基于机器学习和卫星遥感的PM2.5/10 空间连续分布反演方法研究

在过去的几十年里,快速的经济发展以及工业化、城镇化进程加速使得中国的资源环境承担的压力不断加大。作为影响空气质量的首要污染物,PM_2.5和PM₁₀（记为PM_2.5/10）直接影响着广大人民群众的身体健康。因此,针对PM_2.5/10浓度进行遥感反演研究,对环境监测和控制改善全国空气环境质量具有重要的意义。近些年来,随着对近地面PM_2.5/10浓度研究的不断深入,基于遥感影像数据进行PM_2.5/10浓度的反演方法也日益增多。本文利用Google Earth engine（GEE）平台获取了海量的Landsat 8 OLI遥感影像数据,并结合气象信息、空间特征等参数,采用机器学习中常用的多层映射反向传播神经网络构建了波段反射率与PM_2.5/10浓度之间的反演模型,以获得PM_2.5/10在研究区域的连续分布。为了提高基础PM_2.5/10反演模型的反演精度,还从影响因素和前溯时间两个维度出发,探寻了模型的最优化输入参数组合,并最终实现了对PM_2.5/10浓度的精准反演。以北京市地区为例,模型的PM_2.5和PM₁₀的反演精度R²分别达到0.814和0.796,均方根误差RMSE分别为19.21 μg?m^?3和28.31 μg?m^?3。鉴于该反演结果具有较高的准确性和可靠性,本文所建立的方法模型为研究PM_2.5/10在空间上的连续分布特征提供了新的思路和方法,具有较为重要的科研意义与广泛的应用价值。     

Application of nanoparticle tracking analysis for characterising the fate of engineered nanoparticles in sediment-water systems

Novel applications of nanotechnology may lead to the release of engineered nanoparticles (ENPs), which result in concerns over their potential environmental hazardous impact. It is essential for the research workers to be able to quantitatively characterise ENPs in the environment and subsequently to assist the risk assessment of the ENPs. This study hence explored the application of nanoparticle tracking system (NTA) to quantitatively describe the behaviour of the ENPs in natural sediment-water systems. The NTA allows the measurement of both particle number concentration (PNC) and particle size distribution (PSD) of the ENPs. The developed NTA method was applied to a range of gold and magnetite ENPs with a selection of surface properties. The results showed that the positively-charged ENPs interacted more strongly with the sediment than neutral and negatively-charged ENPs. It was also found that the citrate coated Au ENPs had a higher distribution percentage (53%) than 11-mercaptoundecanoic acid coated Au ENPs (20%) and citrate coated magnetite ENPs (21%). The principles of the electrostatic interactions between hard (and soft) acids and bases (HSAB) are used to explain such behaviours; the hard base coating (i.e. citrate ions) will interact more strongly with hard acid (i.e. magnetite) than soft acid (i.e. gold). The results indicate that NTA is a complementary method to existing approaches to characterise the fate and behaviour of ENPs in natural sediment.     

中国沿海港口总体规划环境影响评价研究

中国港口规划环境影响评价自2004年正式启动,至今已经过十余年的探索和发展,各方面都取得了很好的成效,逐步进入到规范化和成熟化阶段。但在中国环境保护发展的新形势下,港口规划环评工作仍在工作机制和技术方法等方面存在诸多问题。本研究系统性回顾了中国港口规划环评的发展历程,梳理了环评管理架构和工作流程,分析了中国港口规划环评存在的主要问题,并从工作机制、成果落实和技术方法等方面提出了相应的对策建议。     

Hydro-abrasive erosion in hydro turbines: a review

The flow of sediment particles in rivers is a big challenge to develop hydropower plants across the sediment-laden rivers. Hard particles such as quartz and feldspar are available in high amount in the Asian mountain range. The abrasive action of these particles causes the hydro turbines to suffer from erosion in particular at high- and medium-head hydroelectric power plants. This has become a serious economic issue due to maintenance costs and production losses. The treatment without prevention is simply unsustainable. Facilities for sediment exclusion, typically sand traps as well as turbine design, and materials have been improved considerably. In the present paper, studies have been discussed extensively undertaken by several investigators in this field. Based on literature survey several aspects related to reducing the sediment load on turbines, useful ways to improve the turbine surface performance and various erosion models to characterize the effect of erosion on the performance of turbines have been discussed. To calibrate and validate the developed erosion models, more measurements from both physical model tests in laboratories and continuous monitoring of sediment parameters and their impact on the operational hydro turbines are required. As well as the state-of-art in the modeling and simulation using computational fluid dynamics (CFD) has made it possible to optimize the hydraulic design of hydro turbines in order to minimize the erosion level without much sacrifice in the efficiency. To mitigate the hydro-abrasive erosion effects on the performance of turbines, significant improvements have been achieved so far and development is ongoing.     

有氧和厌氧环境下指示微生物的稳定性特征

建立有氧和厌氧水环境模拟反应器,利用荧光定量PCR和高通量测序技术探究了猪源拟杆菌标记物、部分指示微生物和潜在致病菌在有氧及厌氧水环境中的变化特征.结果表明,指示微生物 Streptococcaceae、Lactobacillaceae、Carnobacteriaceae、Ruminococcaceae、Lachnos...     

基于FBM法追踪秦皇岛海域赤潮迁移扩散

在Delft3D-FLOW模型模拟水动力的基础上,基于FBM粒子追踪法建立和验证赤潮迁移扩散模型.模拟了秦皇岛海域潮流和风生流,分析了风生流对赤潮迁移扩散的作用,对比分析了FBM法、拉格朗日法和常规布朗运动法在赤潮迁移扩散模拟中的特性,测试了模型Hurst指数的敏感性并得出其在赤潮模拟中的合理取值范围.主要结论为：①秦皇岛海域的赤潮主要随潮流的涨落而往复移动,一个涨落潮周期内赤潮的净迁移距离较小;②秦皇岛海域夏季潮流较弱,但风对赤潮迁移具有一定影响,易产生东北向风生流,导致赤潮更易往东北方向迁移;③Hurst指数较明显地影响粒子云的扩散范围,Hurst指数取0.80±0.03能比较真实地模拟秦皇岛海域赤潮的迁移扩散;④FBM法可模拟赤潮的non-Fickian扩散现象,使其模拟的粒子云扩散范围和分布形状明显优于拉格朗日法和常规布朗运动法.     

GPM卫星降水数据在天山山区的适用性分析

卫星降水产品在山区的适用性具有较高的不确定性。论文基于天山山区2014-2015年167个气象站点数据,应用较为广泛的两套卫星降水产品--TRMM与CMORPH,选用均方根误差（RMSE）、相关系数（R）、相对误差（PB）,以及分类统计分析指标（错报率FAR、探测率POD、公正先兆评分ETS、频率偏差BIAS）等,评估了新一代卫星降水产品--Global Precipitation Measurement（GPM）在天山山区的适用性。结果表明：相对于以上两种产品,GPM在山区的精度最高。具体表现在：1）3套产品在降水较多的夏秋季均表现较好,相对于TRMM与CMORPH,GPM与观测数据的相关系数最高（R≥0.6）,相对误差最小（PB≈10%）;2）在整个天山山区,GPM相对于其他两套产品表现出较低的误差范围（-55%~55%）;3）GPM在不同的高程带内,均表现出同观测站点较低的误差与较高的相关系数;4）3套降水产品均表现出对探测弱降水事件较高的准确性（POD≈0.58）和较低的错误率（FAR≈0.63）,但综合分析4种指数,GPM表现最佳,能够以较准确的精度和较低的误差估测降水系统。     

2014年河北中南部两次重霾天气成因分析

利用河北省环保局环境监测站提供的污染物浓度数据及常规气象观测数据、NCEP再分析资料,结合HYSPLIT4.9后向轨迹模式,对2014年10月上旬发生在河北省的2次大范围的重霾天气特征和成因进行综合分析.结果表明,这2次重污染天气过程PM_2.5地面浓度最大值出现在邢台,为507μg/m³,水平能见度不足1km.均压场的分布和较为平稳的高空形势为2次霾天气提供了有利的气象背景.高湿,静小风以及较低的混合层高度不利于污染物扩散,是导致这两次重污染天气持续的主要原因.结合卫星火点及污染物来源分析表明,河北南部及周边省份的秸秆燃烧加重了第2次过程的污染,污染气团的输送对区域性重霾天气产生重要影响.     

基于TRMM订正数据的横断山区降水时空分布特征

鉴于高时空变异地区降水观测的需求,论文提出了基于ISODATA动态聚类法和最大似然法分区逐月回归的TRMM数据订正方法,并以横断山区为例,利用地基台站降水数据对1998-2012 年的TRMM 3B43 V7 数据进行了实验研究,并探讨了过去15 a 横断山区的降水时空分布特征及变化趋势。结果表明,TRMM 3B43 V7 数据在横断山区的总体精度较高,单站精度较低。订正后的TRMM 3B43 数据,与实测值偏差大为减少,降水相对偏差大于10%的站点由原始数据的16 个(42.1%)减少为7 个(18.4%),有81.6%的站点年降水量相对偏差小于10%,且相对偏差大于等于20%的站点仅3 个,能够基本满足横断山区降水时空分布特征研究的精度需要,有效地弥补了有限站点观测的不足。研究区内年降水量从东南向西北递减,与东亚季风在该区域的走向一致;1998-2012 年横断山区的降水量主要呈减少趋势,减少地区主要分布在南部以及中西部地区。夏季降水减少趋势最为突出,秋季次之,冬春变化趋势不明显。横断山区大部分区域的降水量与东亚夏季风指数正相关,与东亚冬季风指数负相关;最近15 a,研究区东亚季风指数持续变小,恰好与研究结果中的降水减少趋势一致。     

基于卫星遥感的广东地区对流层二氧化碳时空变化特征

利用瓦里关全球本底站和番禺气象局地面观测的CO2浓度资料对SCIAMACHY反演得到的对流层CO2产品进行验证.结果显示:SCIAMACHY产品能较好地反映对流层CO2的分布状况,在珠三角地区反演和观测的残差为1.29×10-6,相关系数为0.69,可用于分析区域对流层CO2的时空分布特征.利用2003~2009年SCIAMACHY观测资料分析研究显示:广东地区对流层CO2柱浓度最高值出现在春季,最低值出现在夏季,浓度年均值和年增长率分别为384.84′10-6和1.53′10-6/a,大于全球和我国同期的观测结果;粤东、粤西、粤北和珠三角地区的浓度均在春、冬季显著高于夏季、秋季 ,相同季节内各区域之间的差异不显著;粤西地区CO2柱浓度的年增长率最高,为1.82′10-6/a,珠三角和粤东地区的年增长率相当,分别为1.65,1.64′10-6/a,粤北地区的年增长率最低,为1.61′10-6/a.