基于数据挖掘算法和数值模拟技术的大气污染减排效果评估

近年来,京津冀地区采取了大量污染减排措施进行大气污染治理,如何客观评估减排效果是目前大气环境领域的研究难点.为准确评估大气污染过程的减排效果,本文利用北京地区常规气象资料、国控站PM_(2.5)浓度资料,遴选了北京地区2018年3月11—14日和2013年3月14—17日两次空气污染过程,计算了大气容量系数、静稳指数,并利用KNN数据挖掘算法和WRF-Chem模式,对比分析了有无减排条件下的PM_(2.5)日均浓度.结果表明:两次空气污染过程的天气形势和局地气象条件较相似,就大气热力和动力的垂直结构来看,2018年空气污染过程比2013年空气污染过程的大气稳定性更强、边界层高度更低、环境容量更小,但PM_(2.5)峰值浓度却显著下降,平均浓度明显降低,PM_(2.5)小时浓度的增长趋势相对平缓,重污染持续时间缩短.KNN数据挖掘算法减排评估结果显示,该方法能够较好地预测PM_(2.5)日均浓度的变化趋势,2018年3月11—14日,在减排和不减排情景下PM_(2.5)日均值分别为171和229μg·m~(-3),减排使得污染过程PM_(2.5)平均浓度下降了25.3%.数值模拟结果与KNN数据分析结论吻合,进一步验证了减排措施的有效性.综合看来,2018年空气污染过程中PM_(2.5)浓度相比历史相似气象条件下的污染过程显著降低,这是长期大力度减排效果的体现.     

2014~2017北京市气象条件和人为排放变化对空气质量改善的贡献评估

2014～2017年北京地区霾日数和污染日数逐年减少,PM_(2.5)、PM_(10)、SO_2和NO_2年平均质量浓度下降,污染程度缓解,采暖期中的11～12月尤为明显.针对空气质量的显著改善,从气象条件的改善和减排措施两方面进行探讨分析,并结合数值模式和大数据挖掘技术实现气象和排放对大气污染贡献率的定量化研究.结果表明,2017年与过去3 a相比,平均风速增加7. 9%,≥3. 4 m·s~(-1)的风速频次最高(10. 6%),≥70%湿度日占比最小(25. 1%);其中,采暖期与过去3 a同期相比,小风日数减少8. 6%、大气环境容量指数和通风指数平均增加约11%,边界层高度以3. 2%·a~(-1)的速率升高,尤其11～12月各要素改善更显著,且该时段内2014年各因子变化与2017年相似.非采暖期(4～10月)累积降水量558. 3 mm,仅次于2016年,有利于污染物的清除和湿沉降.利用WRF-CHEM对霾和污染频发的12月进行模拟发现,气象要素的改变导致2017年12月北京PM_(2.5)质量浓度较2014～2016年同期分别降低5%、38%和25%.因缺少政府实际施行的减排方案,无法利用WRF-CHEM量化气象和减排的具体贡献率,因此借助大数据挖掘算法,基于K近邻算法(KNN)和支持向量机(SVM)模型对气象和减排对空气质量改善的贡献进行评估,结果显示2017年减少的霾日和重污染日,65. 0%归因于减排的贡献,35. 0%归因为气象条件的改善.可见,气象与生态环境部门应继续加强数据开放共享,科学开展气象条件预报与减排评估.     

自适应人工鱼群-BP神经网络算法在径流预测中的应用

为了提高水库和河流中长期径流预测精度,提出了弹性自适应人工鱼群算法(RAAFSA)。应用RAAFSA算法训练BP神经网络,实现BP神经网络参数优化,形成弹性自适应人工鱼群-BP神经网络混合算法(RAAFSA-BP),对石泉水库进行中长期径流预测。仿真计算表明,弹性自适应人工鱼群优化的BP神经网络算法收敛速度快于BP神经网络算法、人工鱼群-BP神经网络算法和RBF神经网络算法。该混合算法克服了BP神经网络和人工鱼群算法易陷于局部极值、搜索质量差和精度不高的缺点,改善了BP神经网络的泛化能力,输出稳定性好,预报精度显著提高,每次预测相对误差绝对值都小于6%,合格率达到100%。该算法成功地解决了石泉水库中长期径流预测精度不高的难题,可有效用于水库和河川中长期径流预测。     

静止水色卫星GOCI及其应用进展

海洋水色遥感技术是新兴的探测技术,能够通过遥感平台上搭载的探测器对海表水色信息进行探测进而获取海洋信息。随着极地轨道卫星发展逐渐成熟,地球静止卫星也进入了发展阶段,开启了水色遥感技术的新时期。本文基于地球同步卫星的优势特点,着重总结了第一颗地球静止水色卫星GOCI(geostationary ocean color imager)的主要参数信息及标准水色算法,同时对各算法的应用范围、计算公式及各方法的联系进行了简要的介绍,并针对其实际应用进行了讨论,验证了GOCI数据的实用性,最后指出了GOCI在目前研究过程中存在的问题,并对第二代地球同步遥感器进行简要论述,以期为海洋探测研究提供更多的技术支持。     

基于DHGF算法的建筑火灾风险评价

将改进的Delphi法、层次分析法、灰色关联法、模糊评判法运用在建筑火灾安全系统评价的不同阶段,依据灰色理论和模糊数学,提出了一种从定性到定量转换的综合集成算法,即DHGF算法,在介绍该方法基本原理和评价流程的基础上,运用实例阐述了它在建筑火灾风险评价中的具体应用。     

基于机器学习算法的新冠疫情管控对河南省空气质量影响的模拟分析

全国各地为了减少新冠疫情对社会和人民生活的影响,采取了必要的防疫防控措施,这些措施对空气质量的变化产生了重要的影响,此外空气质量的变化与气象条件也存在很大的关系.通过对河南省疫情前（1月1~26日）和疫情管控期（1月27日~2月29日）这两阶段的空气质量分析对比发现,整个河南省除了O₃浓度上升了69.64%外,PM_2.5、PM₁₀、SO₂、CO和NO₂分别降低了36.89%、34.18%、19.43%、29.85%和58.51%;通过机器学习算法中的长短期记忆型网络（LSTM）模拟显示,气象条件引起污染物浓度的降幅大部分在15%~30%之间;人为排放减少引起的污染物浓度的降幅大部分在6%~40%之间.O₃在疫情期间上升过程中,气象条件和人为排放两种因素分别占了34.84%和34.81%.结果表明,疫情管控期间,河南省空气质量总体上有所改善,但是也有重污染发生,其中O₃的浓度对于疫情管控减排的影响不明显,呈负相关,需要进一步探索引起臭氧浓度上升的原因,以此帮助政府合理控制臭氧等前体污染物的减排比例.     

环境模型参数识别与不确定性分析

在对水文模型实例的参数不确定性分析基础上,分别采用传统灵敏度分析方法、HSY算法、线性回归等方法对模型参数特性进行了识别与比较研究.结果表明参数优化算法与传统灵敏度分析方法不能解释模型结构复杂性特征,采用不确定性分析方法对环境模型参数进行识别提供了深入分析与理解模型系统的有效途径.     

中国水环境非点源污染负荷的估算研究

中国已占水环境容量中,除了点源污染以外,非点源污染也占有相当比重,非点源污染负荷的定量化研究势在必行.国外对非点源污染的研究开始较早,成果也较成熟.从20世纪80年代以来,中国也逐渐认识到非点源污染的存在及其危害性,开始了非点源污染的控制研究.但是中国对非点源污染问题的研究现在尚处于初级阶段,多为借鉴国外模型.文章分析了国内外对非点源污染的研究方法和研究现状,介绍了适合中国国情的非点源污染负荷估算的方法,包括流域水文估算法、大尺度区域中非点源污染负荷估算的方法.     

利用智利地震震源分布确定智利地区主震断层面

从历史地震来看,智利及其周边地区的历史强震主要集中在Nazca板块和南美洲板块之间的俯冲带上,该区也是7级以上大震频发的地区,所以对于该地区的断层结构和震源机制的研究就显得十分有必要.大地震发生后,大量余震在断层面上发生.因此余震震源位置的空间分布可以较为精确地勾画出断层面的位置.假定地震的发震断层可以用一个平面来模拟...     

城市景观格局时空特征的热环境效应研究——以广州市花都区为例

1999-2009 年,广州市花都区经历了经济腾飞的10 a,不断变迁的城市景观格局时刻影响着热环境的分布.论文基于Landsat TM/ETM+遥感数据,获得地温反演图和土地利用类型图.采用均值-标准差法划分热力等级以分析热力重心变化,并与建设用地重心变化作对比.通过移动窗口得出可视化的景观指数,指数刻画包括景观多样性和建设用地密度、形状和分布状况,进而分析景观指数与地温间的相关性.研究结果表明:区内南部受人类活动影响最为剧烈;土地利用类型并非是影响地温分布的唯一因素;区内城市景观格局多样性与地温虽存在正相关关系,但随着多样性程度加剧且各组合面积比例均匀,降低了两者相关程度;建设用地面积比例、分离度与地温的相关关系较为稳定,且比例较高或分离度较低的所在区域通常为高温区;建设用地平均分维指数与地温的相关性随着其形状的复杂性加剧和分布范围扩大而降低,即影响了高温形成的程度.