灰色聚类法综合评价滴水湖水系环境质量

将滴水湖水系看作一个灰色系统进行研究,利用灰色聚类理论,以地表水环境标准和富营养化分级标准为基础建立灰类评价体系,确定聚类指标的隶属度和标准灰类的权重,得到各聚类指标对标准灰类的聚类系数,最大聚类系数关联的等级即水体质量等级。2010年,每2周1次对滴水湖水系11个监测点的溶解氧（DO）、化学需氧量（CODMn）、五日生化需氧量（BOD5）、总磷（TP）、总氮（TN）、氨氮（NH3-N）、透明度（SD）及叶绿素a（Chl.a）进行监测,取各指标的年均值,建立灰类评价系统。结果表明：滴水湖水源大治河及引水干道随塘河处水质属于Ⅳ类～Ⅴ类,呈富营养化和极度富营养化状态;闸外引水河芦潮引河段水质类型为Ⅲ类,为富营养化水平;闸内引水河道水质总体呈现富营养化状态,水质类型为Ⅲ类;滴水湖湖区水体质量良好,水质类型为Ⅲ类,呈中营养水平。     

珠江三角洲水位演变分析

全球气候变暖导致的海平面加速上升已是不争的事实,其长期累积的结果将给沿海地区造成巨大威胁。利用层次聚类分析法、灰关联法、相关分析法等重点分析了海平面上升对珠江三角洲水位的影响。结果显示：海平面上升对珠江三角洲代表站的年平均水位和年最低水位的影响大于对年最高水位的影响;海平面上升对马口站和三水站水位的影响小于河床下切和径流的影响;海平面上升对珠江河口区水位的影响由三角洲深处向口门区有增强趋势。掌握海平面上升对水位的影响规律,对于河口地区的防灾减灾和水资源的合理开发利用具有重要的指导意义。     

京津冀地区气溶胶季节变化及与云量的关系

利用2000年3月—2008年2月中分辨率成像光谱仪(MODIS)的卫星资料,分析了京津冀平原地区大气气溶胶光学厚度(AOD)和气溶胶细粒子组分比率(FMF)的时空分布特征. 结果表明:通过AOD与FMF的组合特征可判别气溶胶季节变化特征.冬、春季以粗粒子为主,但冬季AOD偏小,而在春季急剧增大;夏、秋季均以细粒子为主,但夏季AOD达到最大,秋季较小. 大气环流和气流后向轨迹分析表明,冬季到达北京的气流以西北冷空气为主,西北路径的气流轨迹占冬季气流轨迹总数的67%;春季主要受偏西、西北及偏北气流影响,这3类对沙尘天气有贡献的气流轨迹占春季气流轨迹总数比例之和达到60%;夏季主要以偏南气流和局地环流占优,这2类气流轨迹分别占夏季气流轨迹总数的52%和34%;秋季气流轨迹与春季的相似,但途经沙源的气流传输速度较春季慢.京津冀平原地区夏季AOD与云量(CF)呈正相关,AOD增加,特别是细粒子增加可能导致局地云量增多.      

2017年兰州市大气污染物输送来源及传输特征模拟分析

利用HYSPLIT后向轨迹模式,结合兰州市AQI（空气质量指数）及常规大气污染物质量浓度数据,模拟研究了2017年1月1日-12月31日以兰州市为受点的大气污染物输送特征.通过聚类分析确定了抵达兰州市气团的主要输送途径和每类路径所对应的污染物质量浓度特征,并利用受体模型PSCF（潜在源贡献因子分析法）和CWT（权重浓度轨迹分析法）,分析了大气污染区域传输对兰州市空气质量的影响,探讨了影响兰州市空气质量的污染物输送来源和可能的潜在源区.结果表明,在影响兰州市的气流轨迹中,污染轨迹多来自兰州市以西和以北方向,污染轨迹约占总轨迹的39.52%,说明外部污染物的输入对兰州市空气质量具有重要影响.其中,第3类轨迹（对应来向为西）的气团对兰州市的空气质量有较大的影响,该类轨迹虽仅占总轨迹的15.21%,但其中污染轨迹数占56.76%,是影响兰州市空气质量的主要传输路径;第4类轨迹（对应来向为东南）的气团最为清洁.研究显示,对兰州市空气质量影响最大的强潜在源区主要分布在青海共和盆地、兰州市本地及周边区域,中等强度潜在源区为内蒙古自治区南部、宁夏回族自治区及甘肃省河西走廊等地区.      

Characterization of biological responses under different environmental conditions: A hierarchical modeling approach

A natural river system is organized as a nested hierarchy of interconnected habitats with specific environmental conditions to which the biological community has adapted. Due to this hierarchical structure, identifying the role of different stressors on the biological community is a formidable task. Efforts trying to link stressors to biological integrity have always been bound to the geographic scale of the selected study area, leading to scale-specific results. In this research, an attempt is made to lift this limitation and develop a hierarchical, scale-sensitive methodology that can identify the significant environmental stressors to the biological community at different scales. Sites with similar background environmental conditions are clustered using self-organizing maps (SOM). This is used to identify stressors which affect the biological community throughout the area of study - called environmental gradients or large-scale stressors. Subsequently, these clusters of similar observations (sampling sites) are progressively sub-divided using environmental variables with a significant but localized effect on the biological community - called small-scale stressors. A parent group of sites is split only when the resulting sub-groups have significantly different biological responses. At the end of this recursive sites decomposition procedure, the original set of observations is organized as a tree of environmentally homogeneous groups of observations characterized by unique biological responses to multiple stressors with different geographic extents. The developed hierarchical analysis methodology has been validated using a large-size dataset of environmental observations from the State of Ohio. Our results show that habitat degradation and increased nutrient loading are the large-scale stressors with a widespread impact in Ohio. Other stressors, such as heavy metals, pH or nitrate concentrations have significant albeit localized effects on biological integrity.     

黄河干流水质评价与时空变化分析

在黄河流域生态保护的实施中,分析流域的水质污染状况以及时空变化规律,成为保证流域水安全的首要任务.为了全面了解黄河流域近年来的水环境状况,基于流域8个监测断面2004～2018年的水质数据,使用Mann-Kendall （M-K）趋势检验、层次聚类分析和主成分分析等多元数据分析方法,结合改进的综合水质标识指数（WQI）,探究了黄河流域水质的时空变化特征.结果表明,在时间变化方面,依据水质进行的时间聚类分析显示黄河流域水质可分为丰水期、平水期和枯水期,与水文时期基本对应.结合M-K趋势检验和WQI水质评价发现,黄河流域水质逐年改善,以2010年为关键时间节点.汛期水质优于非汛期,汛期和非汛期主要污染指标均为NH⁺₄-N和高锰酸盐指数.在空间变化方面,各研究断面水质均为显著改善的趋势.空间聚类显示S6断面（山西运城河津大桥）明显异于其它断面,经过对比发现S6断面常年污染严重.S7断面（河南济源小浪底水库）在汛期和非汛期呈现不同特点.各断面普遍存在的主要污染指标为NH⁺₄-N,其中S6断面NH^+...     

山东半岛近地面O3浓度时空变化及潜在源区解析

为探究山东半岛在长时间序列上的臭氧（O₃）时空分布特征及潜在来源,在分析山东半岛2005～2020年O₃浓度时空变化的基础上,运用小波分析、熵权法和相关性分析对O₃及其影响因素进行了探讨,并对山东半岛O₃的潜在来源进行研究.结果表明：（1）时间格局上,山东半岛地区近地面臭氧2005～2020年间呈现出“三峰型”趋势,2010年达到最大值[（40.48±7.64）μg·m^-3], 2013年为最小值[（36.63±5.61）μg·m^-3].季节表现为：夏季[（42.49±1.7）μg·m^-3]>春季[（40.65±0.6）μg·m^-3]>秋季[（36.47±0.7）μg·m^-3>冬季[（36.46±0.3）μg·m^-3].（2）空间格局上,2005～2020年山东半岛O₃浓度随着纬度的升高而逐渐升高,呈现出东西部高,中部低的特征,O...     

晋中盆地主要城市冬季PM2.5传输特征分析

对2017～2019年晋中盆地主要城市PM₁₀和PM_2.5逐时浓度资料进行了分析,给出了晋中市和太原市颗粒物浓度主要分布特征;此外利用PM_2.5逐时浓度资料,结合HYSPLIT后向轨迹模型,通过轨迹密度分析（TDA）、轨迹停留时间分析（RTA）和潜在源贡献因子分析（PSCF）,并对PM_2.5逐时浓度资料和对应时刻风向数据进行分析,探讨了晋中盆地主要城市冬季PM_2.5传输特征.结果表明,太原市颗粒物浓度整体水平高于晋中市,月、季变化特征类似,均呈现冬季高,夏季低的特征,最高值出现在1月.晋中市受静稳型天气形势引起的颗粒物污染较受沙尘型天气形势导致的颗粒物污染相较太原市更普遍一些;颗粒物的分布呈现出晋中市中间值较多,太原市高值偏多、低值偏少的特点,冬季为晋中盆地PM_2.5污染高发季节.晋中盆地主要城市冬季PM_2.5传输通道均可分为4类：第一类通道沿太行山横谷传输,第二类通道为偏东南方向传输通道,第一、二类均为近距离传输通道,气团会携带较多...     

夏、冬季降雨中溶解性有机质(DOM)光谱特征及来源辨析

利用紫外-可见光谱与三维荧光光谱,结合拉格朗日混合单粒子轨道模型及火点图,研究了重庆2013年夏、冬两季雨水DOM光谱特征,并对其来源进行解析.结果表明,雨水DOM与水体、土壤DOM具有类似性质光谱特征,证明降雨DOM也是陆地及水环境中DOM地化特征的重要贡献者.雨水DOM中DOC含量为0.88~12.80 mg·L-1,CDOM含量在3.17~21.11m-1之间,夏、冬两季降雨DOM差异明显(P0.05).与夏季相比,冬季降雨DOM分子量较小,芳香性程度较低,腐殖化程度也更低,输入主要以本地和短距离输送为主;而夏季DOM来源较分散.尽管吸收和荧光光谱可用于解析雨水DOM组成和来源,但在光谱特征的解析和来源识别上与其他来源DOM有所区别,传统"内、外源区分"并不适用于雨水DOM.     

汾渭平原吸收性气溶胶时空演化及潜在源区分析

在绿色发展理念的带动下,全国多地的空气质量逐渐改善,但汾渭平原大气污染程度逐年走高,颗粒物污染尤为严重.利用OMI/Aura OMAERUV L2气溶胶数据集和PM_2.5站点数据,采用空间自相关分析及后向轨迹模型等方法,探索2005~2019年汾渭平原吸收性气溶胶的时空演化过程,揭示其高值极主导类型以及污染物传输路径和潜在源区.结果表明：①2005~2019年汾渭平原吸收性气溶胶指数（absorbing aerosol index,AAI）年均值波动上升,2006、2013和2017年为汾渭平原AAI高值转折点,年均值均大于0.63;西安和临汾AAI空间稳定性较差为高高聚集极点,在15年间高高聚集区域面积增长15.3%,空间分布更加集中,形成由西安和临汾两极相连的条带状分布区域,占区域总面积的24.2%;低低聚集区域面积锐减6.2%,转变为无特征区域.②汾渭平原AAI冬季数值最高、覆盖区域最广,在临汾极和西安极突破0.8,研究区AAI大于0.6的区域占比91.5%,其次为春季（AAI>0.4）、秋季（AAI>0.3）,夏季全境低值.汾渭平原AAI高值受大气扩散条件、气温和降水量变化影响显著.③利用后向轨迹和潜在源贡献模型得出西安极和临汾极污染物的远距离输送气团来自西北方向,近距离输送气团来自偏东和偏南方向,结合源区下垫面类型确定两个远距离沙尘传输源区（西北风源、北风源）、两个碳质源区（东风源和南风源）和一个沙尘和碳质共同作用源区（黄土高原源）.其中西北风源、黄土高原源和南风源对西安极影响显著,东风源和黄土高原源对临汾极影响显著,临汾极虽受一定程度西北风源和北风源沙尘影响,但影响较小,结合CO空间分布和其与AAI相关性系数的空间分布得出,临汾极吸收性气溶胶为碳质主导,西安极为沙尘和碳质共同作用.