融合时空特征的PCA-PSO-SVM臭氧(O3)预测方法研究

针对目前臭氧预测方法未能考虑臭氧污染的区域性和在时间周期内的强自相关性的问题,提出一种融合时空特征的PCA-PSO-SVM臭氧组合预测模型.利用小波分析和系统聚类提取臭氧时间序列波动特征和站点空间分布相似性特征,并通过主成分分析和粒子群算法优化的支持向量机组合模型（PCA-PSO-SVM）对臭氧日最大8h平均浓度进行预测,以2016~2018年杭州市大气污染物观测数据和气象数据进行实验验证.结果表明：融合时空特征的PCA-PSO-SVM模型预测精度有较大提升,与未融合时空特征的PCA-PSO-SVM模型相比,精度提升19%.气象因素中温度对臭氧预测效果影响最大,在气象预报数据存在一定误差的情况下,提出的模型仍得到较高精度的预测效果,具备较好的鲁棒性.     

基于IPSO-DE-MH算法的突发水污染事件预测模型参数识别

预测模型是有效应对突发水污染事件的前提与基础。为了提高预测模型的准确性,提出了一种新的参数识别方法。首先从反问题与贝叶斯估计的视角构建突发水污染事件预测模型;然后在Metropolis-Hastings抽样方法的基础上,引入混沌理论、粒子群算法、微分进化算法等的思想,设计了一种新的参数识别方法,即IPSO-DE-MH算法;最后通过数值分析验证所设计方法的有效性和准确性。结果表明:新方法能较好地识别模型参数,为突发事件应急预测模型的快速构建提供了新思路。     

中卫市环境空气质量影响分析

利用国家基本气象站数据,分析中卫市平均风速、大风变化特征,根据近年来中卫市空气质量状况,得到:中卫市风速最大出现在春季,大风天气频繁,这与中卫市空气质量春季出现高值区吻合;空气质量状况逐年好转与扬沙、沙尘暴的减少密不可分。     

重庆市冬季一次沙尘天气过程综合观测

2017年12月29日-2018年1月1日,重庆市经历了一次沙尘影响污染过程。结合天气背景图、气溶胶激光雷达观测数据等分析了沙尘气溶胶的来源和路径。结果表明:沙尘影响期间PM10急剧增加。地面监测结果和天气背景图显示随着冷高压的往东往南移动,北方干冷空气携带沙尘粒子经过长距离输送进入四川盆地。气溶胶激光雷达显示沙尘影响期间,污染边界层抬升,气溶胶退偏比增大,气溶胶粗颗粒特征明显。HYSPLIT后向轨迹模型显示此次沙尘为源自我国西北地区。可通过科学治沙防沙、保护植被环境和加强污染管控等措施,以减少沙尘天气对空气质量的影响,保护生态环境。     

沙尘和灰霾期间中国近海大气氮沉降通量估算

利用WRF-CMAQ模型估算了2011年4月26日~5月3日沙尘事件和2016年1月1日~7日灰霾事件在中国近海引起的总无机氮（TIN）沉降通量,分析了两类事件对中国近海海洋初级生产力的贡献,探究了灰霾事件时中国近海无机氮沉降的可能来源.结果表明：典型沙尘和灰霾过程中,中国近海TIN干沉降通量均值分别为6.77,3.01mg N/（m²·d）,是晴朗天的6.84,3.04倍,可提供38.5,17.1mg C/（m²·d）的海洋初级生产力;沙尘期间无机氮沉降以还原态氮（NH₃和铵态氮,占TIN的62.2%）为主,灰霾期间则以氧化态氮（HNO₃和硝态氮,占TIN的84.3%）为主.典型沙尘事件TIN沉降对黄海影响最大,对渤海影响最小;典型灰霾事件对黄海和东海TIN沉降影响相当,高于对渤海的贡献.典型灰霾期间,京津冀和山东西北部（区域一）对渤、黄、东海TIN干沉降的贡献均大于长江三角洲及周边地区（区域二）,区域一对3个海域TIN干沉降的贡献约为38.7%~74.6%,区域二的贡献约为1.14%~12.1%.     

陆地气溶胶粒子尺度分布的准确描述

利用AERONET 2.0级数据研究了3种主要陆地气溶胶（吸收性,中性和非吸收性）粒子尺度分布的规律.结果表明：当气溶胶的主要成分为小粒子时,细模式气溶胶的中值半径（r_f）和气溶胶总光学厚度（τ_t）的相关性较好,但粗模式的中值半径（r_c）与τ_t相关性较差,且对中性气溶胶表现为负相关,对其他两种类型则表现为正相关;在细模式气溶胶占比减少时,r_f和r_c与τ_t的相关性均减小;不论在何种情况下,r_f与细模式气溶胶光学厚度（τ_f）,以及r_c与粗模式气溶胶光学厚度（τ_c）总保持很高的相关性,且不论哪种气溶胶类型,r_c与τ_c总表示出稳定的负相关.最后讨论了新的气溶胶粒子尺度描述方法对卫星气溶胶性质反演的影响.     

基于pso-SVM的废水厌氧处理过程软测量模型

由于厌氧消化过程的复杂性和厌氧菌的敏感性,保持厌氧消化体系的稳定和高效性是比较困难的.本文在实验室采用IC反应器构建了一套厌氧废水处理系统处理人工合成废水,基于支持向量机(SVM)提出了一种预测废水厌氧处理系统出水挥发性脂肪酸(VFA)浓度和COD去除率的软测量模型.为了提高模型的精确性和鲁棒性,加入pso算法(粒子群算法)优化SVM模型,并引入了分类策略对元数据集进行有效分类.仿真结果表明,基于pso-SVM模型的软测量模型对厌氧废水处理系统出水VFA浓度和COD去除率具有较好的预测能力,模型预测系统COD去除率及出水总VFA浓度测试样本数据相关系数分别为65.86%、85.25%;加入分类策略后,元数据集分成两类,模型预测系统COD去除率测试样本数据相关系数分别为92.34%、83.41%;模型预测系统出水总VFA浓度测试样本数据相关系数分别为99.14%、99.59%,系统预测精度明显提高.引入分类策略对元数据集进行有效分类,基于pso-SVM的软测量模型可为监控、优化和理解厌氧消化过程提供指导.     

金属氧化物负载γ-Al_2O_3粒子电极对酸性橙Ⅱ的电催化氧化研究

以γ-Al_2O_3作为载体,采用浸渍热分解法制备了Sn、Mn、Cu、Pb单组分氧化物和Sn-Ce-Sb复合氧化物粒子电极。通过对酸性橙II(AOII)的降解实验,以及采用重复试验和扫描电镜(SEM)、紫外光谱扫描等方法,探讨了粒子电极材料的性能。研究结果表明:Sn/γ-Al_2O_3相比于Mn/γ-Al_2O_3、Cu/γ-Al_2O_3、Pb/γ-Al_2O_3等单组分氧化物粒子电极表现出了更好的电催化活性和稳定性。掺杂Ce、Sb后电极表面晶体粒径细小且分布均匀,有利于提高Sn/γ-Al_2O_3粒子电极的性能。电流密度为20 m A/cm2,曝气量0.5 L/min反应条件下,反应3 h后Sn-Ce-Sb/γ-Al_2O_3粒子电极对AOII的去除率为100%,TOC的去除率达84.2%,重复使用5次后TOC去除率仍保持在80%以上。表明Sn-Ce-Sb/γ-Al_2O_3粒子电极具有较好的应用前景。     

胶州湾前湾围填海工程对其污染物输运影响的模拟研究

采用ECOMSED和“干、湿”点法构建了胶州湾潮流的三维动边界数值模型。模型验证良好,可以较好地模拟胶州湾潮流场。利用所建模型模拟了前湾填海工程前后胶州湾潮流场。基于Lagrangian粒子追踪法,采用单个粒子及粒子群模拟了前湾填海工程前后胶州湾污染物输运。对比工程前后污染物运动轨迹,分析了工程对胶州湾污染物输运的影响规律及范围。在此基础上,对胶州湾排污口的布置给出了参考建议。     

华东区域高山背景点PM10 和PM2.5 背景值及污染特征

为了解华东森林及高山背景区域大气中PM10和PM2.5质量浓度的变化特征,选取国家大气背景监测福建武夷山站2011年3月～2012年2月PM10、PM2.5为期1 a的监测数据,研究其浓度变化特征及其影响因子,并利用后向轨迹模式探讨区域输送对背景区域PM10和PM2.5质量浓度的影响.结果表明:华东森林及高山区域现阶段PM10和PM2.5背景浓度分别为(23±16)μg·m-3和(18±12)μg·m-3;PM10和PM2.5浓度具有相同的季节变化特征,即春季>秋季>冬季>夏季,2011年春季武夷山背景点因受沙尘远距离输送影响,PM10和PM2.5浓度明显高于其它三季;武夷山背景地区主要以细粒子为主,PM2.5/PM10年平均比值为0.76;PM10和PM2.5浓度与气体污染物均有较好的相关性,表明PM10和PM2.5可能来源于区域人为污染源的输送和二次粒子转化;2011年4月的污染事件与北方沙尘输送有关,而9月的污染事件主要与华东高污染负荷区的污染物输送有关.