Development of a nonlocal convective mixing scheme with varying upward mixing rates for use in air quality and chemical transport models

BACKGROUND, AIM, AND SCOPE: Asymmetrical convective non-local scheme (CON) with varying upward mixing rates is developed for simulation of vertical turbulent mixing in the convective boundary layer in air quality and chemical transport models. MATERIALS AND METHODS: The upward mixing rate form the surface layer is parameterized using the sensible heat flux and the friction and convective velocities. Upward mixing rates varying with height are scaled with an amount of turbulent kinetic energy in layer, while the downward mixing rates are derived from mass conservation. RESULTS: This scheme provides a less rapid mass transport out of surface layer into other layers than other asymmetrical convective mixing schemes. DISCUSSION: In this paper, we studied the performance of a nonlocal convective mixing scheme with varying upward mixing in the atmospheric boundary layer and its impact on the concentration of pollutants calculated with chemical and air-quality models. This scheme was additionally compared versus a local eddy-diffusivity scheme (KSC). Simulated concentrations of NO(2) and the nitrate wet deposition by the CON scheme are closer to the observations when compared to those obtained from using the KSC scheme. CONCLUSIONS: Concentrations calculated with the CON scheme are in general higher and closer to the observations than those obtained by the KSC scheme (of the order of 15-20%). Nitrate wet deposition calculated with the CON scheme are in general higher and closer to the observations than those obtained by the KSC scheme. RECOMMENDATIONS AND PERSPECTIVES: To examine the performance of the scheme, simulated and measured concentrations of a pollutant (NO(2)) and nitrate wet deposition was compared for the year 2002. The comparison was made for the whole domain used in simulations performed by the chemical European Monitoring and Evaluation Programme Unified model (version UNI-ACID, rv2.0) where schemes were incorporated.     

基于马尔科夫模型的芜湖市景观格局演变研究

在遥感和地理信息系统的支持下，利用1996年和2003年2个时期的Landsat—TM假彩色合成影像作为信息源，获取芜湖市景观类型的转化数据，并结合国土局的土地详查数据，确定相应的转移概率矩阵，应用马尔科夫过程模拟土地类型景观的动态演变情况和未来演变的趋势。结果表明，随着城市化过程的发展，研究区内各种土地类型不断地向城市用地转化。     

豫西黄河流域土地利用景观空间格局分析

运用景观生态学原理,借助GIS技术,选取景观指数对豫西黄河流域土地利用景观格局进行分析。结果表明,林地和以旱地为主的农业景观是豫西黄河流域的主体景观类型;各景观类型间斑块密度值差距较大,斑块形状指数差异较明显,总体上较简单;研究区域景观异质性和多样性较高,各景观类型所占比例差异较大,农田和林地占有较大优势。该区域景观破碎化程度较小,特别是西部地区地形起伏较大,人类干扰活动相对较小。     

水陆交错生态脆弱带景观格局时空变化分析——以洞庭湖区为例

应用3个时期航空遥感图像为基本信息源,在Arc/Info系统的支持下,建立空间信息库,应用景观破碎度、分维数、优势度、多样性指数、均匀性指数等指标,对洞庭湖区景观空间格局的时空演变进行分析,结果表明:水陆景观之间的交替变化显著,耕地面积减少最多,达30608hm₂,水域面积增加最多,净增48978hm₂。20a来整个区域的景观破碎度加重,多样性增加,优势度下降。进一步具体分析各景观类型发现,耕地、草地、居住建设用地的破碎度和分离度1980～1990年间表现为增加,1990～2000年则表现为减少,表明湖区的自然保护区建设和退田还湖、移民建镇政策已初显成效。由于受泥沙淤积和退田还湖的影响,20a中水域景观的分布质心整体上移动了2.31km,向东南偏离了53.87°。     

采用热重分析法研究煤掺烧干污泥燃烧特性

利用热重分析法对干污泥和煤及二者混合样的燃烧特性进行了研究.结果表明,在空气介质、升温速率25℃/min、温度范围20~1000℃的情况下,干污泥分别在280℃、480℃出现2个失重峰,煤在500℃时出现1个失重峰.随着干污泥掺烧比增加,混合样失重速率峰值及最大燃烧速率值增大,出现温度提前.一定比例范围的干污泥掺烧可以改善煤的着火性能,有利于煤的稳定燃烧,燃料的可燃烧性指数增加,使燃烧特性改善,该指数介于干污泥和煤单一成分燃烧特性指数之间.     

金盆水库沉积物铁锰释放规律

针对分层型水库周期性厌氧问题,金盆水库利用人工强制混合充氧技术补充底部水体溶解氧,抑制沉积物中还原性污染物的释放.但受水库地形地貌的影响,人工强制混合充氧效率存在一定差异性,在曝气系统运行结束后部分较深区域上覆水体溶解氧迅速耗竭,导致污染物的再次释放.为探究铁锰在该条件下的释放规律及扩散强度,选取主库区代表性采样点,对沉积物间隙水及上覆水溶解态铁锰浓度分布进行测定,并计算沉积物-水界面处溶解态铁锰的扩散通量.结果表明,人工强制混合充氧结束后地势较低区域底部水体迅速进入厌氧状态,导致大量溶解态锰释放进入上覆水体,浓度最高达0.42mg·L~(-1);而地势较高区域底部水体短暂进入缺氧状态,之后溶解氧浓度迅速回升,因此底部溶解态锰浓度升高幅度较小,浓度最高为0.17mg·L~(-1).沉积物间隙水-上覆水铁锰浓度分布结果表明,由于铁锰氧化还原电位的差异,溶解态锰相较于铁在厌氧条件下更容易释放进入上覆水体,且不断在表层沉积物及上覆水体中积聚,而溶解态铁的释放不仅受溶解氧的抑制,还受锰氧化物等其他氧化剂的抑制.由扩散通量计算可知,人工强制混合充氧结束后溶解态锰的扩散通量有降低趋势.由质量平衡计算可知,溶解态锰在厌氧层中的积聚不仅与扩散通量有关,还与沉降通量、厌氧层厚度有关,因此厌氧层中铁锰的生物地球化学循环作用有待进一步的研究.     

EGSB反应器水力流态研究

用高效厌氧反应器(EGSB)处理高浓度有机废水,CODCr最高容积负荷达46kg/(m3·d),CODCr去除率在90%以上。采用脉冲示踪法,以LiCl作示踪剂,对反应器的膨胀特性、水力流态规律进行研究。结果表明,水力负荷是影响膨胀特性的主要因素,EGSB的适宜膨胀率应保持在15%~19%。     

成都平原及其周边区域植被覆盖动态监测

利用Landsat TM/OLI遥感数据、DEM和地貌数据,基于像元二分模型、遥感与GIS技术对2007~2013年成都平原及周边区域的植被覆盖动态变化进行了估算,并结合高程、坡度、坡向和地貌数据,定量分析了汶川地震前、后植被受损与恢复的空间动态格局变化。研究表明:(1)植被覆盖总体良好,近一半区域的植被覆盖度均在中、高度以上,空间格局上呈现由西部的龙门山区向中部的平原区域降低的总体趋势;(2)地震造成植被受损面积约6.91×105 hm~2,集中分布于海拔324~800 m、坡度20°、东坡、南坡和西坡及山地地貌部位;(3)震后5 a,植被恢复面积约4.88×105 hm~2,主要分布海拔324~1 000 m、坡度30°、平缓坡、南坡、东坡和西坡、丘陵和大起伏山地以下区域;(4)高程、坡度和地貌对植被损毁与恢复的影响明显高于坡向。     

泛长江三角洲城市旅游绩效空间格局演变及其影响因素

城市旅游绩效是综合衡量城市旅游业生产活动过程和效果的重要手段。论文基于旅游发展规模和质量视角,利用旅游业绩指数和Bootstrap-DEA测算泛长江三角洲城市旅游绩效,并采用空间变差函数和SDM探讨城市旅游绩效的格局演变及其影响因素。结果表明：1）区域城市旅游业绩和效率呈现相异的空间格局,城市旅游业绩高值区分布于上海、杭州和南京等中心城市及其邻近地区,低值区多位于皖北和苏北地区;城市旅游效率高值区逐渐呈现“皖北—苏南—上海—皖南—浙东”的“Z”字形分布,低值区不断向苏中、苏北和皖中地区集聚。2）区域城市旅游业绩和效率格局的演变过程存在明显差异,城市旅游业绩格局发生变异的随机成分不断降低,而旅游效率格局的结构化变异逐渐增大;城市旅游业绩的空间差异在不断缩小,各方向上的差异较为稳定,而旅游效率格局的空间差异先减小后增大,各方向上的差异切换频繁。3）区域城市旅游绩效的格局演变与城市经济发展、产业结构、交通条件、信息技术、市场化和城市化等多种因素有关,各影响因素及其空间效应强度的差异引致区域城市旅游业绩和效率格局呈现不同的演变轨迹。     

北京地区一次重污染过程的大尺度天气型分析

对北京2000年11月的一次PM₁₀重污染过程进行分析,以期进行造成PM₁₀质量浓度增量的天气型诊断.结果表明:最不利于污染扩散的气象形势对应着PM₁₀质量浓度增量最大,而不一定是PM₁₀质量浓度达到最高的环境背景场;PM₁₀质量浓度的峰值是逐步累积而成的.提出定义PM₁₀质量浓度从谷值逐日累积到峰值而后重新下降到谷值的状态为一次环境污染过程.根据环境过程与天气型的诊断分析结果认为,PM₁₀质量浓度变化与天气形势演变有较好的对应关系.PM₁₀质量浓度在上升、达到峰值和下降阶段对应的天气形势分别为持续数日的大陆高压均压场、相继出现的低压均压区及锋后的高气压梯度场,其中持续存在的大陆高压均压场是造成重污染浓度累积的主要背景场.