COVID-19期间区域大气高污染发生的非线性动力机制

以长株潭城市群3个城市（长沙、株洲和湘潭）疫情期间（2020年1月24日~2020年5月31日）大气PM_2.5和O₃小时平均浓度时间序列数据为研究对象,对污染物日变化规律、长期持续性、多重分形性及自组织演化动力学特性进行研究.以期阐释疫情期间高污染事件发生及演化的内在动力机制.首先,对3个城市PM_2.5和O₃质量浓度的日变化规律进行分析,发现O₃呈现出昼高夜低的单峰型,而PM_2.5日变化规律表现出昼低夜高单峰型,与非疫情期间的特征有所差异.进一步,应用消除趋势波动分析法（DFA）、多重分形消除趋势波动分析法（MFDFA）和概率统计分析,研究了大气复合系统中PM_2.5和O₃质量浓度序列的长期持续性和多重分形结构.结果发现3个城市PM_2.5和O₃浓度序列均具有显著的长期持续性特征和较强的多重分形结构,同时,应用去趋势互相关分析法（DCCA）方法和多重分形去趋势互相关分析法（MFDCCA）对PM_2.5和O₃两者之间的互相关性进行了分析,发现PM_2.5-O₃之间的互相关也存在显著的长期持续性特征以及在不同时间尺度存在多重分形特征.进一步将疫情期间得到的非线性分析结果与2018年和2019年同期非疫情期间的结果进行了对比分析.最后,基于自组织临界理论（SOC）探讨了大气PM_2.5和O₃浓度时空演化的内在动力规律,并结合典型区域气象特征,阐明了SOC内禀动力机制可能是COVID-19疫情期间大气高污染形成的主导机制之一.疫情期间大气PM_2.5和O₃浓度并非分别独自演化,而是依然保持复杂的相互作用.静稳气象条件下,大气复合污染内部的非线性耦合作用可能达到动力学临界状态,将导致长株潭城市群在疫情期间仍有发生大气高污染的风险.     

成都市一次重雾霾期间PM10自组织演化的分形特征及DFA分析

运用计盒维数法和消除趋势波动分析方法,研究了成都市2013年1月8—20日一次重度雾霾期间,草堂寺、金牛坝、三道堰和十里店4个监测站点连续PM10小时平均质量浓度序列的时间演化规律。雾霾期间4个监测站点的PM10质量浓度序列在某一临界质量浓度以下均表现出标度不变分形结构和长期持续性非线性特征,且这两种物理特征具有很好的动力学同步性;但一旦超过临界质量浓度,PM10演化的长期持续性特征就会消失,PM10演化的标度不变分形结构也随之消失。进一步根据自组织临界(SOC)理论,探讨了导致此次成都重度雾霾期间PM10污染演化呈现分形结构和长期持续性特征的内在动力学机制,并将雾霾天气大气污染系统的动态特征与自组织临界性的判断标准进行了对比分析。结果表明,大气PM10污染演化具有自组织临界性复杂系统的基本特征,此次成都重度雾霾期间PM10在临界质量浓度以下的波动演化主要受系统自组织内禀动力机制主导控制。在该机制的影响下,即使在雾霾期间,污染源排放相对平稳,城市大气系统也相对稳定,但PM10污染演化仍会出现非线性波动,从而导致极高PM10质量浓度的涌现。这一特征可能是由SOC特有的内禀敏感性和不可预测性决定的,也正是由于SOC系统的稳定性使得此次成都重度雾霾污染持续时间很长。     

基于DCCA方法的成都市市区与周边城镇大气污染长程相关性分析

利用2008年1月～2012年12月期间成都市市区与其周边14个城镇的逐日空气污染指数（API）数据,采用去趋势互相关分析法（DCCA分析）研究区域城市间大气污染的相关性及其随时间演变规律。结果表明:成都市区与其周边城镇大气污染的空气污染存在一定程度的相关性,并且在不同的月份,相关性会随之发生变化。这种相关性具有长期持续特征,具体表现为在一定的时间尺度上成都市区与其周边城镇大气污染的相关性随时间的变化并不遵循经典的马尔可夫过程,即不随时间呈现指数快速衰减,而是以幂律形式随时间缓慢衰减。进一步,结合不同月份间区域大气平均流场的分布特征,探讨了DCCA分析结果的科学性。研究结果说明,在特定地理环境和气象条件控制下,成都市及其周边城市之间已经存在明显的相互输送和耦合作用,成都地区大气污染已由局地性污染转变为区域性大气污染。城市间污染物输送的长期相关影响机制极有可能在特定月份加重成都市区的空气污染状况,这在成都市区及其周边城镇的规划建设中必须加以特别重视     

膜电容去离子复合电极处理自来水

采用膜电容去离子技术,对镇江自来水进行处理。确定膜电容去离子装置所需的各种材料,设计并制作复合电极单元。将5个复合电极处理单元串联并进行实验,确定能适应市场需求的装置参数,包括内部结构参数和外部运行参数。实验结果表明,当装置的活性炭纤维比表面积为1 600 m2/g,电极间距为1.5 mm,电压为2.0 V时,处理效果较好。流量为350 mL/min时复合电极装置的处理效果比100 mL/min差,但是更符合市场需求。一定范围内的温度变化对该装置去除效果的影响很小。将复合电极单元数从5个增至40个后,离子去除率由12.73%增至62.32%。     

典型灰霾期间PM2.5演化的多重分形特征分析

为探索成都市PM_(2.5)污染物的空间来源及其演化机制,该文首先应用后向轨迹模型对灰霾期间抵达成都市的大气气团进行模拟,结果显示灰霾期间本地气团对成都市PM_(2.5)污染物的贡献远超过中远距离的外来气团,占比高达90%以上,局地空间内处于一种静稳状态。其次应用多重分形消除趋势波动分析法对灰霾期间PM_(2.5)的浓度序列进行多重分形分析,研究表明成都市灰霾期间PM_(2.5)浓度具有多重分形特征。最后运用相位随机替代法与随机重构法,对静稳条件下导致PM_(2.5)浓度多重分形特征的原因进行分析。结果表明灰霾期间,长期持续性在PM_(2.5)演化过程中占据主导地位,进而认为此次灰霾期间PM_(2.5)演化的长期持续性是其主要的内在动力机制,此时成都市大气空间内各局部空间PM_(2.5)浓度在多种要素的相互作用下逐步发展为一种相互同步的、均衡的平衡态。     

磁性分子筛负载TiO2复合光催化剂的制备及性能

采用超声辅助水热法合成了磁性分子筛Fe₃O₄/SSZ-13,然后通过溶胶-凝胶法对其继续负载TiO₂制得复合光催化剂TiO₂-Fe₃O₄/SSZ-13。借助XRD,FTIR,SEM,TEM,VSM,UV-Vis,PL对其形貌、结构及性能进行了表征,并考察了其光催化性能。表征结果表明,Fe₃O₄的加入不会改变分子筛的原有结构,复合材料的光响应范围扩大,电荷分离效率提高。降解实验结果表明,光照40 min时活性艳红的去除率可达89.7%,光照60 min时活性艳红去除率可达最大（93.6%）,较TiO₂提高了5.7%。此外,这种材料还具有较强的磁性,饱和磁化强度为17.80 （A·m²）/kg,可通过外加磁场回收。     

海底锰结核的热力学成因

基于同时平衡原理,采用一种新的分析方法作出了一种新的海洋环境中锰的E-pH图,根据此图,作者得出了MnO2成矿的E和pH范围,而该范围正好与海底环境的实际情况相符合,从而对海底锰结核的成因提出了一定的热力学解释。     

夏季NO_2与O_3相互作用的时间尺度特征——以香港地区为例

应用去趋势互相关分析法对比分析了香港地区2011年7月2日—19日(其中,7月2日—10日为连续晴天,7月11日—19日为连续阴雨天)9个监测站点近地面NO2与O3互相关性及时间尺度特征.研究表明,香港地区近地面NO2与O3浓度波动的相关性在一定时间尺度内具有长期持续性特征,且这两种污染物浓度波动的相关性随时间衰减过程并不遵循经典的马尔可夫随机过程(即相关性随时间呈现指数衰减),而是以幂律形式随时间缓慢衰减.统计分析表明,香港地区9个监测站点NO2与O3相互作用的DCCA标度指数在空间上服从正态分布.此外,为了研究不同太阳辐射对NO2与O3相互作用的时间尺度的影响,对夏季阴雨天和晴天NO2与O3相关性进行了对比分析.结果表明,在不同天气条件下,太阳辐射对NO2与O3相互作用的时间尺度存在显著差异.同时,进一步结合光化学反应机制以及人类日常生活规律探讨了导致此种差异的原因,认为其差异性可能与总日照时数、每日太阳总辐射等因素有关.本研究有助于进一步加强对大气O3污染演化复杂规律的认识.     

成都冬季PM2.5演化的EEMD分解及自组织临界态

为探讨冬季期间大气PM_(2.5)演化的多时间尺度效应,并阐释重度灰霾发生及演化的动力机制,该研究应用集合经验模态分解(EEMD)方法与自组织临界(SOC)理论,对成都市20171201-20180228冬季期间4个国控监测站点(即大石西路、金泉两河、君平街、三瓦窑) PM_(2.5)浓度时空演化规律进行实证研究。通过EEMD分解,获得了不同时间尺度上具有良好平稳性特征的固有模态函数(IMF)。大气PM_(2.5)演化的主要模态存在准4 h、准8 h和准24 h的平均周期,这些典型周期对应模态的累积贡献率基本上达到95%以上。研究表明,主要模态的准周期变化与各类型生产活动、交通排放紧密关联,这反映了大气系统中人为污染源的周期性输入作用。同时,研究发现,PM_(2.5)小时平均质量浓度波动函数服从幂律分布结构,具有标度不变性特征。进一步基于SOC理论探讨了大气PM_(2.5)浓度时空演化的内在动力规律,结合典型区域气象特征,阐明了冬季期间严重大气污染产生的宏观涌现机制。结果表明,EEMD方法所获得的不同IMF分量可以揭示大气PM_(2.5)时空演化的多尺度特征,但不同时间尺度上的IMF分量之间互不独立,各IMF分量的形成既受到准周期大气污染排放的作用,也受到大气系统非线性SOC动力机制的控制。     

论污染经济

通过两种经济学的观点分析了一种较为特殊的污染经济，发现环境污染发生后，污染经济在市场运作方面可能存在一定的正效应，但污染经济由于污染本身的经济负效应作用而使其不能带来经济上的财富积累。