区域能源碳足迹计算模型比较研究——以湖北省为例

能源消费排放是最主要的碳排放来源,研究能源碳足迹重要理论和现实意义。如何准确计算和表征能源碳足迹的大小成为该研究领域的重要问题。在文献回顾的基础上,文章总结了3种目前应用较广泛的计算区域能源消费碳足迹的方法和模型,它们分别是碳汇法、净初级生产力改进模型和净生态系统生产力改进模型。分别介绍了其计算公式、输入参数和计算过程。以湖北省1998-2009年能源消费碳足迹的计算为例,分别用这几种方法计算了能源消费碳足迹的总量和人均碳足迹。得到的主要结论有：研究区域能源消费碳排放量增长较快,3种方法和模型计算得到的碳足迹总量和人均量从时间序列上看,整体变化趋势一致,碳足迹亦呈现快速增长。但3种模型计算出的碳足迹大小差异较大,碳汇法模型足迹最大,净生态系统生产力改进模型次之,净初级生产力改进模型结果最小,并且碳汇法的计算结果明显大于其他两种模型。计算结果差异的原因在于,传统碳汇法模型只考虑林地的碳吸收能力,忽略了区域其他用地类型的碳吸收能力。净初级生产力改进模型考虑了各种用地类型的吸收能力,但从生态系统来说忽略了异氧呼吸的碳释放,高估了区域的碳吸收能力。几种模型都运用了固定值或者平均统计量,未能考虑地域差异,同时未考虑各统计量随时间和气候等变化而变化的可能,存在一定的不合理性,这也是今后研究值得深人研究的方向。     

面向化学品风险预测的计算毒理学软件比较研究

化学品风险评价是进行化学品环境管理和污染防治的前提,其关键在于化学品环境暴露和危害性数据的获取。仅采用实验测试获取相关数据的效率较低、成本高,难以满足数以万计的化学品风险评价的需求。以定量构效关系(QSAR)模型为代表的计算毒理学技术,可实现化学品环境暴露与危害性参数的高通量预测,是填补相关数据缺失的重要方法。近年来,计算毒理学领域发展了一批面向化学品环境暴露和危害性参数预测的软件工具,集成了数据和模型资源,在化学品管理活动中发挥了重要作用。本研究共搜集了国内外25款计算毒理学软件,通过文献资料调研和软件试用,从开发背景、预测终点、预测方法、功能与信息完整度和内嵌模型预测性能等方面对软件进行分析比较。分析表明,化学品管理法规支持、多方合作和数据共享,是计算毒理学软件开发的重要基础条件。现有计算毒理学软件在预测终点覆盖度、预测结果可靠性、软件实用性和可拓展性方面仍有提升空间。未来相关软件的开发需要结合深度学习等先进建模技术,增强软件的预测性能并扩大其应用范围,使之成为化学品风险综合评价和决策分析的实用工具。     

有机化合物生物富集因子的计算机预测研究

有机化合物在生物体内的富集,通常用生物富集因子(bioconcentration factor,简称BCF)来表达,这是化合物生态环境毒性评估的重要指标。为合理预测有机化合物是否易于生物富集,首先从美国环保局网站收集了624个具有不同BCF值的化合物,然后采用7种分子指纹结合5种机器学习方法(包括支持向量机、C4.5决策树、k最近邻法、随机森林法和朴素贝叶斯法),构建了化合物BCF的分类预测模型,所有模型均采用独立外部验证集进行验证。其中,使用Chemo Typer分子指纹结合支持向量机方法得到的二分类模型,整体预测准确度最好,达到了85.4%。通过采用信息增益、频率分析等方法,进一步确定了化合物中易于引起生物富集的关键子结构,包括芳基氯、二芳基醚、氯代烷烃等。研究中所用到的方法为有毒化学品的生态风险评价提供了良好可靠的预测工具。     

用改进的灰色识别法评价地表水环境质量——以北京石景山区莲花河新开渠为案例

简要论述了利用改进的灰色识别法评价地表水环境质量的计算原理、方法和步骤。改进的灰色识别法以灰色关联法为基础,针对运用灰色关联法对水环境质量进行评价中存在的问题,引入关联离散度和隶属度算法加以改进,并将水环境质量标准等级与相应的隶属度加权平均求得精确水质类别,进一步提高了分辨率和实用性。以北京市石景山区莲花河新开渠为案例,对地表水环境质量进行评价,确定其水质等级以及变化趋势,为水环境保护规划提供科学依据。结果表明:改进的灰色识别法可比性强,分辨率高,具有较高的实用价值。     

基于PLUS模型和InVEST模型的西双版纳碳储量变化研究

为了探究西双版纳州2000—2030年不同土地覆被类型变化特征及其对碳储量的影响,提升区域碳储量的估算精度和准确度,采用PLUS模型和InVEST模型相结合的方法,分别预测了2030年不同情景下西双版纳的土地覆被情况以及不同土地类型下的碳储量的变化。结果显示：(1) PLUS模型在西双版纳的预测结果比较理想,2000年模拟2010年、2010年模拟2020年的Kappa系数分别为0.80、0.81。(2) 2000—2020年,林地、草地、灌木地在逐渐减少,建设用地在不断扩张,20年间城镇用地增加了172.37 km²,至2030年,建设用地进一步扩张,面积达到了381.18 km²,林地和草地转移成一部分转换成耕地,另一部分转换成建设用地。(3) InVEST模型计算出来的2000—2030年西双版纳碳储量总体呈下降趋势,空间上存在着呈块状和条状交错分布的特点。2000年、2010年、2020年西双版纳州的碳储量分别为4.94×10⁷t、4.82×10⁷t、4.76×10⁷t...     

基于粒子群优化的GRU广东省跨境断面水质预测模型研究

水质预测是跨界断面环境风险分析的重要方法,对水质监控和水源保护具有重要作用。GRU是水质预测的常规模型,但广东跨界断面众多、水质数据变化较大,不同断面不同时间段的GRU水质预测需要对超参数进行多次训练调整,以保证模型获得较高的精度。为快速简便地实现GRU模型的迁移使用,提出了PSO-GRU水质预测模型,引入粒子群优化算法,对GRU的超参数进行优化,减少了超参数设置的经验性和随机性,提高模型预测精度。构建PSO-GRU水质预测模型的步骤主要为,1)分析水质特征,确定滑动窗口,构建数据集(训练集、验证集、测试集);2)设置PSO-GRU的相关参数的初始值,通过计算PSO的适应度值来获得新的GRU超参数,经过迭代,追踪超参数局部最优解和全局最优解,最终得到全局最优超参数;3)将最优超参数构建GRU模型进行水质预测。将PSO-GRU用于8个跨境断面水质预测,并与LSTM、GRU模型进行对比,结果表明,1)PSO-GRU模型拥有较好的泛化性,能够在8个跨境断面水质预测中迁移使用,并取得较好的预测结果,达到应用要求。2)LSTM、GRU超参数的设置需要经过多次试验,且难以获得超参数的全局最优值,P...     

基于净初级生产力的生态足迹模型及其与传统模型的对比分析

生态足迹模型因其可以定量度量生态可持续发展、计算简单、结论易懂、全球可比等特点,提出之后得到了大量的关注和应用,同时也面临着一些质疑和争论。文章介绍了一种基于净初级生产力的生态足迹理论和计算方法,并以该方法和传统生态足迹模型分别计算了中国1961-2007年的生态足迹,对计算结果进行了对比分析。结果表明,两种生态足迹模型的计算结果具有较高的相关性,表明基于净初级生产力的生态足迹模型结果可信。该种方法能够克服传统生态足迹模型的部分缺陷,在均衡因子选取、土地生态功能假设、CO2吸收等方面有了较大改进,能够较好地反映不同生态系统在生产力上的差异;在时间序列分析方面也更加合理。但该方法本身同时存在着计算方法不完善、对生态系统变化不敏感等问题,如何更紧密地结合生态足迹和净初级生产力是需要进一步研究的内容。     

多环芳烃光解活性的量子化学研究

应用量子化学从头算HF／6-311 G(d)和B3LYP／6-311 G(d)方法计算了16种PAHs的多种量子化学参数,选取六种参数为分子结构的描述符,采用最小二乘法对16种PAHs的光解半衰期进行逐步多元线性回归分析,得到两个PAHs光解半衰期的QSAR模型,模型具有较高的相关系数,可有效地用于预测PAHs的光解半衰期,结果表明,HF方法所得模型优于B3LYP方法所得的模型,所得模型与基于半经验PM3算法的QSAR模型相比较,HF从头算方法所建立的QSAR模型比半经验PM3算法的结果要好,在所考查的诸多参数中,分子最高占有轨道特征值EHOMO对PAHs光解半衰期起着决定作用,最后,运用所得模型预测了3种PAHs的光解半衰期。     

预测沉积物-水微宇宙系统中化学品浓度变化的多介质模型

沉积物-水微宇宙系统是经济合作发展组织(Organisation for Economic Co-Operation and Development,OECD)颁布的化学品测试准则中推荐的试验系统之一,可用来测试化学品对底栖生物的慢性毒性。为了在试验前对化学品的浓度变化进行预测,进而确定试验方法,以摇蚊慢性毒性试验系统为例,采用环境多介质模型的建模方法,构建了一种可通过化学品理化性质和试验系统参数,对化学品在沉积物-水试验系统中浓度变化进行预测的模型。结合试验数据和文献资料,给出了模型中试验系统参数的推荐取值,并使用Matlab软件中的Simulink工具对模型进行编程和求解。以此模型为基础,给出了模型在3个方面的应用,即预测蓄积时间、预测平衡时间以及拟合试验数据。对80种已有或假想化学品的蓄积时间和平衡时间进行了计算,得出的范围分别为1~204 d和1~73 d。此外,适当修改模型结构和模型参数,也可将其应用于其他暴露场景中。但使用模型对化学品浓度进行预测时发现,模型仅对沉积物中化学品浓度的预测结果较为准确,而对水中化学品浓度的预测结果与实测值相差1~2个数量级。模型对浓度的预测精度未来仍需进一步提高。上述研究结果完善了沉积物-水微宇宙系统试验方法。     

城乡建设用地景观格局多尺度差异

以郑州市域内1989、2000和2009年的典型城市与农村样地（25 km×25 km）为例,应用空间自相关、半方差、以及九项轨迹方差分析方法,对城市与农村建设用地景观多尺度上的空间格局特征与动态差异进行研究,结果表明,（1）城市建设用地景观聚集强度较高,斑块规模较大,而农村建设用地景观在大部分尺度上呈随机或均匀分布,斑块规模较小。（2）随着尺度的增加,城市及农村建设用地景观分布状态都由聚集向均匀过渡,但前者过渡较为平缓,而后者在小尺度范围（0~2km）变化速度较快,在较大尺度（3~16 km）上其分布状态的波动较小。（3）1989-2009年,城市与农村建设用地景观动态特征有较大差异,并表现出尺度依赖性。城市较小尺度上（0~4 km）建设用地景观的分布状态表现出聚集-分散的趋势,在较大尺度上（8~14 km）表现出分散-聚集的变化趋势。农村小尺度上（0~4 km）建设用地景观的分布状态也表现出聚集-分散的趋势,但大尺度（4~16 km）上状态变化很小且没有规律。     

两种氧化塘数学模式的研究

本文对完全混合流模式的修正式和类Michaelis-Menton方程模式两种氧化塘数学模式进行了研究。研究结果表明,这两种模式在模型好氧塘中有很好的适用性;这两种模式中的参数的讨论对于认识有机污染物在氧化塘中的降解及其微生物与污染物的相互作用有一定意义。     

A note on density dependence in population models

One of the most studied phenomena in ecology is density dependent regulation. The model most frequently used to study this behaviour is the theta-logistic model. However, disagreement has developed within the ecology community pertaining to the interpretation of this model’s parameters, and thus as to appropriate values for the parameters to assume. In particular, the parameter θ$\theta$ has been allowed to take negative values, resulting in the ‘growth rate parameter’ estimated to be negative for species which are extant and exhibit no signs of becoming extinct in the short-term. Here we explain this phenomenon by formulating the theta-logistic model in the manner in which the original logistic model was formulated by Verhulst (1838), in doing so providing a simple interpretation of model parameters and thus restrictions on values the parameters may assume. We conclude that θ$\theta$ should (almost always) be restricted to values greater than −1$-1$. This has implications for studies assessing the form of density dependence from data. Additionally, another model appearing in the literature is presented which provides a more flexible model of density dependence at the expense of only one additional parameter.     

城市水资源合理利用分析与水资源承载力研究—以本溪市为例

本文以辽宁省重工业城市本溪市为例，运用指数评价模型，进行城市工业用水变化情况分析；同时采用系统动力学模型，预测城市水资源系统发展趋势。在此基础上，探讨水资源承载力的定量表示，提出可比较的区域不同策略的水资源承载力，从而为制定水资源的经济发展决策提供理论依据。     

持久性有机污染物环境多介质空间分异模型研究进展

环境多介质空间分异模型能够对持久性有机污染物(POPs)在环境多个介质中空间尺度上的迁移转化和分配过程进行准确、细致和接近真实的描述,是进行POPs的环境多介质归趋模拟和环境风险评价的重要工具.将环境多介质空间分异模型分为环境多介质质量平衡空间区划模型和大气化学传输模型,对目前几种常用的环境多介质空间分异模型GLOBO...     

轨迹烟流模式计算方法

集合了高斯烟流模式和烟团模式的优点,提出一个新的模型———轨迹烟流模式,既保留了烟流模式计算简单,计算结果连续的特点,又可以根据当时风场,确定不同的烟流轨迹,模拟烟团的弯曲、折回和重叠运动,分段进行计算,提高了计算的准确性扩大了模式应用范围。     

农用地土壤重金属生态安全阈值确定方法的研究进展

农用地土壤重金属生态安全阈值作为农用地土壤环境质量基准制定的重要依据,近年来随着多学科的共同发展,农用地土壤重金属生态安全阈值的确定方法变得越来越完善,但目前对其的研究综述却鲜见报道。因此,文章综述了农用地土壤重金属生态安全阈值的确定方法,详细阐述了点模型、概率模型以及经验模型中的代表方法在确定农用地土壤重金属生态安全阈值方面的概念、原理、发展及应用,并深入探讨了各方法的适用情况和优缺点,系统分析了各方法在确定农用地土壤重金属生态安全阈值时的不确定性及影响因素,最后在前人的研究基础上提出了今后的主要发展方向,以期为我国农用地土壤环境质量标准的完善与细化及农用地土壤其他污染物生态安全阈值的确定提供参考依据。     

土地资源对珠三角地区人口增长的约束分析

改革开放以来，随着经济高速发展，大量外来人口涌入珠三角地区。1979─2012年间，珠三角地区的常住人口从1797.42万人增至5681.70万人。大规模的人口增长使得珠三角地区的资源供给压力增大，特别是土地资源。2010年珠三角地区已开发的建设用地面积为8867 km2，其中深圳、东莞等城市的建设用地规模已经接近其土地资源的适宜开发上限，土地资源对人口增长的约束作用也日趋显著。为了评判珠三角地区土地资源压力对人口增长的影响，利用Malthus模型和Logistic模型分别对该地区9个城市的人口变化进行拟合，结果表明，2组模型对2000年前各城市的人口变化均有较高的拟合精度且拟合结果与实际情况较为相近，主要是由于该地区早期发展阶段的资源压力对人口增长的约束作用较小。2000年以后不同城市的Logistic模型与Malthus模型对人口变化预测呈现出不同的趋势，主要与各城市的土地资源压力密切相关。根据2组模型模拟结果的差异和土地资源的压力，将9个城市分为3组。其中深圳、东莞为第一组，这2个城市的人口增速最快、土地资源压力最大，相应的Malthus模型的估计值分别在2003年、2005年超过了实际人口，且其后估计值与实际值的差距逐渐增大。依据Malthus模型2020年深圳、东莞的人口预测值分别为6469.58万人、2386.81万人，这大大超过了这2个城市的资源环境承载极限。这一结果说明在深圳、东莞的人口高速增长已经不可持续，Malthus模型已不能反映其未来人口的变化趋势。第二组包括广州、佛山、珠海和中山4个城市。这组城市的人口增速相对缓慢，Malthus模型的估计值与实际人口较为接近，但2010年以来这4个城市人口的增长呈放缓趋势，Malthus模型估计值逐渐偏大。第三组城市包括人口增速最慢的江门、惠州和肇庆3个城市。这组城市的人口?     

Including model uncertainty in estimating variances in multiple capture studies

We present bootstrap-based methods which incorporate model uncertainty in estimating variances in multiple capture studies. Each of our three methods has a specific set of properties, and we discuss when each method should be used. Our first method can be used in any multiple capture setting, but it gives an estimate of the variance conditional on the number of observed animals. Our other two methods yield estimates of the unconditional variance; they require good estimates of part or all of the specific probability model, respectively. Smoothed estimated cell probabilities are utilized by the latter method. We contrast the three methods on a real-life data set, and then conduct simulations for a simple setting. Finally, we detail the use of our methodology for specific settings and discuss adaptations for tag-return studies.