基于机器学习的珠三角秋季臭氧浓度预测

基于2015~2022年珠三角地区的臭氧(O_(3))日最大8 h浓度平均值[MDA8-O_(3),ρ(O_(3)-8h)]的观测数据和气象再分析数据,运用支持向量回归(SVR)、随机森林(RF)、多层感知机(MLP)和轻量级梯度提升机(LG)这4种机器学习方法,建立MDA8-O_(3)预测模型.结果表明,对于全年MDA8-O_(3)预测而言,SVR模型的效果最好,决定系数(R^(2))达0.86,均方根误差(RMSE)和平均绝对误差(MAE)分别为16.3μg·m^(-3)和12.3μg·m^(-3);对于秋季MDA8-O_(3)预测而言,SVR模型的效果依然略优于LG和MLP,其R2、RMSE和MAE分别为0.88、19.8μg·m^(-3)和16.1μg·m^(-3),RF模型在秋季的预测效果最差.采用全年数据构建的模型对秋季MDA8-O_(3)的预测效果比仅采用秋季数据构建的模型效果好,R2相差0.08~0.14.

气象条件对珠三角秋季地表臭氧年变化及趋势的影响

基于2015~2022年珠三角O_(3)监测数据以及再分析气象资料,利用多元线性回归(MLR)和LMG方法量化了气象条件对臭氧(O_(3))日最大8 h浓度平均值(MDA8-O_(3))年变化和趋势的影响.结果表明,基于关键气象参数建立的MLR模型性能良好,同时基于秋季各月参数建立的MLR模型模拟的MDA8-O_(3)变化会比基于整个秋季气象参数建立的MLR模型更准确.总云量、相对湿度、2m最高温度和850 h Pa经向风的共同作用导致了2020年MDA8-O_(3)相对于2019年减少了34.1μg·m^(-3),贡献率分别为31.3%、45.2%、15.8%和6.7%.珠三角2015~2022年的9月、10月、11月和秋季观测的MDA8-O_(3)变化率分别为7.3、5.2、4.8和5.8μg·(m^(3)·a)^(-1),其中由气象驱动的趋势分别为3.6、2.4、2.4和3.1μg·(m^(3)·a)^(-1),整体而言,气象条件对2015~2022年珠三角秋季MAD8-O3变化的贡献率为53.4%.

珠三角夏秋转换季臭氧污染成因及前体物减排策略分析

为分析夏秋转换季珠三角地区臭氧(O_(3))污染成因及防控策略,以珠三角中心城市广州为例,在综合观测基础上,使用盒子模型分析O_(3)生消路径及减排方案.结果表明,观测期间呈静稳气象条件且温度偏高,非常适宜O_(3)的二次生成,并导致出现大范围长时间O_(3)污染.芳香烃类物质对O_(3)生成潜势(OFP)贡献最大,间/对-二甲苯、甲苯和邻-二甲苯是对OFP贡献最大的挥发性有机物(VOCs)物种.盒子模型分析发现污染期间O_(3)平均净生成速率为23.2×10^(-9) h^(-1),峰值可高达39.2×10^(-9) h^(-1);HO_(2)·+NO和NO_(2)+·OH反应途径分别对本地光化学O_(3)生成(51.2%)和去除(47.0%)贡献率最大,观测O_(3)体积分数受本地光化学O_(3)生成和以输出性为主的传输共同控制.相对增量反应活性(RIR)和经验动力学模型曲线(EKMA)分析可知,夏秋转换季广州市O_(3)生成主要受VOCs控制,芳香烃类对O_(3)生成敏感性最大,其中甲苯、间/对-二甲苯、邻-二甲苯、正丁烷和丙烯是影响O_(3)生成的5大关键组分.削减情景分析表明,单独减少人为源VOCs排放最有利降低O_(3)体积分数,但若在减排人为源VOCs后再强化NO_(x)排放管控,则会使O_(3)体积分数短时反弹,结果表明实施以VOCs减排为主的VOCs和NO_(x)协同减排策略才能使未来O_(3)体积分数持续降低.

大气环流型对珠三角2015~2020年臭氧变化的影响

基于2015~2020年的珠三角臭氧(O_(3))日最大8 h浓度平均值[MDA8 O_(3),ρ(O_(3)-8h)]的观测数据和气象再分析数据,运用Lamb-Jenkinson天气分型法(LWTs)分析不同大气环流型的特征并定量其对MDA8 O_(3)年际变化的贡献.结果表明,珠三角发生的18种天气型中ASW型更容易出现O_(3)污染现象,而NE型会导致更严重的O_(3)污染.根据850 hPa风场的风向变化及中心系统的不同位置将18种天气类型合并为5个天气类别来探讨不同天气型的O_(3)生成机制,发现ρ(O_(3)-8h)高的天气类别为N-E-S方向类别[(161±68)μg·m^(-3)]和A类别[(122±39)μg·m^(-3)],二者ρ(O_(3)-8h)与日最高气温和太阳净辐射量都呈显著正相关.N-E-S方向类别为秋季主导大气环流型,而A类别多发生在春季,其中春季珠三角发生的90%O_(3)污染事件是由A类别控制.珠三角受大气环流频率和强度变化影响对MDA8 O_(3)年际变化的贡献率为69%,天气型频率变化的贡献率为4%.MDA8 O_(3)的年际波动与天气型强度密切相关,O_(3)超标日天气型强度和频率对MDA8 O_(3)年际波动的贡献相当.

基于功能网络的珠三角区域经济空间格局

城市网络体系可分为全球城市网络、国家级城市网络和区域级城市网络的纵向层级,网络联系模式包括形态、功能和管治层面。在回顾国内外城市网络理论基础上,构筑珠三角区域经济功能的有向权重网络。将珠三角分为58个功能性城市区域(FURs),对金融产业中的商业银行、证券公司、基金公司和期货公司等部分进行定量测度。研究表明珠三角区域经济空间结构呈现显著的极化趋势,形成以深圳福田和广州天河为中心,深圳罗湖和广州越秀为次中心,各城市中心为空间节点的经济空间格局。深圳前海、横琴新区、东莞松山湖等新型功能区建设将对区域经济空间格局形成潜在影响。

城乡梯度下不同林分类型土壤团聚体分布及其稳定性

[目的]探究城乡梯度和林分类型对森林土壤团聚体组成及其稳定性机制的影响,为阐明区域土壤质量评价提供理论依据。[方法]以珠江三角洲城市群城乡梯度下3种典型林分为研究对象,分析0~30 cm土层团聚体稳定性变化特征及其影响因素。[结果]3种林分类型土壤团聚体主要由大团聚体(>0.25 mm)组成。马尾松林(PF)和针阔混交林(MF)的水稳性团聚体呈现由大粒径向微团聚体(<0.25 mm)转变趋势,但常绿阔叶林(BF)土壤团聚体各粒级比例无明显变化趋势。土壤水稳性团聚体的平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)在城区随PF–MF–BF递进呈先升高后降低趋势,在近郊呈升高趋势,而在乡村呈先降低后升高趋势。质量分形维数(D_(m))和团聚体结构破坏率(PAD)与MWD、GMD变化趋势相反。近郊梯度下土壤团聚体稳定性(机械稳定性和水稳性)随PF–MF–BF递进呈升高趋势。针阔混交林土壤团聚体稳定性在梯度上呈现城区>近郊>乡村趋势。随土层深度增加,不同梯度的3种林分土壤团聚体水稳性降低,而其机械稳定性升高。土壤团聚体水稳性与土壤密度、含水量和有机碳(OC)、全氮(TN)、全磷(TP)含量等呈正相关,与pH及微团聚体含量呈负相关。冗余分析(RDA)结果表明,土壤团聚体在城乡梯度下不同林分类型中分布及其稳定性主要受OC、TN、TP、pH等因素影响,TN为关键影响因子。[结论]土壤团聚结构稳定性大小与城乡梯度、林分类型及其土层密切相关。将马尾松林改造为针阔混交林,可有效提高森林土壤质量及抗侵蚀能力。

热带气旋对珠三角秋季臭氧污染的影响

基于2015~2020年西北太平洋热带气旋路径资料、珠三角气象观测资料和臭氧监测数据,分析了西行热带气旋(A型)、东海转向热带气旋(B型)、近海影响热带气旋(C型)和远海热带气旋(D型)这4类热带气旋对珠三角臭氧浓度的影响.结果表明,在A型热带气旋影响下,区域臭氧浓度超标频率变化不大;在B型热带气旋影响下,珠三角臭氧超标频率明显升高;在C型热带气旋影响下,区域臭氧超标频率有较明显的升高,但是升高幅度弱于B型热带气旋;D型热带气旋远离中国大陆,对珠三角臭氧浓度影响很小.当A型或C型热带气旋发生时,珠三角区域臭氧日最大8 h平均浓度(MDA8)平均值的平均增幅在5μg·m^(-3)左右,部分城市臭氧MDA8可能下降;B型热带气旋发生时,区域臭氧MDA8平均增幅为19μg·m^(-3),各城市臭氧浓度均明显增加,其中珠海、江门两市臭氧MDA8平均增幅较大,增幅超过了20μg·m^(-3).相对来说,珠三角西部城市臭氧浓度受热带气旋的影响更大.当发生B型热带气旋时,珠三角地区太阳辐射增强、日照变长、云量减少、气温升高和相对湿度降低,同时高空下沉气流增多,这些因素共同促进地面臭氧浓度升高.当发生A型或C型热带气旋时,气象要素变化并不完全有利于臭氧浓度升高,甚至可能出现降雨等不利条件,导致区域臭氧超标的频率小于B型热带气旋.此外,受热带气旋影响,珠三角西部城市的日照时数和气温的增加幅度均比东部城市大,从而更有利于西部区域臭氧浓度的升高.

基于广州塔观测的城市近地面甲醛垂直分布特征

为探究珠江三角洲城区大气甲醛的垂直分布特征,本研究首次在广州塔上3个不同高度点开展了甲醛的同步观测.在2018年秋季连续32 d使用2,4-二硝基苯肼(DNPH)法采集午间1 h甲醛样品,并通过高效液相色谱(HPLC)进行分析.结果表明,广州塔地面、118 m点和488 m点的甲醛浓度均值分别为(5.10±1.93)、(6.61±2.84)和(5.33±2.55)μg·m^-3.3个高度观测点的甲醛浓度均与大气氧化剂Ox存在正相关性(R为0.65~0.75),表明光化学过程是广州市城区甲醛的重要来源.甲醛垂直浓度廓线依据分布形状分为3类,出现频率最高的一类为上下低中间高,发生在边界层对流较为温和、光化学反应活跃的状态下,中高层(118 m)可能受到来自较远处的工业高架源传输影响.根据垂直浓度梯度估算出广州塔点的甲醛垂直柱浓度均值为(11.23±4.80)×10^15molecules·cm^-2,比同期卫星提供的甲醛柱浓度低19%,和已有报道值数量级一致.