Generating better energy indicators: Addressing the existence of multiple scales and multiple dimensions

High energy prices and the growing concern for “Peak Oil” have put energy analysis, once again, on the front burner. However, before speculating about possible roadmaps regarding our energy future, it would be wise to develop better quantitative analyses. This paper flags the existence of systemic epistemological flaws in the current use of aggregate energy indicators and presents an alternative approach capable of dealing with the issue of multiple dimensions and multiple scales. Starting from a critical appraisal of the aggregate indicator “Economic Energy Intensity” it shows that economic and biophysical variables are often correlated and that their value is determined by characteristics which can only observed across different levels and scales. Complex metabolic systems (systems that use energy to maintain and reproduce themselves) are operating simultaneously at different scales. This implies that changes in the characteristics of parts, defined at the local scale, and changes in the characteristics of the whole, defined at the large scale can only be obtained after establishing a scaling mechanism in the analysis. In order to deal with the issue of scale in energy accounting, we propose to make a distinction between three different categories: (i) primary energy sources (PES) - establishing a link between energy quantities and the associated requirement of biophysical gradients, at the large scale, on the interface black-box/context; (ii) energy carriers (EC) - defining the set of energy inputs required by technical devices for expressing useful functions, at the local scale, within the parts operating inside the black-box; (iii) end uses (EU) the set of functions to be expressed by society across hierarchical levels for reproducing itself. Finally, the paper presents examples of quantitative results obtained using an innovative method of analysis - Multi-Scale Integrated Analysis of Societal and Ecosystem Metabolism (MuSIASEM). We conclude that by using this new accounting method it is possible to generate a better understanding of external and internal constraints determining the desirability and viability of the metabolic pattern of societies.     

长沙地区PM2.5传输路径和潜在源区时空分析

长沙地区是长江中下游重要的经济发展核心区,受本地排放与外来源输送等多因素的共同作用,其大气污染状况一直都是区域乃至国家高度重视的生态环境问题.前期研究揭示了长沙地区大气污染的扩散规律,为进一步研究该地区大气细颗粒物（PM_2.5）外来源特征,采用拉格朗日混合型单粒子轨迹模式（HYSPLIT）探究2013—2020年长沙地区PM_2.5外来源区分布特征,继而采用轨迹聚类、潜在源贡献因子分析（PSCF）、浓度权重轨迹（CWT）方法等从年、季节等不同尺度分析区域PM_2.5时空分布规律及其外来污染物输送源特征.结果表明,在国家与地区大气污染联防联控等政策的驱动下,2013—2020年长沙地区年均PM_2.5浓度由81.80 μg·m^-3下降至42.96 μg·m^-3并呈显著季节差异,大气污染防治措施成效显著.季节尺度上,PM_2.5浓度主要呈现冬高夏低的态势,冬季最高（81.48 μg·m^-3）,其次为秋季（50.90 μg·m^-3）与春季（47.39 μg·m^-3）,最小值出现在夏季（25.74 μg·m^-3）;另一方面,2013—2020年长沙地区外来源潜在源区主要分布于湘东北、赣西北、豫南和鄂中地区.具体而言,春、秋、冬三季大气污染物主要来源于蒙古国西南部的长距离西北气流,分别占当年轨迹比重的4.73%、12.93%、12.66%,而夏季大气污染物主要来源于南海南部的中长距离南方气流,占当年轨迹比重的19.06%.     

混合碳源制备生物絮凝剂的絮凝效能及产量预测模型

为实现混合底物的高效定向转化,以产絮菌根癌农杆菌(Agrobactrium tumefaciens)F2为研究对象,考察不同单一碳源及不同初始浓度对菌体生长、絮凝效能及絮凝剂产量的变化规律,采用BP算法构建絮凝效能及产量预测神经网络.产絮菌F2利用葡萄糖时的絮凝效能和产量分别为88.98%和2.20 g·L-1,过低的初始浓度将影响产量,不低于7.5 g·L-1为佳.以D-(+)-葡萄糖、D-半乳糖和D-甘露糖3种单糖为混合碳源,构建网络结构为3-5-2的产絮效能及絮凝剂产量预测模型,对两个输出层的预测误差范围均在4%以内,预测葡萄糖、半乳糖、甘露糖浓度的最优解为6.59 g·L-1、1.32 g·L-1、3.57 g·L-1,经验证混合碳源发酵产絮可使絮凝效能和产量比单一葡萄糖发酵时分别提高6.87%和26.82%,本文为产絮菌F2利用含糖有机质废液发酵产絮凝剂提供数据参考.     

秦皇岛重点工业污染源一次PM2.5排放量估算分析研究

依据《PM2.5源排放清单编制技术指南》结合企业排污申报登记数据,量化分析了秦皇岛一次PM2.5排放源中工业源PM2 5排放数据,重点核算分析了秦皇岛的支柱产业玻璃、水泥的一次PM2.5排放量情况.结果显示在秦皇岛当地的工业企业中,水泥行业所排放的PM2.5总量在全部重点工业一次PM2.5排放源中所占的比例较大,同时结果显示在生产过程中使用燃煤较多的企业PM2.5的排放量要高于其它企业.从地区分布上来分析,秦皇岛市抚宁县PM2.5的排放量是当地三区四县中最多的地区.     

福建省饮用水源地植被缓冲带建设规划研究

饮用水水源地是水环境的重要组成部分,是水环境功能区划中具有最高使用功能的水域。本研究通过对福建省饮用水源地保护区周边不同类型植被缓冲带的生态调查的基础上,对植被缓冲带的结构和布局、缓冲带宽度要求以及缓冲带植被选择和配置等要素方面进行设计,提出三种不同类型饮用水源地的植被缓冲带规划建设。本研究对于保护水源地水质,保障饮水安全和人民身体健康,促进资源的可持续利用和生态、环境的可持续保护有着重要的作用。     

南京北郊冬春季气溶胶数浓度变化特征分析

使用APS-3321对2014年南京北郊冬春季0.5~20μm粒径段大气气溶胶数浓度进行了较长时间的连续观测,对其变化特征进行了分析.观测期间南京北郊冬、春季大气气溶胶平均数浓度分别为(364.8±297.8)个·cm~(-3)和(79.6±62.4)个·cm~(-3),细粒子(0.5~1.0μm)分别占整个观测粒径段数浓度的87.8%和86.6%,在不同时间段,数浓度变化很大.南京北郊数浓度具有明显的日变化特征,夜晚浓度高,白天浓度低,冬季07:00和春季09:00达到早高峰,冬季17:00和春季18:00数浓度开始迅速增加.数浓度粒径谱分布冬季为单峰型,峰值粒径在0.583~0.626μm之间,春季峰值粒径小于0.542μm,冬季峰值粒径大于春季.随着相对湿度的增加气溶胶数浓度不断增加,同时峰值粒径向较大粒径方向偏移,体现了吸湿增长对气溶胶粒径谱分布的影响.观测期间,霾天比例高达83.3%,随着霾污染加重,在小于2.0μm的粒径段数浓度显著增加且冬季更为明显;春季,细粒子比例随霾的加重而增加,但冬季由于气溶胶老化导致大粒径粒子浓度显著增大,重度霾天时,细粒子比例有所降低.对1月典型污染过程的分析表明,气团来源与地面风向存在很好的对应关系,苏北近距离污染输送和地面小风造成的污染物累积是此次重污染过程形成的重要原因.     

准东煤田露天矿区土壤重金属污染现状评价及来源分析

为研究准东煤田露天矿区土壤重金属污染现状,分析了研究区Zn、Cu、Cr、Pb、Hg和As这6种土壤重金属含量水平,采用内梅罗指数法、地质累积指数法、潜在生态危害指数法对准东矿区土壤重金属进行评价,并利用分层比较、降尘法以及距离分析,结合统计分析法对金属污染来源进行分析.结果表明,与环境质量Ⅰ级标准相比,As超标最严重,Cr次之,Hg、Cu超标率较小,Zn、Pb未检出超限;以环境质量Ⅰ级标准为评价依据,研究区土壤重金属总体处于轻度污染水平,单项污染指数依次为As(2.07)Cr(0.95)Cu(0.55)Zn(0.48)Hg(0.45)Pb(0.38),除As为重度污染外,其他均为清洁水平;Hg的地质累积指数为1.14,为中度污染;研究区生态风险等级为中,主要贡献因子是Hg,生态危害系数为251.40;重金属来源分析表明:Pb在剖面中的变异性主要来自于煤炭燃烧或其他人为活动,Hg和As元素可能共同来源于煤炭燃烧的释放,距离矿区的远近不是影响重金属差异的主要因素,还可能与地形、坡向、风向等其他因素有关.     

洱海水华期间饮用水源区产毒微囊藻和微囊藻毒素-LR的分布特征

水华期间微囊藻毒素的释放会严重影响洱海饮用水源水质安全.应用荧光定量PCR结合酶联免疫法快速检测洱海水华高发秋季(8—11月)主要旅游区和饮用水源地产毒微囊藻丰度和微囊藻毒素LR浓度.结果表明,荧光定量PCR方法能够快速定量洱海中总微囊藻种群和产毒微囊藻丰度,并且能有效预测洱海水体产毒潜能.洱海总微囊藻平均丰度为8.15×10~6copies·L~(-1),9月份均值最高,产毒微囊藻平均丰度为6.42×10~5copies·L~(-1),也于9月达到最高值,占总微囊藻的比例为1.0%~69.8%,水温和TP显著影响洱海总微囊藻丰度,低温、低P是洱海微囊藻水华的限制因子.洱海毒素峰值期为10月上旬,期间水源地微囊藻毒素和胞外微囊藻毒素全部检出,叶绿素a显著影响总微囊藻毒素和胞外微囊藻毒素分布,说明在一定程度上Chl a值能预测水体微囊藻释放的毒素风险.洱海总微囊藻毒素LR最高值达2.17μg·L~(-1),已超过集中式生活饮用水地表水源地对MC-LR的限值(1.0μg·L~(-1)),表明水华期间洱海饮用水水源安全问题不容忽视.     

无组织源VOCs排放及臭氧生成潜势分析

选取汽车喷涂、加油站、垃圾填埋场和化产回收,分析了不同排放源的VOCs污染特征。研究表明:加油站地下储油罐附近VOCs浓度较高,平均为8 637.2μg/m~3,是汽车喷涂VOCs浓度的3.4倍,垃圾填埋场和化产回收的无组织VOCs排放浓度较低,分别为185.5,85.6μg/m~3。汽车喷涂工艺和化产回收车间VOCs排放主要以芳香烃为主,分别占总VOCs的87.6%和82.9%;不同采样时段加油站储油罐VOCs均以烷烃为主,垃圾填埋场VOCs无组织排放主要以芳香烃和烷烃为主。加油站的臭氧生成潜势最大(41 927.2μg/m~3),分别是汽车喷涂、垃圾填埋场和化产回收的3.1,48.8,150.8倍。     

宿州市农业源污染减排对策与措施探讨

《"十二五"主要污染物总量控制规划》将农业源纳入总量控制范畴。宿州市农业源污染物排放量约占全市水环境污染物排放总量的50%,因此加强农业源减排势在必行。研究全市农业源减排现状,分析存在的问题与不足,提出改进对策与措施,具有重要的现实意义。