Simulating PM concentration during a winter episode in a subtropical valley: Sensitivity simulations and evaluation methods

We investigated a two-week episode with high PM concentrations in California Central Valley during the Christmas–New Year of 2000–2001 using a modeling system that consists of a computationally efficient, 3-D photochemical–microphysical transport model, a mesoscale meteorological model, emission models, and an evaluation package. One hundred simulations were conducted with fine resolutions and observational constraints, to reproduce spatial and temporal features of observed PM concentrations and to understand the formation mechanism of the episode. Simulated PM concentrations consist of secondary inorganic components, mainly ammonium nitrate, and total carbon in areas with elevated concentrations in the accumulation mode, and consist of mainly dust and sea salt in the coarse mode. Simulated oxidants and nitrate were significantly elevated over the valley, and the latter showed much less amplitude than the former. Simulated PM concentrations were evaluated with observations systematically with spatially and temporally paired method, a more restrictive multivariate method (NMFROC), and a more flexible “gradient evaluation” method. The paired evaluation shows that high correlation coefficient (R = ～0.8) and low fractional error (FE = ～0.1) could be achieved at stations with elevated 24-h concentration of PM in the accumulation mode in some simulations. The NMFROC method was used to extract useful information from seemingly failed simulations. A “gradient evaluation” method is introduced here to extract additional information from simulations. We found that emission reductions of NO_x and AVOC showed similar effects on percentage basis in different areas, and both are more effective than reducing NH₃ for abating elevated concentrations of accumulation mode PM in California Central Valley during the winter episode.     

喷水灭火过程中足尺钢框架房屋温度场试验研究∗

喷水灭火行为引起的火场局部温度骤降,有可能引起房屋结构破坏。为研究火灾及消防过程中温度场的分布和变化情况,设计建造了足尺钢框架房屋,根据实际火灾及消防场景设计火灾荷载和消防系统,模拟了真实火灾下窗户玻璃破碎和喷水灭火对火灾温度场的影响。试验过程中利用热电偶测量火灾及消防全过程的火场温度,得到了火场中不同位置的温度变化曲线。根据试验结果,并结合火灾动力学分析了火场温度的空间分布和变化规律。研究表明:火灾过程中,火场在垂直方向上存在明显的温度梯度,空气温度随高度增加而升高;框架平面沿水平方向越靠近起火点,升温速率越快,能达到的最高温度越高,垂直方向温度梯度越大;玻璃破碎增大了通风口面积,对通风控制型火灾的温度场有显著影响,靠近通风口处温度略有降低,而远离通风口的火场纵深处温度大幅上升;消防喷水能迅速抑制火场燃烧,降低火场温度,降温速率随喷水灭火时间增长而减小;开始灭火的短时间内,火源附近温度骤降,降温速率最高达到391℃/min。     

基于高光谱遥感的沿海河口无机氮浓度空间分布特征解译

利用39组样本的野外实测光谱结合Hyperion影像资料,建立了高悬沙含量沿海河口可溶性无机氮(dissolved inorganic nitrogen,DIN)的高光谱定量遥感解译模型,实现DIN浓度空间分布规律的遥感反演及动态监测.研究发现,当悬沙浓度0.1kg/m3时,DIN浓度与悬沙含量之间呈显著的倒数相关关系,相关系数R2为0.617.据此首先将重采样处理后的野外实测光谱与同步DIN浓度数据进行统计相关分析,筛选出2个对DIN浓度变化敏感的波段,中心波长分别为630nm和804nm;然后利用波段反射率R804和R630计算出仿泥沙遥感参数因子R804×R630/(R804-R630),建立其与实测DIN浓度的非线性遥感模型,29组建模样本和10组检验样本的相关系数R2分别为0.746和0.67,DIN浓度平均绝对误差分别为109.07μg/L和147.58μg/L.将该非线性遥感模型应用于Hyperion影像,获得了射阳河口DIN浓度的空间分布特征,DIN浓度的变化范围为52～513μg/L.可以看出,在以悬沙为主要悬浮物的沿海河口,遥感解译得到的DIN浓度扩散趋势与潮流的运动以及悬沙的运移规律密切相关.因此,在无需了解水动力状况的条件下,高光谱遥感是对DIN浓度进行动态监测的有效手段.     

南京8个湖泊超微真核浮游生物遗传多样性的研究

用末端限制性片段长度多态性(terminal restriction fragment length poly morphism,T-RFLP)方法对南京市区8个不同营养水平湖泊的沿岸带和敞水带超微真核浮游生物(0.2～5.0μm)遗传多样性进行了研究,目的是了解不同营养水平湖泊超微真核浮游生物遗传多样性的差异以及影响这种差异的主要因子.T-RFLP结果表明,不同湖泊超微真核浮游生物的T-RFLP指纹图谱存在明显差异,沿岸带和敞水带末端限制性片段T-RFs平均值分别为16.4和15.9,其中营养水平中等的南湖沿岸带T-RFs最多(30个),营养水平较低的百家湖敞水带T-RFs最少(10个),除琵琶湖和莫愁湖外,沿岸带的超微真核浮游生物遗传多样性均比敞水带高.聚类分析表明,除百家湖、前湖、南湖外,其他湖泊沿岸带和敞水带的相似度都比较高.超微真核浮游生物遗传多样性与环境因子的典型对应分析(canonical correspondence analysis,CCA)表明,叶绿素a浓度与超微真核浮游生物群落结构和多样性显著相关(p=0.004).本研究表明,超微真核浮游生物遗传多样性受湖泊营养水平的影响,而且在敞水带和沿岸带存在差异.     

不同磷肥对水稻铅积累的影响及其机理

采用盆栽实验,研究外源添加过磷酸钙(SSP)、磷酸二铵(DAP)对于铅胁迫下水稻的生长、铅吸收和铅分布的影响.结果表明:在铅胁迫下,水稻根、茎叶、籽粒的生物量随着两种磷肥浓度的增大而增大,以施加DAP的水稻茎和叶生物量增幅最大,分别增加13.77%和44.17%.水稻体内铅大部分分布在细胞壁中,并随铅浓度的增加,两种磷肥提高了细胞壁对铅的固定能力,有效抑制了水稻对Pb的吸收,Pb在水稻体内的分布表现为根茎叶籽粒,其中SSP的效果大于DAP,施加SSP有效地降低了水稻籽粒Pb的含量.     

纳米零价铁及其双金属体系对菲的降解研究

以实验室合成的纳米零价铁(n ZVI)及其双金属(n ZVI/Cu和n ZVI/Ni)为反应材料,对菲(Phenanthrene)的去除进行研究.表征结果表明:纳米颗粒平均粒径均为80~100 nm,主要以α-Fe0的形式存在.批实验结果表明,5 g·L-1的n ZVI,n ZVI/Cu和n ZVI/Ni对菲溶液均有去除效果,其去除效率依次为n ZVI/Nin ZVI/Cun ZVI.溶液初始p H为7.5时,5 g·L-1的n ZVI/Ni去除88%0.5 mg·L-1的菲只需3 h,而n ZVI/Cu和n ZVI分别需要29 h和40 h.3种纳米铁对菲的去除率均随着n ZVI投加量的增加而升高,随着菲溶液初始浓度的增加而降低.反应温度的升高可提高n ZVI/Ni对菲的去除效率,高温时(≥30℃)菲的降解遵循一级反应动力学模型.p H对反应影响不大.GC-MS结果表明,n ZVI/Ni降解菲溶液主要为催化加氢反应,而n ZVI/Cu和n ZVI对菲溶液的去除主要为吸附作用.     

石墨烯掺杂分子筛负载氧化铁芬顿催化降解苯酚影响因素的研究

通过水热晶化法制备了石墨烯掺杂介孔分子筛MCM-41复合载体,利用该载体浸渍负载氧化铁制备了非均相芬顿催化剂gh-MCM-41-Fe.以苯酚为模拟有机废水,考察了催化剂和H2O2投加量、水质因素(苯酚初始浓度、反应温度和水中腐殖酸和草酸)等对gh-MCM-41-Fe芬顿催化降解苯酚效能的影响.结果表明,当苯酚初始浓度为100 mg·L-1,催化剂在60 min催化降解苯酚去除率高达97.6%,COD去除率为65.9%,反应符合准一级反应动力学模型;苯酚降解速率随着催化剂和H2O2投加量的增加而增加,但投加过多会消耗·OH自由基从而不利苯酚降解过程;苯酚初始浓度从10 mg·L-1增至100 mg·L-1,苯酚降解速率相应降低,但体系中H2O2及·OH自由基的有效利用率反而增加;反应温度对于苯酚废水降解率和COD去除率影响不大,反应表观频率因子为105.68 min-1,表观活化能为18.43 k J·mol-1;腐殖酸和草酸对苯酚废水降解和COD去除均有抑制作用.     

四川凉山藏彝青少年头发中多氯联苯污染水平的研究

本研究采用索式提取-气相色谱-质谱(GC-MS)分析了39份来自四川省凉山州藏族、彝族青少年(11~19岁)头发样品中的12种类二英多氯联苯(DL-PCBs)的浓度水平及其同族体组成,并分析了其浓度与民族、食肉和饮奶习惯及性别的相关性.结果表明,头发样品中PCBs的检出率为100%,DL-PCBs的总含量为(102.2±14.3)pg·g-1,含量范围9.6~991.6pg·g-1,表明该地区受到DL-PCBs的污染程度较轻.PCB-77、PCB-105、PCB-118为主要单体,占ΣDL-PCBs的84.7%.凉山州彝族青少年头发样品中的PCBs浓度显著高于藏族,且其浓度与每周食肉、饮奶频次具有相关性(P0.05),表明通过饮食摄取的PCBs可能是造成浓度差异的原因之一.该地区藏、彝青少年女性发样中PCBs浓度显著高于男性(P0.05).     

北江流域抗生素污染水平和来源初探

北江是发源于湖南(武水)和江西(浈水),汇于广东韶关,流经广东全境并入海的三大河流之一。为了解整个北江抗生素污染情况,共设置44个采样点,并采集了河水及部分沉积物样品,较全面地分析了各样品中12种典型抗生素含量并初步探究了其污染来源。研究发现,包括北江源头在内的全河段均有抗生素的检出,5类抗生素在表层水和沉积物中的平均浓度分别为77.8 ng·L~(-1)和3.6 ng·g~(-1)。其中,大环内酯类污染最为严重,其含量范围为11.7~114.6 ng·L~(-1)和0~435.3 ng·g~(-1),远高于其他类抗生素。表层水中磺胺类的磺胺甲恶唑和氯霉素类的检出率达100%,其中以磺胺甲恶唑(14.7 ng·L~(-1))和阿奇霉素(25.0 ng·L~(-1))为主,而沉积物中以阿奇霉素(35.9 ng·g~(-1))、氧氟沙星(5.4 ng·g~(-1))和四环素(3.3 ng·g~(-1))为主。由于流域污染源种类和数量不同,各抗生素在北江中的分布也存在差异。表层水中抗生素含量水平表现为下游高于上中游,在沉积物中则主要集中于中、下游之间河段。这反映了人类活动强度对北江抗生素污染的直接影响。     

野鸭湖湿地土壤中砷汞分布特征及潜在风险评价

为了解野鸭湖湿地土壤砷汞元素分布规律、形态组成及元素累积影响因素,探讨土地利用对土壤砷汞时空变化的影响,在北京延庆县野鸭湖湿地公园及周围几个镇采集表层土壤,采用原子荧光光谱法对砷汞总量测定,并用五步连续萃取和原子荧光光谱法测定砷汞形态,同时利用相关分析研究As、Hg元素分布的影响因素。结果表明:As、Hg元素在野鸭湖湿地土壤中平均含量10.07、0.088 7mg/kg;均超出北京市土壤背景值,其中草地、耕地中少数采样点低于背景值。砷元素与钒、铁、锰显著正相关(r>0.4,p<0.01);汞与锰正相关,钒、铁、锰含量会在不同程度上影响As的分布;而锰是影响Hg分布的主要因素。As主要形态为残渣态,Hg主要形态为有机物结合态和残渣态。采用风险评价编码法对研究区域的砷汞元素进行潜在生态风险评价,2种元素生态风险均较低。