基于偏最小二乘模型的河流水质对土地利用的响应

流域土地利用类型变化是影响河流水质的重要因素之一.为探究子流域尺度土地利用与河流水质之间的相互关系,本文基于太子河流域遥感影像和水质数据,采用偏最小二乘模型(partial least squares,PLS),分析不同土地利用类型对流域水质的影响程度.选取7个不同子流域土地利用类型面积百分比作为自变量X,总氮(TN)、硝酸根离子(NO_3~-)、氯离子(Cl-)与硫酸根离子(SO_4~(2-))这4个水质参数浓度值作为因变量Y,构建了土地利用类型与河流水质数据的偏最小二乘模型,并使用其余子流域数据对构建的模型进行验证.结果表明,太子河流域不同子流域土地利用类型与河流水质指标TN与NO_3~-之间线性关系显著,决定系数R~20.62.其中,耕地面积变化对水体中TN浓度变化影响明显,居民及工矿建设用地面积变化则对水体中NO_3~-浓度变化影响强烈.但对于Cl-和SO_4~(2-)来说,土地利用类型对其浓度大小有一定影响,但并不是最主要的影响因素.虽然太子河流域未利用地面积百分比极小(1.13%),但是未利用地面积变化对水质参数有较显著影响(影响系数0.24).     

预测铜生物毒性的偏最小二乘回归模型

以黄河水体中的铜作为典型污染物,单细胞淡水藻斜生栅藻作为实验生物,应用偏最小二乘回归方法建立了铜的生物毒性预测模型.结果表明,黄河水体中阳离子(K⁺、Na⁺、Mg²⁺)浓度与铜的半抑制浓度(EC₅₀)成负相关,而水体中的DOC、碱度和阴离子浓度与铜的EC₅₀成正相关;影响铜的生物毒性的主要因子是DOC、pH值、碱度和温度.     

pH校正最小二乘紫外分光光度法同时测定喹啉异喹啉和萘

利用ｐＨ校正最小二乘算法（ｐＨ—ＣＬＳ）对焦化废水中的喹啉、异喹啉、萘三组分进行了同时测定。在２９０～３４０ｎｍ范围内苯酚、三甲基吡啶及苯系物不干优测定。ｐＨ—ＣＬＳ法既可简化分析步骤又可提高准确度。     

基于偏最小二乘法的石灰石—石膏湿法脱硫效率预测模型

由于脱硫效率具有不易测量、测量精度低的特性。就该问题运用了偏最小二乘法(PLS)建立了以O2浓度、液气比、浆液p H值为输入,脱硫效率为输出的预测模型。模型基于某电厂DCS采集的脱硫系统原始数据,在MATLAB平台上训练得到较精准的预测模型并进行精度验证。得出以下结论:采用偏最小二乘模型预测脱硫效率,96%相对误差分布在-1%~1%,最大误差不超过3%。说明该模型的预测精度较高,能较好地满足工程实际的需求。     

偏最小二乘回归方法在土地利用结构研究中的应用

针对当前LUCC研究中存在的数据间多重相关性和样本量不足的问题,论文将一种新型的多元统计数据分析方法---偏最小二乘回归引入到研究中。该方法可以有效地克服上述缺陷,并能实现多种数据分析方法的综合应用。为检验方法的功能及实用性,论文以苏锡常地区为例,对区域的土地利用结构及其影响因子进行了定量分析。结果表明,偏最小二乘回归是进行土地利用结构研究的一种十分有效的工具,在地学领域有广阔的应用前景。     

基于偏最小二乘法结构方程模型的城市轨道交通工程碳排放影响因素分析

城市轨道交通工程在建设和运营过程中需要消耗大量的能源,同时会产生大量的固体废弃物和二氧化碳,其碳减排工作刻不容缓。基于国内外城市轨道交通工程碳排放研究成果,将经济、技术、制度作为影响城市轨道交通工程碳排放的3大主要因素。选取城轨交通固定资产投资额、低碳技术成熟度、环境规制强度等12个因素作为显变量指标,在此基础上设计调查问卷进行调研。利用偏最小二乘法结构方程模型分析城市轨道交通工程碳排放各个影响因素的作用路径和效用。研究发现,经济制度以及技术因素对城市轨道交通工程碳排放影响均较大(0.433,0.317,0.224),因此城市轨道交通工程的碳解锁需要经济制度经济因素的共同参与。且经济因素对制度和技术的影响很大(0.748,0.514),故可以重点加大对经济要素的投入,从而实现城市轨道交通工程的碳减排工作。同时提出了对策建议,对于城市轨道交通节能减排具有重要的参考价值。     

基于最小二乘法的雷暴天气下飞行改航决策研究

飞机在飞行中若受到雷暴天气的影响,轻则产生颠簸,重则受到雷击和冰雹。为削弱雷暴天气的影响,采用两运动物体相撞模型,判断飞机沿预计航线飞行是否会在未来某时间点进入雷暴环境中并提前改变飞行航迹,从而防止雷暴天气对飞机造成的不良影响。先通过对气象雷达回波图的分析,找到机场终端区有可能影响飞机飞行的雷暴,并根据过去时间点雷暴的位置及状态,采用最小二乘法预测雷暴运动的轨迹方程,进而通过方差分析找出最接近雷暴运动的轨迹方程;再根据飞机飞行的预计航线、速度计算出飞机计划飞行的运动轨迹方程;最后由雷暴和飞机相对时间的运动轨迹方程,可求出未来何时飞机与雷暴之间有最小的距离,并利用数理统计学中的区间估计方法来评估其可行性,由此判断飞机飞行是否会受到雷暴天气的影响,若受影响飞机则需要改变原飞行航迹避开雷暴。案例验证结果表明此方法具有一定的可行性和可靠性。     

偏最小二乘(PLS)回归方法在中国东部植被变化归因研究中的应用

植被变化往往受到不同气候变量的综合作用,人类活动影响又使得植被对气候响应变得更为复杂,如何准确判别各种影响因素的相对重要性是植被变化归因研究中的一个关键点.研究基于偏最小二乘(PLS)回归方法,使用1982-2006 年的归一化植被指数(NDVI)数据,分析了降水、气温、日照、相对湿度和风等气候变量对中国东部植被变化的相对影响,并选取了NDVI变化较为典型的区域,量化了农业活动对该地区植被变化的相对贡献.PLS回归方法兼具了主成分分析和多元回归的优点,克服了众多自变量之间存在强烈交互相关导致的多元共线性问题.研究结果表明:① 1982-2006 年间,中国东部逐月NDVI的年际变化呈现出明显的南北差异.在12、1-5 月,NDVI以显著上升为主,上升区域主要位于淮河以北.在6-10月,NDVI以显著下降为主,下降区域主要为淮河以南的部分区域,特别是6 月江苏一带NDVI的大范围下降尤为明显.不过与NDVI发生显著变化的区域相比,更多区域的NDVI在各月并没有出现显著变化.② 在NDVI显著上升的站点,对NDVI变化最具解释意义的气候变量为气温,特别是冬末春初(2-3 月)的升温对黄淮海区域NDVI的显著上升具有主导控制作用.而对于NDVI 显著下降的站点,多数都不能从气候角度解释这些区域的NDVI 变化.③ 江苏省NDVI在6 月出现的大范围显著下降,与农业种植结构的调整,主要是棉花种植面积的减少以及油菜面积的增加具有显著关系.     

基于改进偏最小二乘法的近红外快速分析强化生物除磷污泥胞内PHA

聚β羟基烷酸酯(PHA)是强化生物除磷系统中颗粒污泥胞内重要碳源和能源,其快速测定对强化生物除磷机理研究有重要意义. 采用Savitzky-Golay平滑法(SG)-多元散射校正法(MSC)对污泥的近红外光谱进行预处理,通过改进的偏最小二乘法(iPLS、siPLS、biPLS)建立污泥样品近红外光谱与PHA含量的定量分析模型.结果表明,SG-MSC预处理减弱噪声和背景等表面因素对光谱的影响,采用联合区间偏最小二乘法(siPLS)将全光谱等分为30个子区间, 联合子区间[13 21 24 29]建立的模型预测效果最优,其交互验证均方根误差(RMSECV)和预测均方根误差(RMSEP)分别为0.2018和0.3120,校正集和预测集相关系数分别达到0.9925和0.9391,该光谱区段与PHA分子结构中C-H的伸缩变形、弯曲振动和C=O的伸缩振动密切相关. 改进偏最小二乘有效地优化光谱建模区域,提高模型预测能力,实现污泥胞内PHA含量的快速定量分析.     

基于自适应偏最小二乘回归法的CUACE模式污染物预报偏差订正改进方法研究

针对GRAPES-CUACE模式预报的6种常规污染物浓度,采用非线性动力统计-订正方法——自适应偏最小二乘回归法,建立了中国不同地区的CUACE模式预报偏差订正模型,采用多种敏感性试验优选了不同季节各区域的最优自变量组合方案,并对2016年1—3月、11—12月全国342个城市PM_(2.5)浓度预报值进行了滚动订正检验,分析了订正前后PM_(2.5)浓度的时空变化特征,重点分析了该方法在京津冀、长三角、珠三角、川渝地区等关键区域的适用性及其改进效果.结果表明:(1)CUACE模式预报PM_(2.5)浓度普遍低于观测浓度,且与实测值的相关系数较低;CUACE 15 km分辨率模式PM_(2.5)浓度预报效果优于54 km分辨率模式,其中长三角地区改进最显著,珠三角和京津冀次之,川渝地区预报效果较差.(2)订正后的PM_(2.5)浓度更接近于实测值,订正后误差明显减小,相关系数明显提高,而且订正值与实测值的散点集中分布于对角线附近.(3)长三角地区PM_(2.5)浓度订正效果最好,准确率可达72.3%;珠三角地区次之,准确率为66.3%;京津冀和川渝地区订正效果稍差,但准确率亦可达63.6%和62.6%.(4)订正后污染日和非污染日的准确率、相关系数分别提高了57.5%和25.9%、304.8%和15.2%;绝对平均偏差、均方根误差分别减小了38.9%和18.7%、21.8%和8.5%.(5)针对北京、上海、广州、乐山的不同重污染过程,订正后的平均绝对误差分别减小了12.07%、46.63%、36.66%、17.71%,相关系数分别提升了25.86%、22.22%、16.92%、162.5%,说明该订正方法适用于不同地区的不同重污染过程的预报.     

紫外分光光度法测定贻贝体内石油烃的方法研究

选择贻贝为试样，经皂化后用ＣＨ２Ｃｌ２萃取，提取物经氧化铝柱脱色，浓缩后的样品溶于正已烷中，用紫外分光光度计在２２５ｎｍ和２５４ｎｍ波长上分别进行测定，结果表明，用波长２５４ｎｍ测定贻贝中的石油烃要比２２５ｎｍ的测定效果好；对脱色实验做了研究，用加标实验法计算了两波长测定结果的回收率（９８．８％￣１１０％），检测限分别是０．６２×１０＾－６（２２５ｎｍ）和０．０５２×１０＾－６（２５４ｎｍ）。     

紫外分光光度法测定海水中石油类的不确定度评定

对紫外分光光度法测定海水中石油类浓度进行了不确定度评定。通过对标准溶液、标准工作曲线拟合、前处理过程等影响测定结果的不确定度分量进行分析,计算出测定结果的扩展不确定度,并找出影响该不确定度的主要因素。结果表明,紫外分光光度法测定海水中石油类浓度的不确定度的主要来源是实验中前处理过程的不确定度,本次实验所测海水中石油类浓度的不确定度报告为19.98±1.326 mg/L。     

基于水化学和氮氧双同位素的地下水硝酸盐源解析

为定性及定量识别地下水中氮的污染来源,比例及迁移转化特征,对河北省张家口市宣化区洋河北岸主要供水区的地下水进行取样分析.基于土地利用类型,综合利用水化学分析方法耦合δ¹⁵N-NO₃^-,δ¹⁸O-NO₃^-双同位素示踪技术对研究区地下水硝酸盐污染来源,贡献率及迁移转化规律进行判断.研究结果表明：研究区氮污染以NO₃^-为主,12处采样点4次采样过程中约77%超出世界卫生组织标准（10mg/L）的限值,其污染在2018年8月（夏季）较为严重,空间浓度插值结果显示硝酸盐呈现出沿河及远岸点位浓度相对较低,中间较为稳定区域浓度较高的空间特征,并表现出不同土地利用类型上污染程度的差异性：旱地浓度最高,城镇次之.稳定同位素模型（SIAR）显示地下水硝氮污染来源中粪肥及生活污水占45.37%,土壤氮来源为41.39%,降水和化肥中NH₄⁺来源占13.24%,与研究区以城镇和耕地为主的土地利用现状较为一致.此外,同位素特征值结果显示氮的迁移转化过程以硝化作用为主.文可为地下水氮的污染来源解析提供更加精准,全面的分析方法进而为污染的防治提供优先治理建议.     

两种不同方法测定硝酸盐氮的比对

本文根据实验室多年的实际工作经验,分析和讨论了用离子色谱法和气相分子吸收仪两种方法测定水中硝酸盐氮的含量。其结果显示,两种方法的精密度、准确度和测定结果无显著性差异,均可作为测定地表水和地下水水中硝酸盐氮的测定方法     

单扫描极谱法同时测定环境水样中微量硝酸根和亚硝酸根

在浓硫酸介质中 ,8-羟基喹啉与硝酸根的硝化产物在 p H9.0左右的 NH3-NH4Cl的缓冲溶液中 ,于 -0 .6 3V处产生灵敏的导数波 ,波高与硝酸根浓度在 0 .0 1～ 2 .5μg· m l- 1 范围呈线性关系 ,检测限为 0 .0 0 4μg· ml- 1 。测定相对标准偏差小于 2 .7% ,样品加标回收率为 96 .0 %～ 10 4.2 % ,亚硝酸根经 H2 O2 氧化处理亦可进行测定。本法可用于地表水、雨水中微量硝酸根、亚硝酸根的同时测定     

萃取—反萃取导数光谱法测定污水中微量酚和苯胺类

对油矿区污水中酚类和苯胺类同时测定方法和实验条件进行了研究。采用1∶1氯仿 乙醚混合溶剂萃取,再分别用0.1mol/LNaOH和0.1mol/LHCL反萃取污水中微量的酚类和苯胺类。实验结果表明,在pH值为6时萃取水样,氯仿-乙醚对苯酚、苯胺的萃取回收率分别为76.6％及64.7％。测定的线性范围：酚类为0～2.0mg/L,苯胺类为0～3.3mg/L;检出极限：酚类为0.04mg/L,苯胺类为0.02mg/L。本法与国家环保总局推荐方法对照,实验结果无显著性差异。通过萃取—反萃取,不仅浓缩了样品,而且有效地消除了石油类及金属离子的干扰,适用于油矿区污水的测定。     

Multi wavelength measurements of atmospheric turbidity and determination of the fluctuations in total ozone over Antarctica

Sun photometer measurements have been made at λ = 310, 368 and 500 nm during a number of Indian expeditions to Antarctica. The measurements have also been made at λ = 368 and 500 nm over the ocean on a cruise to one of the expeditions. Both the optical depth (a_H) and the turbidity (T) due to atmospheric haze aerosols have been computed over the ocean and over Antarctica. In general, the values of the optical depth are higher at λ = 368 nm that at λ = 500 nm. The values of the optical depth (and turbidity) are also higher over the ocean than over Antarctica. Based on the measurements made at λ = 368 and 500 nm, the exponent α = 2 describes the wavelength dependence of the optical depth. This wavelength dependence of the optical depth has been used to obtain the optical depth at λ = 310 nm. The corresponding value of the selective absorption due to ozone (kx ≈ 1.1, total ozone x = 0.3 atm-cm) is much greater than the aerosol optical depth a_H (≈ 0.11). The optical depth due to Rayleigh scattering (a_R ≈ 1.03) being constant. The relative variability (rms/mean), due to fluctuations on time-scales of a few hours to daily variations, in the computed values of the optical depth a_H has been observed to be about 6% during January 1988. The relative variability in the measured intensity at λ = 310 nm, at a zenith angle of 60°, during this period is observed to be about 14%. The relative variability in the total ozone obtained from in situ measurements with the Total Ozone Mapping Spectrometer (TOMS) for the same period is about 3%. It is shown that the wavelength λ = 310 nm, which is towards the upper limits of the u.v.-B band that is highly absorbed, is perhaps best suited to monitor fluctuations in the total ozone (x). This technique is likely to be more effective during the local spring period of September–November over Antarctica, where the phenomenon of the ozone ‘hole’ occurs.     

基于集成分析的环渤海地区河流硝酸盐污染解析

近几十年全球人口剧增,粮食生产及燃料消耗都增加了地表水中的氮负荷,而地表水是连接大陆氮库和海洋氮库的重要通道,地表水中的硝酸盐的增加将直接导致河口及沿海硝酸盐浓度的增加,因此研究近海河流的氮污染情况、确定影响因素将会为近海营养物质的控制及水环境管理提供重要信息.以环渤海地区的入海河流为主要研究对象,通过收集公开数据建立环渤海地表水硝酸盐数据库集成分析,研究入海河流的水体硝酸盐的时空污染特征及其与各影响因素之间的关系.结果表明,环渤海区域地表水中硝酸盐浓度的变化范围在0.0~76.4 mg·L~(-1),与溶解氧、总氮、总磷和电导率有显著的相关关系(p=0.01).在空间变化方面,黄河下游及浑太河上游流域硝酸盐污染较为严重.在除去来自城市污废水排放的人工河道带来的硝酸盐浓度异常值后,丰水期(平均浓度4.55 mg·L~(-1))与平水期(平均浓度5.39 mg·L~(-1))的硝酸盐浓度的平均水平较枯水期(平均浓度4.03 mg·L~(-1))更高,且浓度的变化范围(丰水期:0.00~34.90 mg·L~(-1);平水期:0.00~31.00 mg·L~(-1))亦大于枯水期(0.00~25.64 mg·L~(-1)).影响因素方面,硝酸盐浓度与降水量有显著相关性(r=0.122,p=0.01).土地利用相关性研究表明耕地与建设用地是硝酸盐的主要来源,林地和草地对硝酸盐污染有改善作用.硝酸盐的入海通量约为33.4×10~4t·a-1.     

基于随机模拟的地下水污染物最优水力截获量

水力截获技术是净化或抑制地下水污染最为广泛使用的一种方法,而该技术实施过程中,如何确定最优水力截获量是其需要重点解决的关键问题.本文针对传统确定性方法计算最优水力截获量不合理的问题,从水文地质参数的随机性出发,应用基于随机理论的蒙特卡罗方法,通过实例来研究渗透系数的空间变异性对地下水污染物水力截获系统的影响,并寻求估算最优水力截获量的新方法.通过研究表明：基于确定性方法计算出最优水力截获量为110m³/d时恰好能完全截获污染区的污染物;应用随机模拟研究含水层渗透系数的空间变异性对水力截获系统的影响,发现当以传统确定性方法所计算的最优水力截获量（110m³/d）抽水时,并不能总是完全截获地下水污染物,其面临的稳定平均风险率高达24%;充分考虑了含水层渗透系数空间变异的Monte Carlo方法较以往传统确定性方法更为可靠,为此本文提出利用随机方法从截获系统可接受风险角度确定最优截获量的新思路.     

Studies on catalytic reduction of nitrate in groundwater

Catalytic reduction of nitrate in groundwater by sodium formate over the catalyst was investigated. Pd-Cu/γ-Al₂O₃ catalyst was prepared by impregnation and characterized by brunauer-emmett-teller (BET), inductive coupled plasma (ICP), X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM) and energy dispersive X-ray (EDX). It was found that total nitrogen was effectively removed from the nitrate solution (100 mg/L) and the removal efficiency was 87%. The catalytic activity was affected by pH, catalyst amount used, concentration of sodium formate, and initial concentration of nitrate. As sodium formate was used as reductant, precise control in the initial pH was needed. Excessively high or low initial pH (7.0 or 3.0) reduced catalytic activity. At initial pH of 4.5, catalytic activity was enhanced by reducing the amount of catalyst, while concentrations of sodium formate increased with a considerable decrease in N₂ selectivity. In which case, catalytic reduction followed the first order kinetics. Translated from Acta Scientiae Circumstantiae, 2006, 26(4): 567–571 [译自: 环境科学学报]