Near-term forecasts of stream temperature using deep learning and data assimilation in support of management decisions

Deep learning (DL) models are increasingly used to make accurate hindcasts of management-relevant variables, but they are less commonly used in forecasting applications. Data assimilation (DA) can be used for forecasts to leverage real-time observations, where the difference between model predictions and observations today is used to adjust the model to make better predictions tomorrow. In this use case, we developed a process-guided DL and DA approach to make 7-day probabilistic forecasts of daily maximum water temperature in the Delaware River Basin in support of water management decisions. Our modeling system produced forecasts of daily maximum water temperature with an average root mean squared error (RMSE) from 1.1 to 1.4°C for 1-day-ahead and 1.4 to 1.9°C for 7-day-ahead forecasts across all sites. The DA algorithm marginally improved forecast performance when compared with forecasts produced using the process-guided DL model alone (0%–14% lower RMSE with the DA algorithm). Across all sites and lead times, 65%–82% of observations were within 90% forecast confidence intervals, which allowed managers to anticipate probability of exceedances of ecologically relevant thresholds and aid in decisions about releasing reservoir water downstream. The flexibility of DL models shows promise for forecasting other important environmental variables and aid in decision-making.     

河北省不同盐渍化土壤类型的微生物多样性与种群结构

为了探索盐渍化土壤中微生物多样性及群落构成，有效筛选盐渍土壤中耐盐微生物菌群.采用高通量测序技术对采集的河北省滨海盐渍土（原生盐渍化）、设施盐渍土（次生盐渍化）和高产粮田（健康土壤）3个生境的耕层土壤样本细菌和真菌多样性、群落结构、网络关系及其影响因子进行测定.结果表明，与大田土壤相比，设施土壤中OM、AP、AK、TS和EC显著升高，滨海盐渍土壤的TS和EC显著升高，其他养分指标则显著降低.细菌α多样性依次为：设施盐渍土>高产粮田>滨海盐渍土，真菌α多样性则为高产粮田显著高于设施盐渍土和滨海盐渍土.在门和属水平上分析盐渍化土壤的菌群结构，细菌群落中绿弯菌门（Chloroflexi）及其菌属和真菌群落中子囊菌门（Ascomycota）及其中有益菌Trichocladium和病原菌Fusarium为盐渍化土壤中的优势微生物类群.土壤EC和TS两个盐分因子是对细菌和真菌菌群分布贡献最大的因子，与绿弯菌门中unclassified_A4b和unclassified_Chloroflexi以及变形菌门中unclassified_α-Proteobacteria等细菌菌属和子囊菌门中Trichocladium、unclassified_Chaetomiaceae、Crassicarpon、Cephaliophora和Sodiomyces等真菌菌属呈显著正相关.研究结果为盐渍化土壤修复所需的微生物资源筛选提供了理论依据.     

土地利用变化对流域水文过程时空分异的影响 ——以赣江流域为例

土地利用变化引起的水文分量时空变化对认识流域产汇流过程，优化流域土地利用结构和水资源规划具有重要意义。基于SWAT模型，本研究以赣江流域为例，结合1980、2000、2015年3期土地利用数据从水文响应单元的角度，系统分析了单纯土地利用变化对流域产流、蒸发、入渗以及径流等主要水文过程时空分布的影响。结果表明：1980~2015年间，流域内的土地利用变化主要表现为耕地和林地的减少，城乡建设用地的增加；林地的减少和城乡建设用地的增加是产流增加，蒸发和入渗减少的主要原因；总体上，土地利用变化对局部地区水文过程影响较大，但因土地利用类型之间的相互转化和其影响的叠加，流域尺度上的综合水文效应明显降低；土地利用变化导致整个赣江流域平均径流量增加了2.33×108m3，相比较近年来赣江径流的减小幅度其影响十分有限。近年来，赣江入湖径流量的下降主要是由气候变化和其他人类活动作用特别是流域工农业用水的大幅增长所致。流域水文过程模拟应充分考虑土地利用变化水文效应的时空分异，注重天然和社会水循环的耦合，才能更为真实的反映流域水文过程，更好的为流域土地利用结构优化和水资源的高效管理提供科学依据。     

皂素和柠檬酸复合淋洗土壤中的钍

采用振荡淋洗和土柱动态淋洗实验研究了皂素和柠檬酸复合对土壤中钍的淋洗性能。实验结果表明:将质量浓度为20 g/L的皂素与浓度为20 mmol/L的柠檬酸以体积比1∶10配制复合淋洗液对污染土壤中钍的去除效果最佳,淋洗3.0 h,钍去除率为84.98%;准一级动力学方程能更好地描述复合淋洗液对钍的淋洗动力学特征;动态淋洗实验中当复合淋洗液用量为1 600 mL时,钍的累积去除量为73.66 mg/kg;淋洗后土壤中钍的酸可提取态、氧化结合态和有机结合态含量分别减少了79.63%、38.13%和20.34%,残渣态含量变化不大;淋洗后土壤中钍的稳定性增加。     

基于火探管式的锂离子电池灭火技术研究

为研究锂离子电池灭火方案,基于火探管灭火技术同时利用新型清洁灭火剂Novec 1230,组装成火探管灭火系统。在灭火测试平台上以功率为200 W的电热管作为外热源引发单电池或电池模组热失控,通过改变火探管的布置位置,记录相应的灭火行为以及灭火效率,并对实验结果进行了分析。研究结果表明,当火探管灭火系统直接布置在电池正上方时,在起火后的5.6s内控制火情;随着灭火剂用量增加可以显著降低体系温度,防止电池复燃以及连锁热失控现象发生;火探管有效覆盖区域外的失控电池作为热源将继续加热临近电池,引发连锁热失控,造成灭火系统失效;根据电池热失控后的燃烧行为以及传热行为,提出相应的火探管灭火系统复合方案。     

地铁区间隧道烟气层化现象研究

以重庆某一地铁区间隧道为原型,搭建了1∶15小尺寸隧道试验台,通过小尺寸试验与FDS 6.5.2数值模拟开展隧道顶部烟气温度分布及分层规律研究。基于Newman提出的烟气层分区条件,研究了不同纵向风速下的烟气分层现象,提出了烟气稳定层化长度的概念,并分析了火源热释放速率及断面型式对烟气层化长度的影响。试验证明了Newman提出的烟气分层计算方法是可信的。结果表明:纵向风速较小时,火源下游能呈现烟气分层现象;烟气稳定层化长度受火源热释放速率影响较大,随热释放速率增大而增大;隧道高度的变化对烟气稳定层化长度的影响较小。     

三峡水库蓄水期不同调度方案对洞庭湖出口水位的影响

洞庭湖水情受到长江和四水的综合影响，因此三峡水库蓄水运行必将对洞庭湖出口水位产生影响。通过构建模型对洞庭湖出口的水位过程进行模拟，以三峡出库日均流量、洞庭湖四水合成日均流量为输入，城陵矶站日水位过程为输出，以量化和分析城陵矶水位变化受三峡水库调度的影响。通过三峡入库流量代替出库流量，还原自然状态下的水位过程，并根据各调度方案计算的出库流量模拟各调度方案下城陵矶的水位变化过程。对比各调度方案下三峡水库蓄泄水对洞庭湖出口水位的影响可以发现：各蓄水方案对洞庭湖出口水位都造成了一定的影响，起蓄时间较早的方案影响时间较长，整体上平均水位变化也较大，但起蓄后水位变化较为平缓；起蓄时间较晚的方案影响时间较短，整体上平均水位变化相对较小，但起蓄后水位变化较为剧烈。考虑到不同年份和不同来水类型情况对洞庭湖出口水位的影响存在差异，各蓄水方案的优劣需要具体分析和讨论     

Preparation and Characterization of Collagens from the Skin of Northern Snakehead (<Emphasis Type="Italic">Channa argus)</Emphasis>

Channa argus, a type of snakehead fish native to China, is a popular food fish in certain Asian countries but is a known destructive invasive species in the US. In this study, the two collagens, i.e. acid-soluble collagen (ASC) and pepsin-solubilized collagen (PSC), were obtained from C. argus skin. The yield of ASC was 28.0% and that of PSC was 16.8% on the dry bases. The collagens were identified as the collagen of type I by SDS–PAGE patterns. The Tds were approximately 27.0?°C. Similar ultraviolet spectra of both collagens were observed. Fourier Transform infrared spectra indicated PSC structure had a little change due to the loss of terminal domains by pepsin digestion. The results of XRD proved that the two collagens retained their helical structures. The results suggest that the collagens isolated from C. argus can potentially be alternative sources of vertebrate collagens for use in the food and other industries.     

磷酸改性生物炭-LDHs(Mg-Al-NO3)复合材料对双酚A的吸附

本研究选取油菜秸秆为原料,在600℃下热解得到生物炭和磷酸改性生物炭,并用共沉淀法制备3种改性生物炭-LDHs(Mg-Al-NO_3)复合材料.采用批量吸附法研究不同pH、吸附时间和不同生物炭/LDHs配比条件下复合材料对双酚A的吸附特性,借助XRD、FTIR和BET等测试手段探究了复合材料吸附双酚A的机制.结果表明,改性生物炭-LDHs(Mg-Al-NO_3)复合材料吸附双酚A的吸附平衡时间为4 h,符合准二级动力学方程(R~20.99);复合材料对双酚A的吸附效果稍逊于改性生物炭,改性生物炭在复合材料中所占比重越大,吸附效果越好.当pH值在5.0—9.0范围内变化时,改性生物炭-LDHs(Mg-Al-NO_3)复合材料对双酚A的吸附量呈下降趋势,且在pH=9.0时达到最小值.等温吸附模型数据表明,复合材料用Freundlich等温吸附模型效果更好.通过XRD、BET、FTIR测试研究发现,由于LDHs占据了生物炭表面的活性位点,致使生物炭与双酚A之间的相互作用减弱,降低了复合物的吸附能力.本研究结果初步阐释了改性生物炭-LDHs(Mg-Al-NO_3)复合材料吸附双酚A的机理,为生物炭-LDHs复合材料处理水体中有机污染物的应用提供了借鉴和参考.     

山东省农田土壤中拟除虫菊酯类农药污染特征与风险评价

在山东省范围内采集农田表层土壤样品91个,采用气相色谱法分析了7种拟除虫菊酯类农药(SPs)的含量和组成,分析了其分布特征,比较了大田土壤和大棚土壤中该类农药含量的差异,并评价了其生态风险.结果表明,7种拟除虫菊酯类农药总含量(∑_7SPs)范围在0.01—88.51μg·kg~(-1)之间,均值为5.65μg·kg~(-1).与国内其他地区农田土壤相比,山东省农田土壤中拟除虫菊酯含量处于中等偏低水平.山东省各地区的拟除虫菊酯含量存在差异,但组成相近,均是高效氯氟氰菊酯、联苯菊酯和氯氰菊酯的比例较高.部分地区大棚土壤中的含量高于大田土壤.风险评价结果表明,山东省农田土壤个别采样点中甲氰菊酯和高效氯氟氰菊酯具有生态风险,三分之一的采样点存在潜在生态风险,其余采样点不存在生态风险.