长江流域径流模拟及其对极端降雨的响应

研究流域径流量变化可为水资源科学调配、利用开发、水旱灾害防治、水环境污染整治和国民经济可持续发展等提供重要依据.但近年来受全球变暖影响,极端气候事件,尤其是极端降雨的发生频率和强度出现了变化,直接或间接影响径流量变化.运用SWAT模型模拟1965~2019年间长江流域径流时空变化规律,分析了不同极端降雨条件下径流对降雨的响应.结果表明,1965~2019年间长江流域径流变化并不显著,流域总径流和中下游径流均经历了枯-丰-枯-丰4个阶段.极端降雨情景模拟发现,50 a一遇极端降雨下,长江上、中和下游代表性子流域日均径流变化率分别为6200%、21%和15%,月均径流变化率为355%、5%和1.3%,年均变化率为78%、1%和0.24%.而100 a一遇极端降雨下,3个子流域日均径流变化率分别为8000%、25%和17%,月均径流变化率为437%、7%和1.5%,年均变化率为96%、1.2%和0.28%.研究结果可为流域水资源管理和利用及洪涝灾害预测与防控等提供理论依据.     

国内外土地利用区划研究的回顾与展望

土地利用区划是从区域角度观察和研究地域综合体,探讨土地利用的发展历史、现状特点、变化过程及趋势,从最大限度发挥土地生产潜力及改善土地生态系统的结构与功能出发,对土地的合理利用方向,包括确定国民经济各部门用地的合理分配、结构和布局形式等,在地域上进行分区。通过简要回顾国内外土地利用区划研究的发展历程,总结了土地利用区划研究的理论方法特点及存在的问题,并在此基础上探讨今后土地利用区划研究的重点及发展方向：从自然要素向自然与人文要素有机结合方向转变;从大空间尺度向多空间尺度方向转变;从传统的区划方法向综合集成的新技术手段转变;从静态的区划研究向多要素、多过程耦合的动态区划研究方向转变。     

青海湖介形虫壳体丰度与氧碳同位素的季节和年际变化及其控制因素——来自沉积物捕获器的研究

介形类对其生活的水体环境极其敏感,其壳体的物质几乎全部来自水体,因此壳体的化学组成常常用来反演古气候环境,然而对于青海湖介形虫壳体不同组成的控制因素存在诸多争议和不确定性。本文以沉积物捕获器在青海湖于2010年7月至2011年10月期间获得的介形虫样品为研究对象,结合CTD同步监测的湖水环境参数,探讨了青海湖现生的两个种属介形虫（意外湖花介和胖真星介）丰度和氧、碳同位素（δ¹⁸O、δ¹³C）的季节和年际变化特征及各自控制因素。结果表明,意外湖花介壳体的丰度比胖真星介的高一个数量级,但青海湖两种介形虫出现和丰度变化均受湖水温度直接控制。意外湖花介和胖真星介壳体的δ¹⁸O和δ¹³C均存在明显的年际和季节性变化及种属差异,而同步沉淀的自生碳酸盐却有较为均一的δ¹⁸O组成;两个种属介形虫壳体δ¹⁸O的年际差异是夏季水温系统差异的直接表现,而δ¹⁸O的季节性变化并不受控于降水和蒸发（P/E）比率,而可能主要与由高温诱发的大量自生碳酸盐沉淀有关;青海湖介形虫壳体δ¹³C的变化并不是单一因素控制的结果,可能也与湖水温度、自生碳酸盐沉淀等因素有关。本研究提出的自生碳酸盐沉淀对介形虫壳体δ¹⁸O和δ¹³C的控制作用,对于我们认识青海湖介形虫的环境意义及沉积物中介形虫壳体化学组成的古环境信息提取具有重要的启示意义。     

典型再生水人工湿地净化系统水质时空变异研究——以北京市奥林匹克森林公园人工湿地为例

选取奥林匹克森林公园人工湿地作为典型再生水补水人工湿地净化系统进行水质数据检测,应用模糊综合评价法综合评估各净化单元的水体污染状况,采用综合判别分析和Spearman相关分析阐释影响各净化单元时空变异的水环境要素,并通过因子分析识别不同时间段污染源的种类和组成.结果表明,奥林匹克森林公园人工湿地净化系统水质状况较好,符合人体非直接接触的景观用水国家标准.人工湿地各净化单元时空区间污染程度不同:季节尺度上,秋季污染更为严重;空间尺度上,主湖区、混合氧化塘区污染最为严重.CODMn、NO-3-N、ORP、TN 4项指标即可完全表征水质的季节差异(91.8%),应适当加大监测力度;Chl-a、CODMn、DO、pH 4项指标用于表征空间差异(55.1%),较低的判别正确率暗示了各功能区间类似的污染状况.不同时空区间污染源种类和组成存在差异性:水体的内源杂质是各季度影响水质的主要因子,春季有机污染最为严重,夏季则转为氮、磷等营养物质污染,秋季水体则更易受富营养化的威胁;再生水区水体污染的主要影响因子为氮、磷等营养盐类,其余功能区水体主要影响因子仍为内源杂质.增强水体流通力,缩短水力停留时间,能够有效减弱富营养盐类和有机污染物的影响.     

杞麓湖表层底质营养盐的时空分布特征及评价

通过现场调查和实验室分析方法对杞麓湖水体及表层底质各形态营养盐的时空分布特征进行研究。结果表明,在冬季和夏季杞麓湖底质及水体各营养盐浓度及分布具有较大差异。底质及水体中总氮浓度表现出湖周高、湖心低,且西南比东北高的分布特征;总磷浓度呈现出由西南向东北递增的趋势;无机磷浓度高于有机磷;无机磷中各形态磷的浓度由高到低依次是Ca-P>Fe/Al-P>NH₄Cl-P。底质有机质浓度非常丰富,呈现出由湖周向湖心逐渐降低的趋势。有机指数和有机氮评价结果显示,杞麓湖各采样点有机指数相当高,全湖都处于严重污染状态,且整个湖体有机氮污染严重,西部湖湾为污染最严重的区域。杞麓湖底质营养盐浓度的控制刻不容缓。     

Investigation of low-molecular weight organic acids and their spatiotemporal variation characteristics in Hongfeng Lake, China

The identities and concentrations of low-molecular-weight organic acids (LMWOAs) were determined by ion chromatography throughout a 20-m water column in Hongfeng Lake, China. The spatiotemporal variations of LMWOAs and their contributions to dissolved organic matter (DOM) in a research period of 24 hr were also investigated. The results demonstrated that five LMWOAs (lactic, acetic, pyruvic, sorbic, oxalic acid) were detected, and their total concentration and proportion in DOC were 6.55 μmol/L and 7.47%. Their average levels were 2.50, 0.65, 2.35, 0.96 and 0.09 μmol/L, respectively. LMWOAs were higher during daytime (10:00-18:00 on Jun 13, 2008) than nighttime (21:00-6:00 the next morning), in particular 4.99 μmol/L high in the epilimnion ( 1 m water depth), reflecting the fact that direct import from terrigenous sources and photochemical production from humic materials were dominant during LMWOAs’ origin and accumulation. The same factors caused LMWOAs to be 0.63 μmol/L in the epilimnion higher than in the hypolimnion. The rapid decrease of total organic acid (TOA) up until 18:00 mainly resulted from bio-uptake and mineralization in the hypolimnion (>1 m water depth). Pyruvic acid increased with time in the epilimnion and decreased in the hypolimnion, largely related to the two contrary processes of continuous degradation and synthesis of macromolecular organic matter during life materials’ cycle mediated by organisms. Simultaneously, plankton behavior and thermal stratification played a pivotal role in LMWOAs’ behavior in the water column, causing decreasing and increasing profiles. The distribution of LMWOAs represents an interesting resource for biogeochemical research of DOM in aquatic ecosystems.     

春、夏季长江口及其邻近海域溶解N2O的分布和海-气交换通量

分别于2012年3月和7月对长江口及其邻近海域进行了调查,对水体中溶解氧化亚氮(N2O)的分布及海-气交换通量进行了研究.结果表明,春季长江口及其邻近海域表层海水中溶解N2O浓度范围为9.34~49.08 nmol·L-1,平均值为(13.27±6.40)nmol·L-1.夏季表层溶解N2O浓度范围为7.27~27.81 nmol·L-1、平均值为(10.62±5.03)nmol·L-1.两航次表、底层海水中溶解N2O浓度相差不大.长江口溶解N2O浓度由近岸向外海逐渐降低,受陆源输入影响显著.溶解N2O浓度高值出现在长江口最大浑浊带附近,这主要是由于水体中较高的硝化速率造成的.温度是影响N2O分布的另一个重要因素,对溶解N2O浓度有双重作用.春季和夏季表层海水中N2O饱和度范围分别为86.9%~351.3%和111.7%~396.0%,平均值分别为(111.5±41.4)%和(155.9±68.4)%,大部分站位处于过饱和状态.利用LM86、W92和RC01公式分别计算了长江口及其邻近海域N2O的海-气交换通量,春季分别为(3.2±10.9)、(5.5±19.3)和(12.2±52.3)μmol·(m2·d)-1,夏季分别为(7.3±12.4)、(12.7±20.4)和(20.4±35.9)μmol·(m2·d)-1,初步估算出长江口及其邻近海域的年平均释放量分别为0.6×10-2Tg·a-1(LM86)、1.1×10-2Tg·a-1(W92)、2.0×10-2Tg·a-1(RC01).长江口及其邻近海域虽然只占全球海洋总面积的0.02%,但其释放的N2O占全球海洋释放量的0.06%,表明长江口及其邻近海域是产生和释放N2O的活跃区域.     

黄河下游垦利站溶解N2O浓度和通量的季节变化及其调控因子分析

于2012年3月至2014年3月每月在黄河下游垦利站采集表层河水,测定其溶解氧化亚氮(N_2O)浓度并估算了其水-气交换通量,并于2012年10月至2013年12月每月对表层河水和沉积物进行了受控培养实验以认识其产生过程.结果表明:黄河下游表层河水中溶解N_2O浓度范围为11.63~27.23 nmol·L~(-1),平均值为(16.29±4.23)nmol·L~(-1).N_2O浓度呈现出较为明显的季节变化,具体表现为冬季和春季高于夏季和秋季,但全年变化幅度不大.溶解N_2O浓度主要受到温度、黄河径流量和溶解无机氮等因素的影响.N_2O饱和度范围为101.1%~343.0%,平均值为190.8%±72.3%,黄河下游N_2O全年处于过饱和状态,是大气N_2O的净源.利用LM86、W92和RC01公式估算出其平均水-气交换通量分别为(10.2±12.3)、(17.3±18.8)、(25.8±26.6)μmol·m-2·d~(-1).初步估算了2012—2013年黄河向河口及其邻近海域输入N_2O的量约为5.8×105mol·a~(-1).培养实验表明:水体和沉积物整体表现为净产生N_2O,其中潜在反硝化速率均明显高于硝化速率,反硝化作用在黄河N_2O的产生过程中有重要作用.水体中的潜在反硝化速率(以N计)的变化范围为(0.18~332.20)nmol·L~(-1)·h~(-1),平均值为(52.74±95.63)nmol·L~(-1)·h~(-1),沉积物中潜在反硝化速率的变化范围为0.37~187.60 nmol·kg~(-1)·h~(-1),平均值为(29.61±56.91)nmol·kg~(-1)·h~(-1).     

2000~2020年京津冀BVOCs排放量估算及时空分布特征

为研究京津冀地区天然源挥发性有机化合物(BVOCs)近20a排放量及时空分布特征,本文基于卫星遥感解译获得的2000年、2005年、2010年、2015年、2020年共5期中国土地利用数据,计算获得了京津冀地区各市县BVOCs排放量及排放组成,同时对京津冀地区近20a的BVOCs排放的时空分布进行了特征分析.结果表明,近20a京津冀地区BVOCs平均排放总量为76.40万t/a,其中河北省、北京市、天津市的平均排放总量分别为59.11万t/a,15.29万t/a,2.00万t/a;按照排放组成分析,ISOP平均排放总量为16.80万t/a,占总排放量的21.99%,TMT平均排放总量为29.62万t/a,占总排放量的38.77%,OVOCs平均排放总量为29.97万t/a,占总排放量的39.23%.根据排放时间特征分析,京津冀地区冬季BVOCs排放量最低、夏季BVOCs排放量最高.BVOCs排放的空间分布与土地利用类型和植被分布密切相关,不同土地利用类型的BVOCs排放贡献具有显著差异,近20a京津冀地区林地、耕地、草地的BVOCs平均排放量分别为60.33万t/a,12.78万t/a,2.31万t/a,分别占总排放量的78.90%,16.79%,3.04%.京津冀地区BVOCs空间排放分布差异比较明显,北部、东北部的整体排放量明显高于南部、东南部.本研究可为BVOCs的计算提供研究思路,同时可为京津冀地区空气污染治理提供有关基础数据.     

京津冀大气污染的时空分布与人口暴露

经济的快速发展和城市化导致京津冀地区的空气质量不断恶化,已经引起学术界广泛的关注.为了揭示近年来京津冀地区大气污染状况,本研究基于中国空气质量在线监测分析平台发布的PM_(2.5)、PM_(10)、SO_2、CO、NO_2和O_3_8 h_max长期监测数据,采用统计学的方法分析了2014—2018年京津冀13个市这6种污染物的时空变化特征,结合各城市人口数据,评估了在此背景下该地区PM_(2.5)和O_3_8 h_max的人口暴露风险.结果表明:京津冀地区PM_(2.5)、PM_(10)、SO_2、CO和NO_2近年来整体上呈下降趋势,而O_3_8 h_max则呈上升趋势.总体而言,PM_(2.5)、PM_(10)、SO_2、CO和NO_2表现为冬季最高、春秋季次之、夏季最低的特征,而O_3_8 h_max则表现为夏季春季秋季冬季的特点,并在月变化上呈倒"V"型,从1月份开始逐渐上升,在6月份达到峰值,而后又逐渐下降.空间上,PM_(2.5)、PM_(10)、SO_2、CO和NO_2呈现南高北低的分布特征,而O_3_8 h_max在2014—2016年呈现北高南低的分布特征,但在2017—2018年则呈现南高北低的分布特点.此外,京津冀北部地区PM_(2.5)的来源主要是一次气溶胶,而二次气溶胶是中部地区PM_(2.5)的主要来源.除秦皇岛、承德和张家口外,其他城市细粒子在颗粒物中占的比重较大.随着近年来PM_(2.5)浓度的降低,暴露于高浓度的PM_(2.5)中的人口比例逐年减少,但距离年平均浓度限值还相差很远.除2014年外,暴露在O_3浓度超标情况下的人口在2015—2017年逐渐上升.