Automatic sensitivity analysis of a finite volume model for two-dimensional shallow water flows

Given a numerical model for solving two-dimensional shallow water equations, we are interested in the robustness of the simulation by identifying the rate of change of the water depths and discharges with respect to a change in the bottom friction coefficients. Such a sensitivity analysis can be carried out by computing the corresponding derivatives. Automatic differentiation (AD) is an efficient numerical method, free of approximation errors, to evaluate derivatives of the objective function specified by the computer program, Rubar20 for example. In this paper AD software tool Tapenade is used to compute forward derivatives. Numerical tests were done to show the robustness of the model and to demonstrate the efficiency of these AD-derivatives.     

1990～2017年中国地区气溶胶光学厚度的时空分布及其主要影响类型

为准确了解中国地区气溶胶光学特性,通过1990~2017年的MERRA2数据集中的气溶胶光学厚度数据,采用Man-Kendall趋势检验法和Sen''s slope变化趋势分析法,从不同的时空尺度和气溶胶类型上分析中国地区AOD值的时空变化特征.结果表明：①从年际尺度上看,1990~2017年AOD年均值整体呈波动上升趋势;从季节尺度上看,月均值整体呈春夏秋依次递减,冬季有所提升的趋势,地形和气候环境是其主要影响因素.②在空间上,AOD年均值呈现东南高西北低的特征,西南部四川盆地、西北的塔里木与吐鲁番盆地等为AOD值的高值区,青藏高原地区为AOD值的低值区,同时AOD的MK值和Sen''s slope值也呈现由东南向西北递减的趋势.③沙尘气溶胶和硫酸盐气溶胶影响分布具有明显的区域差异.与地形、气候变化以及人类活动强度有着密切联系.     

黑河上中游水质时空分异特征及污染源解析

在黑河上中游主要河道设置33个水样监测点,分别于2017年5月（平水期）、8月（丰水期）、12月（枯水期）进行水质调查,运用GIS和水质标识指数法对水环境质量进行评价,并采用多元统计的方法分析了水质时空分布特征及潜在污染物来源.结果表明：区域内水质类别以Ⅱ类和Ⅲ类为主,并具有一定的时空分异性.时间上水体污染程度表现为枯水期 > 平水期 > 丰水期,空间上表现为上游支流区 > 上游干流区 > 中游.依据土地利用类型将33个采样点划分为放牧与工矿企业用地（A组）、水库建设用地（B组）和农业与城镇人居用地（C组）.结合因子分析和主成分回归分析得出,NH₃-N、BOD₅和COD_Mn是该区域的典型污染物,其中A组污染源主要来自于有机物,其次是营养盐;B组水体主要受到机物和营养物的蓄积污染,而自然因素的影响相对较弱;C组主要是生物化学污染,其次为非点源营养盐污染.研究表明,人类活动依然是影响水质变差的主要因素,虽然大坝的拦截效应能改善下泄水质,但常年累积于库底的沉积物随环境变化有二次污染的潜在风险,如沉积物中营养盐的活化释放等问题.     

大都市郊野乡村多功能评价及其空间布局——以上海89个郊野镇为例

客观评价大都市郊野乡村多功能及空间布局特征,是分类制订精细化乡村振兴策略的关键之一。通过构建大都市郊野乡村“生态环境—休闲文化—农业生产—经济发展—生活保障”多功能评价方法,使用多源空间数据、统计数据及调查数据,评价上海郊野89个镇的多功能值,提出镇域多功能发展类型及空间布局特征。结果表明：（1）上海市89个镇多功能发展存在显著差异。各项功能按照均值排序为生态环境（0.7674）>经济发展（0.6054）>农业生产（0.5882）>生活保障（0.5238）>休闲文化（0.2525）;（2）生态环境高值区域主要分布在崇明岛、青浦西部和奉贤南部,农业生产高值区主要位于浦东南部、奉贤及金山、崇明南部和青浦,经济发展高值区主要位于中心城周边和新城周边区域的28个镇,生活保障低值区主要位于紧邻中心城与最偏远区域两类共29个镇,休闲文化高值区主要位于与中心城距离最偏远的松江、青浦、金山;（3）郊野镇多功能发展可划分为高均衡型、低均衡型和非均衡—混合发展型、非均衡—传统维持型和非均衡—城市化型共五种模式,仅浦江镇等10个镇为多功能高均衡发展模式,占11.24%。论文建立的评价方法及研究结论可为探索精细化都市郊野乡村振兴政策提供理论依据。     

成渝城市群PM2.5的时空分布及其影响因素研究

随着工业化与城镇化的深入推进,成渝城市群的PM_2.5污染不断加剧,呈明显的区域性与复合性特征.该研究以2015—2017年成渝城市群空气质量监测站的日均ρ（PM_2.5）数据为基础,结合区域气象、遥感与统计年鉴等多源数据,采用反距离插值法分析了ρ（PM_2.5）的时空分布差异,采用Moran's I指数与LISA指数探索了ρ（PM_2.5）的全局和局部空间自相关性,并利用空间回归模型研究了自然、经济社会等因素对ρ（PM_2.5）的影响.结果表明:①成渝城市群ρ（PM_2.5）分布存在明显的时空差异.时间上,2015年PM_2.5污染最严重,ρ（PM_2.5）年均值为54.38 μg/m3,2016年、2017年PM_2.5污染状况逐年减轻,ρ（PM_2.5）年均值分别为53.68与47.56 μg/m3;空间上,成渝城市群东北部ρ（PM_2.5）较低,而南部ρ（PM_2.5）较高.②空间自相关分析结果表明,PM_2.5污染在成渝城市群存在显著的空间聚集性,成渝城市群南部ρ（PM_2.5）呈高值-高值聚集,成渝城市群北部ρ（PM_2.5）则呈低值-低值聚集.③空间回归结果表明,成渝城市群范围内某一地区邻近区域的ρ（PM_2.5）平均值增加1%时,该地区ρ（PM_2.5）将上升至少0.38%.城镇化率对ρ（PM_2.5）的影响最大,其次是第一产业增加值,再次是工业增加值占比和降水量.城镇化率、降水量与ρ（PM_2.5）呈负相关,而第一产业增加值、工业增加值占比与ρ（PM_2.5）呈正相关.研究显示,加快城镇化进程、减少第一产业排放、降低工业增加值占比（尤其是重污染工业）是有效解决成渝城市群PM_2.5污染的重要手段.      

中国居民消费磷足迹时空格局及驱动因素研究

在磷足迹内涵界定及其计算模型构建的基础上,探究了中国城乡居民食物消费磷足迹的时空格局,并解析了其驱动机制.结果表明：1978~2018年间,中国食物消费磷资源和磷污染足迹分别增长了6倍和4倍,达到2018年的715.9万t和78.7万t,其中城镇居民是主要贡献源,占比分别达到67%和64%.从结构上看,城乡食物消费磷资源足迹均由荤食主导,其中家禽、水产品和蛋奶消费的磷资源足迹占比不断增加;而磷污染足迹主要源于上游食物生产过程,其中种植业和水产养殖业增幅最为显著.我国31个省市食物消费磷资源足迹和磷污染足迹在空间分布上具有一致性,呈现从东向西减小的趋势,东部省市诸如广东、上海、江苏、北京和山东等远高于其他地区,并且具有高度的空间集聚性,在东部沿海形成高-高（H-H）聚集区.因此调控磷开发利用活动的资源环境压力需要着眼于这些重点区域.我国食物消费磷足迹增长的关键驱动因素是利用效率下降、消费水平提升和饮食结构改变,因此有效提升食物生产的养分利用效率和引导合理的消费理念和饮食习惯是减缓磷的开发活动资源环境压力的重要途径.     

On the Laws and Causes of Socio-economic Territorial Differentiation in Minority Areas in China

Abstract

On the basis of applying quantitative and qualitative approaches as well as GIS technology, this paper established an index system to make a comprehensive evaluation on socioeconomic development of minority areas in China. The result showed that socio-economic development in minority area presents a series of characteristics that the north is high and the south is low, center-margin pattern is obvious and the areas with middle and lower development indices are distributed centrally and continuously. However, the causes of the socioeconomic characteristics mainly include natural conditions, economic development basic, population cultural quality, regional combination and development conditions of mineral and energy resources, informal institutional factors and distribution of major traffic lines.     

Genome Stability vs. Deprivation or Enrichment of the Geomagnetic Field

Summary This study suggested that cell-cycle kinetics, DNA replication and DNA repair react to magnetic fields differently. During their culture growth cycle, which lasted about five days, Friend erythroleukemia cells were either kept in the absence of magnetic fields in a magnetically shielded room or irradiated in a solenoid with 70 μT at 50 Hz plus 45 μT DC of the Earth: some cells grew without inducer of in vitro differentiation; others were induced to differentiate hemoglobin through dimethylsulfoxide. It emerged that, during a single culture growth cycle, while proliferation was slightly accelerated by the magnetic-field irradiation achieved in the solenoid both in undifferentiating and dimethylsulfoxide-differentiating cells, DNA replication did not appear to significantly depend on the magnetic-field deprivation achieved in the magnetically shielded room. However, as a result of a 318-day long magnetic-field irradiation in the solenoid, DNA replication remained unchanged in undifferentiating cells and partially inhibited in dimethylsulfoxide-differentiating cells. Following the same long magnetic-field irradiation in the solenoid, the amount of labelled repair patches in the parental DNA strands was slightly reduced.     

全球CO2倍增对我国自然地域分异及农业生产潜力的影响预测

ＣＯ_２倍增导致全球变暖,并对自然环境产生影响的研究已成为举世瞩目的重大课题。本文在ＩＰＣＣ预告的基础上,分析了气候变化对我国自然地域分异的影响,用６７１个站点资料分析了我国温度带及各自然地区的数量指标、各地区生产潜力及影响生产潜力的因子,将气候变暖增温、温度带北移的界线及降水区向西迁移后干湿地区界线的变化绘制成图,同时预测了农业生产潜力的未来变化。结果表明：全球变暖使我国温暖地区面积增加,半干旱及干旱区水分条件改善,有利于作物生产。     

陕西省冬春季PM2.5时空分布特征研究

根据陕西省2016年12月至2017年5月PM_2.5质量浓度逐小时数据，利用ArcGIS分析陕西省PM_2.5污染时空变化格局，并分析造成南北差异的原因，再利用小波分析手段探讨各市PM_2.5污染时间序列周期和突变特性。结果表明：（1）陕西省冬季PM_2.5污染重，春季污染轻，并表现出"关中高，南北低"的特征，秦岭南北经济发展差异和供暖差异是控制陕西省PM_2.5污染空间格局的主要原因；（2）冬季和春季单日PM_2.5浓度变化趋势基本一致，为"双峰双谷型"，日最低值出现在16∶00~18∶00；（3）Morlet小波分析结果显示，陕西省PM_2.5日均变化序列存在多时间尺度特征。陕北城市PM_2.5污染第1主周期为40 d，关中城市和陕南商洛市有40 d和65 d两个共同周期，安康市和汉中市共同周期为20 d和80 d；（4）陕西省PM_2.5突变事件冬季频繁而春季较少，多发生在1月和2月，春季1次大范围的沙尘天气，造成了陕西省5月5日8个城市PM_2.5污染浓度剧增。