基于HHO-CNN-LSTM的CMAQ修正模型及其在上海市空气质量预报中的应用

建立空气质量预报模型，预测污染物浓度对人类健康和社会经济发展具有重要意义。然而，传统的空气质量模型CMAQ对污染物浓度的预报精度并不理想。对此，本文提出了一种基于卷积神经网络(CNN)和长短期记忆神经网络(LSTM)的空气质量预报修正模型，并使用哈里斯鹰算法(HHO)对模型的超参数进行优化；用CMAQ模型对上海市2022年12月六种大气污染物(SO₂、NO₂、PM₁₀、PM_2.5、O₃、CO)浓度的预报数据以及监测站的气象数据和污染物浓度实测数据作为HHO-CNN-LSTM模型的输入，对CMAQ模型预报结果进行修正。使用均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)和一致性指数(IOA)作为评价指标。结果显示，修正模型显著提高了六项污染物浓度的预测精度，RMSE减少了73.11%～91.31%,MAE减少了67.19%～89.25%,IOA提升了35.34%～108.29%。同时针对HHO算法陷入局部最优而导致修正模型对CO浓度预测效果不佳的问题，使用高斯随机游走策略对HHO算...     

湖北铜绿山古铜矿冶炼渣植被与优势植物的重金属含量研究

对已废弃3000余年的湖北铜绿山古冶炼渣堆进行了植被和土壤调查。化学分析表明，冶炼渣的含Cu量极高，总量和有效态的Cu质量分数ω（Cu)分别为7789和538mg kg^-1。Cu的毒是影响铜绿山植物自然定居的限制因子。铜绿山现已形成了以草本植物为主体的良好植被，本次调查共记录有高等植物28种，隶属25属15科。优势种包括海洲香薷、蝇子草、鸭跖草、头花蓼、滨蒿、白茅和狗尾草等7种植物。植物分布与土壤中Cu含量有一定的相关性，鸭跖草分布区土壤中的Cu含量最高，白茅分布区土壤中的Cu含量最低，而其它5种植物的分布区含Cu范围较广，平均在7000mg kg^-1左右。除白茅、狗尾草和滨蒿外，其它4种优势植物都有一定的Cu指示作用，尤其以这些植物的单优群落或者是它们的集合具有更高的指示价值。本文首次报道鸭跖草是Cu的超富集植物，Cu^2 在地上部分（DW）和根部（DW）的质量分数（ω）分别为1034和1224mg kg^-1。而早期报道Cu超富集植物的海洲香薷则证明不是Cu超富集植物。综合植物分布区土壤中的Cu含量和植物体的Cu含量，认为铜绿山海洲香薷、鸭跖草、蝇子草、头花蓼、滨蒿种群都是Cu耐性植物，可用于富Cu土壤如矿业废弃地的植被重建，而超富集植物鸭跖草可用于Cu污染土壤的植物修复。表4参22     

填埋场古细菌垂直分布格局及其与垃圾降解程度响应特征

研究了青岛市小涧西垃圾填埋场表层（3~12 m）、中上层（15~24 m）、中下层（27~36 m）和底层（39~45 m）古细菌的多样性、群落组成与垂直分布特征,以及垃圾降解程度与古细菌群落结构演替变化的响应关系.结果表明：垃圾有机质和凯氏氮含量随填埋深度增加呈降低趋势,而pH呈微弱升高趋势.填埋场中下层的古细菌群落多样性和丰度显著高于其他填埋层.在填埋层各深度上,广古菌门（Euryarcharota）为优势菌门,相对丰度达到90%以上,甲烷微菌纲（Methanomicrobia）和热源体纲（Thermoplasmata）为优势菌纲,二者相对丰度之和达84.69%~99.67%.属水平上,甲烷囊菌属（Methanoculleus）的占比在38.16%~64.46%之间变化,且与有机质相关性不显著,表明该类氢营养型产甲烷菌在垃圾中分布广泛,受垃圾降解程度影响较小.马赛球菌属（Methanomassiliicoccus）的相对丰度自表层的50%降至底层的20%,且与有机质呈显著正相关（r=0.95,p<0.05）,表明该类甲基营养型产甲烷菌的分布受有机质降解程度影响较大.以乙酸裂解产甲烷的甲烷八叠球菌属（Methanosarcina）和甲烷丝菌属（Methanothrix）在填埋场中也占有重要地位,但二者相对丰度整体低于Methanoculleus.Methanosarcina自表层至底层所占比重逐渐升高,与有机质呈显著负相关（r=-0.96,p<0.05）;而Methanothrix仅在中下层有较高的丰度,与有机质相关性不显著,主要与两种菌属对乙酸亲和性的差异有关.不同填埋深度上产甲烷菌群落结构的演替变化反映了不同类型产甲烷菌对垃圾降解产物与稳定化程度的响应.     

北京东南郊大气中多环芳烃的沉降

对2005年3月─2006年1月北京市东南郊气相、总悬浮颗粒物(TSP)以及降尘样品中16种优控PAHs分析发现,降尘样品中2～3环PAHs组分占优势地位,其构成比例与TSP和气相样品差异较大;比较不同采样点、各季节的PAHs沉降速率,对样品中PAHs组分构成比例的特点给予解释,推断PAHs的沉降行为受气象条件、沉降点周围污染源强度以及下垫面性质等因素的影响;对PAHs月均沉降通量与ρ(PAHs)进行相关分析,建立PAHs月均沉降通量与TSP中PAHs总浓度之间的回归方程.      

北京东南郊大气中多环芳烃的相分配及其致癌毒性表征

采用索氏提取法提取2005年3月至2006年1月间北京市东南郊3个采样点大气总悬浮颗粒物(TSP)样品和气相样品中的多环芳烃(PAHs),利用GC/MS分析其质量浓度,对PAHs在颗粒相和气相间的分配行为进行研究。结果表明,2环组分在气相PAHs中占优势地位,全年平均在95%左右;4环组分在颗粒相PAHs中全年平均占56%左右;5~6环组分几乎全部分布在颗粒相中。引入苯并[a]芘等当量毒性因子(TEFs),探讨致癌毒性组分在2相间的分配行为,研究发现低毒高质量浓度的低环组分与高毒低质量浓度的高环组分对致癌性贡献相当;利用苯并[a]芘等效质量浓度与16种PAHs组分质量浓度进行多元线性回归,得到的回归方程用于粗略计算大气中PAHs致癌性组分的等效质量浓度;在分析PAHs分配行为的季节变化规律基础上,结合气象参数和空气污染指数分析PAHs在大气气相和颗粒相中分配系数的影响因素,并提出了分配系数与气象参数和API指数的回归方程,并利用回归方程来计算PAHs组分在大气中的分配系数。     

短期填埋龄垃圾堆体内微生物群落结构与种群分布特征

填埋垃圾的稳定化过程一般经历好氧过渡、水解酸化、初期产甲烷及稳定产甲烷阶段,固相垃圾的厌氧水解酸化阶段常被视为垃圾降解的限速步骤,而这一阶段微生物的降解作用是影响垃圾稳定化进程的关键.以青岛市小涧西生活垃圾填埋场短期填埋龄垃圾为研究对象,采用MiSeq高通量测序研究了填埋龄0～1、1.0～1.5、1.5～2 a垃圾堆体内微生物的群落结构多样性及种群分布特征.结果表明,0～1 a填埋龄垃圾微生物多样性高于1.0～1.5 a和1.5～2 a垃圾堆体,且微生物多样性整体上随填埋深度呈降低趋势.参与垃圾降解细菌多样性比真菌更丰富,而真菌多样性随填埋区域、填埋龄的不同呈现更显著的差异.参与短期填埋龄垃圾降解的细菌中,Firmicutes在填埋层上层为优势菌门,最大比例达到65%,Proteobacteria在填埋层中下层为优势菌门,最大比例达到88%.填埋上层细菌菌属以Defluviitoga、Aerococcus、Clostridium III和Proteiniphilum为主,而在中下层以Thiopseudomonas、Sporosarcina和Eionea为主.真菌主要包括3个菌门,Ascomycota在各点位均为最优势菌门,属水平上Kernia及Aspergillus作为常见的腐生菌属,在不同点位均有较高的丰度.冗余分析表明短期填埋龄垃圾堆体内微生物不同时空分布存在显著差异性,且细菌群落结构的变化受pH值影响较大,而真菌群落结构的变化与垃圾有机质密切相关.     

北京东南郊大气TSP中多环芳烃浓度特征与影响因素

对2005-03～2006-01北京市东南郊3个采样点大气总悬浮颗粒物（TSP）样品进行分析,总结了研究区内TSP以及TSP中16种PAHs的浓度特征和季节变化规律.研究区内16种PAHs浓度总和的范围在0.29～1?184.48 ng/m³之间,均值为239.44 ng/m³;分别用气象参数（温度、风速、气压、相对湿度）和大气API指数（二氧化硫、二氧化氮、PM₁₀）与PAHs浓度进行了偏相关分析,结果表明温度和SO₂的API指数与PAHs浓度相关显著,应用逐步回归方法得到PAHs对气象参数和大气API指数的回归方程,分别为∑16PAHs=572.56-23.18t和∑16PAHs=5.99 SO₂,可以利用温度和SO₂的API指数对PAHs浓度进行估算.     

分岔隧道火灾烟气流动特性研究*

为探究分岔隧道烟气流动特性,采用CFD数值仿真技术,选取3个火源位置、5个热释放速率,模拟分析顶棚最大温升、主隧道及岔道内顶棚下方温度纵向衰减规律。结果表明:火源位置对顶棚下火源正上方最大温度影响较小,最大温差约为34 ℃,但对火源附近温度影响较大,其中距火源0.5 m处最大温差约为110 ℃;通过对比Hu等和Gong等的预测模型在岔道内顶棚下温度纵向衰减上的拟合曲线可知,Gong等的模型准确性更高;主隧道内上、下游顶棚下温度纵向衰减呈现出不同程度的“反超现象”,且随火源位置逐渐移向岔道内时,“反超现象”逐渐滞后。     

北京市通州区地表水中多环芳烃的分布与季节变化

在北京市通州地区河流沟渠上设立23个采样点,于2005年7月、10月、12月和2006年3月分四次采集水样.采用SPE-GC-MS内标定量分析方法,检测了水体中16种美国EPA优控多环芳烃(PAHs)的浓度.结果表明,通州地区河流水体∑PAHs全年浓度范围为87-1889ng·l-1,夏季最高,春季最低.南部的凉水河/凤港减河、凤河高于中部的通惠河/北运河/沟渠,北部的潮白河相对较低.16种PAHs以二/三环为主,所占比例将近90%.     

北京市通州区河流悬浮物中多环芳烃的分布特征

2005年7月—2006年3月用GC-MS内标定量法检测了北京市通州区23个采样点河流悬浮物样品中16种优控多环芳烃(PAHs)含量,并探讨了研究区域悬浮物中PAHs的分布特征.结果表明,通州河流悬浮物中w(PAHs)为1 160.60～27 653.72 ng/g,其中12月最高,10月最低;不同河流之间悬浮物中PAHs含量的差异较大,其中北运河通州河段悬浮物PAHs污染源分布较多;悬浮物中16种PAHs以3环PAH为优势组分,3环及3环以下PAH占PAHs的70%左右;采样点PAHs含量与4环PAH含量有显著的正相关关系,回归分析得到相关度很高的一元线性关系式.