AQI标准下北京市空气质量数值预报系统及其在重大活动保障中的应用

围绕新AQI标准下环境空气重污染预报预警工作的需求,全面优化升级了北京市空气质量数值预报系统。该系统集成了新一代天气模式WRF,并进一步发展污染源处理模型SMOKE,实现了点源、面源、机动车源等排放源高时空分辨率制作,同时紧追空气质量模型(CMAQ、CAMx、NAQPMS)新发展,实现在线源解析模块的业务应用。这一系统不仅在日常业务预报中有效提升了北京市空气重污染过程的预报准确率,还成功应用于2014年APEC会议、2015年纪念中国人民抗日战争暨世界反法西斯战争胜利70周年阅兵等重大活动空气质量保障工作中,满足了重大活动对空气质量预报预警的特殊需求,为进一步提高城市空气质量预报预警技术的发展做出有益尝试,并积累了丰富的经验。

2010年春季沙尘天气对北京市空气质量的影响及其天气类型分析

利用2010年3—5月北京市市区以及北京西北部、西部和东部3个不同方位边界的空气质量自动监测站监测数据,结合气象资料和激光雷达观测数据,分析了春季外来沙尘对北京市空气质量的影响。研究结果表明:2010年春季北京市出现15次外来沙尘天气,外来沙尘输送对北京市空气质量的影响天数为21 d,直接造成15 d空气质量超标,最严重的一次API指数达到最大值500。沙尘的天气形势特征以及输送路径的不同,对北京市空气质量的影响有明显差异。当低压中心过境时,沙尘天气影响最重,颗粒物浓度显著上升,气态污染物迅速下降,沙尘呈现自西北向东南输送的特征;低压底部过境与低压中心过境类似,但是沙尘强度略弱;除此之外,沙尘回流也可以直接造成北京市空气质量超标,颗粒物浓度和气态污染物浓度均表现出上升的变化趋势。

北京两次沙尘污染过程中PM2.5浓度变化特征

利用北京市空气质量监测数据和气象资料,对2013年2月28日和3月9日两次沙尘污染过程PM2.5(空气动力学当量直径小于等于2.5μm的颗粒物,即细颗粒物)、PM10(空气动力学当量直径小于等于10μm的颗粒物,即可吸入颗粒物)浓度及PM2.5浓度/PM10浓度比值的变化特征进行了分析,研究结果表明:(1)沙尘开始影响北京时,PM2.5与PM10浓度表现出反位相变化,PM10浓度在两次沙尘过程中2 h内分别上升50.8%与202.4%,最高达800μg m-3以上;PM2.5浓度分别下降58.3%与50.9%,直至下降至35μg m-3以下,PM2.5有明显改善现象。(2)虽然PM2.5浓度在沙尘到达前有缓升的迹象,但沙尘抵达后,PM2.5浓度持续快速下降,PM2.5浓度/PM10浓度比值由沙尘影响前的0.75以上降至0.25以下。沙尘影响前,PM2.5日均值均超过150μg m-3,北京地区处于重度污染水平。这说明沙尘来临前以人为污染为主,主要由细粒子"贡献",沙尘来临后的空气污染,主要由巨、大粒子的沙尘"贡献"。

40CrNi2MoE钢奥氏体晶粒长大的数学模型

利用金相实验方法,基于实验数据,应用Beck、Hillert、Sellars数学模型研究了40CrNi2MoE钢在加热温度850~1200℃和保温时间30~480 min下的奥氏体晶粒长大规律。结果表明,随加热温度升高和保温时间延长,40CrNi2MoE钢奥氏体晶粒逐渐长大,当加热温度超过1050℃或保温时间超过120 min时,试验钢奥氏体晶粒开始粗化。通过对Beck、Hillert和Sellars 3种晶粒长大数学模型对比分析,Sellars模型对40CrNi2MoE钢的奥氏体晶粒尺寸预测具有较高的精度,其奥氏体晶粒长大模型方程为:当温度为850℃≤T≤1050℃时,D5.49Sellars=7.64×1021texp(-390081/(RT));当温度为1050℃≤T≤1200℃时,D8.13Sellars=8.04×1041texp(-771322/(RT))。

马氏体时效钢循环相变的EBSD分析

利用电子背散射衍射(EBSD)技术和金相实验方法研究了循环相变处理对马氏体时效钢显微组织、晶粒取向及晶界分布特征的影响。结果表明,随着循环处理次数的增加,马氏体时效钢的晶粒逐渐细化,小角度晶界逐渐转变为大角度晶界,经过3次循环相变处理,小角度晶界向大角度晶界的转变达动态平衡,晶粒最细约为5μm,之后晶粒又开始长大;马氏体时效钢的强度随着小角度晶界所占比例的减少而逐渐降低,冲击韧性则随着大角度晶界所占比例的增加而提高,3次循环相变处理后马氏体时效钢的强韧性配合最佳。

基于GIS的污染源自动监测数据综合分析系统设计和实现

基于地理信息系统(GIS),将污染源在线监测数据信息与空间地理信息相结合,建立北京市重点锅炉烟气、污水处理厂两类主要污染源和水环境质量等大量在线监测数据的监控和综合分析系统。系统不仅实现了对重点污染源在线监测数据的实时监控、数据展示、统计分析、超标报警等常规业务功能,还在污染源扩散模拟展示、污染源与环境质量信息相互作用的空间综合分析等方面进行了初步研究,为进一步提高北京市的污染源监控管理和自动监测数据利用水平做出了创新性的技术尝试。

外来沙尘输送对北京市空气质量影响的预报预警技术初步研究

利用多方位监测数据和气象资料,分析了2010—2011年春季外来沙尘输送对北京市空气质量指数的影响,提出外来沙尘对北京市空气质量级别影响的预报判据。此外,基于NAQPMS模型的沙尘模块,开展数值预报研究,并对北京市2010年3月一次沙尘天气污染过程进行数值模拟试验,结果表明,模拟的PM10浓度值与实测值有较好的一致性。通过判别预报和数值模拟两种预报技术的开展,可以预报沙尘输送影响的空气质量级别、沙尘分布和演变规律,为进一步开展空气质量预报预警和防控沙尘工作打下了很好的科学基础。

2014年10月北京市4次典型空气重污染过程成因分析

采用数值模拟与观测资料相结合的方式,对2014年10月北京市4次典型空气重污染过程的大气环境背景、气象条件和形成原因进行了分析.结果表明,京津冀区域稳定的气象条件是形成空气重污染的主要原因,4次重污染过程大气条件均不利于污染物扩散,表现为大气层结稳定,近地层逆温（平均逆温强度为2.26℃/100 m）明显,风速（平均值为1.52 m/s）小,相对湿度（平均值为80.75%）大.在4次重污染过程中8—11日污染最重,ρ（Pm^2.5）日均值平均为264μg/m^3,并且区域输送对北京贡献率最大,平均值为63.75%;24—25日污染程度次之,逆温最强,逆温强度达5.94℃/100 m;18—20日重污染中北京ρ（Pm^2.5）高值（〉200μg/m^3）区主要集中在该市西北部地区;30—31日污染相对较轻,ρ（Pm^2.5）日均值最高只有154μg/m^3.数值模拟表明,在4次典型重污染过程中,来自南方（包括河北、河南和山西西部等地）的外来污染物输送对北京Pm^2.5贡献较大,外来贡献率分别在42.36%-69.12%之间,同时北京本地也存在较强的二次无机盐及有机物转化过程.

火电厂大气污染物排放标准对区域酸沉降影响的数值模拟

设计了火电厂实施2003版排放标准和2011版排放标准两种排放情景,运用Models-3/CMAQ模型系统分别模拟各情景到2015年的硫、氮沉降量,探讨2011版火电排放标准对我国大陆地区酸沉降的影响.研究表明,2011版火电标准能够有效改善我国的硫沉降状况,相比于实施2003版标准,2011版标准实施后至2015年我国大陆硫沉降总量降低了18.58%,年均硫沉降强度大于3.2t/km2的面积减少了86.40%;2011版火电标准对我国氮沉降状况也起到了一定的改善作用,标准实施后到2015年我国大陆氮沉降总量降低了9.28%,年均氮沉降强度大于4.0t/km2的面积减少了27.27%.

水下吸声机理与吸声材料

随着我国加速实施海洋强国战略,对先进水下吸声材料的需求日益迫切.与空气吸声不同,水下的高静水压力和复杂的海洋环境对水下吸声材料提出了更为苛刻的要求.吸声问题的本质是如何将弹性能高效地转化为热能或其他形式能量.本文综述了主要以聚合物分子内摩擦机制及界面耗能机制为基础的传统水下吸声材料.传统水下吸声材料面临的主要是其在低频及高静水压力下吸声性能差的问题.这是因为:一方面受质量密度定律的限制,有限厚度的水下吸声材料无法有效吸收水中传来的低频声波;另一方面,在高静水压力下,弹性材料如高分子聚合物会变"硬",从而大大降低了声波弹性能的转换效率.随着局域共振理论及超材料概念的提出,发展出了一系列新型水下吸声材料,为解决水下吸声材料遇到的难题提供了新思路.局域共振理论的特点是可以用小尺度结构控制长波声波的传播,从而可以解决低频吸声问题.本文重点综述了局域共振理论,以及由此发展出的声子木堆、声子玻璃等新型水下吸声材料.声子玻璃材料在局域共振理论基础上,通过引入多孔金属骨架结构提高了材料的抗压性能,从而解决了高静水压力下材料吸声性能变差的问题.本文最后对水下吸声材料未来发展方向进行了展望.

基于环境监测数据的APEC会议空气质量保障环境改善效果评估

在简要回顾APEC期间的空气质量情况的基础上,从多方面较系统的分析了APEC期间北京市空气质量的变化特征,包括各项污染物浓度水平的同比分析、不同区域不同类别站点小时浓度的百分数分布及变化情况分析、污染物日变化规律变化特征分析、空气质量改善效果的空间分布特征分析、颗粒物组分变化特征分析、污染来源解析模型、数值污染模型等方法,力求从多个方面深入了解APEC控制措施对北京市污染水平、污染特征造成的影响,并利用组分、模型等方法定性定量的评估主要空气质量影响因素、不同的污染控制措施对APEC期间空气质量改善的作用及贡献。结果表明,APEC期间,北京市空气质量得到明显改善,空气质量基本处于优良级别,各项污染物浓度大幅下降,APEC污染控制期各项污染物的百分位数浓度与无控制期出现明显分离特征,污染物的日变化低浓度持续时间更长且增长更缓慢。

40CrNi2MoE钢的高温塑性变形特征

采用Gleeble-3800型热力模拟试验机,在温度为1 123~1 423K、应变速率为0.01~10 s-1的条件下,对40Cr Ni2Mo E钢进行了高温轴向单道次压缩变形试验,根据压缩试验结果绘制了高温塑性流变曲线,并观察了变形后的显微组织。结果表明：该钢的流变应力和峰值应变随着变形温度的升高和应变速率的降低而减小;在真应变为0.9,应变速率为0.01~10 s-1的条件下,随着应变速率的提高,其发生完全动态再结晶的温度也逐渐升高;当应变速率为10 s-1,变形温度高于1 323 K时,该钢才会发生完全动态再结晶;计算得到40Cr Ni2Mo E钢的热变形激活能为333.726 k J·mol-1,并建立了该钢动态再结晶条件下峰值应变与Zener-Hollomon因子的定量关系以及高温塑性变形本构方程。

金针菇多糖对衰老小鼠脾脏抗氧化能力的影响

目的探讨金针菇多糖对衰老小鼠脾脏抗氧化能力的影响及金针菇多糖的抗衰老机制.方法 ICR小鼠60只,雌雄各半,按体质量随机分为6组:空白对照组,模型组,脑复康组,金针菇多糖(FVP)低、中、高剂量组.实验动物喂饲6周,处死小鼠,取脾组织,计算小鼠脾脏指数;测量脾脏抗氧化指标MDA,SOD,GSH-Px.结果与模型组比较,金针菇多糖组脾脏指数显著下降(P<0.05),MDA含量显著下降(P<0.05),GSH-Px和SOD活性显著上升(P<0.05).结论金针菇多糖可使衰老小鼠脾脏产生抗氧化作用,可能是金针菇多糖抗衰老的作用机制之一.

金针菇多糖对衰老小鼠大脑抗氧化能力的影响

目的研究金针菇多糖(FVP)对衰老小鼠大脑抗氧化能力的影响。方法 ICR小鼠60只,雌雄各半,按体重随机分为6组:空白对照组,模型组,脑复康组,FVP低、中、高剂量组,实验动物喂饲6 w,处死小鼠,计算小鼠脏器指数;测量大脑抗氧化指标丙二醛(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px);HE染色观察海马组织形态学改变。结果与模型组比较,FVP组脑指数显著上升(P<0.05),脾脏、肝脏指数显著下降(P<0.05);MDA含量显著下降(P<0.05),GSH-Px和SOD活性显著上升(P<0.05);FVP组显著改善海马神经元的变性、脱落。结论FVP可使衰老小鼠大脑产生抗氧化作用,可能是其抗衰老的作用机制之一。

胸闷变异性哮喘患者肺功能及炎症特点

目的:对比分析胸闷变异性哮喘(chest tightness variant asthma,CTVA)与典型哮喘(classic asthma,CA)患者的肺功能及嗜酸性粒细胞炎症指标,进一步加深对CTVA的认识。方法:回顾性分析2019年10月—2021年10月门诊诊治的55例CTVA患者与94例CA患者(两组患者气道激发试验均为阳性,符合哮喘诊断标准的病史及临床特征),分析比较两组人群之间的肺功能检查、呼出气体一氧化氮(fractional exhaled nitric oxide,FeNO)、血嗜酸性粒细胞,特异性IgE及总IgE水平。结果:CTVA组与CA组患者年龄、性别比例、过敏史、过敏性鼻炎史、鼻息肉史、湿疹史、慢性荨麻疹史均无统计学差异(P>0.05)。CTVA组的小气道功能轻度受损情况低于CA组(27.27%vs.43.63%,P=0.047)。两组小气道功能中-重度损、气道阻力升高、残总比无统计学差异(P>0.05)。两组通气功能[用力肺活量(forced vital capacity,FVC)、第1秒用力呼气容积占用力肺活量的比值(forced expiratory volume in one second/forced vital capacity,FEV1/FVC)、呼气峰值流量(peak expiratory flow,PEF)]、肺储备功能[最大通气量(maximal voluntary ventilation,MVV)]无明显差异(P>0.05)。CTVA组外周血嗜酸性粒细胞[绝对值(0.16±0.15)×109个/L,百分比(2.50±2.25)%]均显著低于CA组[绝对值(0.27±0.25)×109个/L,百分比(4.0±3.8)%],差异有统计学意义[P=0.017(绝对值),P=0.031(百分比)]。CTVA组的特性IgE检测阳性率(23.8%)低于CA组(48.5%)(P=0.043),且CTVA组外周血总IgE水平[86.7(24.7,172.9)kU/L)]显著低于CA组[181.2(97.3,454.8)k U/L],差异有统计学意义(P=0.009)。CTVA组FeNO平均浓度(29 ppb)较其CA组(79 ppb)显著降低,差异有统计学意义(P=0.027)。结论:CTVA患者小气道轻度阻塞率较CA患者少,小气道中重度阻塞率和CA患者相当,外周血嗜酸性细胞水平较CA患者低。

北京市大气PM_(2.5)监测·模拟和评估技术

针对北京市大气污染防治工作的突出问题和难点问题,介绍了北京市大气二次污染物PM_(2.5)监测、模拟和评估关键技术,旨在为国内各城市环境空气质量评价、模拟评估、预报预警,以及重污染应急、重大活动空气质量保障等重要环境管理工作提供有力的技术支持,为管理部门提供准确、及时、全面的信息。

空气中粒径小于等于10微米颗粒物对成人哮喘患者肺功能的影响

目的研究空气中粒径≤10μm细颗粒物(particulate matter≤10μm in aerodynamic diameter,PM10)暴露对成人哮喘患者肺功能的影响。方法于2016年1至10月在北京地区常住居民中招募17例成年哮喘患者,在9个月时间内,每3个月完成一次肺量仪通气功能检查,至少需要完成2次检查,共获得26组有前后肺功能对比的数据。分析受试者每3个月间隔时间内肺功能的变化值与该时段内PM10暴露平均值之间的关系。肺功能分析值选取舒张试验前第1秒用力呼气容积占预计值的百分比(pre-bronchodilator forced expiratory volume in 1 second expressed as percent predicted,Pre FEV_1%)、舒张试验前用力肺活量占预计值的百分比(pre-bronchodilator forced vital capacity expressed as percent predicted,Pre FVC%)、舒张试验前1秒率(pre-bronchodilator FEV_1/FVC,Pre FEV_1/FVC)、舒张试验后第1秒用力呼气容积占预计值的百分比(post-bronchodilator forced expiratory volume in 1 second expressed as percent predicted,Post FEV_1%)、舒张试验后用力肺活量占预计值的百分比(post-bronchodilator forced vital capacity expressed as percent predicted,Post FVC%)、舒张试验后1秒率(post-bronchodilator FEV_1/FVC,Post FEV_1/FVC)等6个指标。6项指标的变化值分别设定为ΔPre FEV_1%、ΔPre FVC%、ΔPre FEV_1/FVC、ΔPost FEV_1%、ΔPost FVC%和ΔPost FEV_1/FVC。肺功能指标的变化以及PM10暴露的差异采用两独立样本t检验或非参数秩和检验。结果在3个月时间段内,以PM10中位数划分为相对较高PM10暴露组[(98.00±10.99)g/m^3,n=13]与相对较低PM10暴露组[(79.23±6.30)g/m^3,n=13]。ΔPre FEV_1%、ΔPre FEV_1/FVC、ΔPost FEV_1%和ΔPost FEV_1/FVC在PM10相对较高暴露组[4个指标变化分别为(-6.96±10.49)%、(-3.79±7.92)%、(-4.07±5.72)%和(-2.85±5.14)%]与相对较低暴露组[4个指标变化分别为(4.32±12.02)%、(2.22±5.38)%、(7.61±12.66)%和(7.79±7.93)%]比较均有显著降低(P值分别为0.005、0.016、0.004、0.020)。ΔPre FVC%[两组变化值分别为(-4.62±8.83)%、(2.63±13.49)%]、ΔPost FVC%[两组变化值分别为(-2.65±6.74)%、(0.28±13.58)%]在相对较高PM10暴露组虽有下降趋势,但两组间差异无统计学意义。结论 PM10的长期暴露对成人哮喘患者肺通气功能会产生负面健康效应,需要引起重视。

海南区域背景点光化学污染特征及VOCs来源解析

海南区域背景点位于海南省东北部,是热带地区大气传输通道上的重要站点.于2021年8月~12月在海南区域背景点开展光化学污染物(O_(3)、PAN)及其前体物VOCs的在线观测,分析了光化学污染变化特征及规律、VOCs的组成特征、臭氧生成潜势(OFP)及化学活性(L^(·OH)),并利用PSCF和PMF方法进行VOCs来源解析.结果表明,海南区域背景站环境空气污染物浓度水平较低.当主导风向转偏北风后,各项污染物浓度升高.O_(3)在气象条件影响下白天生成夜间积累,形成光化学污染.观测期间光化学反应前体物VOCs平均浓度(体积分数)为(7.21×10^(-9)±4.60×10^(-9)),各类VOCs浓度从大到小排序为烷烃>OVOC>芳香烃>烯烃>炔烃.污染期各项浓度显著高于清洁期.VOCs活性分析结果表明OVOC和烯烃主要参与光化学反应.污染期前体物、PAN和O_(3)的潜在来源高值区主要分布在珠三角至福建东南部发达的沿海地区.根据PMF源解析模型分析结果海南区域站受到人为源显著影响,机动车尾气(37.8%~46.2%)是海南O_(3)污染的重要贡献来源.

基于复合蜂窝结构的宽带周期与非周期声拓扑绝缘体

具有良好可重构性、良好缺陷兼容性及紧凑型的声学拓扑结构可能成为声学发展中一个有前景的方向.本文设计了一种可调谐、应用于空气声的二维宽带复合蜂窝形晶格结构,其元胞拥有两个变量:一个是中心圆的缩放参数s,另一个是"花瓣"图案围绕其质心的旋转角度q.研究发现当s为1.2, q为±33°时,在结构的布里渊区中心点出现四重简并态.在±33°两侧,能带会发生反转,体系经历拓扑相变;同时,结构的相对带隙宽带逐渐增加,其中q为0°和60°时,相对带宽分别为0.39和0.33.本研究还计算了由这两种转角的声子晶体组成的拼合结构的投影能带,发现在其体带隙中存在着边界态并验证了此拓扑边界的缺陷免疫特性.最后通过变化s,构建了一种非周期性双狄拉克锥型的声拓扑绝缘体并验证了其缺陷免疫性.本研究的体系相对带宽显著超过已知体系,将为利用声拓扑边界的声波器件微型化打下良好的基础.

传统检测汗液氯离子方法对中国囊性纤维化患者的诊断价值

目的探讨传统检测汗液氯离子方法的准确性及对中国囊性纤维化(CF)患者的诊断价值。方法用传统检测汗液氯离子方法测定了2012年1月至2019年10月北京协和医院收治的118例疑似CF患者的汗液氯离子浓度,并与患者的最终诊断比较并分析。结果筛查患者数118例,平均年龄(25.8±13.6)岁。其中102例获得有效汗液氯离子检测数据,其浓度中位数为43.3 mmol/L(IQR:23.8~120.1 mmol/L)。80例患者的汗液氯离子检测结果符合诊断;39例汗液氯离子检测为阳性结果(≥60 mmol/L),其中31例(79.49%)确诊CF;40例阴性结果(<30 mmol/L),其中32例(80%)排除CF;23例处于临界值(30~59 mmol/L),其中17例(73.91%)排除CF,其余6例(26.09%)未能明确诊断;66例(64.71%)具有可重复性。结论汗液氯离子测定结果的CF阳性预测值为79.49%,阴性预测值为80%。传统汗液氯离子检测方法对于中国CF患者具有较高诊断价值。