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基于注意力机制优化的BiLSTM珠江口水质预测模型

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环境科学 2024年第6期45卷 3205-3213页

作者：陈湛峰李晓芳广东省生态环境监测中心广州510308

为提高珠江口水质预测精度和稳定性,提出了基于时间和特征双注意力机制优化的Bi LSTM水质预测模型,引入特征注意力机制强化模型捕获参数重要特征能力,加入时间注意力机制提高对时间序列相关性信息及水质波动细节信息的挖掘能力.将新模... 详细信息

为提高珠江口水质预测精度和稳定性,提出了基于时间和特征双注意力机制优化的Bi LSTM水质预测模型,引入特征注意力机制强化模型捕获参数重要特征能力,加入时间注意力机制提高对时间序列相关性信息及水质波动细节信息的挖掘能力.将新模型应用于珠江8个入海口水质预测,开展预测性能试验、泛化能力试验和特征参数扩展性试验.结果表明:①新模型在珠海大桥水质预测取得了较高的预测精度,预测值与实测值的均方根误差RMSE为0.0041 mg·L^(-1),决定系数R^(2)为98.3%.与Multi-Bi LSTM、Multi-LSTM、Bi LSTM和LSTM对比,表明新模型预测精度最高,验证了模型的精准性.②训练样本数量和预测步数均对模型预测精度产生影响,模型预测精度随着训练样本的增加而提升,海珠大桥断面总磷预测时,240组以上训练样本可获得较高预测精度;增加预测步数,会使模型预测精度迅速下降,预测步数大于5步时无法保障模型预测的可靠性.③将新模型应用于珠江8个入海口不同水质指标预测,预测结果均取得较高精度,模型具有较强的泛化能力;输入对象断面预测指标相关联的上游来水、降雨量等特征参数,能够提高模型预测精度.通过多方面多次试验,结果表明新模型能够较好地满足珠江口水质预测精度、适用性和扩展性要求,为复杂水动力环境水体水质高精度预测进行了新的探索.

关键词：特征注意力机制时间注意力机制 BiLSTM模型 LSTM模型珠江口水质预测

郑州市冬春季PM_(2.5)中金属元素污染特征、来源及健康风险评估

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环境科学 2024年第5期45卷 2548-2557页

作者：陶杰闫慧姣徐艺斐荆海涛河南省郑州生态环境监测中心郑州450007

于2021年1月和4月利用在线金属分析仪对郑州市大气PM_(2.5)中的18种金属元素进行连续测定,分析了元素浓度变化特征;采用富集因子、正定矩阵因子分解法(PMF)和特征雷达图对金属元素进行溯源;采用美国EPA健康风险评价模型评估其健康风险,... 详细信息

于2021年1月和4月利用在线金属分析仪对郑州市大气PM_(2.5)中的18种金属元素进行连续测定,分析了元素浓度变化特征;采用富集因子、正定矩阵因子分解法(PMF)和特征雷达图对金属元素进行溯源;采用美国EPA健康风险评价模型评估其健康风险,并通过后向轨迹法和浓度权重轨迹法(CWT)分析了健康风险的潜在源区.结果表明,春季元素浓度较高,Fe、Ca、Si和Al浓度之和分别占冬季和春季总元素浓度的89.8%和87.5%.Cd属于重度富集,受人为污染影响严重.冬季Pb、Se、Zn、Ni、Sb和K以及春季Cr、Ni、Fe、Mn、V、Ba、Ca、K、Si和Al浓度随污染等级的提高而增加.PMF源解析和特征雷达图结果表明,冬春两季金属元素主要来源为工业源、地壳源、机动车源和混合燃烧源,冬季多发生工业源和混合燃烧源污染,春季多发生地壳源污染.冬春两季均存在明显的非致癌风险,冬季健康风险更严重,Mn造成明显的非致癌风险.冬季健康风险主要受郑州及周边城市传输影响和西北方向远距离输送影响,春季健康风险主要受郑州及周边城市影响.

关键词：郑州市正定矩阵因子分解法(PMF) 特征雷达图健康风险潜在源区

基于激光雷达观测的青岛市暖季臭氧污染垂直分布特征

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环境科学研究 2024年第7期 1513-1523页

作者：孟赫张淼王桂霞张玉卿马艳薛莲许杨山东省青岛生态环境监测中心山东省生态环境监测中心青岛市气象局

为探究暖季臭氧（O3）污染垂直分布特征及其影响因素，利用差分吸收臭氧激光雷达和相干多普勒测风激光雷达等对青岛市沿海地区2023年6-9月大气边界层2 000 m以内O3浓度和边界层风场开展长期连续观测，并基于O3输送通量垂直分布揭示可能... 详细信息

为探究暖季臭氧（O3）污染垂直分布特征及其影响因素，利用差分吸收臭氧激光雷达和相干多普勒测风激光雷达等对青岛市沿海地区2023年6-9月大气边界层2 000 m以内O3浓度和边界层风场开展长期连续观测，并基于O3输送通量垂直分布揭示可能的污染来源。结果表明：（1）观测期间共发生O3污染日24 d,O3-8 h浓度（O3日最大8 h平均浓度）平均值为（183±24）μg/m3；清洁日共98 d,O3-8 h浓度平均值为（118±30）μg/m3。O3污染过程多与升温过程密切相关，在较强太阳辐射和低相对湿度条件下更容易发生O3污染。（2）垂直方向上O3主要分布在1 000 m以下。清洁日各高度层日间和夜间O3浓度变幅较小，污染日各高度层O3浓度单峰型日变化特征显著，且日变化特征随高度升高而逐渐减弱。清洁日日间、夜间以及污染日夜间O3浓度垂直廓线均存在峰值，峰值浓度分别为（115±3）(112±2)和（130±3）μg/m3，峰值高度范围为400～650 m，可能与近地面NO滴定效应等消耗O3有关，也可能是残留层储存的日间高浓度O3或残留层O3水平输送导致，但污染日日间垂直廓线呈随高度上升而O3浓度逐步下降的特征，表明近地面前体物光化学生成是O3污染的主要来源。（3）当西北风和西南风更替、低空暖平流和较强下沉气流等大气条件发生时，有利于污染物累积和O3生成，从而引发O3污染。清洁日低空（近地面至600 m高度）受较为清洁的海洋气流影响，污染日受内陆方向气流影响。（4）污染日凌晨至上午受来自偏西、西南或西北上风向O3水平输送影响，高空O3伴随下沉气流向下混合，与本地排放前体物在日间高温、强太阳辐射等气象条件下生成的O3叠加，从而加剧地面O3污染，午后高浓度O3在较高水平风速影响下也可能向下风向地区输送。研究显示，O3污染防治不仅要做好本地前体物的精准管控，还要加强区域联防联控，从而实现空气质量持续改善。

关键词： O3 垂直分布输送通量边界层风场激光雷达

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大气环境中氧化基体对VOCs测定的影响

环境化学 2024年

作者：曹方方石敬华钟琪陈烨张凤菊由希华梁宵许秀艳李红莉许杨山东省生态环境监测中心中国环境监测总站

大气中挥发性有机物（volatile organic compounds,VOCs）种类多，活性强，部分VOCs在采样、分析过程中会与大气中的氧化基体发生反应.为研究大气中氧化基体对VOCs测定的影响，选择苏玛罐与KI小柱联用，采集去除氧化性基体的样品，与未... 详细信息

大气中挥发性有机物（volatile organic compounds,VOCs）种类多，活性强，部分VOCs在采样、分析过程中会与大气中的氧化基体发生反应.为研究大气中氧化基体对VOCs测定的影响，选择苏玛罐与KI小柱联用，采集去除氧化性基体的样品，与未去除氧化性基体的样品比较，探讨大气中氧化性基体对VOCs测定的影响.结果表明，去除氧化性基体的样品定性检出的化合物种类多，共定性检出110种化合物，未去除氧化基体样品定性检出的化合物种类少，共定性检出40种化合物；氧化基体的存在影响VOCs的浓度和组成，去除氧化基体的总挥发性有机物（TVOCs）平均浓度为144.8 nmol·mol-1，其中烷烃为体积分数最大的组分，占81.9%，其次是卤代烃、烯烃、芳香烃和含氧有机物，分别占7%、6.5%、3.2%和1.4%，未去除氧化基体TVOCs平均浓度为32.5 nmol·mol-1，其中烷烃、氯代烃占比最高，分别占38.9%和37.5%，其次是芳香烃、烯烃和含氧有机物，分别占11.5%、6.5%和5.6%.大气中氧化性基体影响臭氧生成潜势（ozone formation potential,OFP）理论计算值及对OFP贡献优势物种的判断，去除氧化性基体样品的OFP高(平均值254.1μg·m-3)，各物种对OFP贡献大小的顺序为烷烃（67.5%）>烯烃（22.8%）>芳香烃（9.5%）>含氧有机物（0.2%）；未去除氧化性基体样品的OFP值低(平均值44.6μg·m-3)，各物种对OFP贡献大小的顺序为芳香烃（40.0%）>烯烃（30.6%）>烷烃（28.7%）>含氧有机物（0.8%）；去除氧化基体样品的OFP高于臭氧实测浓度，且与臭氧浓度具有很好的一致性，未去除氧化性基体样品的OFP值低于臭氧浓度，去除氧化性基体后采集的样品更符合大气VOCs的真实状态，未来大气VOCs监测，采样时应考虑联用KI小柱去除大气中存在的氧化基体.

关键词：苏玛罐采样大气VOCs 强氧化性基体臭氧 OFP

加速溶剂萃取-离子色谱-串联质谱法测定种植土壤中5种强极性农药的残留量

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理化检验-化学分册 2024年

作者：李海侠李丽萍丁可山东省临沂生态环境监测中心

考虑到采用现有方法检测草铵膦、增甘膦、脱落酸、灭草松和氨甲基膦酸时存在需要衍生化处理，色谱保留时间短等问题，进行了题示研究。取种植土壤样品，除杂、风干、过筛后，分取10 g，加入硅藻土20 g和体积比2:1的甲醇-丙酮混合溶液25... 详细信息

考虑到采用现有方法检测草铵膦、增甘膦、脱落酸、灭草松和氨甲基膦酸时存在需要衍生化处理，色谱保留时间短等问题，进行了题示研究。取种植土壤样品，除杂、风干、过筛后，分取10 g，加入硅藻土20 g和体积比2:1的甲醇-丙酮混合溶液25 mL进行加速溶剂萃取。提取液过0.22 μm聚醚砜滤膜，弃去初滤液，取续滤液上离子色谱-串联质谱仪检测。在色谱分析中，在DIONEX Ion-Pac AS17色谱柱上以0.1 mol·L-1氢氧化钠溶液淋洗分离上述5种农药；在质谱分析中，以电喷雾离子源负离子模式电离，多反应监测（MRM）模式采集数据，外标法定量。结果显示，5种农药的质量浓度在0.001～5.0 mg·L-1内和峰面积呈线性关系，检出限（3S/N）分别为0.012，0.009，0.024，0.007，0.013，0.005 ng·L-1；3个加标浓度水平下5种农药的回收率为84.4%～103%，测定值的相对标准偏差（n=5）为1.5%～3.7%。

关键词：加速溶剂萃取离子色谱-串联质谱法种植土壤强极性农药

β-FeOOH/SiO_(2)复合非均相Fenton催化剂制备及对甲基橙溶液的降解

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中国石油大学学报（自然科学版） 2024年第3期48卷 198-206页

作者：陈爽于萍李星华白建军张林琳中国石油大学(华东)化学化工学院山东青岛266580 山东省菏泽生态环境监测中心山东菏泽274000

采用简单、环保的方法合成β-FeOOH/SiO_(2)复合非均相Fenton催化剂,采用红外光谱仪(FT-IR)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、透射电子显微镜(TEM)对催化剂进行表征分析,考察质量比、合成温度和合成时间对催化剂催化活性的... 详细信息

采用简单、环保的方法合成β-FeOOH/SiO_(2)复合非均相Fenton催化剂,采用红外光谱仪(FT-IR)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、透射电子显微镜(TEM)对催化剂进行表征分析,考察质量比、合成温度和合成时间对催化剂催化活性的影响,通过分析催化剂类型、用量及双氧水用量,探究β-FeOOH/SiO_(2)复合催化剂处理染料废水的最佳工艺条件。结果表明:β-FeOOH/SiO_(2)复合催化剂制备工艺简单,操作条件温和,易于工业化生产;β-FeOOH/SiO_(2)复合催化剂在满足m(β-FeOOH)/m(SiO_(2))=1∶1,反应温度为90℃,反应时间为8 h时,具有最佳的催化活性;在30℃条件下,β-FeOOH/SiO_(2)的加入量为5 g/L,过氧化氢的加入量为0.1 L/L时,200 mg/L甲基橙染料废水的去除率最大,达到98.85%,对亚甲基蓝和罗丹明B的去除率分别达到90.44%和99.25%;β-FeOOH/SiO_(2)复合催化剂对染料废水具有良好的降解效果。

关键词： β-FeOOH 石英砂异构芬顿染料废水

不同天气型下影响胶东经济圈臭氧污染的关键天气因子及来源分析

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中国环境科学 2024年第1期44卷 48-57页

作者：于慧珍马艳郭丽娜郭飞燕孟赫黄容青岛市气象局山东青岛266003 山东省青岛生态环境监测中心山东青岛266003

基于2014~2021年臭氧实况和再分析资料研究不同天气型下影响胶东经济圈臭氧污染的关键天气因子以及气流来源.结果显示容易出现臭氧污染的天气形势主要有4类,高空均为西风槽后西北气流控制,地面分别对应东北低压槽、弱反气旋、海上高压... 详细信息

基于2014~2021年臭氧实况和再分析资料研究不同天气型下影响胶东经济圈臭氧污染的关键天气因子以及气流来源.结果显示容易出现臭氧污染的天气形势主要有4类,高空均为西风槽后西北气流控制,地面分别对应东北低压槽、弱反气旋、海上高压后部和大陆高压控制,4类天气型下臭氧污染日数分别占比58%、28%、6%和5%.不同天气型下影响臭氧的关键天气要素不同,东北低压槽型的关键因子是太阳辐射、云量以及低层相对湿度;弱反气旋型主要与太阳辐射、云量、低层湿度和低层纬向风相关;海上高压后部型主要与太阳辐射、云量、低层温度和低层湿度相关;大陆高压型主要与低层温度、低层经向风和大气稳定度相关.后向轨迹聚类分析显示,是否发生臭氧污染与气流来源的纬度或是否来源于内陆有关,胶东经济圈臭氧污染主要受山东省、安徽省、江苏省以及东南近海的影响.一次连续臭氧污染过程分析显示,当高空受西风槽后西北气流或高压脊控制,低层受内陆西北或西南气流影响时,有利于胶东经济圈臭氧污染的发生和持续.

关键词：臭氧污染客观分型关键因子后向轨迹聚类

一次典型沙尘过程对我国热带地区空气质量影响分析

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环境科学学报 2024年第2期44卷 310-319页

作者：盛慧颜为军孟鑫鑫许杏红麦修齐徐文帅海南省生态环境监测中心海口571126

2023年3月中上旬,受北方地区沙尘天气的影响,位处我国热带地区的海南省大部分市县均出现颗粒物浓度骤然升高的现象.为进一步探究我国环境空气质量变化受沙尘天气的影响以及进行颗粒物远距离传输来源解析,本文利用常规大气污染物及气象数... 详细信息

2023年3月中上旬,受北方地区沙尘天气的影响,位处我国热带地区的海南省大部分市县均出现颗粒物浓度骤然升高的现象.为进一步探究我国环境空气质量变化受沙尘天气的影响以及进行颗粒物远距离传输来源解析,本文利用常规大气污染物及气象数据,结合海南边界点位颗粒物组分数据,运用后向轨迹分析、相关性分析等方法研究了此次沙尘过程对海南省环境空气质量的影响及来源分析.结果表明:(1)海南省全省范围内均受到此次沙尘天气不同程度的影响,浮尘由北向南扩散,PM_(10)浓度显著升高.(2)以海口市为例,受沙尘过程影响后,PM_(10)浓度出现明显上升,PM_(2.5)/PM_(10)比值迅速下降,O_(3)、CO、NO_(2)及SO_(2)浓度出现同步上升趋势.(3)沙尘过程造成PM_(10)中化学组分浓度整体升高,其中,硅、铝、硫、钙等地壳元素上升显著,硫元素受本地源及沙尘天气共同影响虽浓度增加但占比降低,氯元素等海盐粒子则与此次过程关系较小;相关性分析得出,铝、硅、钾、钙、锰、铁、铅、钛、锌、磷、硫元素与PM_(10)具有显著相关性,氯元素与大部分元素不具有相关性.本研究表明仍需关注沙尘过程远距离传输对我国热带地区空气质量造成的影响,也为海南省环境空气污染防治精细化治理及预警预报提供了理论依据.

关键词：沙尘海南省环境空气质量后向轨迹无机元素

污染治理前后小清河上游浮游植物群落变化与水质评价

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中国环境监测 2024年第1期40卷 151-164页

作者：杨青唐厚全张水燕田勇郑琳琳薛飞刘建军山东省济南生态环境监测中心山东济南250101

为研究小清河污染治理前后浮游植物群落与水质变化,分别于2015年(治理前)和2020年(治理后)在小清河上游进行采样调查。调查结果显示,2015年样品中共检出浮游植物6门35种,2020年样品中共检出4门31种。配对样本t检验结果显示,污染治理前... 详细信息

为研究小清河污染治理前后浮游植物群落与水质变化,分别于2015年(治理前)和2020年(治理后)在小清河上游进行采样调查。调查结果显示,2015年样品中共检出浮游植物6门35种,2020年样品中共检出4门31种。配对样本t检验结果显示,污染治理前后的浮游植物种类、密度都发生了显著改变。相比治理前,治理后的硅藻门和绿藻门相对丰度分别上升了51.6个百分点和13.3个百分点,蓝藻门下降了62.9个百分点,小环藻(Cyclotella spp.)取代微囊藻(Microcysitis spp.)成为绝对优势种,群落类型由蓝藻型演替为硅藻型。相似性分析结果和相似度百分比分析结果表明,小清河上游群落特征发生显著改变。非度量多维标度分析结果显示,治理后的S2与S3采样点群落特征表现出差异,S4与S1采样点群落特征相似。通过冗余分析发现,治理后,TP、DO对浮游植物群落的影响明显减弱,TN、NH_(3)-N、pH是目前影响群落特征的主要指标,主城区氮磷污染对浮游植物的影响范围由S2、S3、S4采样点缩小到S2采样点。治理前后的小清河上游Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数和Marglef丰富度指数存在显著差异。总体来看,治理后的小清河上游水质处于α-中污染状态,较治理前有明显改善。

关键词：浮游植物群落演替污染治理水质评价