烟囱颗粒污染物连续监测技术

介绍了一种烟囱颗粒物排放的实时监测装置。该装置基于光散射理论 ,使用一个半导体激光器件作为光源 ,用 4个光电元件分别测定入射光强、从测量区出射的光强及前向两个立体角的散射光能 ,使用一台微机对接收信号进行处理 ,能够实时地给出烟囱排放源的排放浓度及粒径分布。     

共振光散射测定汞

光散射现象普遍存在于光与粒子的作用过程中,它源于光电磁波的电场振动而导致的分子中电子产生的受迫振动所形成的偶极振子。汞是环境监测中的一项重要指标。通过微乳液的增稳作用对汞-雷氏盐乳浊体系的共振光散射光谱及其分析特性进行研究,与冷原子吸收法、冷原子荧光法、双硫腙分光光度法等相比,具有仪器简单、操作简便、快速、大多数离子不干扰等优点,且线性关系好,线性范围宽。     

基于非均匀有理B样条理论(NURBS)的电磁散射计算

非均匀有理B样条理论(NURBS)被广泛用于描述各类几何结构,它可以利用较少的信息来表示复杂的几何结构,大多数的计算机辅助几何设计都使用NURBS曲面进行建模.其中在利用NURBS区建模时.采用了渐近物理光学法(PO)简化电磁散射场,精确和快速的分析电磁散射特性,优化了计算效率和精度.利用PO法计算NURBS曲面在很大程度上消除了用平面元近似所造成的误差,同时还大大减小了曲面个数,也有利于计算量的减缩.     

上海市污水治理二期工程白龙港排放口潜没多孔排放污水近区稀释扩散效果研究

借助于水工模型试验,分析了上海市污水治理二期工程长江口潜没多孔排放时扩散器设计参数(射流角度、喷口水平方位角、喷口个数、喷口布置排数、喷口上加导流管、上升管间距)对污水近区稀释扩散效果的影响,实验结果表明扩散器设计参数对污水的近区稀释扩散有显著的影响,针对白龙港排放口水域,喷口射流角度宜控制污水排放在0°或5°左右,喷口个数取不多于16个,水深处分二排布置,水浅处单排布置.     

基于观测的大气气溶胶散射吸湿增长因子模型研究 ——以2006 CAREBeijing加强观测为例

在2006年北京加强观测期间,以颗粒物－液体转换采集系统(PILS)测量的气溶胶各可溶性离子组分的质量浓度、颗粒物分级采样器(MOUDI)测量的各可溶性离子组分及有机碳(OC)、碳黑(EC)的分级质量谱分布为基础,对离子组分的可能存在形态进行判断,计算了化学组分质量浓度及各化学物种的粒径数谱浓度;利用Mie模型及各化学物种的密度、折射率、吸湿粒径增长因子等参数计算得到外混、内混的粒子群在干燥状态、不同相对湿度下的散射系数,最终计算得到不同化学组分外混、内混状态下的散射吸湿增长因子;将模型模拟的气溶胶散射吸湿增长因子与观测得到的该因子进行对比,发现模拟值与观测值能够在一定误差范围内吻合,实现了该因子的闭合实验.     

上海市污水治理二期工程白龙港排放口潜没多孔排放污水近区稀释 …

借助于水工模型试验,分析了上海市污水治理二期工程长江口潜没多孔排放时扩散器设计参数(射流角度、喷口水平方位角、喷口个数、喷口布置排数、喷口上加导流管、上升管间距)对污水近区稀释扩散效果的影响,实验结果表明扩散器设计参数对污水的近区稀释扩散有显著的影响,针对白龙港排放口水域,喷口射流角度宜控制污水排放在0°或5°左右,喷口个数取不多于16个,水深处分二排布置,水浅处单排布置.     

Phaeocystis globosa核糖体大亚基(28SrDNA)的序列分析与分类学意义

对一株Phaeocystisglobosa的28SrDNA基因序列测定,共得到碱基大小为1795bp的两个序列片段,其中序列一的长度为970bp,序列二的长度为825bp。将Ph.globosa与Ph.antarctica和Prymnesiumpatelliferum同源序列进行对比,发现Ph.globosa与Ph.antarctica仅在序列二中有一个碱基插入/缺失,同源性为99.99%,而与Pr.patelliferum相比,有7处插入/缺失,碱基总变异率为6.13%;研究发现序列一中有一个比较明显的高度保守区和两个高变区;序列二中有两个比较明显的高变区、一个保守区和一个高度保守区。对28SrDNA基因RNA二级结构分析发现,DNA序列保守区在RNA二级结构上也非常保守,与DNA序列分析结果一致,都证明28SrDNA基因只适用于种以上水平的分类研究,不宜用于种间和种下水平的研究。     

利用黑碳仪获取北京市冬季气溶胶吸光系数的方法研究

黑碳仪是最常用的气溶胶吸光碳测试仪器,但其测得的吸光性能受到滤膜多重散射效应、颗粒物散射效应、颗粒物遮蔽效应的影响,只能算是b_ATN（光衰减系数）,而不是b_in-situ（原位吸光系数）.虽然已有学者提出几种将b_ATN转换为b_cor（校正后吸光系数）的算法,但多是基于实验室模拟或高海拔地区气溶胶而开展的,与我国城市的气溶胶在理化性质方面有明显差别.为探索我国城市气溶胶将b_ATN转换为b_cor的问题,于2016—2017年冬季在北京市城区使用黑碳仪及光声消光仪分别测量b_ATN和b_in-situ,在分析多种算法的基础上,提出了面向城市气溶胶的校正方法.结果显示:在我国北方城市（以北京市为例）,适应城市气溶胶的f值（遮蔽因子,为计算遮蔽校正系数的一个参数）为1.13,C（综合散射效应系数）为5.44;使用这些校正系数,将观测点由黑碳仪获取的b_ATN转换为b_cor.与光声消光仪测定的b_in-situ对比发现,无论是滤膜样点周期内还是长期观测时间内,b_cor与b_in-situ均呈一致性,其中,长期观测时间内二者的相关性表达为y=0.954x+0.829（r2为0.996）,证明了校正方法的有效性和可信性.研究显示,b_cor与b_in-situ整体相关性较高,并且获得了本地化的校正因子,实现了仅通过黑碳仪获取准确颗粒物吸光系数的目的.      

中国内陆流域地表水体光电化学特征研究

太阳辐射是自然界中最主要的能量来源.目前人们对自然界利用太阳能途径的认识主要集中于具有生物光采集系统(如叶绿体)的光合作用,而对于非生物光采集系统是否广泛存在于地表水体中仍不清楚.本研究通过测定全国范围内151个地表水样光生电子的能力,绘制了中国内陆流域地表水体光电化学特征图谱.通过利用XPS、XRD和EEM等手段表征水样悬浮态和溶解态物质组成,揭示了地表水体光电化学活性来源及其影响因素.结果显示,我国地表水体普遍存在光电化学活性.按生物质换算,我国地表水体光生电子每年可转化生物质当量约为1.4×10³～1.1×10⁴万t葡萄糖,相当于光合作用固碳总量的0.51%～4.02%.地表水体的光电流大小与光强和光敏物质浓度呈正相关,相关系数分别达到0.99和0.99.水体的光电化学活性主要来源于悬浮态物质,其贡献度大于60%,与含Ti或含S的半导体矿物丰度呈正相关;而溶解态物质贡献较小(<40%),其光电化学成分主要为溶解性有机质,并与腐殖酸类或富里酸类物质浓度呈正相关.本研究为自然界微生物光电能营养作用的发生提供线索,同时也为量化自然地表水...     

NAPLs污染物指进锋面形态的指间距离预测

选取4种不同性质的NAPLs(非水相流体)污染物,分别应用分形维数方法和毛细压力函数方法对NAPLs迁移过程中有效界面张力和指进过程中指间距离的大小进行预测,同时建立二维可视化砂箱模型,模拟污染物在多孔介质中的非稳态指进迁移过程,获得指进迁移形态影像75幅. 结果表明,与试验观测值比较,对于相同迁移过程中的指间距离,毛细压力函数方法预测误差绝对值介于1%~93%,分形维数方法预测误差绝对值介于2%~25%,分形维数方法的预测误差小于毛细压力函数方法. 毛细压力函数方法对指间距离的预测随着NAPLs密度的增加而增大,对DNAPLs(重非水相流体)的预测误差明显增加,更适用于预测密度与水的密度相差不大的物质;分形维数方法的预测值与观测值呈显著线性相关(R2=0.957),相比于传统毛细压力函数方法,分形维数方法对指间距离的预测更准确,更适合用来预测不同密度NAPLs污染物的指进距离参数.      

基于改进的PSO优化LSSVM参数的松花江哈尔滨段悬浮物的遥感反演

悬浮物是松花江水质和水环境评价的重要参数之一.利用在松花江哈尔滨段江面上29个采样点的实测高光谱和悬浮物浓度数据,用20个采样点数据为训练集,9个采样点数据为测试集.将机器学习和全局优化智能计算方法引入,应用改进的粒子群(PSO)优化最小二乘支持向量机(LSSVM)参数,以均方根误差RMSE为适应度函数,根据迭代得到LSSVM最优参数值,用700 nm和750 nm光谱反射率比值(R700/R750)为特征变量,悬浮物数据为目标变量,用训练集数据训练得到反演模型,使用测试集数据进行验证.结果表明,此模型收敛速度快,精度高,得到预测值的均方根误差RMSE为10.11 mg·L-1,平均绝对百分误差MAPE为10.72%,模型决定系数R2为0.952,该方法可用来对其它水质参数反演预测提供参照.     

山西地区气溶胶垂直分布特征与光学特性的飞机观测研究

利用2013年8月,以Y-12飞机为空中观测平台,搭载PCASP、SMPS、AMS、CCN200、TSI-3563型积分浊度仪和美国MAAP-5012型多角度吸收光度计等多种气溶胶观测仪器,首次对黄土高原大气气溶胶特性开展联合观测的资料,对大气气溶胶粒度,散射和颗粒吸收特性进行了分析,研究了区域气溶胶的空间分布及理化特征.结果表明黄土高原特殊地形区域气溶胶的微物理特性较稳定,但随探测时气象条件的变化,散射系数仍然出现波动;区域气溶胶中以细粒子为主;三个波长散射系数变化趋势非常一致,可以认为探测过程中气溶胶的微物理特性基本不变,而仅仅是浓度在改变;散射系数的变化趋势与体积浓度的变化趋势基本一致;其高值区与大气高湿区的正相关性比较明显;四次探测过程中小尺度粒径的气溶胶粒子为优势粒子;后向轨迹分析可知研究区域大部分气溶胶粒子都来源于高空,由蒙古、内蒙、甘肃、陕西等地远距离输送而来.     

晋陕蒙接壤区典型生态过渡带景观变化遥感研究

晋陕蒙接壤区是典型的生态过渡带,生态环境具有波动性、脆弱性和敏感性.笔者采用2个时期遥感影像作为基本信息源,在GIS的支持下,建立空间信息库,选取斑块大小、分维数、形状指数、景观破碎度和景观优势度等指标,对景观空间格局的动态变化进行了分析.同时利用马尔柯夫模型对该区的景观要素转换进行了模拟.结果显示,1988～2000年期间,该区的景观格局发生了显著变化,景观趋于破碎化.      

近50年南京雾霾的气候特征及影响因素分析

利用南京地区5个观测站点1962-2012年的雾日和霾日气象资料,对南京雾霾日数的年际及四季的分布和变化特征、雾霾相互转换的条件及气象要素对雾霾的影响进行了分析。结果表明:南京郊区的年均雾日比南京市区的年均雾日偏多,受地势及污染物等影响,各站有明显的差异。其中,江浦、溧水、高淳雾日数上升趋势明显,而六合、南京两站雾日数略有下降。南京市区的年均霾日是南京郊区的年均霾日的2.7倍,南京郊区和市区的霾日数在1962-2012年期间总体上呈上升趋势,且各站都在2012年达最高值。南京地区平均雾日数秋季最多,夏季最少;平均霾日数冬季最多,夏季最少。分析也表明,雾和霾往往相伴出现,而且可以相互转化,南京市区雾霾多出现在近地面风速较小、风向为东南东和湿度较大等气象条件下。     

黄东海大气气溶胶数浓度特征及影响因素研究

本文根据2022年4月10日至26日我国东部海域大气气溶胶及走航气象的观测数据,对黄东海海域大气气溶胶粒子数浓度的时空分布、粒径谱分布特征以及观测中发生的新粒子生成(NPF)事件进行了研究。结果表明,靠近陆地的江苏沿海地区海洋气溶胶总数浓度为150.79～313.14个/cm³,而远离陆地的远海海域气溶胶总数浓度仅为70个/cm³左右;数浓度谱总体呈双峰分布,靠近陆地的海区峰值更高,且温度、湿度均未与气溶胶数浓度呈线性相关性。通过计算可知,本次航测中NPF事件的生成速率(FR)为0.14～1.45/(cm³·s),生长速率(GR)为2.84～17.00 nm/h。与陆地NPF事件对比,本次海上观测到的核模态气溶胶粒子数浓度要低1～2个数量级,但生成速率和增长速率并无较大差异,因此,核模态气溶胶数浓度及新粒子生成速率并不是新粒子增长过程的主导因素。对观测过程中的一次NPF事件进行研究发现,相对于核模态气溶胶,积聚模态气溶胶数浓度的增加具有延后性。     

南京冬季雾霾过程中气溶胶粒子的微物理特征

2007年冬季南京雾外场试验获得了雾霾转换过程的大气气溶胶和雾滴尺度谱分布同步观测资料,根据能见度和含水量将雾霾过程划分为雾、轻雾、湿霾、霾4个不同阶段,进而分析了不同阶段粗、细气溶胶粒子的微物理特征.结果表明,4个阶段的主要发生顺序为霾←→轻雾—→湿霾—→雾—→湿霾—→轻雾←→霾,雾前湿霾阶段持续时间长于雾后.尺度2μm的粗粒子数浓度、表面积浓度和体积浓度在雾阶段均显著大于其他3个阶段,其中霾阶段浓度最低.雾滴表面积浓度和体积浓度尺度谱分布为双峰或多峰型,而轻雾、湿霾和霾阶段粗粒子谱均为单峰型.尺度0.010μm的细粒子表面积浓度谱形在雾和湿霾阶段、轻雾和霾阶段分别相似,雾和湿霾阶段数浓度占优势的尺度范围分别为0.04～0.13μm和0.02～0.14μm,轻雾及霾阶段数浓度优势粒子尺度范围均为0.02～0.06μm.从霾、轻雾、湿霾到雾的转换过程中,以0.060～0.090μm为界,小粒子减少,大粒子增多.雾霾演变过程中气溶胶粒子数浓度与均方根直径呈显著负相关关系,雾阶段气溶胶粒子数浓度最低、平均尺度最大.     

改进生态位理论用于水生态安全优先调控

引进模糊数学隶属度的概念,改进了传统的生态位理论,以漳卫南运河流域上、中、下游的3个典型城市(县)(潞城市、新乡县与德州市)为例,计算其在12个资源轴不同梯度上的隶属度、生态位宽度与生态位重叠,并基于此分析了水生态安全的优先调控区与优先调控指标. 结果表明:①潞城市、新乡县、德州市的平均生态位宽度分别为1.332、1.441、1.289,说明新乡县在12个资源轴上均具有较强的适应能力,而德州市的适应能力最弱;潞城市、新乡县、德州市的平均生态位重叠分别为2.097、2.285、2.318,说明德州市与其他2个典型城市(县)在资源利用上具有相似性,尤其是德州市与新乡县在资源利用上具有较高的相似性,可能存在潜在竞争. ②3个典型城市(县)均对森林覆盖率、万元GDP用水量、水资源开发利用率的改变具有较强的适应性;3个典型城市(县)在人均水资源量资源轴上的生态位重叠最大,并集中于一个较窄的梯度区间内,可能会引发潜在竞争. ③德州市是漳卫南运河流域未来水生态安全保障的优先区和水生态安全改善的优先调控区,而人均水资源量、人均GDP、产水模数、城市环境用水所占比例等4个指标均可作为未来水生态安全改善的调控指标,其中人均水资源量是优先调控指标.      

基于最佳范化能力的BP网络隐节点数反比关系式的环境预测模型

网络结构和样本集复杂性是影响BP网络泛化能力的两个最重要因素.对一个给定的训练样本集,为了构造一个与样本集复杂性相匹配的网络结构,使BP网络具有最佳泛化能力,在分析BP网络的泛化能力（用检测误差E₂表示）与网络结构和样本集复杂性之间关系的基础上,建立了含参数的BP网络检测误差E₂与网络隐节点数H、样本的因子数n、样本数N和样本集的复相关系数R之间的一般关系表达式,并提出了用于定量描述样本集复杂性的"广义"复相关系数R_n的新概念.借助于222个复杂函数的模拟仿真实验,应用免疫进化算法,对表达式中的参数进行优化,得到参数优化后的网络检测误差E₂的定量解析表达式;依据误差理论和灵敏度概念,对优化得到的最小检测误差E₂₀的表达式进行了可靠性论证.在此基础上导出了具有最佳泛化能力的BP网络隐节点数H₀与"广义"复相关系数R_n之间满足的H₀-R_n反比关系式.分别用满足H₀-R_n反比关系式的隐节点数和6个经验公式的隐节点数构造的BP网络用于100个模拟检测函数进行仿真实验,发现前者构造的BP网络具有最佳泛化能力（即最小检测误差）的函数个数达到76个,远远多于后者构造的BP网络具有最佳泛化能力的函数个数;还将二者构造的BP网络用于环境预测的7个具体实例,进行预测效果比较,结果表明,前者预测的相对误差绝对值的平均值和最大值小于或远小于后者的相应值.从而验证了由H₀-R_n反比关系式得出的BP网络隐节点数计算公式的可行性和实用性,为具有最佳泛化能力的BP网络的结构设计指出了新途径.     

利用小角度激光光散射研究阳离子有机高分子絮凝剂的絮体粒径和絮体结构

利用小角度激光光散射在线监测技术研究了不同阳离子有机高分子絮凝剂对带负电荷的高岭土颗粒体系的絮凝动力学和絮体结构.对于高电荷密度的聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDADMAC),由于分子量低其初始絮凝反应速度较慢,最终形成的絮体也较小.絮凝过程中,其絮体结构发生重组和排列,分形维数从1.83升高到2.09,所形成的絮体密实.对于低电荷密度的2种阳离子聚丙烯酰胺(CPAM),因其分子量大投药量高,絮凝反应速度较快;但其絮体的分形维数较小且在絮凝反应中基本保持不变,形成的絮体结构开放和松散.基于有机高分子对高岭土体系浊度和zeta电位的影响,结合絮凝动力学和絮体结构分析,结果表明,PDADMAC絮凝机理是电中和作用,而随着分子量的增加和电荷密度的降低,CPAM则主要通过吸附架桥作用产生絮凝.     

基于PMF的武汉市大气细颗粒物消光来源解析

利用武汉2020年7月(夏季)和10月(秋季)的在线观测数据,同时将颗粒物的光学参数和化学组分数据输入正定矩阵因子分解(PMF)源解析模型,对PM_2.5消光系数的源贡献进行定量解析.研究发现,对吸收系数贡献较大的源为机动车(66.3%)和工业源(14.2%),对散射系数贡献较大的源为以硝酸盐为主的二次无机盐Ⅰ(38.4%)和机动车(27.0%),光散射的源贡献率呈现出明显的季节变化,二次无机盐Ⅰ在夏季(14.6%)的贡献较秋季(47.4%)显著降低.消光系数源贡献方面,夏季机动车(37.2%)和以硫酸盐为主的二次无机盐Ⅱ(21.2%)对消光的贡献较大,而秋季主要的消光源为二次无机盐Ⅰ(44.7%)和机动车(26.7%).最后,还获取了几个重要源的波长吸收指数(AAE)值:机动车(0.96)、工业源(1.04)、扬尘(1.39)、生物质燃烧(2.24).