Application of Bayesian regularized BP neural network model for analysis of aquatic ecological data-A case study of chlorophyll-a prediction in Nanzui water area of Dongting Lake

Bayesian regularized BP neural network（BRBPNN） technique was applied in the chlorophyll-α prediction of Nanzui water area in Dongting Lake. Through BP network interpolation method, the input and output samples of the network were obtained. After the selection of input variables using stepwise/multiple linear regression method in SPSS i1.0 software, the BRBPNN model was established between chlorophyll-α and environmental parameters, biological parameters. The achieved optimal network structure was 3-11-1 with the correlation coefficients and the mean square errors for the training set and the test set as 0.999 and 0.000？8426, 0.981 and 0.0216 respectively. The sum of square weights between each input neuron and the hidden layer of optimal BRBPNN models of different structures indicated that the effect of individual input parameter on chlorophyll- α declined in the order of alga amount 〉 secchi disc depth（SD） 〉 electrical conductivity （EC）. Additionally, it also demonstrated that the contributions of these three factors were the maximal for the change of chlorophyll-α concentration, total phosphorus（TP） and total nitrogen（TN） were the minimal. All the results showed that BRBPNN model was capable of automated regularization parameter selection and thus it may ensure the excellent generation ability and robustness. Thus, this study laid the foundation for the application of BRBPNN model in the analysis of aquatic ecological data（chlorophyll-α prediction） and the explanation about the effective eutrophication treatment measures for Nanzui water area in Dongting Lake.     

羊草草原碳循环过程的模拟与验证

根据内蒙古典型羊草草原碳通量和生物量观测数据,验证VIP(Vegetation Interface Proces-ses)模型,并模拟分析1958—2007年该生态系统碳循环特征及其与环境因子的相关关系。结果显示:VIP模型能够较准确地模拟地上生物量(R2=0.70)和净生态系统生产力NEP(R2=0.57)的变化趋势。羊草草原生态系统总初级生产力(GPP)、净初级生产力(NPP)和生态系统呼吸(Re)在1958—1973年间下降,1973—1993年间增长,1993年后又出现下降的趋势。与环境因子的相关性分析表明,GPP、NPP和Re随CO2和降水的增多而增大,随温度升高和降水的减少而降低,其中降水量与碳通量相关性最高,呼吸与温度、降水、CO2均存在一定程度的正相关关系。NEP年际变化较大,主要受控于年降水量,以228 mm为界,年降水量大于此值时,NEP为正的概率较大。     

长三角重点生态功能县域生态资产损益核算

限制开发的重点生态功能县域承担着生态保护与经济发展双重使命,如何实现生态与发展互促共进及生态产品价值化是当前面临的极大难点,生态资产损益核算为量化区域资源有偿使用、生态保护修复、生态文明绩效评价等提供了有效途径。以浙江省嵊州市作为长三角地区重点生态功能区的典型县域,基于栅格尺度评估了近20年生态资产存量与流量时空动态变化,并利用地理探测器结合人类活动类型监测分析了生态资产损益的驱动因素。结果表明：2000—2018年,由于森林生态资产质量降低及面积减少,嵊州市近60%区域的生态资产存量呈减少趋势,而生态资产流量总价值与单位面积价值均增益10%以上。相对于自然因素,社会经济因素对嵊州市生态资产损益平均贡献度更大,为17%。县域城镇化导致粮食供给轻微减损,70%以上乡镇生态资产增益,特别是石璜镇生态保护成效较突出。     

New Development in Study of the Faustmann Optimal Forest Harvesting

Chinese forest resources have become very scarce in the face of rapid economic growth demand, while the reform of collective forest right system is in full swing across the country. It will directly affect the regeneration level of forest resources and the diverse ecological value functions. In this article, the mainstream model paradigm of forest economics, that is, the basic framework of the Faustmann model and its evolution process are made in a more detailed explanation, especially the extended model in...     

基于"脱钩"模式的低碳城市评价

由于历史及现状等诸多因素,以二氧化碳减排绝对量为基础的低碳城市评价模式并不适用于中国;本研究从经济发展、物质消耗与污染物排放相互关系的视角,以"脱钩"模式为目标层,经济发展、碳排放、污染物排放与经济发展为准则层,CO2排放等8个具体指标为指标层建立低碳城市评价指标体系,定量描述经济发展过程中单位GDP污染物排放降低的态势,进而表征城市发展过程中的经济、资源、环境变化的历史趋势并反映城市低碳建设现状.针对沈阳市的案例研究表明,沈阳市2001年至2008年总体的生态效率与资源利用效率呈现逐渐提高的态势,沈阳市现阶段的低碳城市建设水平处于"相对脱钩"阶段,与目前中国经济宏观发展态势相符合.本研究表明,"脱钩"评价模式可以避免基于污染物总量的评价模式中忽略经济发展因素而产生的片面性,可以表征中国当前经济高速发展前提下的城市低碳建设水平,为目前的"低碳城市"评价方法提供有益尝试.     

黄山顶夏季气溶胶数浓度特征及其输送潜在源区

利用轨迹聚类方法对2011年6~8月黄山光明顶的气团轨迹进行聚类分组,得到2011年夏季到达黄山顶的主要气团输送轨迹,结合黄山顶的气溶胶数浓度观测资料,分析不同类型输送轨迹与黄山顶积聚模态颗粒物数浓度的关系.利用潜在源贡献因子分析法PSCF(potential source contribution function analysis)定性分析了不同气团背景下黄山顶积聚模态颗粒物数浓度的潜在源区,最后结合浓度权重轨迹分析法CWT(concentration weighted field)定量分析不同潜在源区对黄山顶积聚模态颗粒物数浓度的贡献.结果表明,积聚模态颗粒物(0.5~1μm)数浓度约占0.5~20μm颗粒物数浓度的94.9%;黄山顶6~8月大陆气团的发生频率最高,约43.4%;影响黄山光明顶积聚模态颗粒物数浓度的潜在源区主要来自一些工业发达人口密集的城市群:湖北东部、安徽中部、河南、江西境内、两广交界处、湖南南部以及浙江北部地区.而垂直方向上,来自西北和西南方向高度约2~5km的自由对流层气团对黄山顶积聚模态粒子数浓度贡献较大.     

2000~2020年天津PM2.5质量浓度演变及驱动因子分析

基于中国大气成分实时追踪数据集、天津气象局和生态环境局长序列PM_2.5质量浓度和气象观测,结合MEIC排放清单和环境模式构建的细颗粒气象条件扩散指数,研究2000～2020年天津地区PM_2.5质量浓度演变规律及驱动因子,以期更科学地分析气象对大气环境影响,为“十四五”期间深度环境治理提供支撑.结果表明,2000～2020年天津PM_2.5质量浓度呈现3个阶段变化,第一阶段2000～2007年,呈现持续地上升,其变化速率为4.58μg·（m³·a）^-1,该阶段排放量的快速增加是主导因素,其作用是气象条件年际波动影响的4倍,排放量增加使得PM_2.5质量浓度增加45.3%;第二阶段为2007～2013年,该阶段PM_2.5质量浓度呈现波动变化,出现了两个浓度峰值年（2007年和2013年）,该阶段排放稳定,气象条件年际波动对PM_2.5质量浓度年际波动产生重要影响,两者相关系数0.81;第三阶段为2013～2020年,PM<...     

近10年海南岛大气NO2的时空变化及污染物来源解析

利用OMI卫星反演的NO2柱浓度数据,分析了近10年海南岛对流层NO2柱浓度(Tro NO2)和总NO2柱浓度(Tot NO2)的时空变化,同时结合地面风向、SO2排放资料,以及HYSPLIT模式等探究其大气污染物来源.结果表明,海南岛地区大气NO2呈北半部高于南半部、中部山区低于四周沿海的分布特征,其季节变化表现为冬季高、夏季低的特点,其中夏季浓度偏低和雨水的冲刷作用有关,而冬季浓度偏高与珠江三角洲地区的外源输送作用有密切联系.近10年海南岛大气NO2冬夏季有相反的变化趋势,冬季逐年下降,夏季则有弱的上升趋势.其原因可能是夏季大气污染物以本地排放为主,冬季外源输送起主要贡献作用.海口市Tro NO2与珠江三角洲地区的有利风向日数相关系数为0.84,通过了99%的信度检验.后向轨迹分析表明,2013年12月影响海口市的3条气流移动路径,均不同程度的经过珠江三角洲地区,进一步表明海南岛冬季大气污染物主要以珠江三角洲地区的外源输送为主.     

生物滴滤塔净化挥发性有机废气动力学模型研究

通过对生物滴滤塔净化VOCs废气过程的分析,建立了动力学模型,简化处理后得出了基于生物降解为一级反应动力学和零级反应动力学的污染物浓度沿填料层高度变化的方程,并通过实验数据对方程进行了验证,结果表明基于生物降解一级反应动力学的方程能较好地与实验数据吻合,但常数ξα/Q却随入口浓度Cgi的增大而升高。最后,采用实验数据回归出了ξα/Q随Cg变化的曲线。     

城郊小河流沉积物吸附Pb2+的动力学过程

采用分批试验法,对城郊小河流沉积物吸附Pb2+过程进行了研究,探讨了Pb2+吸附的动力学过程和机制.结果表明,随着溶液中沉积物质量增大,达到吸附平衡所需时间变短,单位沉积物吸附量和达到吸附平衡后溶液中Pb²⁺浓度变低;沉积物含量>0.6 g·L^-1时对溶液中Pb²⁺的去除率超过95%;Pb²⁺在沉积物上吸附的动力学过程符合假二级动力学模型,该模型拟合的平衡吸附量也更接近真实值;Pb²⁺初始吸附速率与初始溶液中沉积物质量无明显的相关性;随溶液中沉积物浓度的增加,吸附速率常数逐渐增大,化学吸附所起的作用也越显著;较高浓度沉积物吸附Pb²⁺的动力学机制能较好符合Elovich方程,但较低浓度沉积物时则相对较差;从吸附速率来看,溶液中沉积物质量较高时,内扩散是整个吸附过程速率的控制步骤,沉积物含量较低时,吸附速率存在多级线性过程,初始阶段非均相扩散是主要控制步骤,但随着时间的延长,其吸附过程转变为沉积物内部的扩散过程.