气溶胶辐射效应对气象和环境影响的观测与模拟研究

选取2015年和2019年不同代表年份,结合外场观测和数值模拟,分析了天津地区不同季节不同天气(晴天、多云、霾)下,气溶胶辐射效应对整层大气透过率和地表入射太阳辐射的影响,以及这种影响在不同年份的差异.借助WRF-Chem模式模拟分析了重污染期间气溶胶辐射效应对垂直方向上气象要素廓线、边界层结构以及PM_2.5浓度的反馈机制.结果表明:霾污染可导致大气透过率明显下降,春、秋、冬不同季节,霾污染导致中午大气透过率分别下降0.09,0.11和0.09.全年平均霾污染可导致大气透过率降低约15.5%.云量的增多也可导致大气透过率明显下降,多云天气下大气透过率相比晴天减小约22.4%.霾和云对大气透过率的影响还与太阳高度角有关,当太阳高度角>60°时,霾污染导致大气透过率下降8.6%.随污染等级提高,气溶胶对太阳辐射的衰减作用也越强,天津地区空气质量分别为Ⅰ～Ⅰ级时,中午地表入射短波辐射呈稳定下降趋势,依次为484,446,439,342,328和253W/m².重污染期间,气溶胶辐射效应导致大气低层(250m以下)降温(0.8℃)增湿(3.8%...     

Progress in quantitative research on the relationship between atmospheric oxidation and air quality

Atmospheric oxidizing capacity (AOC) is an essential driving force of troposphere chemistry and self-cleaning, but the definition of AOC and its quantitative representation remain uncertain. Driven by national demand for air pollution control in recent years, Chinese scholars have carried out studies on theories of atmospheric chemistry and have made considerable progress in AOC research. This paper will give a brief review of these developments. First, AOC indexes were established that represent apparent atmospheric oxidizing ability (AOIe) and potential atmospheric oxidizing ability (AOIp) based on aspects of macrothermodynamics and microdynamics, respectively. A closed study refined the quantitative contributions of heterogeneous chemistry to AOC in Beijing, and these AOC methods were further applied in Beijing-Tianjin-Hebei and key areas across the country. In addition, the detection of ground or vertical profiles for atmospheric OH·, HO₂·, NO₃· radicals and reservoir molecules can now be obtained with domestic instruments in diverse environments. Moreover, laboratory smoke chamber simulations revealed heterogeneous processes involving reactions of O₃ and NO₂, which are typical oxidants in the surface/interface atmosphere, and the evolutionary and budgetary implications of atmospheric oxidants reacting under multispecies, multiphase and multi-interface conditions were obtained. Finally, based on the GRAPES-CUACE adjoint model improved by Chinese scholars, simulations of key substances affecting atmospheric oxidation and secondary organic and inorganic aerosol formation have been optimized. Normalized numerical simulations of AOIe and AOIp were performed, and regional coordination of AOC was adjusted. An optimized plan for controlling O₃ and PM_2.5 was analyzed by scenario simulation.     

加工误差对压气机叶栅气动性能的影响

目的 研究不同区域加工误差对叶片气动性能的影响。方法 选用轴流压气机出口级静叶叶中截面,以叶型厚度变化和中弧线变化为特征,分别在叶型前缘、最大厚度和尾缘区域添加加工误差,采用数值模拟方法,对比设计叶型气动性能,研究叶型各区域几何偏差对性能的影响。结果 叶型前缘几何偏差对气动性能的影响最大,偏差造成的中弧线偏移对性能变化起主导作用。尾缘区域几何偏差对性能的影响趋势与前缘区域完全相反。考虑叶型整体偏差时,轮廓度正偏差造成的性能恶化更加显著。结论 所得的几何偏差影响规律可为实际叶片加工过程中工艺的制定和超差审理提供数据支持。     

振打机构摆臂疲劳寿命仿真及可靠性分析

目的 针对振打机构关键部件摆臂,开展疲劳寿命及关键参数影响程度仿真分析,获得寿命分布及可靠性数据,校核摆臂设计是否满足使用要求。方法 基于S-N曲线进行振打机构摆臂的寿命仿真,开展动力学仿真与应力仿真,获得不同温度下摆臂最低寿命与管壁壁厚的关系。通过对关键寿命影响参数进行影响程度仿真分析,获得寿命分布及可靠性数据。结果 当摆臂壁厚大于1.77mm时,摆臂的平均寿命大于144万次,满足产品设计要求。疲劳寿命与弹性模量E负相关,与抗拉强度和表面加工系数正相关。可靠度R取0.8时,摆臂的可靠寿命约为29 005次;可靠度R取0.9时,摆臂的可靠寿命约为11 891次。结论 振打机构摆臂壁厚需大于1.77 mm,摆臂表面质量系数大于0.827 3,材质抗拉强度大于907.76 MPa,弹性模量E小于2.041×10^(5)MPa。     

氢氧化镁对水体内源磷释放的控制作用

本研究首先通过批量实验考察了氢氧化镁对水中磷酸盐的吸附性能,再通过底泥模拟释放实验考察了氢氧化镁覆盖和添加控制底泥中磷向上覆水体释放的效果及机制.结果表明,氢氧化镁对水中磷酸盐具有良好的吸附能力,其投加量的增加有利于水中磷酸盐被其所吸附去除,与Langmuir模型相比,其对水中磷酸盐的等温吸附行为更适合采用Freundlich和Dubinin-Radushkevitch （D-R）模型加以描述.氢氧化镁覆盖可以有效地控制底泥中磷向上覆水体的释放,使得上覆水中SRP浓度处于较低的水平,即使覆盖层的结构完整性受到扰动破坏而导致覆盖材料与表层底泥的混合,氢氧化镁仍然可以有效地控制底泥中磷向上覆水体的释放.氢氧化镁覆盖和添加均可以有效地降低最上层（0~10 mm）底泥间隙水中SRP的浓度,这对于其覆盖和添加有效控制底泥中磷向上覆水体的释放是至关重要的.人工合成的氢氧化镁对水中磷酸盐的吸附性能优于商业购买的氢氧化镁,前者控制水体内源磷向上覆水体释放的效果也优于后者.以上结果显示,氢氧化镁是一种有希望用于控制水体底泥内源磷释放的活性覆盖和改良材料.     

京津冀地区城市臭氧污染趋势及原因探讨

采用Kolmogorov-Zurbenko（KZ）滤波分析了2013~2018年京津冀地区13个城市的臭氧最大日8h滑动平均（O₃-8h）序列,评估污染趋势并探讨原因.KZ滤波分离出的O₃-8h短期、季节和长期等3个分量分别占原始序列总方差的32.7%、63.9%和3.4%,各分量之间相互独立;以滤除了中短期过程影响的长期分量进行比较,京津冀地区远高于柏林、巴黎和伦敦等欧洲城市,与美国洛杉矶20世纪90年代初和最近4年状况相当,普遍低于上海和南京等长三角主要城市.但是,2013~2018年京津冀地区各城市臭氧污染加剧显著,长期分量升高速率达2.31~7.12 μg·（m³·a）^-1,均值为4.97 μg·（m³·a）^-1,快于长三角地区.拟合结果提示,臭氧浓度升高受气象条件影响不大（贡献比均值约为9.6%）,主要由大气污染排放变化造成（90.4%）,将该排放变化拆分为PM_2.5下降和臭氧前体物排放变化两项,其贡献比均值分别是27.3%和63.1%,其中北京-廊坊-天津城市带PM_2.5下降对臭氧升高贡献较大,分别为50.8%、32.5%和36.7%,衡水则达到48.6%.PM_2.5浓度降低已成为北京、衡水等地臭氧升高的最关键因素,这意味着需进一步减少前体物排放,以抵消PM_2.5降低导致臭氧增加的反作用.需要指出,该结果尚待实验和模型模拟验证.     

污泥龄对除磷亚硝化颗粒系统的影响

以低C/N比生活污水为研究对象,接种成熟除磷颗粒污泥,探究泥龄对中低温度下(14～21℃)除磷亚硝化颗粒污泥的影响.结果表明,常温下(20℃±1℃),泥龄为30 d,曝气量为5 L·(h·L)~(-1)可实现除磷颗粒污泥中AOB的富集,NAR达到90%以上.当温度降低到15℃,泥龄为40 d时除磷性能恶化,颗粒结构变松散并伴有丝状菌生成.相对充足的氧气使亚硝化失稳,NAR下降至22. 4%. NOB不具备迅速适应环境变化的能力,采取12 d厌氧饥饿加排泥的策略,削弱了NOB的相对活性,迅速恢复了除磷亚硝化性能.批次实验显示温度从20℃下降到15℃,聚磷菌仍能保持较高的氧利用率,但AOB的SOUR下降了18%,此时是温度而不是溶解氧浓度制约了氨氧化能力.控制泥龄为30 d,同时降低曝气量为4 L·(h·L)~(-1),实现了低温下(15℃±1℃)除磷亚硝化颗粒污泥系统的稳定运行.     

典型城市化区域土壤重金属污染的空间特征与风险评价

随着我国城市化的快速发展,土壤环境面临着较高的生态环境风险.本文以我国南方某典型城市化区域土壤环境作为研究对象,共采集表层(0～20 cm)土壤样品106份,亚表层(20～40 cm) 96份并测定其重金属含量,然后采用内梅罗综合污染指数法和潜在生态危害法评价其生态风险程度,最后通过空间插值探讨其生态风险空间分布.结果表明,表层土壤Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb和Hg的含量范围分别为2. 87～84. 64、1. 40～56. 00、2. 75～125. 05、15. 05～201. 39、1. 46～89. 92、0. 001～0. 92、15. 29～160. 07和0. 006～0. 52 mg·kg~(-1);亚表层土壤的含量范围为3. 56～75. 14、1. 65～71. 58、3. 28～290. 04、17. 99～296. 94、3. 07～65. 67、0. 02～1. 00、11. 10～97. 59和0. 01～0. 41 mg·kg~(-1).依据农用地土壤污染风险管控标准,表层土壤中Cd、Cu、Pb、As和Zn的超标率分别为71. 70%、40. 57%、4. 72%、3. 77%和0. 94%,亚表层土壤中Cd、Cu、As、Zn、Pb和Ni的超标率分别为72. 92%、39. 58%、6. 25%、3. 13%、3. 13%和1. 04%,可见区域主要重金属污染因子为Cd和Cu,土壤重金属空间分布特征显示超标区域集中在区域北部.基于两种评价结果可以看出,北部地区污染程度和生态风险较高,其中Cd为风险指数偏高的主要驱动因子,风险评价空间分布特征与Cd的含量空间分布特征类似,说明区域土壤Cd污染应该引起重点关注.     

黄土高原不同植被带人工刺槐林土壤团聚体稳定性及其化学计量特征

为研究黄土高原不同植被带对土壤团聚体稳定性及团聚体化学计量变化特征的影响,本研究选取黄土高原不同植被带人工刺槐林地土壤为研究对象,分析了不同粒径团聚体含量,团聚体化学计量及稳定性指标.结果表明, 2 mm和0. 25～2 mm粒径团聚体含量,机械团聚体的平均重量直径(E_(MWD))和机械团聚体的几何平均直径(E_(GMD))表现为森林带森林草原带草原带,而0. 053～0. 25 mm粒径团聚体含量和可蚀性因子K呈现相反的变化特点;各粒径团聚体有机碳和全氮含量在3个植被带整体表现为森林带显著高于森林草原带和草原带,而全磷含量在各植被带间无明显变化规律;有机碳和全氮含量在草原带以0. 053 mm和0. 25～2 mm粒径占绝对优势,在森林草原带以0. 053～0. 25 mm和0. 25～2 mm粒径为主,而森林带各粒径间均无显著差异;草原带和森林草原带0. 053 mm粒径全磷含量最高,而森林带全磷含量在各粒径间无显著差异;0. 053 mm和0. 053～0. 25 mm粒径团聚体C∶N值以草原带和森林草原带高于森林带,而0. 25～2 mm和 2 mm粒径在3个植被带间无显著差异;各粒径C∶P和N∶P值以森林带显著高于森林草原带和草原带.综上可见,土壤团聚体稳定性和团聚体化学计量在3个植被带间存在较大差异,团聚体稳定性和团聚体有机碳、全氮含量整体表现为森林带显著高于森林草原带和草原带.     

广西高镉异常区水田土壤Cd含量特征及生态风险评价

本研究调查了广西高镉异常区水田土壤中重金属Cd的含量水平,评估其对环境的潜在生态风险.通过初步筛查和详细调查两部分,分批次采集高镉异常区土壤样品共912件,测定土壤Cd含量,并运用单因子污染指数法和潜在风险指数法对水田土壤Cd污染程度及潜在风险进行评价.结果表明:①初查中自然土壤、水田土壤和旱地土壤Cd几何均值分别为0. 915、0. 591和0. 593 mg·kg~(-1).②详查中土壤p H为4. 6～8. 7,介于酸性和弱碱性间.若以《土壤环境质量标准》(GB15618-2018)为标准,平果县、天等县、大新县、隆安县和柳城县水田土壤样点Cd超标严重,融水县水田土壤样点无污染;以土壤基线值为评价标准,田东县、柳城县和融水土壤样点中Cd均为无污染状态;田阳县、平果县、天等县、大新县、隆安县和融安县水田土壤Cd处于轻度-中度污染的比例分别为:4. 2%、3. 7%、14. 9%、2. 6%、7. 1%和1. 4%.③9个县市水田土壤中Cd呈现不同级别潜在生态风险.天等县、大新县和隆安县部分水田土壤样点Cd处于高等生态风险,比例为4. 3%、2. 6%、2. 4%;田阳县、平果县、融安县和柳城县水田土壤Cd表现为中-中高等潜在风险;田东县和融水县处于低潜在生态风险.总体上,研究区水田土壤中Cd整体偏高,长此以往可能会对水稻安全种植产生影响,最终对当地居民产生健康威胁,应引起重视.建议开展对研究区土壤镉生物有效性和水稻镉累积状况研究,以便科学合理地评估其生态风险和健康风险.