2014年1月北京市大气重污染过程单颗粒物特征分析

利用在线单颗粒物气溶胶质谱仪(SPAMS)对2014年1月北京市典型大气重污染过程进行了连续监测,分析了具有正负离子质谱信息的颗粒物共2248225个.同时,利用ART-2a神经网络分类方法并结合Matlab统计分析,将具有质谱信息的颗粒物归为10类,分别为:矿尘类颗粒物(Dust)、元素碳颗粒物(EC)、有机碳颗粒物(OC)、元素碳和有机碳混合颗粒物(ECOC)、钠钾颗粒物(NaK)、富钾颗粒物(K)、含氮有机物(KCN)、高分子有机物(MOC,Macromolecular OC)、多环芳烃类颗粒物(PAHs)和重金属类颗粒物(Metal).结合PM_2.5质量浓度数据和HYSPLIT 4.0后向轨迹模型结果,将观测时间段划分为3个典型污染过程和1个清洁过程.结果显示,重污染期间OC、MOC和PAHs为最主要的颗粒物类型.最后,本文还比对分析了污染过程和清洁期间颗粒物的混合状态,结果表明,污染过程中硫酸盐和硝酸盐较清洁期间更容易与碳质颗粒物结合.     

上海典型持续性PM2.5重度污染的数值模拟

本研究针对2013年1月23~24日的上海PM_(2.5)持续重污染过程,采用WRF-Chem大气化学模式以及PM_(2.5)质量浓度、能见度、气象要素等地面实测资料相结合的方式,揭示了造成上海冬季PM_(2.5)持续性重污染的一类"天气学必要成因",即一次弱冷空气活动过程导致了两种不利污染天气条件——"弱气压场(静稳形势)"和"弱冷空气扩散(输送形势)",两者先后影响上海造成PM_(2.5)浓度持续上升.主要过程如下:首先弱冷空气影响之前,上海处在不利的局地气象扩散条件下,受弱气压场控制10 h后本地PM_(2.5)质量浓度达到重度污染水平,之后夜间稳定边界层(地面静风和低层逆温)使得PM_(2.5)重度污染维持了7h,期间PM_(2.5)平均质量浓度为172.4μg·m~(-3).后期弱冷空气影响上海,虽然改善了局地扩散条件但是同时产生了明显的周边污染物输送,使得本地PM_(2.5)质量浓度升高并达到峰值(280μg·m~(-3)),继续加重污染水平,期间PM_(2.5)平均质量浓度为213.6μg·m~(-3).WRF-Chem模拟结果进一步表明,整个污染过程周边区域输送对上海PM_(2.5)平均贡献率为23%,其中两个阶段周边区域输送的平均贡献率分别为17.2%和32.2%,可见在不同的污染天气条件下周边污染源的贡献存在显著差异,因此可以根据对污染天气类型的预判制定应急减排方案.     

改性Ti/SnO2-Sb电极催化降解1,4-二氯苯废水试验研究

采用聚合物前驱体法制备了未掺杂、掺杂Cu、掺杂Bi、掺杂Ni的4种Ti/Sn O2-Sb电极,运用SEM和XRD分析电极表面形貌及结构,通过线性极化扫描、循环伏安等测试考察其电化学性能,同时进行1,4二氯苯(p-DCB)降解实验进一步探究电极的电催化氧化特性.SEM和XRD结果表明,掺杂金属可改善电极表面形貌,增大其比表面积;电化学测试表明,Ti/Sn O2-Sb电极的析氧电位并未因金属掺杂而有明显改变,掺杂金属后,Ti/Sn O2-Sb电极具有更优的电催化活性和稳定性.p-DCB降解实验表明,改性Ti/Sn O2-Sb电极对p-DCB的降解效率明显提高,其中Ti/Sn O2-Sb-Cu电极的电催化处理效果最优,电解2 h后p-DCB的去除率即达到87.6%,且p-DCB的降解反应遵循一级反应动力学规律.     

基于生命周期评价的风力发电机碳足迹分析

本文以我国市场占用率最高的2 MW双馈式风力发电机为研究对象,采用生命周期评价(LCA)方法,核算其全生命周期过程的碳足迹和总能量需求,分析风力发电机不同生命周期阶段的环境影响,识别其减碳潜力.研究结果表明,风力发电机生产阶段、运输阶段、运行阶段和废弃处理处置阶段的碳足迹(以CO2-eq计,下同)分别为1701 t、61 t、255 t和-325 t;各生命周期阶段的总能量需求分别为10413 GJ、701 GJ、1561.95 GJ和-1081 GJ.风力发电机的碳足迹和总能量需求主要来源于生产阶段,废弃处理处置阶段材料的回收利用有效的降低了生命周期的碳足迹和总能量需求.生产阶段的碳足迹和总能量需求分别占全生命周期碳足迹和总能量需求的101%和90%;废弃处置阶段对碳足迹和总能量需求的贡献为-19%和-10%.每1k Wh风力发电的碳足迹和总能量需求分别为20.7 g和0.14 MJ,风力发电机的能量回收期为0.79年.敏感性分析表明,风力发电机的质量和废弃处置阶段的金属回收率都是风力发电机总能量需求和碳足迹的影响因素.     

西北东南部夏季旱涝急转异常分析及预测研究

利用NCAR/NCEP月平均再分析资料、中国气象局国家气象信息中心提供的中国西北东部地区(陕西、甘肃、青海、宁夏及内蒙古西部地区)1961—2012 年夏季(5—8 月)156 个台站逐日降水量以及国家气候中心提供的74 个环流指数,通过定义夏季旱涝急转指数,对西北东南部夏季旱涝急转事件的环流特征进行分析,并建立了预测模型,结果表明:近50 a 来西北东南部夏季旱涝急转现象年际差异较小,相比较而言,1992 年之前旱涝急转事件频发,而之后少发。在旱转涝年的旱期北极极涡偏东偏弱,乌拉尔山脊偏强,东亚大槽偏西偏深,另外中高纬西风带偏强,阻止了冷空气南下,也没有异常的水汽输送,在垂直场上主要表现为下沉运动,因此降水偏少。而涝期乌拉尔山阻高偏强,蒙古低压加深,西太平洋副热带高压偏西偏强,西北东南部正好位于西太平洋副热带高压西侧和蒙古低压底部,有充足的西南暖湿气流,另外中高纬度西风带偏弱,有利于冷空气南下,而且西太平洋有异常的水汽输送带,能到达西北东南部,在垂直场上主要表现为上升运动,因此降水偏多;涝转旱年正好相反。另外,利用前期大气环流指数对旱涝急转指数建立的集合预报模型具有一定的预测能力,从而为西北东南部夏季旱涝急转现象的短期气候预测提供参考依据。     

基于光谱分析的生物结皮提取研究——以毛乌素沙地为例

利用典型地物高光谱数据和TM遥感影像,对毛乌素沙地处于旺盛生长期(7-9 月)的由苔藓结皮主导的生物结皮进行了提取研究.结果表明:① 苔藓结皮在生长期具有与绿色植物相似的光谱曲线变化趋势;红边参数显示,二者除红边位置非常接近外,红边振幅、红边宽度和红边面积差异均较大;在近红外区域,苔藓结皮比绿色植物的反射率低很多;苔藓结皮无明显的553 nm反射峰;低盖度苔藓结皮(33%)、藻类结皮和植被枯落物在整个波段光谱曲线比较接近,与裸沙相比,三者反射率均较低.② 基于TM影像,用生物结皮指数(BSCI)、归一化植被指数(NDVI)、监督分类和坡度分级相结合的方法提取生物结皮,发现苔藓结皮的像元面积为0.72×10⁴ km²,占研究区总面积的6.43%.     

基于ERA-Interim资料分析青藏高原“湿池”变化特征

论文利用ERA-Interim(0.5°×0.5°,简称ERA)、NCEP/NCAR2(2.5°×2.5°,简称NCEP2)两种不同分辨率的再分析资料和探空观测资料,首先分析了夏季(7月)和冬季(1月)青藏高原(以下简称高原)上大气水汽含量大值区(简称"湿池")的区域分布特征,然后基于ERA资料分析了1979—2012年间高原"湿池"的一些变化特征,发现了一些新的事实。主要结果包括:在对流层中上层,高原上无论夏、冬季都有大气水汽含量的高值中心——高原"湿池"存在。夏季7月高原"湿池"强度最强,ERA资料除了在高原南部有自西到东的连续高湿中心带外,在高原西北部还有一个高湿中心;NCEP2资料仅在高原东南部和西南部有两个高湿中心。冬季1月,两种资料均只在高原东南部有高湿中心。总体上,ERA资料与探空观测资料的高湿中心区更为接近。7月,高原南部高湿中心在1990年代中期(1994—1996年)之后持续偏强,西北部中心强度有弱—强—弱—强交替变化特征;1月,高湿中心在1980年代末期开始持续偏强。高原南部高湿中心带在7月几乎是一个连续的区域,1996年以后这一特征更为明显,在1月则是分为东西两段的高湿中心带。     

城市河流截污与人工湿地净化实例

针对受上游村庄、城镇、农田等点源、面源污染的城市河道,采用截污与人工湿地净化协同的处理方法改善水质。其中截污环节根据地形与开发时序,合理设置截污分区,设计了配套所需的截污设施;湿地净化环节合理利用自然地形采用多级潜流人工湿地与阶梯多级表面流湿地复合的湿地水净化系统,并选取合适的湿地植物,保障人工湿地正常代谢。设计截污能力为1.02×10⁴ m³/d,人工湿地处理能力为3.5×10⁴ m³/d,人工湿地面积45 ha。经过截污与人工湿地净化协同作用,可基本实现水质净化目标,使其达到河道的景观水质标准要求,不仅有效保障处理水质更可营造城市水景,通过充分发挥河流与湿地生态服务功能,可改善研究区所在地生态环境。     

Mn对超富集植物短毛蓼和水蓼生长、Mn吸收及氮素代谢的影响

采用水培的方法,研究了不同浓度Mn(0.0003、0.5、1、2、4、8 mmol · L^-1)对Mn超富集植物短毛蓼(Polygonum pubescens Blume)和水蓼(Polygonum hydropiper L.)叶片铵态氮、硝态氮、游离脯氨酸、可溶性蛋白质含量及氮素代谢关键酶:硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸合酶(GOGAT)和谷氨酸脱氢酶(GDH)活性的影响.结果表明,随着Mn处理浓度的增加,短毛蓼和水蓼的根、茎、叶中Mn含量显著增加(p<0.05),在相同Mn处理浓度下短毛蓼中Mn含量均大于同部位水蓼中Mn含量.在Mn处理浓度小于1 mmol · L^-1时,Mn对短毛蓼的株高、株重影响不显著,但对水蓼的影响显著(p<0.05),表明短毛蓼比水蓼更耐Mn污染.Mn处理显著降低了短毛蓼硝态氮含量(p<0.05),提高了可溶性蛋白质含量,浓度为8 mmol · L^-1的Mn处理显著提高了水蓼硝态氮、铵态氮、可溶性蛋白质含量及短毛蓼、水蓼游离脯氨酸含量(p<0.05).Mn引起了短毛蓼和水蓼氮素代谢关键酶活性的变化,显著降低了水蓼叶片NR、短毛蓼叶片GS活性(p<0.05);在Mn处理浓度为1 mmol · L^-1时,短毛蓼叶片NR活性最高,为对照的1.91倍,而2、4、8 mmol · L^-1 Mn处理显著降低了短毛蓼和水蓼GOGAT活性(p<0.05).另外,Mn处理显著提高了短毛蓼和水蓼叶片GDH活性(p<0.05),在Mn处理浓度为8 mmol · L^-1时,短毛蓼、水蓼叶片GDH活性分别为对照的16.29倍和1.29倍.     

十六烷基三甲基氯化铵与荧蒽对小球藻的联合毒性及其作用机制

以普通小球藻(Chlorella vulgaris)为受试生物,采用批量培养方法研究了阳离子表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)与多环芳烃荧蒽(Flu)的联合毒性及其作用机制.结果表明,当CTAC初始浓度固定为100μg/L时,随Flu浓度的升高(0~100.84μg/L), CTAC与Flu的联合毒性由协同效应(0~22.50μg/L)转为拮抗效应(22.50~100.84μg/L).当Flu浓度为1.13μg/L时,协同效应达到最大(RI＝2.01),与对照组相比,生物量抑制率从37.5%增加至80.9%;对氮和铁单位吸收量分别从0.27mg和9.18μg降至0.09mg和2.14μg;藻细胞Zeta电位从-10.0mV提高至-8.3mV;叶绿素a和可溶性蛋白质含量分别从5.00mg/L和80.65μg/mg降为2.57mg/L和50.36μg/mg.根据实验结果分析, CTAC与Flu复合污染体系提高了藻细胞Zeta电位,抑制了小球藻对氮和铁的吸收,降低了藻细胞体内叶绿素和蛋白质的含量.