基于CMAQ模型的随机响应曲面不确定性传递分析方法实现与评价

针对蒙特卡洛法在复杂环境模型进行不确定性传递分析时对计算机和时间资源需求巨大的缺点,本文引进快速高效的随机响应曲面法,并将其成功应用于CMAQ区域空气质量模型的不确定性传递分析,建立了基于CMAQ区域空气质量模型的不确定性分析概念框架.采用2阶和3阶随机响应曲面法,研究了排放清单不确定性对臭氧模拟结果的影响,并与1000次蒙特卡洛模拟结果进行对比.结果表明:3种模拟情景下臭氧浓度的均值几乎相同,模拟结果的概率分布曲线也基本一致,而采用随机响应曲面法可以极大节省模拟所需时间,提高计算效率,显示随机响应曲面法具有在复杂大气环境模型中进行不确定性传递分析的潜在价值.     

考虑参数和边界条件不确定性的地下水污染随机模拟

为了分析模型参数的随机变化和边界条件的随机变化对地下水溶质运移模型输出结果的不确定性影响,采用蒙特卡洛模拟对一假想算例展开研究,并结合风险评估阐述不确定性分析结果.首先,建立研究区地下水溶质运移数值模拟模型,并综合利用局部灵敏度分析和全局灵敏度分析方法筛选出对模型输出结果影响较大的参数,连同模型的边界条件(第一类边界条件-水头值)一起作为随机变量.然后,利用优化超参数的高斯过程回归(GPR)方法建立模拟模型的替代模型,代替模拟模型完成蒙特卡洛随机模拟.最后,对随机模拟的结果进行统计分析和区间估计,并利用污染物浓度的概率分布函数对1、2、3号观测井进行地下水污染风险评价.结果表明:置信水平>80%时,1,2,3号观测井污染物浓度值的置信区间分别为34.77~35.03,57.74~58.04,100.07~100.69mg/L.此外,1,2,3号观测井为轻度污染的风险分别为6%,100%,100%;为中度污染的风险分别为0%,0%,99.6%;为重度污染的风险分别为0%,0%,0.5%,藉此为地下水污染修复防治和地下水的合理利用提供可靠参考依据.     

不确定性条件下地下水污染监测井网优化设计——基于XGBoost替代模型

在地下水污染监测井网优化设计中,应用模拟优化方法时客观存在的模型参数不确定性往往会影响到设计监测井网的可靠性.针对该问题,重点考虑了渗透系数和污染源释放强度的不确定性,应用模拟优化方法和蒙特卡罗方法求解上述不确定性参数影响下的最优监测井布设方案.为缓解蒙特卡罗方法多次调用模拟模型所产生的巨大计算负荷,本研究建立了XGBoost替代模型,代替模拟模型与优化模型进行耦合.为提高监测井网对实际污染羽的监测精度,污染监测井网优化模型以监测空间矩误差极小化为优化目标.此外,本次研究还考虑了监测井网设计中污染源释放强度的动态变化过程.最后,以抚顺市某煤矸石堆放场地为基础建立假想例子,验证所提方法的有效性.结果表明:1.XGBoost能够有效近似模拟模型的输入输出关系,显著降低了计算负荷.2.空间矩能够有效评估监测井网插值污染羽和实际污染羽的逼近程度,优化设计后的监测井网能够较为准确地捕捉到实际污染羽的状态.3.模拟优化方法结合蒙特卡罗方法能有效求解不确定性条件下最优监测井网的设计问题.本文为地下水污染监测井网设计提供了一种稳定可靠的方法.     

PBPK模型在苯并[α]芘健康风险评估中的应用探讨

苯并[α]芘〔benzo[α]pyrene,BaP〕是环境中广泛存在的一种致癌多环芳烃,带来的健康风险受到普遍关注. 基于生理的药代动力学(physiologically based pharmacokinetic, PBPK)模型是一种预测污染物在生物体内部剂量的数学模型,近年来在健康风险评估中应用广泛. 本文介绍了BaP对生物体的健康危害,概述了BaP的PBPK模型研究进展,指出了BaP人体PBPK模型存在BaP及代谢物的代谢机理尚未完全明确、代谢参数可靠性不高、模型还需继续完善等问题,并探讨了PBPK模型在BaP健康风险评估中的应用. 一方面,PBPK模型在阐明内暴露监测结果及补充完善污染物在人体内的代谢机理方面具有明显优势,基于PBPK模型分析完善了BaP生物标志物3-羟基苯并[α]芘在肾小管重吸收的肾脏排泄机制;另一方面,PBPK模型作为外推工具,通过种间外推可以量化污染物的种间药代动力学差异,减小动物健康剂量水平外推至人体基准值的不确定性;通过体外到体内的外推可以关联内外暴露剂量,利用反剂量学推导人体健康基准值. 这两种外推方法的应用均可以提高人体健康基准值推导的科学性、准确性. 并以BaP为例剖析了PBPK模型不确定性来源,提出了提高模型精确性的方法. 最后,为了进一步推动完善BaP的人体健康风险评估方法体系,本文探讨总结了3个重点研究方向:一是探索PBPK模型应用于BaP健康风险评估的方法体系;二是探索可靠性更高的BaP健康风险评估概率模型;三是开展BaP的生物标志物用于人体健康风险评估可行性研究.      

高校实验室:爆炸为何频发?

2009年10月23日下午,北京理工大学5号教学楼901微生物实验室,两名学生正在跟两名调试工程师学习刚买回来不久的实验仪器--厌氧培养箱的操作技巧,另外一名老师也在做自已的实验.突然,一声巨响,厌氧培养箱在调试过程中发生气体爆炸,约40平方米的实验室内,几乎所有的玻璃器皿均被震碎,西侧的玻璃门窗也被震坏,满地玻璃碎片.     

基于组合模型的PM2.5浓度预测及其不确定性分析

运用GIS软件及克里金（Kriging）插值等方法分析合肥城市圈PM_2.5浓度的时空分布,根据合肥市环境监测历史数据、地面气象站点数据及历史气象数据,采用多元回归分析、相关分析等方法,研究合肥市PM_2.5浓度的影响因素。结果表明:1）PM_2.5 浓度整体变化情况为冬季 > 秋季 > 春季 > 夏季,大部分城市PM_2.5浓度峰值出现在1月,之后浓度开始逐渐下降,7月达到最低值,此后浓度逐渐升高。2）PM_2.5浓度与CO呈高度正相关,相关系数高达0.875;与PM₁₀、SO₂、NO₂的相关性也较高;与O₃呈负相关。PM_2.5浓度与气压、风速、降雨量以及能见度呈负相关,与温度、相对湿度呈强正相关。基于2018—2019年合肥市地面站点PM_2.5浓度监测数据,构建预测PM_2.5浓度的组合模型:对比三次指数平滑模型,确定模拟退火+遗传+三次指数平滑为优组合模型,拟合度达到95%。通过Kappa及MAPE指数对组合模型不确定性进行分析评价,两者分别为0.654和0.072,说明该模型具有高度稳定性。恰当的预测因子组合和模型不确定性研究有助于模型预测精度的提升和改善,从而为大气环境质量监测和评价提供参考。     

乌鲁木齐市固定燃烧点源大气污染物排放清单

通过现场调研结合物料衡算法、排放因子法,建立了2015年乌鲁木齐市固定燃烧点源大气污染物CO、NO_x、SO_2和PM_(2.5)排放清单。结果表明,2015年乌鲁木齐市CO、NO_x、SO_2、PM_(2.5)的排放量分别为4.41×10~4、6.20×10~4、4.61×10~4、1.57×10~4t;从排放污染物的行业来看,采矿与制造业对4种污染物排放的贡献最大,其对CO、NO_x、SO_2、PM_(2.5)排放的贡献率分别为49.02%、42.17%、48.40%、78.55%。从地区分布来看,米东区污染物排放量最大,其对CO、NO_x、SO_2、PM_(2.5)排放的贡献率分别为46.99%、45.90%、51.69%、29.68%。从排放时间来看,供暖季污染物的排放量明显高于非供暖季,白天的污染物排放量高于夜晚。采用蒙特卡罗统计法分析预测的污染物排放量与排放清单计算结果较为接近。     

公共管理视角下的海上应急搜救问题研究

一、海上交通突发公共事件的特点 对海上交通突发公共事件特点的研究还起步不久，但对海上交通事故特点的研究工作却时间长成效大，两者有相通之处。海上交通突发公共事件具有突发性和紧急性、社会影响性、不确定性、人命与财产不安全性、环境与技术复杂性、涉外性等特点。（一）海上交通运输是一种高风险行业，船舶在海上航行所面对的是复杂的自然条件如飓风、海啸、浓雾，还有暗礁、冰川等，加上一定的船舶密集度，     

空气储罐安全临界裂纹的可靠性分析

通用失效评定图在评定焊接结构安全性方面广为采用。但是,材料力学性能的测试、结构中缺陷大小的测试,客观上存在一定不确定性。因此,不论是对评定参数还是评定结果都需要进行可靠性分析。但可靠性分析需要大量数据,有时难于实现。为此,在对随机变量的实验结果进行统计分析中,采用二维单侧容限方法,从而在不增加工作量的同时,确保了分析结果的高可靠性。在空气储罐安全临界裂纹分析计算中,采用该方法处理后,应用成功-失败法对指定失效概率进行求解,裂纹尺寸变动1mm ,其安全评定的失效概率则变动几个数量级,从而在充分挖掘储罐潜能的同时,大大提高了安全临界裂纹分析的可靠度。