Ⅱ模式的Urea、CRF处理中N2O排放通量与田面水NH4+-N浓度分别呈现显著(P＜0.05)和极显著的正相关关系(P＜0.01),而二者在2019年CI模式的CK和CRF处理中呈现相反规律;2018年CI模式下CK、CRF处理的N2O排放通量与田面水NO3--N浓度呈极显著的正相关关系(P＜0.01).节水灌溉和氮肥施用对水稻产量均呈显著影响(P＜0.05),与CF相比,两种节水灌溉模式(Ⅱ、CI)水稻产量均下降了 14.7％～37.7％;CRF处理较Urea处理略提高水稻产量2.5％～7.4％(P＜0.05).综合考虑稻田土壤GWP、GHGI和水稻产量,节水模式与控释肥施用对稻田土壤减排增产的耦合效应仍有待进一步研究.