基于MODIS气溶胶光学厚度与气象要素的苏锡常地区PM2.5地面浓度分布研究

基于GIS技术和岭回归分析方法,采用苏锡常地区的MODIS高分辨率气溶胶光学厚度资料、PM_(2.5)浓度观测资料和苏锡常及周边地区的气象观测资料,构建了基于气溶胶光学厚度和气象要素的PM_(2.5)地面浓度分布估算模型,模拟了2013年春季苏锡常地区PM_(2.5)的空间分布状况,并将此模型与气象要素多元回归模型、气溶胶光学厚度直接回归模型进行比较.结果表明:该模型将遥感观测资料与地面气象观测资料相结合,能够有效地模拟PM_(2.5)的空间分布状况;2013年春季苏锡常地区PM_(2.5)的空间分布具有整体上西北高、东南低,中心城区高、城郊区低的趋势,局部高浓度区域可能与工业生产、交通等人为因素有关;该模型能够在保持较高精度的前提下,有效地突出局部地区的变化特征,体现出更强的空间分异性,对于研究PM_(2.5)的空间分布规律具有一定的实际应用价值.     

全球和中国地区PM_(2.5)时空变化特征的模拟

利用气溶胶-气候耦合模式BCC_AGCM2.0.1_CUACE/Aero,模拟了1850~1980和1980~2010年PM_(2.5)及其人为和自然气溶胶柱含量的时空变化,并分析了人为和自然气溶胶对这种变化的贡献.结果表明:1850~1980年,大部分陆地范围人为PM_(2.5)的柱含量有所增加,尤其是北美东部、欧洲和中国东部等地区,人为PM_(2.5)增加地更明显,且以夏季最为明显;自然PM_(2.5)的变化主要分布在几大沙漠地区,以春、夏季最为显著;人为气溶胶对总PM_(2.5)变化的贡献在秋季最大,达94%,夏、冬季次之,分别为46%和41%,春季最小,仅占28%.1980~2010年,人为PM_(2.5)在东亚、东南亚等地区均有所增加,春夏季较为显著,在欧洲中部和北美东部有所减少,且以夏季减少最为明显;自然PM_(2.5)在沙漠地带有显著的变化,以春季最为明显;人为PM_(2.5)的变化对总变化的贡献相比之前有所减少,四季均小于50%.     

水相中苯酚光催化降解的全额光子效率

为定量评价光催化反应器的性能,利用主辐射波长为207 nm的KrBr*准分子灯降解水相中的苯酚,测定了光解和光催化降解2种体系中苯酚和TOC去除率,并计算了苯酚降解的ξ_g(全额光子效率),探讨了其影响因素. 结果表明:①延长反应时间、加入适量催化剂、降低初始c(苯酚)能提高苯酚和TOC去除率. 采用动力学模型对苯酚的降解进行拟合,表明光解和光催化降解体系中苯酚的降解均符合准一级动力学模型. ②加入催化剂和提高初始c(苯酚)均可以获得较高的ξ_g,而光源的辐射功率与ξ_g没有线性相关性;在辐射功率为0.76 W、初始c(苯酚)为1.10 mmol/L、催化剂投加量(以ρ计)为0.8 g/L的条件下,ξ_g为5.56%. ③采用高效液相色谱对光催化降解体系中生成的中间产物的变化规律进行研究发现,4种中间产物表现为c(对苯二酚)＞c(邻苯二酚)＞c(对苯醌)＞c(间苯二酚);通过建立苯酚及中间产物的拟一级降解动力学模型,证实苯酚光催化降解历程为苯酚→芳香烃中间产物→最终产物.      

京津冀区域重污染天气过程数值预报评估新方法

利用区域空气质量监测数据、空气质量模式数值预报产品及天气图资料,建立了一种适用于区域重污染天气过程预报的评估方法,将其用于评估NAQPMS模式系统对2013年和2014年京津冀地区静稳型、沙尘型和特殊型3类重污染天气过程的预报能力,并探讨了重污染天气过程早报、晚报及漏报的可能气象条件原因,以提高预报准确率.结果表明:数值模式系统提前3 d预报重污染天气过程的预报准确率可达57%,秋冬季预报效果好于其他季节,静稳型预报效果好于沙尘型和特殊型.对模式AQI预报结果统计发现,当预报AQI值达到150以上时,实际发生重污染天气过程的概率较大,如定义AQI等于150作为重污染天气预警临界值,模式预报准确率可提高至70%以上.天气系统对污染过程预报有重要影响,WRF气象模式对中低层天气系统位置及强度预报偏差是导致静稳型污染过程早报和晚报的一个重要原因.     

南京市大气PM_(10)浓度的估算模型研究

以南京市为例,利用空气污染指数API、气象数据和TERRA/AQUA卫星气溶胶光学厚度(AOD)产品,分析了南京市PM_(10)浓度的变化规律,在PM_(10)浓度与气象要素进行相关分析的基础上,初步建立了基于气象要素和AOD的PM_(10)浓度估算模型。结果表明,南京市PM_(10)浓度在每年11,12月或1月最高,7,8月最低,季节性变化表现为冬春季浓度最高,秋季其次,夏季最低,PM_(10)浓度有逐年下降的趋势,但年均值仍高于国家II级标准;除了大气混合层高度外,PM_(10)浓度与大气压、风速、气温、相对湿度、水汽压、能见度、气溶胶光学厚度都有较好的相关性;基于气象要素的PM_(10)浓度估算模型的绝对系数R~2为0.510、平均相对误差为26.04%,基于AOD的PM_(10)浓度估算模型以TERRA和AQUA卫星AOD平均值构建的最佳,绝对系数R~2为0.482、平均相对误差26.11%,两种模型对PM_(10)的预测预报具有一定的指示意义。     

基于图像的火焰锋面法向速度场测量研究

火焰锋面是火焰的重要组成部分,反映了火焰的燃烧特性。针对传统方法测量火焰锋面速度场分辨率较低的问题,提出来了基于图像法测量火焰锋面法向速度场的方法。使用高速相机拍摄了多帧连续图像,提取火焰锋面,通过最小二乘法拟合锋面的切线,从而计算出每个点的法向速度,并进一步分析了火焰振荡的性质。实验表明该方法能够有效测量双瓦楞纸板产生的火焰在不同时刻的速度场,具有高分辨率、全场测量的特点,为其进一步推广提供了实验基础。     

基于CMAQ模式和自适应偏最小二乘回归法的中国地区PM2.5浓度动力-统计预报方法研究

采用CMAQ模式和自适应偏最小二乘回归法相结合的动力-统计预报方法,对2014年1—12月全国252个环境监测站的PM_(2.5)浓度逐时预报值进行了滚动订正,分析了订正前后PM_(2.5)浓度的时空变化特征,重点研究该方法在中国不同地区不同季节的适用性.结果表明:CMAQ模式预报的PM_(2.5)浓度年平均和秋冬季季节平均偏差表现为非均匀空间分布特征,即辽宁、山东部分地区、川渝地区及华中、华东、华南大部分地区预报偏高,京津冀和西部大部分地区预报偏低;订正后PM_(2.5)浓度与实测值的空间分布较一致,上述偏高和偏低地区的PM_(2.5)浓度预报误差显著减小;秋冬季PM_(2.5)浓度预报和订正偏差均大于年平均值.全国区域平均PM_(2.5)浓度实测值存在明显的季节变化特征,1—3月和11—12月较大,其他月份较小;PM_(2.5)浓度预报误差较大,多数时刻预报偏低,尤其是1—3月和11—12月偏低较明显;订正后PM_(2.5)浓度与实测值较接近,而且时间变化趋势较一致,秋冬季PM_(2.5)浓度预报和订正偏差亦明显大于春夏季.秋冬季4个重点污染区域中,京津冀地区PM_(2.5)实测浓度的区域平均值较大,川渝地区次之,长三角和珠三角地区较小;珠三角地区PM_(2.5)浓度预报和订正效果较好,川渝和长三角地区次之,京津冀地区相对较差;经滚动订正后,全年和秋冬季时段PM_(2.5)浓度订正值与实测值的相关系数均显著增加,误差显著减小,尤其是秋冬季订正效果较好.川渝地区的订正改进幅度最大,长三角和京津冀地区次之,珠三角地区较小.本文方法均适用于非污染日和污染日全国范围的PM_(2.5)预报浓度订正,两种天气过程PM_(2.5)浓度的订正效果均较好;该方法对于改进京津冀地区污染日的PM_(2.5)浓度预报更有效,其他3个地区非污染日的订正改进效果优于污染日.本文研究结果可为改进空气质量预报、重霾污染天气预警和防治提供新技术途径和科学依据.     

水体氮磷浓度对两种沉水植物上附着藻类的影响

为了了解富营养化进程中湖泊水体氮、磷浓度升高对不同沉水植物上附着藻类的影响,通过室内模拟实验,设置3组不同氮磷浓度,研究了常见的沉水植物苦草(Vallisneria natans(Lour.)Hara)和狐尾藻(Myriophyllum spicatum L.)上附着藻类生物量及其种群组成.结果表明,附着藻类生物量随水体氮、磷浓度的升高呈显著增加的趋势;狐尾藻上附着藻类生物量均高于苦草,且随富营养化水体氮、磷浓度升高差距越来越大.不同沉水植物上藻类群落组成均以硅藻门、蓝藻门及绿藻门占优势,但优势藻组成和优势藻数量存在差异.研究结果不仅丰富了淡水水体附着藻类生态学的理论知识,也可为富营养化湖泊生态修复过程中沉水植物群落的构建提供一定的理论依据.     

湛江东海岛海雾雾水化学特征的对比分析

利用2010年和2011年在广东省湛江市东海岛海雾外场观测试验中获得的雾水样本和雾滴谱资料,对南海沿岸海雾化学特性进行研究.结果表明:2010年雾水的p H和电导率(EC)平均值分别为5.20和1884μS·cm-1,2011年的p H和EC平均值分别为3.34和505μS·cm-1.2011年雾水酸性变强的原因主要考虑到酸性物质比重增加.海洋源离子Cl-和Na+的离子浓度很高;SO_2-4和NO-3具有同源性,人为污染的贡献明显.2010和2011年总离子浓度(TIC)的平均值分别为38260μeq·L~(-1)和5600μeq·L~(-1),而实际大气中离子负荷量相差不大,主要是由于2011年观测地点海拔高度的升高会降低湍流因子的影响,减少粒径较大雾滴的沉降,从而促使液态水含量增加,在大气中污染物质浓度变化不大的情况下,离子浓度下降.     

一次以南京为中心的夏季PM_(2.5)污染岛污染事件的数值模拟

2013年6月23~24日南京及其周边地区发生了一次小范围、突发性的气溶胶污染事件,PM_(2.5)的平均浓度达到242μg/m3,在夏季比较少见.本文利用WRF-chem模式对该PM_(2.5)污染事件进行模拟,通过对模式结果进行分析表明:此次污染事件与天气形势和边界层结构有着直接联系.此次污染发生时江淮地区正处于梅雨时节,南京及其周边地区处于江淮低空切变线上,切变线附近有辐合的流场,东部上游排放源的贡献和南京本地的静稳风场导致污染物在南京堆积.污染期间有比平时更强的气粒转化过程,23日PM_(2.5)浓度受到SO2减半的影响,浓度减少量为9.8%,受NOx减半影响的减少量为7.3%.污染发生期间南京地区上空温度垂直梯度较小,温度层结不利于污染物的垂直扩散,边界层高度较低,低层大气湍流活动较弱,垂直高度上的稳定层结也为污染物集聚提供了条件.