霾过程大气消光系数时间序列混沌特性分析

霾是气溶胶与特定多尺度过程（大气边界层、天气和气候过程以及大气化学过程）复杂相互作用的结果 .利用成都市2015—2017年地面能见度、PM2.5质量浓度和相对湿度的逐时观测数据,通过Koschmieder’s公式反演了研究时段内6次霾过程大气消光系数时间序列.在分析霾过程统计特征基础上,基于相空间重构理论,分别计算了6次霾过程大气消光系数时间序列的最佳嵌入维数m和最佳延迟时间τ,探讨了不同时间序列非线性特征量（饱和关联维数、Kolmogorov熵以及最大Lyapunov指数）的指示意义.结果表明,霾过程大气消光系数为（1.83±0.77）km-1,其中轻微霾及轻度霾、中度霾和重度霾的样本占比分别为34.2%、20.8%和45.0%.霾过程大气消光系数时间序列有弱混沌特性,对应的最大可预报时间尺度介于7～25 h.上述成果深化了对霾系统演化不确定性的认知,并为霾过程大气消光系数预报及演化机理的后续研究奠定了基础.     

亚热带城市河流浮游细菌群落的季节演替及构建机制

细菌是河流生态系统的重要组成部分,在污染物降解、物质循环和能量流动等方面扮演着重要角色.然而亚热带城市河流细菌群落的季节演替和构建机制(确定性和随机性过程)仍不明晰.以流溪河及广州珠江段为研究对象,采用16S rRNA高通量测序分析探讨了不同季节(丰水期和枯水期)水体细菌群落的变化及其构建机制.结果表明：不同季节水体细菌群落的组成存在显著差异,丰水期,变形菌门和异常球菌-栖热菌门的丰度更高;而枯水期,拟杆菌门和厚壁菌门的丰度更高.细菌群落的α和β多样性同样具有显著的季节差异,T、NH₄⁺-N、TOC、pH、EC、DO、NO₃^--N和DSi是影响细菌群落季节变化的主要环境因子.水体细菌群落的生态网络具有典型的模块化结构,物种间以正相关作用(合作关系)为主,且丰水期物种间的合作关系强于枯水期.随机性过程主导了细菌群落的构建,尤其以扩散限制贡献最大,且细菌群落在枯水期面临的扩散限制要高于丰水期.     

基于蝴蝶突变理论的城市突发事件研究

为预防城市突发事件的发生,利用蝴蝶突变理论,分析各类城市突发事件发生过程,构建城市突发事件发生过程机制模型,并分析城市突发事件发生的主要原因,进而构建城市突发事件预防模型,并从政府、单位、个人、法律层面提出城市突发事件的预防措施。研究结果表明:发生过程机制模型可以揭示城市突发事件发生的全过程,城市突发事件发生过程由初始因素变化、初始因素持续变化、系统状态跃迁、城市突发事件4个过程组成;根据发生过程能够分析出城市突发事件发生的主要原因;预防模型为预防城市突发事件的发生提供科学、有效的途径和理论上的支持。     

《大气污染防治行动计划》对郑州市冬季PM2.5浓度及化学组成影响

基于《大气污染防治行动计划》实施前后,在污染严重的冬季（2013年和2018年12月同期）,采集郑州市监测站的PM_2.5样品,分析PM_2.5化学组成,通过对比分析PM_2.5中的EC、OC、水溶性离子和金属元素的浓度变化来评估PM_2.5浓度及化学组成的变化,同时选取不同阶段重污染过程,探究PM_2.5浓度及组成的变化. 结果表明：①郑州市冬季ρ（PM_2.5）平均值由2013年的（215.38 ±107.28） μg·m^-3 下降至2018年的（77.45 ±49.81） μg·m^-3,下降率高达64%. ②PM_2.5中EC、K⁺、SO₄^2-和Cl^-,分别下降了85%、80%、78%和72%;OC、NH₄⁺和NO₃^-下降幅度较小,分别为50%、41%和32%. ③与2013年冬季相比,2018年冬季OC/EC的值升高了2.6倍,二次有机碳在OC中占比升高至57%;同时,硫氧化率和氮氧化率的值分别升高了1.5倍和1.0倍,表明郑州市二次污染较为严重,二次转化程度升高. ④NO₃^-/SO₄^2-（质量比）由2013年的0.8 ±0.2升高至2018年2.5 ±1.0,表明郑州市移动源贡献上升并且超过固定源成为冬季大气污染的主要来源. ⑤不同阶段重污染过程对比结果显示,与2013年相比,2018年重污染过程中PM_2.5浓度下降显著,峰值浓度下降了61%,主要化学组成由OC、NO₃^-、SO₄^2-和NH₄⁺变为OC、NO₃^-和NH₄⁺. 研究结果表明郑州市一次排放源管控取得了显著的成效,但二次生成对PM_2.5贡献呈现升高趋势,因此未来需要关注二次生成的影响.     

重庆典型城区冬季碳质气溶胶的污染特征及来源解析

于2021年1～2月在重庆典型城区万州区(WZ)、渝北区(YB)和双桥区(SQ)同步采集PM2.5样品,分析冬季碳质气溶胶的污染特征、来源及潜在源区.结果表明,观测期间SQ的ρ(PM2.5)、ρ(OC)和ρ(EC)均值分别为(72.6±33.3)、(18.2±8.2)和(4.4 ±1.7)μg·m-3,高于 WZ[(67.2±30.3)、(17.2±7.4)和(5.1±2.4)µg·m-3]和 YB[(63.4±25.7)、(15.4±6.3)和(4.2±1.9)μg·m-3].与清洁日相比,WZ污染日EC浓度及其对总碳的贡献率均涨幅最大(103.0％和8.1％),但OC/EC值下降最明显(-10.5％),表明WZ污染日碳质气溶胶的一次排放明显增强.观测期间SQ和YB的ρ(SOC)均值分别为(7.7±4.8)μg·m-3和(6.9±2.8)μg·m-3,明显高于WZ[(4.5±1.9)μg·m-3],表明二次转化对SQ和YB碳质气溶胶的影响相对较大.此外,与WZ不同,SQ和YB的SOC/OC值整体随PM2.5浓度上升而增大,且SOC浓度与气溶胶液态水含量(AWC)、NO2浓度和NOR值等均显著线性相关(P＜0.01),表明通过液相反应生成含—NO2官能团的SOC可能是SQ和YB碳质气溶胶浓度持续上升的主要因素.正定矩阵因子(PMF)解析结果表明,WZ的生物质/煤炭燃烧混合源贡献率(47.4％)明显高于YB(34.2％)和SQ(38.1％),而YB受汽油车排放和二次转化的影响较为突出.浓度权重轨迹分析(CWT)结果表明,各城区污染日碳质气溶胶主要受本地及其东北方向相邻城区(如长寿区)的影响.     

污泥厌氧发酵产氢工艺过程模拟研究进展

氢气作为一种理想的洁净能源,具备出色的能源产出效率、环境友好和可持续再生等特点。然而,氢气产出量的不足制约了其工业应用。因此亟需开发一种更具经济效益的制氢技术。通过利用废弃的活性污泥进行厌氧发酵生物制氢,不仅操作简便且能源消耗较低,经济性突出。在污泥厌氧发酵产氢过程模拟方面,过程模型具备数据分析和预测、参数和操作策略优化、系统和设计优化能力,以及多因素分析和系统建模的能力。透过构建过程模型,能够更好地理解和引导污泥产氢过程,实现高效、稳定和可持续的污泥厌氧发酵制氢技术。然而,不同厌氧发酵过程模型各自具备优势和限制,有必要总结过程模型研究的进展,以便根据实际情况选择合适的模型进行发酵过程的优化和预测,以获得更精确的模拟结果,扩大模型的适用范围。基于此,综合分析了废弃活性污泥厌氧发酵产氢的最新工艺进展,以及厌氧发酵过程建模在预测和优化方面的应用现状及局限性,有助于推动污泥厌氧发酵产氢的相关应用,更有效地实现污泥资源的可持续利用。     

基于STPA-FCM模型的自主航行船舶功能系统分析

为探析自主航行船舶(MASS)功能系统之间的失效机制,提升航行安全,将系统理论过程分析(STPA)方法与模糊认知图(FCM)方法相结合,构建MASS功能系统失效特征分析模型。通过STPA方法对功能系统的控制/反馈关系建模,确定27个控制关系与43个反馈关系,分析潜在的不安全控制行为(UCA)及其产生的关键致因,在此基础上,运用FCM方法构建各功能系统之间的交互关系,并反演出最终稳态下的相对失效概率。结果表明:最为核心的功能模块为电力系统、虚拟船长系统、动力定位系统、避碰系统,其稳定值占比分别为7.66%,7.62%,7.47%,7.14%,应优先确保其可靠性、稳定性和安全性。     

基于过程分析的京津冀地区气象条件变化对PM2.5浓度改善的影响

自2013年以来,由于大气污染防治行动计划的实施,中国空气质量得到显著改善. 气象条件的变化对空气质量改善的作用十分复杂,包括影响空气污染物的排放、输送、扩散和化学转化等过程,已有研究单纯评估气象条件影响,其影响机制不清. 基于WRF-CMAQ模型及过程分析（PA）工具,评估了2013~2020年气象要素变化对京津冀地区PM_2.5浓度改善的影响,并进一步分析了气象条件对于大气污染物在传输、扩散和转化过程中的作用,为深入认识我国环境空气质量改善提供了技术支撑. 结果表明,2013~2017年气象因素使得ρ（PM_2.5）降低5.4 μg·m^-3,2017~2020年使ρ（PM_2.5）升高11.6 μg·m^-3. 2013~2017年,气溶胶化学过程、垂直传输和水平传输过程,是影响PM_2.5的主要过程; 2017~2020年,主要受到气溶胶化学过程、水平传输和垂直传输影响.     

不同复垦措施下土壤微生物群落的响应及组装过程

复垦对恢复矿区土壤生态功能极为重要,但不同复垦措施下土壤生态功能重建的微生物学机制尚不清晰.厘清不同复垦措施下土壤细菌、真菌群落特征、组装过程及其与理化性质的关系,对重塑矿区土壤生态稳定性至关重要.采用宏基因组测序技术并结合零模型,分析复垦自然恢复区（LH）和复垦农田区（MM）土壤微生物多样性、群落组成、网络结构及群落组装过程的差异.结果表明：①与LH处理相比,MM处理显著提高了土壤养分含量,全氮（TN）、全磷（TP）、有效磷（AP）和速效钾（AK）含量分别提高了34.70%、72.72%、468.98%和45.74%（P<0.05）. ②LH处理和MM处理下细菌和真菌的优势菌群均未发生变化,但细菌优势菌群落丰度发生显著变化.与LH处理相比,MM处理酸杆菌门（Acidobacteria）相对丰度显著增加5.4%,念珠菌门（Candidatus Rokubacteria）相对丰度显著降低235.72%,不同复垦措施下细菌与真菌群落指示微生物发生改变（P<0.05）. ③与LH处理相比,MM处理细菌网络复杂性增强,真菌网络复杂性降低,MM处理土壤细菌节点数、连接数均增加. LH处理的关键类群为念珠菌门和浮霉菌门（Planctomycetes）,MM处理的关键类群为变形菌门（Proteobacteria）.真菌的关键类群均为子囊菌门（Ascomycota）. ④确定性过程主导了细菌和真菌群落的组装,LH处理细菌群落组装以同质性选择贡献最大,MM处理以异质性选择贡献最大;真菌群落均以异质性选择为主.这些结果为采煤沉陷复垦区土壤微生物群落结构及生态功能恢复提供了新见解.     

鄱阳湖水沙与氮磷输移过程及滞留效应研究

为了开展鄱阳湖水沙、氮磷输移过程及滞留变化的研究,收集了鄱阳湖“五河”七口水文站1958-2021年的径流量和悬沙浓度数据、1965-2020年鄱阳湖湖口入江水道地形数据、2003-2021年水质监测数据以及1973-2018年湖区围垦遥感解译等数据,采用统计、对比、双累计曲线及质量守恒法等方法,分析了鄱阳湖“五河”入湖沙量变化趋势、鄱阳湖入江水道地形变化以及鄱阳湖TN、TP滞留变化过程.结果表明：(1)从20世纪90年代起“五河”入湖总沙量呈显著下降趋势.(2)鄱阳湖出口河段河床于2000-2010年期间在深度10.0～12.0 m中滩河床发生了强烈下切和横向展宽,2010-2020年下切显著减缓,中滩河床还存在横向展宽的可能.(3)出入湖TN、TP通量与出入湖泥沙通量成正比.(4)鄱阳湖2003-2021年逐年TN、TP滞留率显著降低.研究显示：鄱阳湖“五河”流域各大中型梯级水库的建设使得鄱阳湖湖区多年来沙量显著降低,鄱阳湖流域水土保持及闸坝体系在2000年后水土流失韧性增强;但湖区采砂挖沙和航道整治等使得鄱阳湖出口河段河床显著下切;采砂挖沙活动导致鄱阳湖湖盆沉积物受到扰动,使得沉...