基于大数据分析与认知技术的空气质量预报预警平台

为深入认识区域大气污染现象规律,完善并提高城市空气质量预报预警能力,提高大气污染治理决策支持能力,开展城市污染成因分析与空气质量预报预警研究是十分必要的。本文针对环境大数据时代下的城市空气质量预报,提出了一种基于大数据分析与认知技术的专业先进的大气环境业务应用系统体系。该体系基于底层统一的数据资源中心,融合各类不同类型的空气质量监测、不同预报系统的产品数据以及基础辅助数据,建立数据汇交、共享、质控管理机制,通过上层预报预警、综合分析、案例分析、应急决策支持四大子系统,从多模式集合预报结合专家调优支撑高性能预报会商应用,从大数据融合时空关联分析深度挖掘大气复合污染特征与污染成因,从多维度历史污染过程和天气形势全自动化认知分析支撑重污染过程研判,从业务化仿真情景方案与污染溯源助力专业应急决策。最后,通过在北京市环境保护监测中心的系统实现证明体系的高性能、稳定性和实用性。     

A DECISION SUPPORT SYSTEM FOR WATER QUALITY DATA AUGMENTATION: A CASE STUDY1

ABSTRACT: Recent developments in water quality monitoring have generated interest in combining non-probability and probability data to improve water quality assessment. The Interagency Task Force on Water Quality Monitoring has taken the lead in exploring data combination possibilities. In this paper we take a developed statistical algorithm for combining the two data types and present an efficient process for implementing the desired data augmentation. In a case study simulated Environmental Protection Agency (EPA) Environmental Monitoring and Assessment Program (EMAP) probability data are combined with auxiliary monitoring station data. Auxiliary stations were identified on the STORET water quality database. The sampling frame is constructed using ARC/INFO and EPA's Reach File-3 (RF3) hydrography data. The procedures for locating auxiliary stations, constructing an EMAP-SWS sampling frame, simulating pollutant exposure, and combining EMAP and auxiliary stations were developed as a decision support system (DSS). In the case study with EMAP, the DSS was used to quantify the expected increases in estimate precision. The benefit of using auxiliary stations in EMAP estimates was measured as the decrease in standard error of the estimate.     

中国环境管理绩效的区域评价与比较

环境管理绩效反映了环境管理投入与产出之间关系。2009年国内绝大多数省份的环境管理均存在着低效的局面,且环境管理效率的地区差异也比较明显。从区域分布来看,西部地区最高、中部次之、东部最差。而造成综合效率不高的主要原因是由规模效率引起的,说明投入的资源存在着浪费现象,单纯地依靠增加环境管理投入来提高环境管理产出的作用已经不大,必须依靠内部的技术进步和管理创新。     

基于最大谱的非平稳随机振动数据分析处理方法研究

目的解决非平稳随机振动环境实测数据无法采用功率谱密度分析方法的问题。方法基于最小均方误差准则,归纳总结FFT和数字滤波两种最大谱分析方法。通过对比两种方法在不同分辨率带宽时计算的优缺点,并分析其误差。对优选出来的最大谱分析方法进行举例验证。结果理论分析和仿真结果均表明基于比例分辨率带宽的FFT最大谱分析方法的误差最小。将FFT最大谱分析方法应用于某型炸弹9个架次自由飞振动数据的处理和环境条件确定中,结果合理有效。结论可用比例分辨率带宽的FFT法分析非平稳随机振动环境实测数据,为基于最大谱制定型号振动环境试验条件提供指导。     

步降试验数据仿真及其验证方法

目的设计并验证步降应力试验数据的仿真方法,为开展其他仿真分析提供理论支撑。方法通过蒙特卡罗方法,根据步降试验的基本原理,对其试验数据进行仿真过程分析,根据仿真结果回推既定参数,通过比较得到仿真误差。结果仿真数据回推的参数与给定参数的误差为0.732%。结论仿真误差在可控范围内,说明仿真方法及其验证方法有效,保证了仿真的可行性。     

依托特定地域气象资料编制环境谱的尝试

通过一系列老化腐蚀试验确定环境因素中对碳纤维增强树脂基复合材料力学性能影响显著的因素,并在此基础上,根据特定地域气象资料,对诸环境因素中对复合材料腐蚀行为影响较为显著的因子进行筛选、分析,依据一定的编谱原则,编制该地域的环境谱。     

GPM卫星降水数据在黑河流域的适用性评价

论文分别从时间和空间两个角度对GPM卫星降水数据在黑河流域适用性进行评价。以TRMM卫星的降水产品和气象观测站点实测的降水数据作为参考,选用相关系数（R）、均方根误差（RMSE）、相对误差（BIAS）、平均误差（ME）以及标准偏差（SD）多种统计分析指标进行精度评价。结果表明：1）GPM卫星降水数据具有与观测数据较好的一致性以及良好的时间模式;2）GPM卫星降水数据与观测数据之间有着较高的相关系数（R>0.72）以及较低的误差范围 （-0.59%~1.62%）;3）相比TRMM,GPM具有较低的均方根误差（RMSE<28.76）,尤其是对夏季降水,GPM具有相对更高的相关系数（R>0.76）和更小的相对误差（BIAS<1.14）;4）卫星估测降水量的精度与高程具有明显的相关性。总的来说,GPM卫星降水数据在地形复杂的干旱半干旱区域也能够具有较好的精度,能够较为准确地反映干旱半干旱地区的降水分布。     

Organochlorine pesticides in soils under different land usage in the Taihu Lake region, China

A field study was conducted in the Taihu Lake region, China in 2004 to reveal the organochlorine pesticide concentrations in soils after the ban of these substances in the year 1983. Thirteen organochlorine pesticides (OCPs) were analyzed in soils from paddy field, tree land and fallow land. Total organochlorine pesticide residues were higher in agricultural soils than in uncultivated fallow land soils. Among all the pesticides, ΣDDX (DDD, DDE and DDT) had the highest concentration for all the soil samples, ranging from 3.10 ng/g to 166.55 ng/g with a mean value of 57.04 ng/g and followed by ΣHCH, ranging from 0.73 ng/g to 60.97 ng/g with a mean value of 24.06 ng/g. Dieldrin, endrin, HCB and α-endosulfan were also found in soils with less than 15 ng/g. Ratios of p,p'-(DDD DDE)/DDT in soils under three land usages were: paddy field ＞ tree land ＞ fallow land, indicating that land usage inlfuenced the degradation of DDT in soils. Ratios of p,p'-(DDD DDE)/DDT ＞1, showing aged residues of DDTs in soils of the Taihu Lake region. The results were discussed with data from a former study that showed very low actual concentrations of HCH and DDT in soils in the Taihu Lake region, but according to the chemical half-lives and their concentrations in soils in 1980s, the concentration of DDT in soils seemed to be underestimated. In any case our data show that the ban on the use of HCH and DDT resulted in a tremendous reduction of these pesticide residues in soils, but there are still high amounts of pesticide residues in soils, which need more remediation processes.     

基于数据同化的太湖叶绿素多模型协同反演

在国内外众多学者的不懈努力下,开发了大量的水质参数遥感估算反演模型,但不同的模型都具有其"局限性",只能从某个层面反映"真值".基于上述考虑,本研究发展了基于数据同化方法的太湖叶绿素a浓度多模型协同反演算法.利用2006~2009年太湖野外实测水体高光谱遥感反射率数据,构建了7个叶绿素a浓度反演模型;通过模型精度对比,最终遴选出6个适宜的叶绿素a浓度反演模型.进而使用不同模型组合,进行多模型协同反演.结果表明:1多模型协同反演算法的反演精度要高于单模型反演的反演精度,最优MAPE仅为22.4%;2随着参与多模型协同反演的模型个数的增加,其反演精度也逐渐提高,MAPE均值从25.6%降低到23.4%,RMSE均值从15.082μg·L-1降低到14.575μg·L-1,相关系数R均值从0.91提升到0.92;3通过对多模型协同反演产品的置信区间进行计算,可以有效地估算产品精度和误差,同时使得获取全湖反演叶绿素a浓度的误差空间分布情况成为可能.     

Top-down法计算中国五氯酚钠消费分布

为履行<关于持久性有机污染物(POPs)的斯德哥尔摩公约>,中国将逐渐淘汰POPs的生产和使用,环境介质中POPs浓度监测和处置是履约工作的重要部分,而其消费分布的研究可以为监测和模型计算找出重点区域.采用Top-down法,根据当年全国的五氯酚钠消费,以药物灭螺面积、钉螺面积、血吸虫病流行村数等为替代数据,计算了各省份的五氯酚钠消费分布,并进一步计算出省内各市级地区的五氯酚钠消费分布.从2003年的计算结果来看,五氯酚钠消费最大的是湖北省和湖南省,两省五氯酚钠消费占到全国总消费的72.62%.最主要的地区是湖北省荆州市和湖南省岳阳市、常德市、益阳市,分别占全国总消费的15.25%、12.78%、11.72%、9.89%,总和占到全国总消费的49.64%,上述地区将成为今后研究和监测的重点区域.