模拟消落带水华暴发行为的数值沙堆模型

以长江最大支流汉江近年来水华污染的现场资料为例,通过氮磷浓度、水温、流速和光照等实测数据构建了消落带开放水域环境体系的数值沙堆模型,描述了藻类生长及水华暴发的动力学机制;利用数值沙堆系统崩塌行为反映出的频率-尺度幂律关系作为判断消落带水域是否暴发水华以及规模大小的依据,采用有限尺度标度分析从不同侧面验证了水华暴发系统的自组织临界性,并揭示出各种拟合参数与水华暴发规模之间的定量关系.研究表明,沙堆模型如果存在良好的幂律关系,相应的消落带水域将暴发水华,且幂律指数越大,水华污染程度越严重.     

腾格里沙漠东南缘不同生境白刺（Nitraria）灌丛沙堆的空间分布格局

运用地统计学和数量生态学方法,从维持天然白刺灌丛稳定性和持久生态效益角度出发,对腾格里沙漠东南缘不同生境白刺灌丛沙堆的空间异质性进行了研究,分析了不同生境白刺固沙生态效益.结果表明,生境地下水埋深和白刺植株发育状况的差异直接影响了白刺耐沙埋的能力,间接地影响了白刺沙堆的固沙效应.湖盆低地白刺种群的植株盖度、密度和生物量显著高于山前冲积扇区(p<0.01),植株高度则相反,且无显著差异(p>0.05).湖盆低地的半固定生境沙堆高度平均为1.20m,单个沙堆积沙体积平均为88.19m3,固定生境的山前冲积扇沙堆高度平均为1.14m,单个沙堆积沙体积平均为33.16m3.不同生境条件下,白刺沙堆的斑块大小和分布存在明显差异(p<0.01).湖盆低地的白刺灌丛沙堆趋向于大斑块、小密度,空间自相关距离较长,而山前冲积扇区相反.湖盆低地由自相关因素引起的沙堆大小和积沙体积空间异质性占主要部分,分别体现在1.2～84m和1.2～505m尺度:而山前冲积扇的随机因素引起的沙堆大小和积沙体积空间异质性占到100%,在100m以下尺度该区白刺灌丛沙堆大小和积沙体积具有恒定的变异,其空间分布格局在这个尺度无规律体现呈随机分布.     

不同干旱胁迫强度下白刺花幼苗叶片的生理生化反应

植物代谢产物和抗氧化酶活性与干旱胁迫强度的定量关系是评估植物适应干旱能力的重要科学问题.本文采用盆栽试验设计,设置土壤田间持水量(FC)80%、60%、40%、20%4个干旱胁迫处理.研究了不同强度的干旱胁迫梯度上2 a生白刺花(Sophora davidii)幼苗叶片内丙二醛(MDA)、脯氨酸(Pro)、可溶性蛋白质、光合色素含量、超氧化物歧化酶(SOD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)活性的变化特点.发现:(1)MDA与Pro含量随着干旱胁迫强度的增加呈线性增加趋势.(2)蛋白质和光合色素含量在干旱胁迫梯度上呈"钟型"抛物线变化趋势,在60%～40%FC下含量最高.(3)4种抗氧化酶活性的变化趋势不尽相同.其中SOD与APX的活性在干旱胁迫梯度上的反应均表现为多项式变化规律,即在中度干旱下的活性显著升高.而重度胁迫下降低;CAT活性变化规律与SOD和APX活性的变化正好相反;POD活性则表现为倒钟型趋势.60%FCT活性最低.综合分析表明,可溶性蛋白质和光合色素的含量、SOD、APX、CAT以及POD不仅能够较好地指示干旱胁迫对幼苗叶片的生理生化伤害程度,并且可反应叶片开始受胁迫伤害的土壤干旱水平.但是MDA和Pro含量则无法指示;60%FC左右的土壤含水量是白刺花2 a生幼苗叶片生理生化代谢受到伤害的干旱强度的阈值.图3参26     

崇明产业发展中环境影响因子与生态保护研究

崇明岛地处我国最大河流长江的入海口,作为世界上特大型河口的岛屿湿地,是仅次于台湾岛和海南岛的第三大岛屿,是唯一由泥沙堆积而成的冲积岛,也是"上海最后一块真正的生态净土".     

沙堆实验研究三峡库区典型水域环境的水华污染行为

基于自组织临界性理论，设计和实施了具有真实物理意义的沙堆实验，结合三峡库区典型流域多年来富营养污染和水华爆发的现场监测资料，研究了缓流水系综合营养指数的变化趋势，描述了水华爆发／消退过程的自组织临界性行为。将沙堆实验统计数据中符合自组织临界性规律的普适性因子：沙堆底盘直径D、沙粒长度三、沙粒半径r和沙粒密度ρ等，与富营养污染流域中导致水华爆发的非线性耗散型控制函数相关联，从而有可能通过不同情况下沙堆崩塌的难易程度、频度和规模来发现、描述和确定水华爆发的内在机制和演化过程。沙堆实验的数值分析结果与这些典型流域水华发生过程的周期振荡行为和变化规律具有较好的一致性。     

大气PM10跨界输送的自组织动力机制——以舟山市为例

我国城市间大气污染物的相互输送作用非常显著.舟山市大气污染物主要来源于长三角地区,本地源影响较小.因此,本文将以舟山市为例,应用频度统计分析方法,研究舟山市大气PM10污染演化宏观动态的统计分布规律.结果发现,舟山市大气PM10小时平均浓度的波动并非随机,而是在0.065~0.324 mg·m-3范围内具有标度不变特征,统计上服从典型的分形幂律分布.同时,为了阐明该分形幂律分布的产生动力机制,基于自组织临界理论,建立了大气PM10跨界输送模型.该模型以污染输送机制、二次颗粒物生成机制、城市内污染迁移扩散机制、大气自净机制这4个主导动力机制为核心,组建了非线性关联迭代算法.新的自组织动力模型的模拟结果定量地解释了舟山市大气PM10污染浓度的分形幂律统计分布规律的产生根源.同时,本研究结合区域风场等气象因素,深入讨论了大气PM10跨界输送的自组织行为机制.     

沙堆模型动力学特性与灾害系统演化预测研究

基于自组织临界性的理论框架,针对处于周期区与混沌区之间状态的灾害系统,研究其可预测性及预测方法.通过均匀和非均匀沙堆对比实验,发现两类沙堆模型表现出两种动力学行为--自组织临界性和准周期性.采用时序分析、功率谱分析和R/S分析等多种方法分析了两类系统的演化行为,反映了灾害系统的可预测特征;进一步提出了灾害预测的几个研究方向及方法.最后以极值统计法为例,介绍了其在两类灾害预测中的应用.     

青海省特大滑坡调查中采取数字滑坡技术的意义及应用

为认识和了解青海省特大滑坡的分布特征，分析研究其与地质环境的相互关系，我们利用GIS技术建立“数字滑坡”即以遥感（RS）和全球定位系统（GPS）方法为主，结合其它勘探、测绘、试验、调查等手段来获取数字形式的与地理坐标配准的滑坡基本信息，并利用GIS技术存贮和管理这些信息。在此基础上，根据滑坡学原理进行空间分析，研制各类模型，以服务于滑坡调查、监测、研究、滑坡灾害评价、危险预测、灾情评估等工作。本文通过白刺滩滑坡三维数字模型来说明“数字滑坡”的技术应用。     

自组织临界性研究及其在灾害预测中的应用

自组织临界性为灾害问题的研究开辟了新途径.本文首先介绍了不同级配的散粒体沙堆实验,发现散粒体SOC与粒径的非均匀系数有关.实验表明随着非均匀系数的逐渐增大,散粒体呈现出不同的实验现象和统计结果,并且散粒体系统的动力行为由准周期－SOC－准周期进行演化.由此得出SOC主要由系统的组构特征确定的结论.最后探讨了SOC和准周期两种不同系统的灾害预测的方法,以及SOC理论在灾害防治工程中的应用.     

突发性水污染事件污染传导机理研究——以松花江水污染事件为例

基于学术界对水污染的研究成果,以松花江水污染事件为例。研究分析在水污染传导链中存在的污染源、污染传导载体、污染传导节点、污染传导信号与污染传导受害者五大传导要素,进而运用沙堆模型来模拟分析水污染事件中污染传导是如何发生的以及通过构造函数模型来探究河流中污染物浓度变化与时间的关系,进而研究污染是如何传导的。全面研究水污染事件中污染传导机理,以期能在水污染事件频发的情形下,深化对水污染的理论认识。