基于欧洲航天局“哨兵-2A”卫星的太湖蓝藻遥感监测

欧洲航天局(ESA)2015年6月23日成功发射"哨兵-2A"卫星,该卫星搭载的多光谱成像仪(MSI)在可见光(VIS)至短波红外(SWIR)波长区间配置了多种光谱波段/地面分辨率组合,可以获取大范围、较短重访周期、较高空间分辨率(10 m)的遥感影像。以太湖2016年6月13日MSI数据为例,在完成大气校正的基础上,分析了太湖典型地物类型光谱特征,采用归一化植被指数(NDVI)结合叶绿素反射峰强度(ρchl)构建的综合阈值法对贡湖湾的蓝藻水华信息进行了提取实验。结果表明:"哨兵-2A"卫星MSI影像质量清晰,可精细地反映植被、蓝藻、水体等典型地物类型的光谱特征;ρchl指数对中-高蓝藻聚集区与水生植被、轻度蓝藻聚集区与混合水体具有较好的分离能力;利用综合阈值法提取贡湖湾中-高蓝藻聚集区面积为60.37 km2,主要分布在贡湖北部沿岸、湖心和南部沿岸。"藻-水"混悬体面积为79.49 km2,贡湖湾东部蓝藻水华相对较轻。     

电渗脱水对污泥性质及结合水含量的影响

为探究电渗脱水对污泥理化性质及内部结合水的影响,采用电渗脱水技术处理机械脱水后的污泥,研究了电渗脱水后污泥的含水率、pH、总氮、总磷及结合水的含量变化。结果表明,随着脱水实验的进行,污泥的含水率均呈下降趋势,其中阳极下降最快,最低含水率可降至50.4%。阴极pH上升至9.1,中部变化不明显,而阳极持续下降至5.8。总氮含量表现为阴极和中部缓慢上升,而阳极持续下降;总磷含量的变化为阳极缓慢上升,而阴极和中部持续下降。电渗脱水后污泥中结合水含量较原泥降低,其中阳极结合水含量最低,结合水与干物质的质量之比由初始的2.67降低至0.76。同时发现,结合水含量越少,其所需的融化热就会越高,脱除难度越大。     

差压密度测量法在湿法脱硫中的改进

针对湿法脱硫吸收塔采用搅拌器、氧化空气喷枪组合式强制氧化装置时,吸收塔差压密度测量装置测量结果误差大的情况,通过对不同安装位置、安装方式的对比研究,研究出了一种设置在循环泵出口立管上的差压密度测量装置,该装置测量结果具有准确性高、稳定性好等优点,在湿法烟气脱硫系统中,将使差压密度测量法得到更广泛应用。     

差异化标准下长江经济带省际环境绩效比较研究

为合理判断长江经济带11省(市)生态环境保护成效,通过构建环境绩效评价指标体系的方法开展环境绩效研究。考虑到经济发展水平对地区环保投入能力的影响,借助环境库兹涅茨曲线(EKC)与均值思想设定了不同经济发展水平下差异化的指标评价值,并结合熵值法计算出反映地区致力于生态环境保护努力程度的环境绩效指数(EPI)。结果表明:2011—2017年长江经济带的环境绩效整体呈上升态势,11省(市)EPI年均值由49.74增至61.70,但固体废物排放绩效有所下降;2017年11省(市)EPI从高到低依次为湖南(68.76)、安徽(66.62)、重庆(64.86)、四川(64.30)、浙江(61.26)、上海(60.96)、江西(59.53)、湖北(58.80)、贵州(58.68)、云南(57.65)、江苏(57.24),下、中、上游地区EPI平均得分分别是59.82、63.43、61.37,指数空间分布较为均衡;研究区域按照EPI与人均GDP可聚类划分为加速转型区、稳定发展区、缓慢提升区3种类型,针对不同类型地区分别提出差异化发展建议。研究采用的评价方法考虑了不同地区经济发展水平的差异,能在一定程度上反映各地区致力于生态环境保护的努力程度,可作为常规环境绩效研究的补充。     

运用BDD电极优化废水中氨氮的直接电化学检测方法

针对高氨氮条件下离子选择电极稳定性差的问题,筛选了3种市售硼掺杂金刚石(BDD)电极,以探究直接电化学检测氨氮的可行性。采用极化曲线法测试了3种BDD电极的析氧、析氢和析氯电位,以获得最佳电势窗口。采用循环伏安法研究了氨氮在3种BDD电极上的氧化还原行为,在1.6 V处发现了明显的氨氮氧化峰,可为氨氮直接检测提供定性依据。通过控制变量法优化了方波伏安法(SWV)和差分脉冲伏安法两种扫描方式的测试参数。结果表明,SWV响应电流更高。最佳测试参数为：方波频率10 Hz,阶跃电位2 mV,脉冲幅度50 mV。在最佳条件下,当氨氮浓度为1~18 mmol·L⁻¹时,发现两段线性范围,最低检测限为0.283 mmol·L⁻¹。本研究所建立的测试方法响应时间短、线性范围宽、稳定性强,并成功应用于垃圾渗滤液中氨氮的测定。     

渤海和北黄海有色溶解有机物(CDOM)的分布特征和季节变化

采集了2016年的4、8、12月和2017年2月渤海和北黄海表、中、底海水样品,分析了海水中有色溶解有机物(CDOM)的紫外-可见光吸收光谱和三维荧光光谱,探讨了渤海和北黄海海域CDOM的分布特征、影响因素和季节变化.结果表明,不同季节CDOM分布相似,呈近岸高、远海低的分布特征.吸收系数a(355)和光谱斜率S275-295呈显著负相关,说明CDOM受到陆源输入的显著影响.垂直分布上,8月,受强烈的光降解作用影响,表层CDOM含量最低. 2月,底层CDOM含量最低,这可能与受光照影响的初级生产力在水下分布不均匀有关.从2016年4月～2017年2月,CDOM含量先上升后下降,12月含量最高,2月含量最低. CDOM的季节变化主要受陆源输入和浮游植物生物量的季节变化控制.以光谱斜率S275-295表征CDOM的平均分子量,2月由于陆源输入最少,CDOM平均分子量最小.夏季光降解强烈,将部分大分子量有机物降解成小分子量有机物,小分子量有机物增加,因此,8月CDOM的平均分子量小于4月和12月.     

应用多元统计研究蘑菇湖水体DOM紫外光谱特征

为了探究蘑菇湖水体中DOM（溶解性有机物）的组成和结构特征、识别来源及表征腐殖化程度,采用UV-Vis（紫外-可见吸收光谱）和紫外吸收光谱指数、多元统计分析方法对蘑菇湖水体DOM进行表征.结果表明:①蘑菇湖水体DOM腐殖化程度由滨湖区向深湖区递减,DOM主要以脂肪链和酯类等非极性官能团及相对分子质量较大的外源胡敏酸为主. ②皮尔逊相关性分析发现,A_{250 nm}/A_{365 nm}、A_{240 nm}/A_{420 nm}与A₃/A₂（600~700 nm与460~480 nm波段下的积分面积之比）之间呈显著正相关,A_{465 nm}/A_{665 nm}、S_R〔光谱斜率比,S_g（275~295 nm）/S_g（350~400 nm）〕、A₂/A₁（460~480 nm与260~280 nm波段下的积分面积之比）与A₃/A₁（600~700 nm与260~280 nm波段下的积分面积之比）之间也均呈显著正相关,而二者之间呈负相关,表明蘑菇湖水体中DOM的腐殖化水平与有机质的相对分子质量、芳香度以及苯环碳骨架的聚合程度等密切相关. ③CCA（canonical correspond analysis,典范对应分析）结果发现,蘑菇湖水体采样点与DOM的芳香度、腐殖化程度存在一定的相关性,与皮尔逊相关性分析结果相似.研究显示,UV-Vis、紫外吸收光谱指数、多元统计分析能够在一定程度上表征蘑菇湖水体DOM的分子量、芳香度以及腐殖化程度.      

周村水库四季变化过程中水体溶解性有机物的分布与光谱特征

运用三维荧光光谱(EEMs)技术结合平行因子分析法(PARAFAC)及紫外-可见光谱技术(UV-vis),对周村水库四季变化过程中溶解性有机物(DOM)的分布及光谱特征进行了分析.结果表明:周村水库表层水体的氮素(总氮和溶解性总氮)和有机物(总有机碳和溶解性有机碳)的季节性差异显著,并且水库冬、春两季TN较多、TOC较少;表层水体DOM夏、秋两季的吸收系数a_(254)和a_(355)均高于冬、春季节,与有机物的分布相一致;四季的E3/E4均大于3.5,说明DOM以富里酸为主,E2/E3比值表明富里酸占DOM的比例夏、秋两季高于冬、春季节,除夏季外水库表层水体S_R均大于1,显示DOM主要为生物源;三维荧光通过PARAFAC解析出3种组分,分别为类腐殖质(C1)、可见区富里酸(C2)和类蛋白(C3);对3个组分进行相关性分析,结果显示,C1、 C2、C3之间具有显著的相关性(p0.01);DOM的总荧光强度及各组分的荧光强度均呈现出夏秋季高、冬春季低的特征,总荧光强度最大值为夏季的(1993.52±40.84) A.U.,最小值为春季的(1074.10±113.63) A.U.;周村水库各个季节间的DOM总荧光强度和荧光组分C1的荧光强度除夏、秋外均呈现显著的差异性(p0.05),组分C2和C3的荧光强度均呈现显著差异性(p0.05);周村水库四季的DOM生物源指数(BIX)为0.8～1.0,表明水库DOM具有较强的自生源特征,与腐殖程度指标(HIX)的结果相吻合;PCA分析显示,周村水库表层水体DOM的光谱特征差异明显,夏、秋两季的DOM光谱特征相近,冬、春两季的水体DOM特征相似;并且组分C1、C2、C3与DOM特征参数(FI、β:α)及溶解性有机碳(DOC)呈显著相关性(p0.01).通过对周村水库水体四季的DOM光谱特征进行研究,可以进一步分析水库水体的有机物污染特征,并为水库水质管理提供技术支持.     

基于贝叶斯公式的地下水污染源及含水层参数同步反演

针对非均质地下含水层污染源识别及含水层参数反演过程中监测方案优化问题,提出一种基于贝叶斯公式及信息熵最小的累进加井的多井监测方案优化方法.首先,构建假想案例下的二维非均质各向同性潜水含水层水流及溶质运移模型,运用GMS软件进行数值模拟求解.采用最优拉丁超立方抽样方法和Kriging法建立数值模拟模型的替代模型.然后以参数后验分布的信息熵最小为目标函数,采用累进加井的方式进行多井监测方案优化设计.最后根据优化后的监测方案,采用差分进化自适应Metropolis算法进行污染源及含水层参数的同步反演.算例研究表明：在兼顾反演精度及监测成本,并保证每个参数分区内至少有1眼监测井的条件下,5眼井组合监测方案（6,5,1,2,8）为最优监测方案.与信息熵最小的10眼井组合监测方案（1,2,3,4,5,6,7,8,9,10）的参数反演结果相比,5眼井组合监测方案对11个参数α=（X_S,Y_S,T₁,T₂,Q_s,K₁,K₂,K₃,DL₁,DL₂,DL₃）的后验均值偏离率的平均值虽增大1.2%,但监测成本却是10眼井组合监测方案的50%.     

薪柴燃烧溶解性棕色碳排放特征及光学性质

对农村薪柴（杨木和毛竹）燃烧排放的4类溶解性棕色碳（BrC）组分,包括水溶性有机物（WSOM）、水溶性类腐殖质（HULIS_WS）、碱溶性有机物（ASOM）和碱溶性类腐殖质（HULIS_AS）的组成特征和光学性质进行了初步研究.结果显示,薪柴燃烧排放出大量的BrC,其中BrC_T（WSOM+ASOM）占烟气PM_2.5质量的46%~56%,排放因子为（7.5~16）g/kg.HULIS是薪柴燃烧排放BrC的重要组分,占BrC_T的44%~46%.4类BrC的特征吸收指数（SUVA₂₅₄）、光吸收效率（MAE₃₆₅）和Ångström指数（AAE）值分别为1.9~4.0m²/g、0.4~2.1m²/g和6.2~11.1,说明薪柴燃烧排放BrC具有较高的芳香度、较强的光吸收能力且其光吸收具有较强的波长依赖性.三维荧光光谱分析结果显示,薪柴燃烧排放BrC主要以类蛋白荧光物质组成为主,这与雨水和大气气溶胶中水溶性BrC以类腐殖质荧光物质组成为主的特征存在显著差异.相关性分析结果显示,BrC的MAE₃₆₅与HIX和SUVA₂₅₄呈现显著的正相关性,与E₂/E₃、FI、BIX和β：α呈现显著的负相关性,说明薪柴燃烧排放BrC的光吸收特性与其芳香性、腐殖化程度、自生源贡献和新鲜度等紧密相关.本研究结果有助于进一步认识生物质燃烧BrC的排放特征,为探索大气BrC的来源和环境效应提供数据基础和科学依据.