基于生物光学模型的二类水体光学活性物质估算：以晋江下游河段为例

水体中各组分对光谱的吸收和散射构成了水体的固有光学特性,是生物光学模型的重要参数,是建立水质遥感半分析模型的基础.目前该方法多应用于湖泊水质监测,很少用于河流.因此, 本研究以福建晋江下游河段为例, 探讨水面下反射率R(0^-)与光学活性物质之间的关系,并建立了光学活性物质的估算模型.结果表明,利用R(0^-)₇₅₃与总悬浮物浓度、R(0^-)₇₀₂/R(0^-)₆₈₀与浮游植物色素浓度、R(0^-)₆₇₀/R(0^-)₄₂₃与CDOM吸收系数分别建立的估算模型能取得理想的效果,其决定系数分别是0.953、 0.820 5和0.621 3,对应的相对误差分别是6.1%、 21.87%和22.18%.三者中以悬浮物浓度的反演精度最高,然后依次为浮游植物色素浓度和CDOM.主要原因在于浮游植物色素的浓度相对较低,光谱信号较弱;CDOM的特征光谱波段很窄,而且该波段内的R(0^-)受到其它２种物质存在的影响.     

基于电化学传感器的大气NO2与O3监测研究

利用四电极电化学传感器开展大气NO₂和O₃监测研究.为解决温度和湿度对传感器响应的影响问题,提出了一种具有温湿度补偿与零点校正功能的大气NO₂和O₃测量结果校准模型,通过活性炭吸附特性获得干净的背景气体,实现传感器准确的零点校正,并利用实验系统实测数据结合多元线性回归方法获得校准模型参数.首先对传感器线性响应特性进行了测试,发现O₂和O₃的测量灵敏度分别为3.889 ppbv·mV^-1和4.107 ppbv·mV^-1.同时,在合肥西郊科学岛开展了为期2 d的大气NO₂和O₃连续观测,发现两者的浓度分别为0~30 ppbv和2~100 ppbv.最后将传感器观测结果与NO_x/O₃分析仪测量结果进行了回归分析,发现两者测得的NO₂线性拟合斜率为0.9701±0.0182,R²为0.8378,测得的O₃线性拟合斜率为0.9850±0.0101,R²为0.9431.研究表明,校准后的电化学传感器可用于大气NO₂和O₃的长期监测,可为推动大气环境监测技术发展提供新的思路.     

作物生长和氮含量对土壤-作物系统CO2排放的影响

为探讨作物生物学特征对土壤-作物系统CO₂排放的影响,本研究基于逐步收割法和静态暗箱-气相色谱技术,以冬小麦和水稻作物为研究对象,采用盆栽和大田试验的方法,在作物生长的主要生育期原位测定了土壤-作物系统CO₂排放速率,同时测定了作物生物量和氮含量.研究结果表明:①土壤-作物系统CO₂排放在生长季内呈现动态变化,土壤-水稻系统CO₂排放高于土壤-冬小麦系统.②作物暗呼吸速率与生物量呈显著线性相关.③作物暗呼吸系数(R_d)的季节变化可以用植株氮含量来描述.冬小麦R_d与N含量的关系可用线性方程R_d=0.0124N-0.0076(R²=0.9879,p<0.001)表示;水稻R_d与N含量的关系可用二次方程R_d=0.0085N2-0.0049NR²=0.9776,p<0.001)表示.④作物根系的参与极大地促进了土壤呼吸.冬小麦生长季土壤表观呼吸CO₂平均值为247.2 mg·(m²·h)^-1 ,高于未种作物土壤1.78倍,水稻生长季为215.3 mg·(m²·h)^-1 CO₂,高于未种作物土壤的3.38倍.冬小麦根系呼吸系数大于水稻,其根际呼吸对土壤表观呼吸的贡献高于水稻.     

基于地统计模型的上海大气污染物多建模方法的比较

地统计模型被广泛应用于环境空气污染物暴露模拟,但不同建模方法及其模拟结果之间的对比研究较少.基于上海2016~2019年55个环境空气监测点位的NO₂和PM_2.5观测数据,以及交通路网、排放源兴趣点和卫星数据等地统计变量,应用偏最小二乘回归（PLS）、监督学习线性回归（SLR）和机器学习随机森林（RF）这3种建模方法创建年暴露模型,并进一步应用普通克里金插值（OK）法分析模型残差,构建复合模型.应用交叉验证对模型的模拟效果进行检验,选取每一种建模方法的最优模型结构（是否应用OK）作为最终模型.结果表明,NO₂模型中表现最好的是RF-OK （R_mse²为0.70~0.82）和PLS-OK模型（R_mse²为0.78~0.84）;PM_2.5模型中PLS模型（R_mse²为0.62~0.71）优于SLR-OK （R_mse²为0.40~0.79）和RF-OK （R_mse²：0.31~0.56）模型.应用3种建模方法对上海1 km网格开展年暴露模拟和对比,NO₂模型间模拟结果的相关性（r为0.82~0.91）高于PM_2.5模拟结果的相关性（r为0.66~0.96）.基于3种模型2019年的模拟结果,评估了上海NO₂和PM_2.5的人群暴露水平.     

基于边界观测的长三角某工业区O3来源特征

为研究上海某石化工业区臭氧来源特征,采用在线监测系统对该工业区O₃及其前体物和气象参数展开了为期3个月（2020年6~8月）的同步连续观测.采用TCEQ（Texas Commission on Environmental Quality）区域背景臭氧估算法和主成分分析两种方法研究工业区区域背景和本地生成O₃浓度贡献,并将两种方法进行对比分析.结果表明：①观测期间园区主导风向为东南风和东风,平均温度为27.12℃.ρ（VOCs-36）日均值为32.05~240.51μg·m^-3,烷烃浓度占比最大;ρ（NO_x）日均值为10.15~47.51μg·m^-3;ρ（O₃）为31.81~144.43μg·m^-3.②TCEQ法得出的区域背景O₃浓度[ρ_R（O₃）]为32.63~191.13μg·m^-3,本地生成O₃浓度[ρ_L（O₃）]为16.08~134.25μg·m^-3,区域背景占比ω（TCEQ）为32.6%~87.7%.主成分分析计算得出的区域背景[ρ_PCA-R（O₃）]为66.38~219.83μg·m^-3;③TCEQ法计算得出的本地生成O₃浓度变化基本能够与该园区内臭氧生成潜势的变化对应,两种方法具有良好的吻合效果,经验证结果具有可靠性;④剔除由于站点浓度异常情况带来的计算误差,观测期间区域背景O₃占比基本处于75%~95%范围内.综上,园区内O₃浓度组成以区域输送为主,应重点关注工业区周边城市的O₃污染治理,落实长三角区域联防联控措施.     

WPSTM-TEOMTM-MOUDITM的对比及大气气溶胶密度研究

通过对2005年夏季上海、北京地区大气气溶胶观测中3种不同原理气溶胶分析及采样仪的对比,考察了颗粒物个数浓度粒径分布仪（WPS^TM）、锥形元件振荡微量天平（TEOM^TMTM）在运行中所得数据的可比性.其中TEOM^TM测量PM_2.5质量浓度与WPS^TM计算PM_2.5质量浓度数据的相关系数分别为0.77和0.79,并发现在粗粒子颗粒物比例较高的时段二者相关性分别提高为0.91和0.84.MOUDI^TM分级质量浓度与WPS^TM计算分级质量浓度数据对比显示,除最小粒径分级外其他分级均有较好相关性（R分布在0.76～0.92）.应用2组不同对比数据推测了上海和北京观测点PM_2.5颗粒物密度,研究发现上海采样点颗粒物密度约为1.70 g·cm^-3,而北京采样点颗粒物密度约为1.50 g·cm^-3.     

夏季北京市大气中PAN与PPN的监测分析

采用在线监测仪器,在2005-08对北京市中关村地区大气中的PAN和PPN浓度进行了监测.结果表明,大气中存在着高浓度的PAN和PPN,其最高体积分数分别为2 493.2×10^-12和509.2×10^-12;PPN与PAN的浓度相关性很强,相关系数R²=0.949 5;［PPN］/［PAN］为20.2%. PAN和PPN的浓度在夜间有1个峰值出现,白天高浓度的PAN和PPN出现在NO₂浓度较高而NO浓度较低的时段,PAN与O₃的浓度变化趋势基本一致并显示出一定的相关性.     

电解Fenton法处理生活垃圾焚烧厂渗滤液的动力学研究

采用三元电极,对垃圾焚烧厂渗滤液的生化-混凝出水进行了电解Fenton法处理COD反应动力学研究.结果表明:电解Fenton反应的COD降解曲线符合拟三级反应动力学,t时间的COD出水浓度可表示为:c_t=(2kt+c₀^-2)^-0.5.通过对不同工艺条件下电解Fenton法对渗滤液的COD降解曲线的统计分析,得出以电流密度、pH值、进水COD浓度为影响因子的k值经验模型.并将动力学模拟的COD出水值与实际运行的测量值进行比较,认为该模型可以较好地模拟电解Fenton法进行垃圾焚烧厂渗滤液后续处理的效果.     

基于船舶实时排放和烟羽在线监测的燃油硫含量识别方法研究

船用燃油超标识别方法的建立和技术发展是进行船舶排放控制区（Domestic Emission Control Areas,DECA）政策执行的重要保障.本研究建立了基于船舶自动识别系统（Automatic Identification System,AIS）数据的船舶排放实时计算模型和岸基环境观测相结合的技术方法,选取上海吴淞口航道水域开展实地外场观测实验,实现了对观测船只排放烟羽中SO₂和NO₂浓度的在线观测和对燃油硫含量（Fuel Sulfur Content,FSC）进行同步识别和反算.观测期间,通过差分吸收光谱（Differential Optical Absorption Spectroscopy,DOAS）技术共捕捉到1505艘次船舶的烟羽.经过观测截面的船舶总吨位为30~14308 t,船舶排放烟羽浓度峰值的平均持续时间为3~10 min.受船舶烟羽影响期间,SO₂和NO₂的浓度增量分别在0.03~35.51 ppb和0.02~39.26 ppb之间,实时排放模型估算出SO₂和NO₂的排放强度分别为1.32~28.06 g·min^-1和2.89~123.80 g·min^-1.结合在线观测和实时排放模型基于硫氮比对船用燃油硫含量进行反算识别,并与实测燃油硫含量数据样本进行对比验证,结果表明,实际燃油硫含量在0.05%以上时,反算硫含量数值误差在10%以内.本研究可为船舶燃油超标识别提供新的技术思路,并为船舶排放控制区政策落实提供科学基础.     

环境因素对芦苇湿地CH4排放的影响

用封闭式箱法对辽河三角洲芦苇湿地温室气体CH₄ 排放进行了长期观测 .结果表明 ,CH₄ 排放有明显的季节变化规律 ,平均通量为 520μg·m^-2·h^-1.土壤产CH₄ 活性主要发生在0～5cm土层中 ,并随土层深度的增加而显著下降 .CH₄排放受环境因素影响很大 ,土壤氧化还原电位在 -110mV时就有CH₄排放 ,其排放量随氧化还原电位的下降而增加 .另外 ,随着淹水深度的增加 ,CH₄ 排放反而减少 .在测定期内 ,CH₄ 排放与温度呈明显的正相关 (R²=0196,n=21,P<0.05).     

大气甲醛在线分析仪的设计与应用

基于Hantzsch荧光法设计了一套大气甲醛在线分析仪,通过优化测量参数,发现该仪器可长期稳定运行,其时间分辨率为120 s,检出限为84×10-12(体积分数,下同)(S/N=6),在84×10-12~39.2×10-9的甲醛测量范围内,标线可决系数R2=0.9996.同时,对该仪器与商品化仪器AL4021进行了长期外场比对实验,结果发现,两者测量结果的一致性较好,R2=0.963,表明其适用于环境大气甲醛浓度的在线监测.外场观测结果表明,德州站点冬季甲醛浓度范围为0.6×10-9~21.6×10-9,均值为2.9×10-9,且其日变化显著.     

低成本高分辨电化学传感技术探测大气NO2的研究

为有序疏解大气NO_2监测环境日益复杂及成本高昂的光学探测仪器缺乏灵活性的困扰,研制了基于低成本电化学传感技术的测量系统,以四电极电化学传感器为NO_2浓度传感载体,基于差分算法补偿痕量浓度下零点电流漂移的干扰,实现了对大气NO_2的定量.结果表明,系统在摆脱有线数传束缚的基础上可稳定探测NO_2,对100 ppbv的NO_2标气响应时间T9034 s,标定探得其灵敏度为0.242 m V·ppbv-1,时间分辨率为10 s时探测限为1.5 ppbv(3σ).为验证准确性,将系统置于合肥西北郊科学岛进行了连续2个昼夜的大气NO_2测量,并与参考设备CRDS系统对比,探讨了测量结果,发现除去该系统因环境湿度贴近极限工作湿度时测量结果奇异部分,二者表现出良好的一致性,R2达到0.940,线性拟合斜率为1.047±0.006,接着分析了温湿度和其他痕量气体等干扰源.研究表明,本技术可为大气NO_2高分辨在线监测提供一种低成本便携途径.     

上海中心城区二氧化氮在线测量比对研究

对比了基于腔衰减相移光谱技术(CAPS)、化学荧光法(CL)和非相干宽带腔增强吸收光谱技术(IBBCEAS)3种不同方法在线测量NO_2浓度的仪器,并于2017年5月10日—6月10日采用3台仪器对上海中心城区大气环境NO_2进行监测,验证了IBBCEAS实验装置的稳定性、灵敏度、检测下限等关键特性,证明可以实现复杂环境下大气痕量气体高精度在线监测.IBBCEAS装置与其它两种仪器监测数据的一致性较好,监测过程中上海市中心NO_2日浓度变化范围为3~63 ppbv.各仪器测量结果之间的线性关系图表明,3种方式对NO_2浓度监测较为准确,偏差普遍在10 ppbv.根据早晚高峰车流量增加情况分析可以看出,NO_2高浓度污染主要来自于车辆排放.另外发现,受局地污染源的影响,NO_2浓度随时间推移而增加.     

北京典型跑步区域空气污染特征及跑步者呼吸暴露

为研究北京市跑步人群运动过程中主要空气污染物的人体呼吸暴露情况,根据2016年4月、7月、10月和2017年1月北京典型的公园跑步区域(天坛公园、奥体中心)、路跑区域(前门东大街、永定内大街)、背景区域(定陵)PM_(2.5)、CO、O3和NO2等污染物在线监测站点数据,分析各污染物的质量浓度时空变化特征,并对102位跑步爱好者进行调查,采用人体呼吸暴露数值模型,研究跑步爱好者污染物吸入剂量的时空差异.结果表明,典型跑步区域CO、NO2和PM_(2.5)浓度冬季高,春季和夏季较低,O3浓度则呈现春季和夏季高、秋季和冬季低;下午时段(16:00~18:00)CO、NO2、PM_(2.5)浓度较低,早晨(06:00~08:00)和晚上(18:00~20:00)时段O3浓度较低,适宜跑步;道路与邻近公园的污染物浓度呈线性相关,CO路侧浓度与公园内基本一致(c路/c园=1.01,R2=0.93),NO2和PM_(2.5)路侧浓度较公园内高,c路/c园分别为0.56和1.19,O3浓度路侧低于公园内(c路/c园=0.74,R2=0.97);92%的跑步爱好者在中度及以上污染天气情况下停止户外运动,选择在公园内和晚上跑步的跑者占比分别为62.7%和66.7%,64.7%的跑者单次跑步里程在10~20 km;下午和晚上跑步时个体的CO、NO2、PM_(2.5)吸入剂量较晨跑低,但O3吸入剂量较高,春季、夏季夜跑时可选择20:00以后时段,能降低O3吸入剂量;路跑条件下个体的CO、NO2和PM_(2.5)的吸入剂量总体要高于公园跑,但O3吸入剂量刚好相反.     

Nitrogenous air pollutants at a southern California mountain forest smog receptor site

Ambient levels of the nitrogenous pollutants NO, NO₂, nitric acid, nitrous acid, ammonia, particulate nitrate, particulate ammonium, peroxyacetyl nitrate (PAN) and peroxypropionyl nitrate (PPN) have been measured at a southern California mountain forest location severely impacted by urban photochemical smog. Air quality at the mountain forest location was characterized by high levels of nitric acid (up to 18 ppb) and the phytotoxic peroxyacyl nitrates PAN (up to 22 ppb) and PPN (up to 5 ppb). Alkyl nitrates were below our detection limits of 0.05–0.5 ppb. The (PAN + PPN)/NO₂ ratios varied substantially (range 0.03–2.27) and were generally large, with typical 24-h averages of 0.19–0.50. Diurnal variations of the (PAN/PPN)/NO₂ ratio exhibited both nighttime and daytime maxima reflecting diurnal variations in PAN (and PPN) thermal stability and photochemical production rates, respectively. Organic nitrogen-containing oxidation products (PAN + PPN) were more abundant than inorganic nitrate (HNO₃ + NO₃⁻), with an average organic/inorganic concentration ratio of 2.5 (daytime ratio 1.0; nighttime ratio 3.7). The four oxidation products PAN, PPN, HNO₃ and NO₃⁻ together accounted for 0.26 of the total reactive nitrogen. The results are discussed with respect to diurnal and seasonal variations and in terms of NO₂ atmospheric oxidation pathways. Deposition fluxes and velocities to ponderosa pine have been measured for inorganic nitrate and for ammonium and have been compared with those obtained at other mountain forest locations.     

The vertical distribution of aerosols and acid related compounds in air and cloudwater

Vertical profiles (surface to 5 km) of aerosol particle number concentration, NO_y′ mixing ratio, and cloudwater SO₄²⁻ and NO₃⁻ equivalent concentration were obtained in three field studies: North Bay, Ontario, during the summer of 1982 and the winter of 1983–1984, and Syracuse, New York, during the fall of 1984. The measurements from these locations and different seasons are compared. Generally, airborne concentrations are highest with air-mass back trajectories from the south and lowest with back trajectories from the north. For the southerly trajectories, median particle number concentrations (0.2–2 μm) near ground level (950 mb) vary from 1700 cm⁻³ during the summer project to 800 cm⁻³ during the winter project. At 700 mb, the south trajectory particle number concentration ranged between 60 and 170 cm⁻³. Median NO_y′ mixing ratios for southerly back trajectories were approximately 6 and 9 ppb at 950 mb and 0.4 and 0.8 ppb at 700 mb for the fall and winter projects, respectively. Comparison of particle number concentration profiles outside of cloud with cloud droplet plus interstitial aerosol particle number concentrations inside cloud indicate that cumulus clouds can transport aerosols vertically from below cloud base. In contrast, stratiform clouds have similar concentrations inside the clouds as outside at the same altitude. The vertical variations of cloudwater sulphate and nitrate concentrations and the NO₃⁻/SO₄²⁻ equivalent concentration ratio are discussed for each of the three field studies.     

深圳市秋季大气OH自由基总反应性测量及其构成分析

羟基自由基(·OH)总反应性(k_(OH))是大气中所有·OH反应物的浓度与其·OH反应速率常数乘积的总和,对k_(OH)的直接测量有助于识别未知的·OH反应物种及提升·OH收支分析的准确度.因此,本研究建立了一套基于激光光解-激光诱导荧光技术的k_(OH)在线测量系统(LP-LIF),利用紫外脉冲激光在流动管内光解臭氧产生·OH,采用激光诱导荧光技术实时测量其与采样进入流动管的活性气体反应而导致的·OH浓度衰减,通过对该衰减进行指数拟合得到采样气的k_(OH).经实验室测试,LP-LIF系统对k_(OH)的测量灵敏度为1.2 s~(-1),时间分辨率5 min.应用该系统对2018年秋季深圳地区的大气k_(OH)进行为期1个月的连续测量,结合同步观测的·OH反应物浓度数据发现,k_(OH)观测值在10～30 s~(-1)之间,主要来自一氧化碳(14%)、氮氧化物(26%)和一次排放的挥发性有机物(24%).此外,由未测量的·OH反应物贡献的k_(OH)平均约23%,且在夜间和早晚高峰时段贡献较高,推测其主要来自溶剂涂料、石化工业及LPG机动车排放.     

包埋固定化海洋硅藻吸附材料的制备及其对水中铅离子的吸附特性研究

采用海藻酸钠(SA)凝胶包埋法对海洋硅藻藻粉进行固定化,考察了藻粉用量、海藻酸钠浓度、Ca Cl2质量分数、交联时间及小球粒径对固定化小球吸附铅离子性能的影响,并研究了这种吸附材料对Pb~(2+)的吸附特性.结果表明,固定化海洋硅藻生物吸附剂的最佳制备条件为:藻粉用量5.0 g/100 m L SA、海藻酸钠浓度20 g·L~(-1)、Ca Cl2质量分数0.5%、交联时间1 h、小球粒径2.8 mm左右.Langmuir等温吸附模型能够较好地描述固定化小球吸附对Pb~(2+)的等温吸附特征,R2为0.9983,最大理论吸附量为833.33 mg·g~(-1).准二级动力学模型能够较好地拟合固定化小球吸附Pb~(2+)的动力学过程,理论平衡吸附量为714.29 mg·g~(-1),与实验所得平衡吸附量706.55 mg·g~(-1)较为接近.固定化小球吸附Pb~(2+)的适宜初始p H值为4~5.Na Cl、Ca(NO3)2、Mg(NO3)2对固定化小球的吸附性能有一定的促进作用.本研究所制固定化海洋硅藻球形吸附材料对Pb~(2+)的吸附容量明显优于大部分研究所报道的固定化生物吸附剂,是一种很有潜力的生物吸附材料.     

连续测量大气·OH的化学电离飞行时间质谱仪的研制

搭建了一套化学电离飞行时间质谱仪用于连续测量大气·OH.该仪器采用了基于63Ni放射源的双管正交式结构大气压化学电离源电离大气中的·OH,最大程度地避免了试剂气体电离及滴定、转化反应间的相互干扰.63Ni放射源首先电离HNO3试剂气体得到试剂离子NO-3,·OH在反应管中与SO2反应最终转化为H2SO4,NO-3与H2SO4发生化学电离反应生成HSO-4离子,进入到质谱仪中进行检测,通过测量NO-3与HSO-4离子的强度,利用化学电离反应方程可直接计算出大气中OH的浓度.所研制仪器用于实验室内·OH的在线检测,在5 s内测得·OH的浓度为1.6×106个·cm-3,实验结果显示该仪器可用于原位连续测量大气中的超痕量自由基.