Estimation of distribution algorithm enhanced particle swarm optimization for water distribution network optimization

The optimization of a water distribution network (WDN) is a highly nonlinear, multi-modal, and constrained combinatorial problem. Particle swarm optimization (PSO) has been shown to be a fast converging algorithm for WDN optimization. An improved estimation of distribution algorithm (EDA) using historic best positions to construct a sample space is hybridized with PSO both in sequential and in parallel to improve population diversity control and avoid premature convergence. Two water distribution network benchmark examples from the literature are adopted to evaluate the performance of the proposed hybrid algorithms. The experimental results indicate that the proposed algorithms achieved the literature record minimum (6.081 M$) for the small size Hanoi network. For the large size Balerma network, the parallel hybrid achieved a slightly lower minimum (1.921M€) than the current literature reported best minimum (1.923M€). The average number of evaluations needed to achieve the minimum is one order smaller than most existing algorithms. With a fixed, small number of evaluations, the sequential hybrid outperforms the parallel hybrid showing its capability for fast convergence. The fitness and diversity of the populations were tracked for the proposed algorithms. The track record suggests that constructing an EDA sample space with historic best positions can improve diversity control significantly. Parallel hybridization also helps to improve diversity control yet its effect is relatively less significant.     

石家庄近地层风场辐合与重污染关系研究

石家庄多发生以风场辐合为特征的局地污染事件,客观判识辐合区和辐合过程强弱对重污染预报指示意义重大.为研究石家庄风场辐合特征及其对局地污染的贡献,更好地为区域重污染天气预报预警提供客观指标参考,在引入固定高度层内矢量通风系数物理量的基础上,结合箱体模型提出一种定量计算近地层风场辐合强度系数的方法,并利用ERA-Interim再分析资料计算了京津冀地区矢量通风系数以及辐合强度系数,对2016年9月—2019年3月期间10次典型风场辐合污染过程进行分析,探讨了风场辐合形成的原因和对污染贡献的关系.结果表明:①受地形影响,石家庄易出现近地层风向、风速辐合,均可归结为区域内输入通风量大于输出通风量,西部太行山地形的阻挡加重了其辐合程度.②风场辐合使空气中的水汽和污染物汇聚,为二次反应提供高湿条件,这种正反馈作用促发PM_2.5爆发性增长,期间ρ（PM_2.5）平均每小时可上升25 μg/m3.③石家庄近地层辐合强度系数在26以上时对污染贡献作用明显,辐合区污染强度比周边偏高1~2个等级,ρ（PM_2.5）比区域背景值偏高85%~200%.研究显示,风场辐合对重污染贡献明显,是形成局部污染物浓度偏高、PM_2.5爆发性增长的重要气象指标.      

Chick-a-dee call syntax,social context,and season affect vocal responses of Carolina chickadees (<Emphasis Type="Italic">Poecile carolinensis</Emphasis>)

Chick-a-dee calls in many chickadee (Poecile) species are common vocal signals used in a diversity of social contacts. The calls consist of four notes, A, B, C, and D, which follow simple rules of syntax (note ordering and composition) to generate many unique call types. We used field playbacks with Carolina chickadees, P. carolinensis, to ask whether violations of a syntactical rule affected their vocal responses. We show that chickadee responses to typical calls (e.g. AAAACCCC and CCCCDDDD) differ from responses to atypical calls (e.g. CACACACA and DCDCDCDC) depending on playback note composition, season, and social context (presence of heterospecifics). In the fall/winter, playbacks of typical calls with A and C notes elicited the greatest number of A and B notes in chick-a-dee call responses and typical calls with D notes elicited the greatest number of C notes, when in the presence of heterospecifics. In contrast, the corresponding atypical calls did not elicit similar responses. This suggests communicative significance is lost in calls that violate a rule of syntax in the fall/winter. In the spring, neither chickadee feebeefeebay song rate nor chick-a-dee calls responses differed by playback type. We suggest that call syntax is less salient for mated pairs in the spring than it is for fall/winter flocks that rely more on conspecific communication for foraging success and flock cohesion. This study represents the first experimental evidence that chickadees attend to both note composition and ordering in chick-a-dee calls.Communicated by W.A. Searcy     

中国城市碳排放强度的时空演变、动态跃迁及收敛趋势

合理控制城市碳排放强度对于中国实现碳达峰、碳中和目标愿景以及应对气候变化的意义重大.采用夜间灯光数据反演得到2001～2020年城市碳排放量,测算碳排放强度,并对城市碳排放强度的时空演变、动态跃迁及收敛趋势进行研究.结果表明：(1)中国城市碳排放强度持续下降,从2001年的2.79 t·万元-1降至2020年的0.88 t·万元-1,年均降幅5.94%.各大区域城市碳排放强度的差距存在收敛特征.空间分布上,城市碳排放强度的高值区集中在东北地区,以及内蒙古、宁夏和陕西等地,南北地区差异拉大,中南部与东部地区的碳排放强度降幅明显,高低集聚层次分明.(2)中国城市碳排放强度的global Moran’s I较高,均值为0.436,空间自相关性显著.碳排放强度以城市自身与邻域城市均未发生跃迁的类型为主,不同类型间时空跃迁的概率较低,凝聚度指数高达82.57%.跃迁类型的稳态较高,碳排放强度的时空演变存在空间锁定效应和“俱乐部趋同”现象.(3)城市碳排放强度的σ收敛不显著,但存在绝对β收敛和条件β收敛.绝对β收敛速度差异明显,全国的收敛速度为3.137%.东部和西部地区的收敛速度略低,分别仅有3...     

中国省域能源强度趋同俱乐部存在性及影响因素分析

中国疆域广大,各地的资源禀赋、能源消耗状况以及经济增长方式存在有着很大的差异,这也导致各地区之间的能源强度水平有着显著的区别。中国各地区之间这种差异很大的能源强度水平是否存在类似经济增长趋同的性质,是否也会呈现出一定的俱乐部趋同现象,这对于探索区域能源差异化政策具有重要意义。以中国30个省市区2000~2014年与能源强度水平有关的数据作为分析的基础,首先从理论上阐述了中国能源强度水平的空间相关性,然后构建实证模型,对2000~2014年中国整体能源强度以及分省域能源强度趋同俱乐部的存在性展开实证研究与检验;对第二产业产值(SEN)、固定资产投资(TZ)、RD经费支出(RD)、外商直接投资(FDI)等对各省域能源强度趋同的作用效果做出预估。结果表明我国各省市间能源强度的差距逐步减小,且存在空间上的省域能源强度趋同俱乐部现象;各经济变量对各区域能源强度作用效果各不相同;所以,在制定与能源相关的政策时,要考虑不同地域的客观差别,有针对性实施差异化能源政策。     

人力资本积累与地区经济增长的联动关系分析

人力资本积累与地区经济增长差距的关系问题,是国内外理论界关注的焦点之一.为什么中国的地区经济增长在经济转型期20世纪80年代呈现收敛而90年代后发散?人力资本究竟是怎样作用于经济增长的?已有的经验研究没有考虑人力资本积累自身的收敛性,因而没有考虑到人力资本积累与地区经济增长的联立互动关系.本文采用三阶段最小二乘法(3SLS)估计了中国地区经济增长与人力资本增长的联立模型,结果表明,人力资本积累存在自身收敛性,人力资本增长率与地区经济增长率存在同向变化特征;同时,人力资本水平对地区经济增长存在直接发散和间接收敛双重效应,欠发达地区较高的人力资本增长率是导致20世纪80年代地区经济增长收敛的一个重要因素.因此,加大欠发达地区的人力资本投入,促进人力资本积累,对于缩小地区间经济增长差异具有十分重要的意义.     

中国“人口流动-经济增长收敛谜题”——基于新古典内生经济增长模型的分析与检验

大规模人口从中西部向东部发达地区流动必将对区域经济产生重要影响。人口流动是否促进区域经济增长,区域经济增长是发散还是收敛对促进区域经济协调发展具有重要的现实意义。本文从人均产出出发,以Barro and Sala-i-Martin国际人口迁移模型为理论基础,用数理分析方法推演出携带人力资本的人口流动新古典内生经济增长收敛机制。在稳态邻域内,发达地区经济增长收敛速度加快,同时欠发达地区经济增长收敛速度减慢,最终导致区域经济相对发散。随后,本文借鉴DR模型建立动态面板数据模型,该模型既能预测内生经济增长发散性,又可以预测新古典经济增长收敛性。通过利用2005—2014年中国29个省份面板数据,采用系统GMM方法对区域经济增长收敛性进行实证检验。实证结果显示:1人口流动促进了区域经济增长;2以2008年为时间节点,西部大开发政策的实施加速了西部地区经济增长;3中国区域经济具有新古典经济增长收敛机制和内生经济增长收敛机制。这意味着理论模型和实证检验相矛盾,从而产生"人口流动-经济增长收敛谜题"。"收敛谜题"产生的原因可能有政策效应、追赶效应、人力资本效应、收入转移效应和干中学效应。"收敛谜题"告诉我们,要使区域经济协调发展,从根本上解决区域差距扩大的矛盾,发挥新古典经济收敛机制和内生经济收敛机制的作用,就必须提高国民整体人力资本水平、解决好就业市场体制问题和流动人口福利待遇问题。     

全要素能源效率与中国经济增长收敛性——基于动态面板数据的实证检验

能源效率是促进经济增长、减少能源消费的关键政策参数,研究能源效率与经济增长收敛性关系,对于揭示能源效率在我国地区经济增长中的作用,指导能源发展战略具有重要的理论和实践意义。本文选取1995-2009年中国29个省份的面板数据样本,运用DEA方法测算全要素能源效率,发现全国以及区域能源效率经历了一个先上升再下降的过程,中国省域全要素能源效率差异显著,但总体上各省份之间的差异呈现缩小趋势;将能源效率纳入内生经济增长模型进行实证检验,运用IV、DIFF-GMM和SYS-GMM方法证明中国经济增长条件收敛存在,能源效率系数显著为正,说明能源效率促进中国经济增长和收敛;运用纠偏LSDV估计方法分区域开展实证检验,研究认为,能源效率对东部和中部地区经济增长起到显著的促进作用,由此表明能源效率对经济发达地区作用更为显著。基于此,国家能源效率提升战略重点应放在东中部能源消费集中地区,从而通过节能技术"溢出"效应促进西部地区能源效率的提升,以促进地区经济增长的收敛。     

冬季山谷风和海陆风对京津冀地区大气污染分布的影响

为了弄清冬季山谷风、海陆风对京津冀地区大气污染时空分布的影响,利用2016年12月地面加密自动气象站逐时观测数据和中国环境监测总站发布的逐时PM_(2.5)浓度数据,计算平均风矢量场和平均PM_(2.5)浓度场,分析山谷风、海陆风变化规律及其对PM_(2.5)浓度分布的影响.结果表明,在山谷风日,中午至下午谷风将位于河北太行山东部地区的污染物向北输送.傍晚以后,在北京西部、北部,以及河北太行山山前出现的山风与偏南风构成"人字形"辐合线,辐合线的汇聚作用使北京地区、廊坊,以及保定、石家庄、邢台等地大气污染加重.在海陆风日,下午至前半夜,河北中东部沿海地区出现东南向海风,深入内陆到达天津东南部地区,海风前缘区域大气污染加重;通过对中国科学院大气物理研究所铁塔0～325 m风向风速与PM_(2.5)浓度时间变化关系分析,以及利用Cressman法插值得到的地面风向风速和PM_(2.5)浓度二维格点场,分析北京地区重霾污染过程中近地层山谷风和海陆风对大气污染形成的影响:中午至下午,谷风将大气污染物向北京输送.傍晚以后,大气污染物在山风与偏南风形成的辐合线附近汇聚,在北京地区及以南地区形成PM_(2.5)高污染区.凌晨至早晨北京被山风控制,大气污染物被吹离北京、滞留在北京以南至天津西北地区.冬季,山谷风的输送和汇聚作用使大气污染物以日为周期不断循环和累积,对北京地区至北京以南地区、河北太行山东部地区的大气重污染形成起重要作用.     

基于土地利用回归模型的北京市2013-2019年大气污染时空变化分析

在近年来大力控制大气污染的背景下,通过历史观测数据分析污染物的时空变化特征,有助于总结以往控制的成效,并为制定下一阶段措施提供科学依据.本研究基于北京市大气环境质量监测站点2013-2019年数据,分析了 6种常规大气污染物(PM2.5、NO2、O3、PM10、SO2、CO)的时间变化趋势,并构建了 2013和2019...