基于CMAQ-MCM模型的长三角地区夏季臭氧和大气氧化性影响的研究

传统的空气质量模型多使用简化的光化学反应机制来模拟大气污染物的形成.这些机制主要基于烟雾箱实验拟合的反应速率和产物来模拟二次产物（如臭氧（O₃））前体物的氧化反应，具有一定的不确定性，导致模拟结果产生偏差.针对该问题，本研究将详细的大气化学机理（MCMv3.3.1）与美国国家环境保护局研制的第三代空气质量预报和评估系统CMAQ相结合（CMAQ-MCM），模拟研究长三角地区2015年8月27—9月5日臭氧高发时段的空气质量.CMAQ-MCM模型可以较好地模拟长三角地区6个代表城市O₃和其前体物随时间的变化趋势.对模拟的O₃日最大8 h平均浓度的统计分析表明，徐州表现最好（标准平均误差=-0.15，标准平均偏差=0.23）.在长三角地区，居民源对挥发性有机物（VOCs）的贡献最大，占39.08%，其次是交通运输（33.25%）和工业（25.56%）.能源对总VOCs的贡献最小，约为2.11%.对活性氧化氮（NO_y）的分析表明，其主要组分是NO_x（80%），其次是硝酸（HNO₃）（<10%）.O₃的空间分布与NO_y和NO_x非常相似.HCHO等其他氧化产物的分布与NO_x相似，这很可能是由于在高NO_x条件下VOCs氧化产生的产物.甲基乙烯基酮（MVK）和甲基丙烯醛（MACR）的空间分布与自然源VOCs （BVOCs）非常相似，表明长三角地区MVK和MACR主要由BVOCs氧化生成.长三角地区受到人为源和自然源排放相互作用的影响.     

南京环境空气质量特征及变化分析

基于2015年1月1日—2021年2月10日南京市大气污染物监测数据,分析了南京市主要大气污染物时空分布特征与潜在源区贡献.结果表明:1)近6年南京市6种大气污染物(CO、NO₂、SO₂、O₃、PM₁₀和PM_2.5)年均质量浓度分别为800、43.1、13.0、106.0、77.1和43.0 μg·m^-3;南京臭氧质量浓度均值高于中国典型城市(北京、上海、广州、成都、兰州和武汉),而PM_2.5平均质量浓度最低.2)2015—2020年南京NO₂、PM₁₀和PM_2.5超标天数呈减少趋势,平均降低率分别为29.1％、38.1％和28.1％,而臭氧超标天数呈增加趋势;臭氧季节变化表现出夏高冬低,其他5种污染物均呈现冬季高特征.3)冬季(特别是1月)南京PM_2.5质量浓度均值最高,对该时间段南京细颗粒物进行潜在源分析,发现南京地区细颗粒物主要受周边工业污染物输送影响,安徽、江苏北部和山东为主要潜在源区.4)对比研究了2019、2020和2021年1—2月大气污染物情况,发现2020年南京大气污染物质量浓度最低,说明因新冠疫情采取的封控措施减少了人类活动,进而显著影响了环境空气质量.     

2014—2019年北京和南京地区PM2.5和臭氧质量浓度相关性研究

自2014年以来,中国细颗粒物（PM_2.5）浓度大幅度下降,但臭氧（O₃）浓度逐年缓慢上升,厘清PM_2.5和O₃（P-O）相关性尤为关键.在本研究中,2014—2019年北京和南京PM_2.5年均质量浓度下降幅度分别为-6.86和-6.15 μg·m^-3·a^-1;而日最大8小时平均O₃质量浓度（MDA8 O₃）年均增长幅度为1.50和1.75 μg·m^-3·a^-1.研究期间,北京地区MDA8 O₃质量浓度小于100 μg·m^-3,P-O呈负相关;而当质量浓度大于100 μg·m^-3时,P-O为正相关.通过Pearson相关系数研究P-O两者相关性.在两个城市每月相关性分析中,在每日时间尺度5—9月为强的正相关;而小时时间尺度11月至次年2月趋于负相关.在北京,P-O每月和季节相关性变化大于南京.在日变化中,夏季在16时为强的正相关,春秋两季在13—17时为弱的正相关,而在春、秋和冬季8时,却为强的负相关.     

严寒地区冬季农宅室内燃烧污染及相关性

为了解严寒地区冬季农宅室内空气污染的现状,对哈尔滨附近两个村10户农宅室内污染物PM2.5、PM₁₀、CO、CO₂、SO₂、NO_x、TVOC和NH₃进行了现场测试,并分析了其相关性．结果表明:PM2.5、PM₁₀、CO、CO₂、SO₂和NO_x污染严重,超标率分别为93％、75％、62％、23％、99％和64％,是室内主要的污染物;PM₁₀与PM2.5,PM2.5与CO之间皆显著线性相关,SO₂与CO₂、NO_x与SO₂之间皆线性相关;通过室内污染物间的相关性分析,提出了严寒地区冬季农宅室内空气品质主要检测指标和简易测试方法．     

负载型γ-Al2O3三维粒子电极的制备及其对氯霉素的降解

以γ-Al₂O₃为载体,将Ti和Sn两种元素进行负载制备负载型γ-Al₂O₃粒子电极,采用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、X射线荧光光谱（XRF）、红外光谱（IR）对γ-Al₂O₃和负载型γ-Al₂O₃粒子电极进行表征。研究了电解时间对三维粒子电极法电催化氧化氯霉素的影响。采用初始浓度100 mg/L的CAP模拟废水,持续电解3 h后,制备的粒子电极通过三维电解对CAP去除率为72.8%,对TOC去除率低于3.7%,说明负载型γ-Al₂O₃粒子电极对氯霉素矿化作用较小。三维粒子电极对氯霉素的降解过程近似符合一级动力学方程,CAP初始浓度对去除率影响较小。粒子电极电催化氧化CAP的关键因素之一为·OH,外加叔丁醇对·OH进行清洗,相同条件下,氯霉素去除率降低至30%左右,表明氯霉素的降解是由阳极氧化和·OH间接氧化两种途径协同作用的。     

基于集成深度学习模型的空气质量指数预测

大气污染严重危害居民的出行安全和身体健康,空气质量指数(AQI)是一种用于测量空气质量状况的综合指标,对AQI的预测可以提醒公众空气质量信息,使人们做出更明智的出行决策.通过提前预测空气质量的变化,政府和环保部门可以采取应急措施以减轻空气污染.本文提出基于卷积神经网络和门控循环单元的集成深度学习模型(CNN-GRU)对AQI进行预测.其中,卷积神经网络(CNN)提取污染气体浓度和AQI的时空特征并完成特征映射,门控循环单元(GRU)建模时序关系并高效完成计算.选取2014—2022年北京市和广州市的6种主要污染气体(PM_2.5、PM₁₀、SO₂、CO、NO₂、O₃)日平均质量浓度和AQI进行实例研究,使用CNN-GRU模型对AQI进行预测,与多元宇宙优化的广义回归神经网络模型(MVO-GRNN)、遗传算法优化的BP神经网络模型(GA-BP)对AQI的预测进行对比分析.实验结果表明,本文提出的CNN-GRU模型对AQI的预测误差最小.     

O3/NaOH同时脱硫脱硝的热力学研究

利用化学热力学基本原理,分别计算了O₃/NaOH溶液同时脱硫脱硝反应过程中的摩尔反应吉布斯自由能变、摩尔反应焓变、化学反应平衡常数,以及化学反应达到平衡时的SO₂和NO的分压力,结果表明:利用O₃/NaOH溶液同时脱除SO₂和NO是可行的.     

考虑级配影响的珊瑚砂最大动剪切模量试验研究

对不同级配的南沙岛礁珊瑚砂进行共振柱试验，测试不同孔隙比e的珊瑚砂在20~300 kPa围压下的最大动剪切模量G₀，分析不均匀系数C_u、平均粒径d₅₀和细粒含量F_c对珊瑚砂G₀的影响，并建立珊瑚砂的G₀经验模型。结果表明：珊瑚砂的孔隙比e普遍大于陆源砂砾土；同一有效围压σ0''下，珊瑚砂的G₀-e曲线随C_u的增大而降低，随d₅₀的增大而升高，以F_c≈20%为界，随F_c的增大先降低后缓慢升高；陆源砂砾土的G₀经验模型将低估珊瑚砂的G₀值；F_c对G₀影响的本质是不同细粒含量的珊瑚砂具有不同的C_u和d₅₀，C_u和d₅₀对G₀的影响隐含了F_c对G₀的影响。基于Hardin模型给出考虑C_u、d₅₀影响的珊瑚砂G₀预测模型，并引入修正系数A''，以考虑颗粒类型等复杂因素的综合影响，采用不同海洋珊瑚砂的试验数据对G₀预测模型进行验证。     

SO2浸出软锰矿体系连二硫酸锰的生成机制

副产物连二硫酸锰(MnS₂O₆)生成是限制废气二氧化硫还原浸出软锰矿副产硫酸锰工艺工业化应用的技术瓶颈和关键科学问题。迄今,MnS₂O₆的生成机制尚未明确,难以为探究其工艺控制措施提供有效理论依据。基于此,本文研究了SO₂浸出软锰矿体系MnS₂O₆的生成机制,阐明了MnS₂O₆生成速率控制步骤和动力学过程。首先基于反应体系理论分析,提出基于表面吸附和电化学模型的自由基生成机制可用于解释MnS₂O₆的生成机制,其生成速率微观上取决于自由基HSO₃形成速率,宏观上主要取决于体系H^₊和HSO- 3浓度,两者的反应级数均为1,推导的理论生成速率方程为 。随后通过动力学实验考察了体系SO₂浓度、pH和温度对MnS₂O₆生成的影响,研究结果表明,MnS₂O₆生成速率随体系酸度和温度的升高呈现先快速减小后趋势趋缓,随体系SO₂浓度的升高而升高,H^₊和SO₂浓度对MnS₂O₆生成速率的反应级数分别为-0.057和0.9954,反应的活化能为6894.05 J/mol。最后基于液相SO₂解离平衡关系,推导得到H^₊浓度和HSO- 3浓度对MnS₂O₆生成速率的反应级数分别为0.943和0.996,与理论速率方程的级数非常接近。研究结果验证了对MnS₂O₆生成机制的解释和动力学推导过程, 可为该工艺工业化应用时MnS₂O₆生成特性及抑制方法研究提供理论依据和有效途径。     

冬季不同植物群落对大气颗粒物浓度的阻滞作用

为探讨不同植物群落对大气颗粒物浓度的影响,以郑州市金水区为例,在2020年冬季(2020年12月—2021年2月)对园林绿化区(数码公园)、居住区(正弘·蓝堡湾)、文教区(河南农业大学)内植物群落的PM_2.5和PM₁₀质量浓度及气象因子(温度、相对湿度和风速)进行监测.结果表明:每个功能区中不同样地之间的PM_2.5、PM₁₀质量浓度日变化趋势基本一致,一般为早高晚低;不同植物群落之间PM_2.5和PM₁₀质量浓度存在显著差异性,其中广场样地与其他样地的差异性最显著;3个功能区中各样地对PM_2.5和PM₁₀质量浓度的阻滞率均表现为乔灌草结构最高,乔灌结构和乔草结构次之,且多表现为乔灌样地大于乔草样地,灌草结构和草坪最低;研究区域PM_2.5、PM₁₀质量浓度与温度呈负相关,与相对湿度呈正相关,与风速呈负相关.     

基于GAM的北京PM_(2.5)浓度变化的影响因素研究

为辨识与测度不同影响因子对PM_(2.5)浓度变化的作用机理,以2015年北京PM_(2.5)浓度时间演变模式为基础,建立PM_(2.5)与各大气污染物(PM_(10)、SO_2、NO_2、CO、O_3)及气象因素(日均温度、风力、风向)的GAM模型,探索不同因素对PM_(2.5)浓度变化的影响作用。结果显示:(1)北京PM_(2.5)浓度具有夏秋季低、春冬季高的时间分布特点;(2)2015年北京PM_(2.5)浓度变化与PM_(10)、SO_2、NO_2、CO大体呈线性正相关,且正相关程度由强到弱为:COPM_(10)SO_2NO_2,而与O_3、温度和风因子的关系更为复杂;(3)GAM模型的拟合优度R~2为0.725,线性回归模型的拟合优度R~2为0.519,相比较,GAM模型对PM_(2.5)浓度变化的解释度提高了20.6%。研究表明,GAM模型对于建立PM_(2.5)浓度变化与影响因素间综合性复杂关系更灵活、更可靠,优于线性回归模型。     

遗传算法用于CMAQ模式污染源清单优化的研究

污染源清单的准确性是影响CMAQ模式模拟效果的一个重要因素.在Linux系统下建立了基于遗传算法的Models-3/CMAQ模型污染源清单非线性优化系统,包含污染源清单调整、种群初始化、遗传算法、CMAQ模式结果分析4个通用模块.选取1、4、7、10共4个代表月份的典型日,应用此系统优化了2002年北京市可吸入颗粒物污染源清单.优化后4个代表月的污染源排放速率分别提高60.3%、74.8%、72.3%、43.3%.优化前后的污染源清单分别输入CMAQ模式,进行空气质量的模拟,模拟误差分别降低2.6%、7.02%、14.07%、2.17%,表明遗传算法优化CMAQ模式污染源清单效果显著.     

APEC期间河北省大气污染及PM_(2.5)来源变化特征

研究包括京津冀地区在内的13个城市APEC会议前、中、后三时段的大气污染特征,并通过PM_(2.5)采集和成分分析,对不同时段PM_(2.5)的来源进行解析。结果显示:与APEC会议前相比,APEC期间北京、石家庄、承德、廊坊、邢台、张家口、邯郸、唐山、天津、衡水、沧州、秦皇岛和保定的PM_(2.5)分别下降了58.7%、52.9%、50.1%、47.3%、43.5%、36.7%、34.9%、33.4%、29.6%、26.9%、20.2%、19.9%和12.8%,平均降低了35.9%,高于SO2、NO_2和CO的浓度降低比例(分别为17.5%、21.3%和22.0%);与APEC会议前相比,APEC期间邯郸市的NO_3~-、SO_4~(2-)和NH_4~+分别降低了32.0%、32.9%和39.1%;APEC会议前和APEC期间PM_(2.5)的来源变化不大,会议后,燃煤/生物质燃烧源、冶金、燃油源上升至21.7%、14.0%和20.8%,而扬尘源、工业源、二次源降至12.6%、11.8%和19.2%。     

重污染天气下大气污染排放源强的快速估算方法

针对以往大气污染排放源强估算时多采用排放因子法计算大气排放源强,存在着受排放源类别不全、排放清单的不确定性、人力物力财力因素制约,以及企业上报数据不准确,存在偷排多排的情况等问题,利用重污染天气城市各区域空气质量数据,采用泰森多边形确定区域特征长度、大气箱式模型估参的方法,快速确定各污染物的排放源强,建立较为简便的大气污染排放源强估算模式.对哈尔滨市采暖期的大气污染源强估算结果表明:NOx、SO2、CO总的估算排放源强为436.33,154.82和8 566.82 t/d.对源强估算算法进行精确度检验,其相对中值误差小于30%,适合作为区域大气污染物排放模拟与预测的模型理论基础.     

典型废玻璃回收厂区空气颗粒物及噪声分布特征研究

以某典型废玻璃回收厂区作为研究对象, 监测和分析了车间及厂区内部的噪声强度、空气颗粒物(PM_2.5、PM₁₀) 浓度等环境指标, 点位布设涵盖了车间入口、人工分拣、物料筛分、破碎、干法清洗等关键工艺环节; 其次, 解析了空气颗粒物的组分及形貌特征, 并对其在厂区及车间内部的时空分布特征进行了研究; 此外, 利用噪声控制模型模拟并分析了隔声罩对噪声的控制作用。结果表明, 生产车间中工作态的空气颗粒物浓度显著高于非工作态, 其中干法清洗区浓度最高, 其PM_2.5 浓度为3.725 mg/m³, PM₁₀浓度为4.055 mg/m³; 噪声监测结果显示生产车间内噪声强度较高, 达到99.5 dB, 而引入隔声罩后噪声强度可降至67 dB, 结果表明, 隔声罩可有效控制频率为125~1 000 Hz 的噪声。该研究可为废玻璃的绿色、高效回收处置提供理论基础和实践经验。     

邯郸重污染日空气质量预测研究

针对数据样本较少,且时间序列不连续的邯郸重度污染日的空气质量指标数据,采用基于数据分组的分数阶GM(1,1)模型(The data grouping GM(1,1) model with fractional order accumulation,简称DGFGM(1,1)),对邯郸地区2018—2019年12月28、29、30日三天的AQI及PM_(2. 5)、PM_(10)、NO_2的日均浓度进行预测。使用该模型预测的AQI、PM_(2. 5)、PM_(10)和NO_2的MAPE分别为2. 89%、3. 28%、3. 83%、3. 23%,表明DGFGM(1,1)模型具有良好的预测性能。预测结果显示,在当前的治理力度下,邯郸地区空气重污染的发生仍然难以避免,有些污染物浓度不降反升,除2018—2019年的12月30日的NO_2外,其他时间的所有污染物浓度全部超过标准限值,污染情况相当严重。当地有关部门应重视对极端重度污染天气的预防和治理,使得大气环境质量得以全面提升。     

基于三阶段DEA模型的长三角城市雾霾治理效率研究

严峻的雾霾污染已经成为当下长三角地区生态一体化发展的重大阻碍之一.以长三角27个地级市作为研究对象,构建以劳动力、资金和技术创新为投入指标,空气质量达到及好于二级的天数、PM_2.5质量浓度和AQI作为产出指标的雾霾治理效率评价体系,借助三阶段DEA方法测算2014—2019年长三角27市的雾霾治理效率.结果表明：1）三阶段DEA模型可有效剔除环境因素和随机误差的影响,能真实反映长三角雾霾治理效率水平;2）规模收益的变动受环境和随机因素的影响显著,大多数城市处于规模收益递增阶段;3）2014—2019年长三角城市雾霾治理效率整体水平较高且呈现W型变化趋势,城际差异明显;4）人均GDP和第二产业占比对雾霾治理效率有正向效应,而人口规模与城镇化率则对雾霾治理效率有负向影响.     

Single crystal β-Ga2O3: Cr grown by floating zone technique and its optical properties

β-Ga2O3 Cr single crystals were grown by floating zone technique. Absorption spectra and fluorescence spectra were measured at room temperature. The values of field splitting parameter Dq and Racah parameter B were obtained by the peak values of absorption spectra. The value 10Dq/B=23.14 manifests that in -Ga2O3 crystals Cr3 ions are influenced by low energy crystal field. After high temperature annealing in air, the Cr3 intrinsic emission was enhanced and the green luminescence disappeared. The strong and broad 691 nm emission was obtained at 420 nm excitation due to the electron transition occurred from 4T2 to 4A2. The studies manifest that the β-Ga2O3 crystals have the potential application for tunable laser.