以评促建:地表过程分析与模拟教育部重点实验室建设探讨

教育部重点实验室是国家科技创新体系的必要环节,是高等学校组织高水平科学研究、培养和聚集高层次创新型人才、开展学术交流合作的重要基地。为进一步完善实验室规范化建设和提高日常管理,教育部每5年对重点实验室进行一次定期评估,全面了解和检查实验室的运行情况。该文以北京大学地表过程分析与模拟教育部重点实验室2019年评估工作为例,结合实验室自身发展之特色,以评促建,总结和探究评估工作的经验与意义,促进实验室的良性发展。

北京城市道路地表径流及相关介质中多环芳烃的源解析

将道路地表径流及降雨、路面积尘和行道树树冠穿透水作为整体系统,对其中多环芳烃（PAHs）的来源进行分析.选择北京市3种主要类型城市道路（主干路机动车道、主干路自行车道、支路）,于2006年雨季对上述4类介质进行采样分析.结果显示,5-6月各介质中PAHs的平均浓度明显高于7-8月.应用因子分析和多元回归方法解析各介质中PAHs的来源.因子分析结果表明,径流中的PAHs更多体现路面积尘的来源特征,但在自行车道和支路,雨水和树冠水的影响也分别得到体现.多元回归结果表明,路面积尘和地表径流中PAHs的来源,在支路和主干路机动车道以机动车排放源为主,在自行车道,机动车源和燃煤源的贡献相近.雨水中的PAHs以燃煤/燃油源为主,行道树树冠水中机动车源的贡献较大.

北京大学及周边地区非取暖期植物叶片中的多环芳烃

采集了北京大学校园内及周边交通干线附近 6种植物叶片样品 ,分别测定了叶蜡和叶组织中的多环芳烃含量 ,同步测定了叶蜡、叶脂、气孔密度等参数 ,藉以探讨机动车尾气排放对植物叶蜡和叶组织中多环芳烃含量的影响 .结果证实 :交通干线附近样品叶蜡和叶组织中多环芳烃含量显著高于校园对照 .叶蜡中多环芳烃含量较叶组织高 1～ 2个量级 .叶蜡和叶组织中1 6种多环芳烃化合物分布谱相似 ,但高环化合物更多在叶蜡中聚集 ,而低环多环芳烃在叶组织中占优 .叶蜡多环芳烃含量与单位叶面积中的叶蜡含量成反比 。

北京城市道路地表径流中PAHs的污染特征研究

以北京城市道路地表径流中的PAHs为研究对象,于2006年雨季在海淀区成府路和海淀路设置3个采样点采集了6场地表径流和同期雨水样品,分析了溶解相和颗粒相PAHs的浓度.对地表径流和雨水样品中PAHs的浓度特征,地表径流中PAHs在时间和空间上的变化,及辅助参数的相关性进行了探讨.结果表明,海淀路地表径流EMC值大于成府路,自行车道地表径流EMC值与机动车道相近,道路地表径流PAHs的污染程度不能仅根据车流量判断.对单场径流历时中PAHs浓度变化的分析和累积污染负荷曲线的研究均表明,道路径流初期冲刷效应并不是普遍发生的,而是受路面积尘特征和降雨条件等多种因素的影响.

大城市边缘区土地利用变化模拟研究--以北京市昌平区为例

近年来,土地利用变化模拟模型成为GLP的研究热点.大城市边缘区土地利用因变化剧烈而特殊,一直都是LUCC研究的重点领域.本研究采用国际前沿的土地利用变化及其影响空间建模方法——CLUE-S模型,基于GIS分析和统计分析,以北京市昌平区为例,运用1996年和2004年土地利用数据,构建CLUE-S模型,对2007—2015年不同土地利用政策情景下土地利用变化进行模拟,得到2010年和2015年的土地利用模拟图.结果表明:(1)专门针对中小尺度区域的CLUE-S模型能够对区域内的土地利用变化进行较好的模拟和预测,其中对分布相对集中的林地和建设用地的模拟效果相对较好,而对比较分散的园地、耕地和城市绿地的模拟效果相对较差;(2)在Markov情景下,建设用地的扩张最为明显;粮食安全情景下,山前平原区质量比较好的耕地没有转换为建设用地;而生态安全情景下,林地得到比较好的保护,并且林地的增加在靠近城区和高速公路的两侧最为明显.本研究可为研究区土地利用规划修编和土地可持续性管理提供科学依据.

北京大学非采暖期室内空气中的气态多环芳烃

同步采集并分析了非取暖期北京大学住宅小区和教学楼室内和室外大气样品中气态PAHs含量.结果表明,室内空气中气态PAHs含量高于室外.室内外样品相似的化合物分布谱说明室内污染主要来自室外空气.距交通干线近的样点室内外浓度均高于对照样点,说明非取暖期机动车排放是城市室内外空气中气态PAHs的主要来源.挥发性弱的高环化合物含量表现出比低环易挥发化合物更明显的随距交通干线距离变化的趋势.此外,所有室内空气中气态PAHs含量均高于对应的室外样品.

基于氮排放估算的城市发展过程生态影响分析

基于氮元素对生态系统的重要性及其对生物生长、人类活动的指示性,本研究选择人类活动氮排放为切入点,广东省深圳市为研究区,估算快速城市化过程中人类活动所产生的氮元素排放量。研究主要由农业、工业生产及人类生活三方面进行计量,分析人类活动过程中的氮排放对生态环境的影响。基于1991-2012年深圳市人类活动氮排放分析结果表明,氮排放总量呈现波动而后下降的趋势,随着城市发展,深圳市农业氮排放比重明显减少,工业生产氮排放明显增加,人类生活方面的氮排放则先上升,后面呈现下降的趋势,显示高强度的工业生产及高密度的人口聚集为深圳市带来一定生态影响。

云南省碳排放时空演变特征及影响因素分析

运用莫兰指数分析和冷热点分析方法,明晰了云南省2000-2021年碳排放的时空演变规律;采用随机森林模型,识别了云南省16个州市的关键社会经济影响因素.研究发现,云南省没有明显的碳排放低值区域,排放值普遍接近平均值,在空间分布上较为均匀.在研究时段内,热点区域较为稳定,呈现明显的空间聚集效应.进一步分析发现,工业增加值、能源消费、人口数量和GDP是影响碳排放的主要因素.研究结果可为制定区域碳中和路线图和实施差异化碳减排决策以及低碳绿色发展提供依据.

北京植物园主要观赏植物春花期和秋叶期的过程模拟

为了准确地模拟观赏植物春花期和秋叶期的发生时间,揭示城市植物物候对气候变化的响应特征并预测赏花和观叶的最佳时机,利用统一促进模型、统一冷激模型与日最低温–光周期耦合模型,分别模拟北京植物园1979—2019年20种春花植物开花期和10种秋叶植物叶变色期的年际变化,并评价最优模型模拟与预测的误差。结果表明,园林观赏植物春季开花期的发生主要受生态休眠期和生长期促进温度驱动,内休眠期冷激温度需求没有对春季开花期的发生起到限制作用;观赏植物秋季叶始变色期的发生主要受温度降低诱发叶片衰老的过程驱动,叶全变色期的发生主要受光周期缩短诱发叶片衰老的过程驱动。开花始期和开花盛期模拟的平均均方根误差(RMSE)分别为3.7和3.2 d,且这两个物候期的模拟误差具有较好的种间同步性;叶始变色期和叶全变色期模拟的平均RMSE分别为9.4和5.6 d,而这两个物候期之间的模拟误差不具有种间同步性;物候模型对各种植物开花日期和叶变色日期模拟的RMSE与其年际波动标准差呈显著的正相关关系。最优春季和秋季物候过程模型的外推检验与模拟检验的RMSE数值相近,表明模型具有较高的稳健性。

北京地区水泥行业的物能代谢及其环境影响

利用物质流分析方法,对北京地区水泥生产和使用过程的物能代谢及其环境影响进行研究。水泥生产过程物能代谢的时间序列分析表明,从1949至2002年,水泥产量呈加速增长的趋势,对区域生态系统产生了巨大的扰动。水泥生产过程环境影响的主要表现包括占用和破坏土地资源;消耗大量的矿质原料和能源;排放CO2;造成环境酸化、人体健康损害和环境富营养化。水泥生产和使用过程物能代谢的空间格局分析显示,水泥产量和水泥生产过程环境负荷的空间差异非常显著。由于产地与使用地分布格局的明显错位,以及外地水泥的大量调入,2001年水泥运输过程中的能源消耗与该年本地水泥生产过程中的能源消耗大致处于同一水平。在水泥最终产品混凝土的生产过程中,2001年的砂石消耗量及其生态包袱的总和是该年本地水泥生产过程资源和能源消耗量及其生态包袱总和的4·2倍。由此可见,只有将物质流分析贯穿水泥生产和使用的全过程,才能比较客观地揭示出水泥行业物能代谢及其环境影响的实际情况。

中坝制盐遗址的孢粉分析与古植被、古环境

考古证据表时,距今4000多年以前,重庆三峡地区的中坝遗址就开始了规模性的盐业生产。为了解盐业生产的环境背景及其影响,在中坝遗址厚达12.5m的文化堆积层进行了孢粉取样和分析。AMS^(14)C测年结果显示,这些样品分别来自新石器时代晚期(4420～3700aB.P.)、商至西周(3550～2700aB.P.)和东周(2700～2300aB P.)。孢粉分析表明:中坝遗址的样品均以草本植物花粉和蕨类植物孢子占绝对优势。主要以禾本科(Poaceae)、楼梯草属(Elatostema)和蹄盖蕨属(Athyrium)为主,而乔灌木植物花粉所占比例很低,除松属(Pinus)、桦木属(Betula)、枫杨属(Pterocarya)、栎属(Quercus)花粉外,还见到夹竹桃科(Apoeynaceae)、女贞属(Ligustrum)、(?)木属(Loropetalum)和枫香属(Liquidambar)等亚热带树种的花粉。中坝遗址及附近地区自新石器时代以来的植被以少林、灌丛草地为主,遗址周围分布大片杂草群落,并可能有大面积的农阳,表明这个地区始终存在较强的人类活动。早在新石器时代,制盐业和种植业使得低山丘陵与河谷的森林植被遭到破坏,遗址附近的河谷形成疏林草地景观。商至西周时期,尽管气候变干,但人类活动仍很强烈,似乎气候变化对盐业生产的影响不大;东周时期的气候较为温暖湿润,制盐业和农业活动规模扩大,森林植被破坏程度加大,草坡随之增多。

北京市通州区地表水中多环芳烃的分布与季节变化

在北京市通州地区河流沟渠上设立23个采样点,于2005年7月、10月、12月和2006年3月分四次采集水样·采用SPE-GC-MS内标定量分析方法,检测了水体中16种美国EPA优控多环芳烃(PAHs)的浓度·结果表明,通州地区河流水体∑PAHs全年浓度范围为87—1889ng·l-1,夏季最高,春季最低·南部的凉水河/凤港减河、凤河高于中部的通惠河/北运河/沟渠,北部的潮白河相对较低·16种PAHs以二/三环为主,所占比例将近90%·

基于SWAT 2000模型的流域氮营养素环境自净效率模拟——以杭埠—丰乐河流域为例

应用分布式非点源污染模型SWAT 2000对杭埠—丰乐河流域的水文、泥沙以及水质模拟进行校核,验证了模型在该研究区的适用性。对基于SWAT模型的氮营养素自净效率计算方法进行完善,即考虑流域本底情况,计算全流域和河流的自净效率分别为0.991和0.005;由于计算时无法考虑地下水的贡献和无法统计NH4+-N和NO2--N的入河负荷,实际河流氮营养素自净效率要高于计算值。给出流域氮营养素自净效率的月际变化特征;进一步计算各个亚流域的环境自净效率,获得其空间分布特征。

大城市边缘区LUCC驱动力的时空分异研究——以北京昌平区为例

基于GIS和数理统计分析,以北京市昌平区为例,采用1996—2004年土地利用数据和基础地理信息数据,将定性分析与定量分析结合、空间分析与时间分析结合起来研究影响土地利用变化的驱动机制。在空间上,利用Logistic回归分析,从自然因素、人口增长和经济发展3个角度选取与土地利用变化相关的驱动因子。分析结果表明:耕地与建设用地间的转换,主要与非农业人口增量、第二产业产值和河流远近有关;农用地类型间的转换主要受坡度、海拔和距河流远近等自然因素的影响;建设用地类型间的转换主要由城市化和产业布局的变化引起;农用地向建设用地的转换则主要受社会经济因素的影响;建设用地向农用地的转换主要受自然因素的影响。在时间上,通过定性分析,发现研究区土地利用变化主要与人口的增长、经济的发展以及政策驱动直接相关,城镇建设用地面积与非农业人口和GDP之间呈现良好的对数正相关,耕地面积与非农业人口和GDP之间呈现良好的对数负相关,农业结构调整政策是耕地向园地、林地的流转的主要驱动力,生态退耕政策则是耕地、园地、农村居民点用地和未利用地转换成为林地的重要驱动因素。

1950年以来BHC在杭州环境中积累、迁移与残留动态的模拟研究

根据区域环境背景值、BHC施用量及其物化性质参数 ,以逸度模型为工具 ,建立了描述BHC在杭州多介质环境中迁移转化的动态模型 .通过模拟结果了解各时期BHC在气、水、土壤、沉积物、鱼、植物叶和根等 10种环境介质中的积累、迁移和残留情况 ,并考虑了环境介质物理性质差异、温度对BHC热力学参数的影响 ,及对其环境行为和归宿的影响 .模型模拟了自 195 2年BHC在研究区域大量施用以来 ,在环境中逐渐累积并达到稳定 ,因BHC禁用又逐渐消失的过程中 ,BHC在各环境介质中的分布、浓度及其在毗邻介质间迁移通量的动态变化 .对模拟结果与实测BHC浓度的验证表明二者吻合较好 .虽然杭州地区有机氯农药用量远高于其它地区 ,但由于该区温度较高有利于BHC的降解和挥发 ,目前BHC的浓度和残留量均低于北方地区 .该研究的成果可用于有机污染物暴露风险评价 。

基于能值分析的城市生态经济系统研究——以邢台市为例

邢台市是冀南以发展煤化工、钢制品、装备制造为主的工业城市。文章运用能值理论,对邢台市1990～2009年城市生态经济系统资源流、货币流、人口流和信息流等进行核算,结果表明:邢台市1990～2009年生态经济系统流入能值增加,能值产出下降,可持续发展指数大幅下降,环境负载率不断升高。认为邢台市目前的发展模式主要是资源消耗型经济,经济发展主要建立在对本地不可更新资源的开发利用上。因此,应改变发展模式,调整产业结构,提高资源利用率,增加产品附加值,促进生态经济系统健康可持续发展。

北京城市道路积尘多环芳烃的粒度分布特征及其影响因素

对北京城市不同道路类型的道路积尘进行了为期16个月的采样,分别分析了道路尘的粒径、多环芳烃及TOC。道路积尘的粒径呈三峰态分布,<75μm部分的颗粒所占体积最大,>214μm部分颗粒所占体积最小。>214μm这部分颗粒中的多环芳烃质量分数最低,<75μm和75～214μm这两部分颗粒中多环芳烃的质量分数没有显著差异,但由于<75μm部分颗粒所占的体积和质量比例最大,这部分颗粒的多环芳烃累积量所占比例最高。不同道路的积尘粒径存在差异,海淀路和成府路机动车道的积尘颗粒相比自行车道和人行道的颗粒更粗。由于粒径分布的差异和多环芳烃质量分数的差异,不同类型道路的多环芳烃累积量的粒径分布呈现差异。多环芳烃质量分数和累积量的粒度分布也呈现季节差异,冬春季<75μm颗粒中的多环芳烃质量分数最高,多环芳烃的累积量所占比例也较夏秋季高。在三个粒级中,TOC与多环芳烃质量分数均呈现显著的正相关。高比例的细颗粒及细颗粒中的多环芳烃使得道路积尘再悬浮进入大气以及随湿沉降进入地表径流的环境风险加大。

黄河三角洲地区资源-环境-经济系统可持续性的能值分析

黄河三角洲地区位于沿海开放地带,经济地位特殊而重要。而三角洲又是生态环境脆弱带,在资源开发中承受着巨大的环境压力。环境与经济的协调发展是黄河三角洲永恒的主题。基于能值理论与方法,通过一系列能值指标的建立,对黄河三角洲地区环境经济系统进行了分析评估,结果表明该地区能值用量较大,经济迅速增长的同时,资源消耗与环境问题日益突出。在此基础上,通过可持续性能值指标的动态分析为该地区实现可持续发展提出建议。

冬季降雪过程对城市大气气态汞污染的影响

2009年降雪和非降雪期间对北京西北城区的气态总汞浓度进行了连续采样,比较了降雪期间、非降雪期间的气态总汞浓度日变化过程;降雪期间气态总汞浓度的降低和恢复过程。结果表明,降雪和非降雪期间大气气态总汞浓度的日均值有显著差异,降雪期间气态总汞的平均浓度为5.64ng·m-3,非降雪期间的平均浓度为7.43ng·m-3,前者约为后者的70%。降雪后约7h气态总汞浓度恢复到降雪前水平。研究中分析了气象因素(气压、风速、阵风速度、气温和相对湿度)对于气态总汞浓度的影响,结果表明:降雪期间主要受到风速(r=-0.527)和阵风速度(r=-0.574)的影响;非降雪期间主要受到风速(r=-0.691),阵风速度(r=-0.726)和相对湿度(r=0.692)的影响,并且相对湿度的影响与风速的影响相近。降雪和非降雪期间气态总汞的日变化有所差异:非降雪期间气态总汞浓度在午夜和清晨较高,日变化趋势与相对湿度一致;降雪期间气态总汞的日变化没有明显规律。

基于防灾规划的城市自然灾害风险分析与评估研究进展

城市自然灾害风险分析与评估关系到城市灾害预警、预案、灾害风险管理、城市防灾规划等诸多方面,是城市安全和人类安身的基础。该文从城市防灾规划的需要出发,首先,定义了基于防灾规划的城市自然灾害风险分析与评估的内涵,针对城市防灾规划的特点和自然灾害风险分析的评价目标,构建基于防灾规划的城市自然灾害评估模型与评估流程。其次,将风险分析过程分为致灾因子分析、暴露性分析、脆弱性分析3部分,并介绍了常用的评估方法。最后提出:服务于防灾规划的城市自然灾害风险研究,应搭建时空桥梁,强化自然灾害风险评估成果在城市防灾规划中的应用;着重将多灾种风险评估服务于综合规划,单灾种风险评估服务于专项规划;通过完善评估模型,合理运用GIS、RS等技术深化自然灾害风险分析评估在城市防灾规划中的应用。