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基于机器学习的深圳大气颗粒物消光来源识别

中国环境科学 2024年第6期44卷 2977-2984页

作者：李仕平彭杏姚沛廷林晓玉云龙黄晓锋何凌燕广东省深圳生态环境监测中心站广东深圳518049 北京大学深圳研究生院环境与能源学院大气观测超级站实验室广东深圳518055

利用浊度计于2021年11月~2021年12月在深圳市开展颗粒物光散射在线观测,并同步利用相关在线仪器开展PM_(2.5)及其化学组分观测,结合受体模型和可解释性机器学习模型探究深圳市秋冬季颗粒物散射的主要来源.结果显示,深圳市颗粒物525nm散... 详细信息

利用浊度计于2021年11月~2021年12月在深圳市开展颗粒物光散射在线观测,并同步利用相关在线仪器开展PM_(2.5)及其化学组分观测,结合受体模型和可解释性机器学习模型探究深圳市秋冬季颗粒物散射的主要来源.结果显示,深圳市颗粒物525nm散射系数在观测期间平均值为119.61/Mm.相关性分析表明,颗粒物散射系数与相对湿度相关性低,与PM_(2.5)相关性高(R^(2)>0.8),其中,与PM_(2.5)中NH4+、NO_(3)-、m/z 44、OM、SO_(4)^(2-)、黑碳的相关性在0.55~0.83,表明PM_(2.5)中二次组分及黑碳是影响深圳市颗粒物散射的重要因素.基于相对湿度和受体模型识别的污染源,利用XGBoost模型建立了颗粒物散射系数预测模型并利用SHAP模型识别其主要来源,研究表明二次硝酸盐、二次硫酸盐、机动车排放和二次有机气溶胶是影响深圳市颗粒物散射系数的主要源类,燃煤和相对湿度也有一定贡献,生物质燃烧、船舶排放、工业排放、扬尘和建筑尘的影响小.

关键词： PM_(2.5) 散射系数来源解析 PMF模型机器学习

三峡河谷苏门白酒草入侵群落特征及种间联结研究

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生态与农村环境学报 2024年第8期40卷 1070-1080页

作者：周宇冯海平张国栋陈尽染吴舒雅李兆华薛晶湖北大学资源环境学院/知行学院湖北武汉430062 湖北省农业生态环境保护站湖北武汉430030 湖北省潜江市生态能源局湖北潜江433100

苏门白酒草(Erigeron sumatrensis)是一种外来恶性杂草,其入侵严重威胁入侵地农业生物多样性和生态系统功能。为有效观测与评估不同海拔苏门白酒草入侵的危害程度,以三峡河谷地带的苏门白酒草入侵群落为研究对象,在三峡河谷地带设置180... 详细信息

苏门白酒草(Erigeron sumatrensis)是一种外来恶性杂草,其入侵严重威胁入侵地农业生物多样性和生态系统功能。为有效观测与评估不同海拔苏门白酒草入侵的危害程度,以三峡河谷地带的苏门白酒草入侵群落为研究对象,在三峡河谷地带设置180个1 m×1 m样方,采用χ^(2)统计量、方差比率法(VR)、联结系数(AC)、匹配系数Ochiai和Dice、Gordon M群落稳定性测度方法分别对其种间联结关系与群落稳定性进行研究。结果表明:(1)苏门白酒草入侵群落中共有149种伴生植物,从低海拔的56种到高海拔的97种,海拔高度上升显著增加了入侵群落物种多样性,物种的重要值普遍增大,且地上生物量增加。(2)低海拔和高海拔群落中苏门白酒草的优势度和生态位宽度最大,中海拔群落中鹅肠菜(Stellaria aquatica)的优势度和生态位宽度最大。与低海拔相比,中海拔和高海拔群落中苏门白酒草的优势度分别增长1.09%和8.32%。(3)χ^(2)检验和联结系数表明,低海拔入侵群落种间呈不显著负联结,中海拔入侵群落种间呈显著正联结,高海拔入侵群落种间呈显著负联结。入侵群落总体呈不显著负联结,群落内种间联结松散,独立分布性较强。群落稳定性结果显示,低海拔和中海拔群落的交点坐标分别为(39.85,59.98)、(35.79,63.91),交点坐标距稳定点坐标(20,80)有一定距离,表明苏门白酒草入侵群落处于非稳定状态。高海拔群落的稳定性比值为(26.82,73.28),靠近稳定点坐标,说明群落稳定性较高。

关键词：三峡河谷苏门白酒草入侵群落种间联结群落稳定性

深圳大气中含黑碳气溶胶化学组分特征及其生成机制研究

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环境科学学报 2024年第1期44卷 29-36页

作者：云龙魏静彭妍邱志诚林楚雄李仕平李征宇黄晓锋广东省深圳生态环境监测中心站深圳518049 北京大学深圳研究生院环境与能源学院大气观测超级站实验室深圳518055

为了探究黑碳(BC)老化过程其表面不同化学组分变化特征及其生成机制,本研究于2021年9月19日-10月8日在深圳市开展了为期20 d的观测,利用黑碳气溶胶质谱仪(SP-AMS)对含黑碳气溶胶化学组分的质量浓度进行了现场测量.结果表明:在观测期间,B... 详细信息

为了探究黑碳(BC)老化过程其表面不同化学组分变化特征及其生成机制,本研究于2021年9月19日-10月8日在深圳市开展了为期20 d的观测,利用黑碳气溶胶质谱仪(SP-AMS)对含黑碳气溶胶化学组分的质量浓度进行了现场测量.结果表明:在观测期间,BC核质量浓度约为(0.8±0.5)μg·m^(-3),仅占整个黑碳颗粒质量的24%.包裹物中有机物(OA_(BC))的占比最高,其次为硫酸盐(SO_(4BC)^(2-))、硝酸盐(NO^(-)_(3BC))、铵盐(NH_(4BC)+)和氯盐(Cl^(-)_(BC)).使用PMF对黑碳表面有机物来源进行解析,得到4种不同的因子,分别为含碳簇有机因子(BC-rich_(BC))、还原性有机因子(HOA_(BC))、氧化程度较低的二次因子(LO-OOA_(BC))和氧化程度较高的二次因子(MO-OOA_(BC)).二次组分主导了黑碳的老化,尤其是二次有机物.分析不同二次组分的生成机制发现,光化学氧化过程促进了LO-OOA_(BC)的生成,但对MO-OOA_(BC)生成的作用非常有限.对于二次硝酸盐来说,光化学氧化主导了清洁天硝酸盐的生成,而污染天主要与液相反应有关.

关键词：黑碳化学组分光化学氧化液相反应

基于机器学习的深圳市大气颗粒物消光来源识别

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中国环境科学 2024年

作者：李仕平彭杏姚沛廷林晓玉云龙黄晓锋何凌燕北京大学深圳研究生院环境与能源学院大气观测超级站实验室广东省深圳生态环境监测中心站

本研究利用浊度计于2021年11月-2021年12月在深圳市开展颗粒物光散射在线观测，并同步利用相关在线仪器开展PM2.5及其化学组分观测，结合受体模型和可解释性机器学习模型探究深圳市秋冬季颗粒物散射的主要来源.结果显示，深圳市颗粒物52... 详细信息

本研究利用浊度计于2021年11月-2021年12月在深圳市开展颗粒物光散射在线观测，并同步利用相关在线仪器开展PM2.5及其化学组分观测，结合受体模型和可解释性机器学习模型探究深圳市秋冬季颗粒物散射的主要来源.结果显示，深圳市颗粒物525 nm散射系数在观测期间平均值为119.6 1/Mm.相关性分析表明，颗粒物散射系数与相对湿度相关性低，与PM2.5相关性高(R2>0.8)，其中，与PM2.5中NH4+、NO3-、m/z 44、OM、SO42-、黑碳的相关性在0.55～0.83，表明PM2.5中二次组分及黑碳是影响深圳市颗粒物散射的重要因素.基于相对湿度和受体模型识别的污染源，利用XGBoost模型建立了颗粒物散射系数预测模型并利用SHAP模型识别其主要来源，研究表明二次硝酸盐、二次硫酸盐、机动车排放和SOA是影响深圳市颗粒物散射系数的主要源类，燃煤和相对湿度也有一定贡献，生物质燃烧、船舶排放、工业排放、扬尘和建筑尘的影响小.

关键词： PM 散射系数来源解析 PMF模型机器学习

山区乡村多功能发展与乡村聚落演变的耦合机理

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农业工程学报 2024年第11期40卷 259-270页

作者：赵雯欣李阳兵王清荣邵景安重庆师范大学地理与旅游学院重庆401331 重庆师范大学三峡库区地表过程与生态修复重庆市重点实验室重庆401331 三峡库区地表生态过程重庆市野外科学观测研究站重庆401331

探究山区乡村功能多元化与乡村聚落演变的耦合关系,对山区乡村振兴和乡村可持续发展具有重要意义。通过构建二者的耦合协调综合评价指标体系,利用耦合协调度模型和地理探测器等方法,以三峡库区腹地奉节县为研究区,定量探究了乡村功能多... 详细信息

探究山区乡村功能多元化与乡村聚落演变的耦合关系,对山区乡村振兴和乡村可持续发展具有重要意义。通过构建二者的耦合协调综合评价指标体系,利用耦合协调度模型和地理探测器等方法,以三峡库区腹地奉节县为研究区,定量探究了乡村功能多元化与乡村聚落演变的耦合关系及驱动机制,进而提出了相关建议。结果表明:1)研究区乡村功能多元化和乡村聚落演变综合指数呈上升趋势;两系统耦合协调度逐年增长,失调乡镇数量减少,在空间上呈现“西低东高,南低北高”的发展态势。2)乡村功能多元化与乡村聚落演变耦合协调度具有明显的空间集聚特征,高高集聚区域主要集中在永安街道等中心城镇的郊区。3)基于功能多元化综合指数与聚落演变综合指数的增减关系,该文将各乡镇归纳为活力型、衰退型、转型型和传统型4种耦合模式。4)人口密度、人均GDP、人类活动强度等社会经济因素是主要驱动因子,各因子间的交互作用大部分为非线性增强和双因子增强。该文的研究方法和研究结果可为其他地区进行相关研究以及制定差异化的村落振兴方案提供参考。

关键词：乡村功能聚落耦合关系三峡库区

基于卫星遥感的宜宾市NO_(2)时空分布研究

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地球与环境 2024年第2期52卷 176-187页

作者：朱瑢昕米潭赵贤杰蒋霞江水苹李文秀周书华杨复沫詹宇四川大学建筑与环境学院宜宾市生态环境局宜宾市环境监测中心站

准确掌控区域二氧化氮(NO_(2))浓度时空分布,对于区域NO_(2)污染防控措施的制定具有重要意义。空气质量监测站点的稀疏且空间分布不均为计算全面域的NO_(2)带来了较大挑战,尤其对于监测站点数量较少的城市。为全面把控四川省宜宾市近年... 详细信息

准确掌控区域二氧化氮(NO_(2))浓度时空分布,对于区域NO_(2)污染防控措施的制定具有重要意义。空气质量监测站点的稀疏且空间分布不均为计算全面域的NO_(2)带来了较大挑战,尤其对于监测站点数量较少的城市。为全面把控四川省宜宾市近年来NO_(2)时空变化特征,研究使用TROPOMI卫星遥感数据,采用基于机器学习的多重插补链式方程(MICE)克服原始观测数据稀疏不均的问题,重构了2019~2021年宜宾市1 km网格NO_(2)小时浓度。基于站点的留出法验证中R2和RMSE分别为0.67和8.4μg/m^(3)。宜宾市2019~2021年各年的人口加权NO_(2)浓度([NO_(2)]pw)分别为19.1±5.5、14.9±5.3和14.8±6.2μg/m^(3)。多年的季均[NO_(2)]pw在冬季最高,其次依次为秋季、春季及夏季。NO_(2)浓度在8:00~10:00和18:00~23:00点呈现出上升趋势,一般夜间NO_(2)污染比白天更严重。翠屏区主城区是宜宾市最主要的NO_(2)污染区域,岷江及长江流域的NO_(2)浓度也较高。在2020年应对COVID-19的全面封控期间,宜宾NO_(2)浓度大幅度降低,[NO_(2)]pw相比2019年降低了约25%。精确的高分辨率NO_(2)时空分布结果可为当地减排策略的制定提供时量化的数据支撑。

关键词：二氧化氮卫星遥感机器学习时空分布宜宾市

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乌鲁木齐市草地面积时空变化特征及驱动力

草业科学 2024年第3期41卷 561-573页

作者：李莹刘文昊靳瑰丽魏秀红宫珂马建刘智彪王生菊李嘉欣王瑾瑜新疆农业大学草业学院/新疆草地资源与生态重点实验室/西部干旱荒漠区草地资源与生态教育部重点实验室新疆乌鲁木齐830052 乌鲁木齐市园林工程质量监督站(乌鲁木齐市林草种苗站) 新疆乌鲁木齐830092

乌鲁木齐市是新疆维吾尔自治区的首府,具有丰富的草地资源。探寻其草地面积增减的规律和特点,摸清影响其发生变化的驱动因子,掌握不同草地类型面积动态变化,对该地区草地的合理开发利用及保护具有重要意义。本研究通过单一土地利用动态... 详细信息

乌鲁木齐市是新疆维吾尔自治区的首府,具有丰富的草地资源。探寻其草地面积增减的规律和特点,摸清影响其发生变化的驱动因子,掌握不同草地类型面积动态变化,对该地区草地的合理开发利用及保护具有重要意义。本研究通过单一土地利用动态度和转移矩阵对1990-2020年乌鲁木齐市草地面积时空变化特征进行研究,采用相关性分析法探讨草地面积变化的驱动因素。结果表明,30年间乌鲁木齐市:1)草地面积整体呈减少趋势,动态度为-0.31%,草地净减少595.47 km^(2),主要转出为未利用地;2)不同类型草地面积均发生变化,除了温性草原化荒漠类、温性荒漠草原类和温性荒漠类草地面积呈减少趋势,其他类型均呈增加趋势,面积变化最大的是温性荒漠类草地,净减少787.07 km^(2),主要发生在中北部,变化最小的是高寒草原草地,净增加0.36 km^(2),主要发生在南部;3)总播种面积与大多数草地类型面积的关联度最大,关联度系数在0.995~0.998。可见,1990-2020年人为因素是导致乌鲁木齐市草地面积减少的主要原因。

关键词：乌鲁木齐市草地面积草地类型时空变化驱动力转移矩阵灰色关联分析

锰肥配施γ-PGA对无芒雀麦种子生产的影响

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草地学报 2024年第4期32卷 1276-1284页

作者：石国庆隋晓青杨静吉尔尔格张博张勇娟新疆农业大学草业学院新疆草地资源与生态重点实验室西部干旱荒漠区草地资源与生态教育部重点实验室新疆乌鲁木齐830052 乌鲁木齐市园林工程质量监督站(乌鲁木齐市林草种苗站) 新疆乌鲁木齐830092

本研究以无芒雀麦(Bromus inermis)为试验材料,在初花期叶面喷施锰肥配施不同浓度γ-聚谷氨酸(γ-PGA)处理,对无芒雀麦的叶绿素含量(SPAD值)、可溶性糖和淀粉含量,以及产量构成因子和种子产量进行了系统的分析。结果表明:包括单穗小花... 详细信息

本研究以无芒雀麦(Bromus inermis)为试验材料,在初花期叶面喷施锰肥配施不同浓度γ-聚谷氨酸(γ-PGA)处理,对无芒雀麦的叶绿素含量(SPAD值)、可溶性糖和淀粉含量,以及产量构成因子和种子产量进行了系统的分析。结果表明:包括单穗小花数、单穗种子数、单株小穗数、单株种子数、千粒重和种子产量在内的种子产量构成因子分别提升2.94%~16.47%,,6.86%~16.67%,,8.26%~31.39%,,44.98%~67.37%,,8.40%~12.47%和19.61%~27.98%,其中种子产量最高为623.97 kg·hm^(-2)。锰肥配施γ-PGA后无芒雀麦叶片内SPAD值升高,保证其更有效地进行光合作用而积累更多有机物质,在源、库器官中可溶性糖和淀粉发生积累转移,优先保证生殖器官的生长发育。基于综合评价表明,在无芒雀麦初花期喷施0.05%Mn+1.5%γ-PGA,能够有效提高无芒雀麦的种子产量。

关键词：无芒雀麦锰肥 γ-聚谷氨酸产量构成因子种子产量

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基于DRASTIC模型优化的地下水污染风险评价研究

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环境科学学报 2024年第2期44卷 227-236页

作者：侯宇徽窦筱艳保善磊高海鹏杨悦锁文一王明铭吉林大学新能源与环境学院长春130021 生态环境部土壤与农业农村生态环境监管技术中心北京100012 青海省生态环境监测中心西宁810000

地下水污染风险评价是地下水污染防治的方法之一,但传统的地下水污染风险评价仅考虑了自然条件因素,未考虑人类活动影响.因此,本文提出一种地下水脆弱性与污染荷载结合的评价方法,通过引入土地利用类型指标对DRASTIC模型进行优化,从毒... 详细信息

地下水污染风险评价是地下水污染防治的方法之一,但传统的地下水污染风险评价仅考虑了自然条件因素,未考虑人类活动影响.因此,本文提出一种地下水脆弱性与污染荷载结合的评价方法,通过引入土地利用类型指标对DRASTIC模型进行优化,从毒性、释放可能性和可能释放量3个方面定量评价污染源荷载;同时,构建了基于DRASTIC模型优化的地下水污染风险评价指标体系,并以西部半干旱地区西宁市为例,在宏观尺度上评价该地区地下水污染风险,并通过地下水脆弱性和污染源荷载叠加,研究了该区域地下水污染风险.结果表明,研究区地下水脆弱性整体偏低,污染风险水平较低;较高脆弱性和高脆弱性区域主要分布在湟水河河谷两侧,占比约23%,该区域地下水埋深浅,含水层厚度薄;此外,工业污染源的潜在污染风险最高,高荷载区占评价区域总面积的0.272%;较高风险和高风险区面积为293.96 km^(2),占总面积的3.84%,主要分布在湟中区东部和城东区南部.本研究结果可为后续地下水污染防治重点区划等工作提供科学依据和参考.

关键词：地下水脆弱性 DRASTIC模型 ArcGIS 污染源荷载风险评价西宁