全球海域风能资源评估及等级区划

利用1988年1月至2009年12月具有高精度、长时间序列的CCMP(Cross-Calibrated, Multi-Platform)风场,对全球海域的风能资源进行评估。综合考虑风能密度大小、能级频率、大风频率、有效风速、风能密度的稳定性等各方面,对风能资源进行系统性研究,并对全球海域的风能资源进行区划,为海上风力发电等风能资源的开发利用提供科学依据。研究发现全球海域蕴藏着丰富的风能资源,大部分海域为风能资源的富集区,尤其富集在南北半球西风带,风能资源的贫乏区主要分布于赤道附近和两极零星海域,可利用区和较丰富区主要分布于低纬度海域、太平洋东部中低纬近岸海域、两极大部分海域。     

波浪作用下沉降型憎水性污染物床面释放机理研究:以二氯甲烷为例

以沉降型憎水性污染物为代表的危险化学品突发性水污染事故发生后,大部分污染物将以液态形式沉积于河床表面,这些物质将作为内源性污染源,缓慢地释放进入水体,持续性地导致区域水质严重污染。选取二氯甲烷为对象,通过波浪水槽实验分析了不同波浪要素(波高、波周期等)对其释放强度的影响程度及响应关系,并建立了释放通量与各波浪动力学因子间的数学回归模型。结果表明：波浪扰动将引起以二氯甲烷为代表的沉降型憎水性污染物明显释放;DCM悬浮颗粒总体积浓度(TVC)总体上随波高的增大而变大,随着波周期的增大而减小;相同波周期情况下,释放通量与波高呈显著指数正相关(R²>0.973);相同波高情况下,释放通量与波周期呈显著对数负相关关系(R²>0.967);进一步建立了释放通量与床面波切应力、床面波浪能量损耗率、近底波浪质点水平速度最大值、单宽总波能及波陡的数学回归模型。该研究可为沉降型憎水性污染物水质预报的源强确定提供理论依据及计算方法,进而为完善该类污染物水质预报及风险预警的理论体系提供思路及方法。     

阳江近海海域波浪特征分析

在阳江近海海域布置测站进行波浪现场观测,对采集到的2016年6月至2017年5月的实测波浪数据进行特性分析研究。结果表明,周年观测期间,观测海域波浪1/10大波波高平均值和最大值分别为1.18 m和6.54 m,有效波高平均值和最大值分别为0.94 m和5.31 m,平均周期为4.3 s,最大一次波浪过程发生在台风“莎莉嘉”过境期间;波浪以轻浪为主,各月均有中、大浪发生;常浪向和强浪向均为ESE向;特征波高之间、特征周期之间、特征波高和特征周期之间存在一定的转换关系。     

北部湾水文气象极值参数研究

本文基于WRF海面风场动力模式、SWAN海浪模式和ECOM三维海流数值模式,计算了1992~2011年的热带气旋影响下,发现了波高极值与增水极值发生时刻的不一致性这一规律。北部湾百年一遇极值波浪、风速、海流和增水的特征值:百年一遇极值波高在北部湾南部最大,超过10.5 m,向北减小;极值周期的分布特征与极值波高相似,在北部湾南部最大,达到11.5 s,向北减小;百年一遇风速,在北部湾北部和南部有两个大值区,可以达到39 m/s,中西部相对较小;百年一遇极值流速,在北部湾四周较大,而东边较西边更大,海南岛的东方市附近超过了300 cm/s;百年一遇极值增水普遍超过160 cm,北部可以达到340 cm,呈现由北向南的递减特征。     

秦皇岛海洋站海浪特征分析

本文基于秦皇岛海洋站2015年3月至2020年11月海浪观测数据,对春、夏、秋季的海浪特征进行分析。结果表明,不同月份和年份海浪的波型大致相同,仅有两种波型,以风浪（F）为主,出现的比例为90%以上;混合浪-涌浪为主（U/F）出现次数较少。海况为1～6级,以2、3级为主,4级为辅,1级次之,5、6级偶有发生。出现6级海况的月份分别为7月、8月;春季（3-5月）以3级海况为主、秋季（9-11月）以2～3级海况为主,呈明显的季节性。秦皇岛海洋站出现6级海况的年份为2017年、2018年,这两年出现6级海况是受温带气旋的影响。波高和周期没有明显的相关关系,秦皇岛沿岸大浪过程主要受冷空气、温带气旋、冷空气和温带气旋结合的影响,其中10月、11月波高增加主要与冷空气有关。     

台风“山神”过境期间南海西北部海南岛附近海区台风浪空间特征数值模拟研究

采用Takahashi和Fujita.t公式嵌套计算气压场,采用Veno Takeo台风理想模型与ECMWF背景风场合成台风风场,以合成风场作为第三代海浪模型SWAN的驱动场,对台风"山神"过境期间产生的台风浪进行模拟。经对比SWAN可以很好地模拟"山神"期间海浪空间分布特征。根据模拟结果,本文给出"山神"期间台风浪波高、波龄以及波浪方向谱的分布特征,初步探索了"山神"过境期间台风浪的有关要素的空间分布特征。     

我国海岛周边海域使用的基本状况

以海域使用现状调查省级成果数据为基础,通过对海岛周边海域使用现状分析,阐述我国海岛周边海域空间资源开发与利用状况,及开发过程中出现的诸如海岛消失、生态环境恶化、海岛资源大量减少等主要问题,并提出一些解决问题的建议,以期为海岛的可持续开发与利用提供借鉴。     

2014年秋季黄河口附近海域营养现状与评价

根据2014年10月对黄河口附近海域56个站位水质的调查结果,分析了该海域营养盐的空间分布特征,并对该海域的营养水平和有机污染状况进行了评价。结果表明,该调查海域表、底层无机氮（DIN）平面分布表现为近岸向远岸降低的趋势,特别是在黄河口附近有高值区,且与盐度有显著负相关性,表明DIN主要来自黄河等入海径流的输入。表层海水中活性磷酸盐（PO₄-P）平面分布表现为东北高西南低的趋势;底层海水中PO₄-P平面分布较为均匀;PO₄-P与海水盐度相关性不十分显著,表明调查海域PO₄-P的补充并非主要来自黄河口等河流输入,而可能与有机物的分解矿化再生、浮游植物的大量繁殖以及海底表层沉积物中PO₄-P向上输送补充等因素有关。从营养盐结构看,本次调查海域N/P均值大于Redfield比值;P与N相比显得相对缺乏。根据N/P比值与浮游植物生物密度平面分布表明,过高比值的N/P可能引起浮游植物的生长受到某一相对低含量元素的限制,从而导致浮游植物的生物密度较低。根据富营养化指数评价和有机污染综合指数计算结果,2014年秋季黄河口附近海域已处于富营养化状态,而DIN应是造成黄河口附近海域富营养化的主要因子;该海域有机污染程度属于2级,表明该海域开始受到有机污染。     

东沙群岛附近海域风候特征分析

目的利用近22年的CCMP(Cross-Calibrated,Multi-Platform)风场资料,对东沙群岛海域的风候特征进行深入研究,为军地海洋建设提供科学依据。方法利用具有高精度的CCMP风场资料,统计分析近22年期间东沙群岛附近海域的风候特征。结果东沙群岛附近海域的海表风速呈"W"状双峰型月变化。峰值出现在11、12和1月期间,海表风速在9 m/s左右,次峰值位于6月,海表风速在6 m/s左右,东沙海域的年平均风速为6.5 m/s。东沙海域的海表风速表现出"U"型日变化特征。东沙附近海域的风速主要分布于3~5级,即3.4~10.7 m/s之间,1月的大风频率明显高于7月。1月和10月,东沙附近海域的风向以NE向为主,7月受西南季风影响显著,风向以S-SW向为主,4月风向则以ENE和SSE向为主。从全年来看,风向以偏东北向为主,S-SW向居其次。在近22年期间,东沙海域的海表风速整体上以0.0424 m/(s·a)的速度显著性逐年线性递增。结论运用高精度的CCMP风场资料,通过统计分析方法得到了东沙群岛海域的风候特征,对军地海战场环境建设具有科学支持作用。     

广东湛江白骨壤红树人工林消波效应初步研究

以广东湛江红树林国家级自然保护区内白骨壤人工林（Avicennia marina）为研究对象,通过对白骨壤人工林林内距离林缘25 m、50 m、75 m、100 m 处的消波观测,分析红树林消波效应。研究表明：白骨壤人工林消波效果显著。波浪从林缘经过白骨壤01 样地（0~25 m）、02 样地（25~50 m）、03 样地（50~75 m）、04 样地（75~100 m）后的1/10 波高减低率分别为31.49%、35.23%、40.85%、38.88%,可以看出消波率受林分结构指标林分生物量体积密度的影响;波高减低率随水深的增加而增加;而白骨壤人工林消波率随着波高的增加未呈现出规律变化。总体看来,白骨壤消减程度是随着林分生物量体积密度的增加而增加的,当植株较矮时,受枝叶层影响消波效果会更明显;波浪传播距离越长,1/10 波周期越大。     

江西省山地风场风能资源储量及特征分析

论文利用数值模拟GIS空间分析法以及实测与野外勘察调研两种方法规划了江西省山地风能资源的具体分布并定量估算了其储量,此外,还利用山地2座测风塔资料,详细地分析了山地风能资源特性,结果表明:江西省高山地区风能资源呈沿山脉走向的线状分布或孤立山峰的点状分布,技术可开发量约为111×10⁴ kW,技术可开发面积约为136 km²,装机容量约为148×10⁴ kW。山地低层风速和风功率密度较大,随高度的增加略有增大,风切变指数很小,分别为0.017、0.098。山地风场风速和风功率密度日变化明显呈U型分布,正午前后风速最小,凌晨至清晨风速较大,最大风速与最小风速相差1~2 m/s;山地风场有两个接近相反的主导风向,集中在NW-N以及SSW-SSE扇区,对于风机机组布局较为有利。     

破坏水库水温分层系统的能量效率估算:以金盆水库为例

为指导高效节能的破坏水库水温分层技术及系统的选择,需建立统一的能量效率基准.根据质量守恒和热量守恒定律,求出分层水库水体完全混合后的水温,计算水库水体混合前后的重心;采用库容以及与水温相关的密度等数据,对水深方向各微小水层的势能进行积分得到水体总势能,混合后水体总势能的增加量即为破坏分层所需的最小理论能量,应用耗电量估算法得到破坏分层所产生的最小碳排量;破坏分层系统的能量效率为破坏分层的最小理论能量与实际输入能量之比.以西安金盆水库为例,采用数值模拟方法计算不同水位下的水库库容,应用该方法估算了水库不同季节破坏分层所需最小能量和扬水曝气破坏分层系统的能量效率.采用数值模拟方法计算不同水位下的水库库容,计算破坏分层所需最小能量.结果表明随水体垂向温度梯度的增加而增大,在6~10月期间相对较高,7月达到最大值2432.08kW?h;该水库扬水曝气破坏分层系统的能量效率约为4%;在水温分层开始阶段运行破坏分层系统可有效降低破坏分层所需的能耗,减少碳排放量.     

Quantifying energy use, carbon dioxide emission, and other environmental loads from island tourism based on a life cycle assessment approach

The main purpose of industrial ecology is to evaluate and minimize impacts from economic activities of human society. Tourism as one economic activity, results in a full range of environmental impacts, but few applications of industrial ecology to tourism management have previously been discussed. Life cycle assessment (LCA) is used in this research to explore environmental impacts of island tourism, and then the environmental loads per tourist per trip can be found. Penghu Island in Taiwan is taken as an example to examine this new approach. Various environmental loads in transportation, accommodation, and recreation activity sector are all inventoried and calculated here. In summary, per tourist per trip uses 1606 MJ of energy, 607 L of water, and emits 109,034 g of CO₂, 2660 g of CO, 597 g of HC, 70 g of NO_x. In addition, per tourist per trip also discharges 416 L of wastewater, 83.1 g of BOD, and 1.95 g of solid waste. In terms of energy use, the transportation consumes the largest energy (67%); in particular, the airplane sector. Moreover, per Penghu tourist results in more environmental loads than local people; for example, the amount of solid waste discharge per tourist is 1.95 kg per day, while that of per local people is 1.18 kg. Finally, the advantages and limitations of such LCA approach are also discussed.     

京津冀民用燃煤减排对大气中BaP污染影响评估

运用空气质量模型CMAQ模拟评估民用燃煤减排政策对京津冀大气中BaP污染状况的改进效果,模拟包括作为基准情景的2014年和低消减和高消减2个减排情景.模拟结果表明：基准情景下,京津冀BaP年均浓度为2.54ng/m³,超过国家空气质量标准（1ng/m³）,呈现1月 > 4月 > 10月 > 7月的季节变化特点,反映出冬季供暖燃煤的影响;京津冀南部BaP浓度高于北部,推测原因是南部BaP排放量较高.1月削减民用燃煤排放量对降低该地区BaP浓度和沉降量效果最显著,低削减和高削减下,北京、保定、廊坊BaP浓度分别比基准情景降低30%和40%以上;4、7、10月削减民用燃煤排放量对该地区BaP浓度和沉降量的变化影响不大.京津冀民用燃煤联防联控能更加有效地降低该地区BaP浓度.     

舟山本岛大气污染输送过程的数值模拟分析

利用HYSPLIT-4后向轨迹模式和NCEP(美国国家环境预报中心)的2012年GDAS(全球资料同化系统)气象数据,结合NO₂、PM_2.5、PM₁₀和SO₂等常规大气污染物的质量浓度数据,对舟山本岛2012年4月、7月、10月和12月的大气污染输送过程进行了模拟,并通过聚类分析和潜在源区分析〔包括PSCF(潜在源贡献)和CWT(浓度权重轨迹)计算〕,确定大气污染传输路径及影响源区. 结果表明:舟山本岛气流后向轨迹呈明显的季节变化特征,4月主要受来自黄海海面气流轨迹的影响,其占总轨迹数的36.7%,ρ(PM₁₀)为(53.24±24.33)μg/m3;7月以途经琉球群岛和东海气流轨迹为主,占总轨迹数的48.4%,对ρ(NO₂)、ρ(PM_2.5)、ρ(PM₁₀)和ρ(SO₂)贡献分别为(24.63±6.33)、(28.60±4.83)、(52.89±18.76)和(8.67±3.11)μg/m3;10月气流轨迹主要来自于东海海面,占总轨迹数的49.2%;12月气流则主要来自辽宁南部和黄海,占总轨迹数的66.1%,对ρ(NO₂)、ρ(PM_2.5)、ρ(PM₁₀)和ρ(SO₂)贡献分别为(28.48±15.14)、(58.71±14.10)、(69.83±38.94)和(20.83±13.28)μg/m3. 舟山本岛PM_2.5的潜在源主要为毗邻城市间局地污染,集中于浙江沿海城市及杭州湾、上海等地.      

南疆近60a来寒潮气候特征及其对农业生产的影响

寒潮是我区主要灾害性天气之一,南疆植被稀少,温差大,强冷空气南下,容易形成寒潮。论文利用南疆5地(州)1949-2008年间的寒潮发生频次、 持续时间及其造成的受灾农田面积、 死亡牲畜、 经济损失数据资料,对南疆寒潮空间分布、 年际变化、 季节变化、 形成原因及其对农业生产影响进行深入分析。分析得出:①近60 a来,南疆寒潮发生频次山区多于平原、 北部多于南部,而寒潮过程降温幅度天山南麓绿洲带大于北部山区;对地(州)而言,巴州发生频次最多,受灾最严重,阿克苏次于巴州,克州与和田寒潮频次与受灾最少,喀什居中。②近60 a来,寒潮发生频次年际变化幅度较大,总体上呈现略有减少趋势,特别是1999年来频次明显减少;每年9月至翌年5月是寒潮活动期,以5月和4月发生频次最高,极端最大降温以4-5月和9-10月居多。③在气候变暖背景下,虽寒潮频次总体上呈略有减少趋势,但由于4-5月寒潮较多,而且小麦返青拔节,棉花出苗蕾铃,果树生芽开花,其抗寒能力下降,遇到明显降温,就会发生冻害,加上绿洲种植面积扩大,社会经济发展,承载体单位面积的受灾成本提高,使南疆寒潮低温冻害灾害呈显著增多趋势。     

无常规水文监测高寒湿地纳帕海水量波动模拟分析

论文以无常规水文监测高寒湿地纳帕海为例,基于流域产汇流的时滞效应,建立了湿地区气候因子(日累计降水量)与水文因子(湿地明水量)之间的经验关联模型,以模拟湿地水文情势的波动。研究首先通过对1990-2011 年不同时相的48 期纳帕海湿地Landsat TM/ETM+遥感数据进行解译,提取明水景观变化信息;再利用研究区1988-2011 年逐日降水数据经过统计计算后生成的不同时间步长日累计降水量与48 期明水面积序列进行回归分析,筛选出最佳时间步长日累计降水量并获得其与明水面积之间的经验关联模型;进而借助纳帕海湿地明水面积与明水量之间的经验方程建立湿地明水量-最佳日累计降水量关联模型。模拟结果表明:8-9 月是纳帕海湿地的主汛期,9 月多年平均明水量可达866.11×10⁴ m³;干、湿季明水量差异较大,干季平均明水量为95.91×10⁴ m³。上述模拟结果能够与遥感影像解译所获取的信息和实地调查信息保持基本一致,说明此模型能够较好地模拟研究区水文情势波动,为无监测高寒湿地水文情势研究提供了一种新的思路,同时也为该地区湿地洪灾防范提供了数据基础和方法指导。     

典型黄土塬区不同植物措施水土保持效应分析

基于黄土高原典型黄土塬区2014-2016年的自然降雨数据及5种植被措施（乔木、灌木、撂荒、人工种草、耕地）下的坡面产流、产沙情况的观测数据,系统分析了不同植被覆盖措施下的黄土坡地水土流失对不同类型侵蚀性降雨的响应机制,结果表明：（1）降水集中于4-10月份,其中引发水土流失的侵蚀性降雨集中于7月、8月。（2）根据最大30分钟降雨强度I₃₀及降雨总量可将侵蚀性降雨分为5种类型,其中小雨量、小雨强类型的降雨是当地发生频率最多的侵蚀性降雨类型;降雨强度最大的Ⅴ雨型降雨侵蚀力最大,降雨量最大的Ⅰ雨型降雨侵蚀力次之,而Ⅱ雨型降雨侵蚀力最低;Ⅴ雨型在观测期内产流产沙量最大。（3）5种植被措施在不同降雨类型下均有明显的水土保持效应,在不同类型降雨下不同植物措施减沙率和减流率变化规律不同。研究结果对于黄土高原地区水土保持及资源可持续利用具有重要的指导意义。