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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

亚氨基二乙酸型螯合树脂柱-电感耦合等离子体质谱法测定家禽养殖废水中7种金属元素的残留量

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理化检验-化学分册 2024年

作者：刘晓燕甘肃省酒泉生态环境监测中心

提出了亚氨基二乙酸型螯合树脂柱-电感耦合等离子体质谱法测定家禽养殖废水中的铅、锰、钡、镉、铝、铬、钴等7种金属元素残留量的方法。取前处理后的家禽养殖废水样品25 mL，以2.0 mL·min-1流量过活化好的亚氨基二乙酸型螯合树脂柱；... 详细信息

提出了亚氨基二乙酸型螯合树脂柱-电感耦合等离子体质谱法测定家禽养殖废水中的铅、锰、钡、镉、铝、铬、钴等7种金属元素残留量的方法。取前处理后的家禽养殖废水样品25 mL，以2.0 mL·min-1流量过活化好的亚氨基二乙酸型螯合树脂柱；用15 mL水清洗，15 mL 5%(体积分数，下同)硝酸溶液洗脱，收集洗脱液，用5%(体积分数)硝酸溶液定容至25 mL；将得到的待测样品溶液按照电感耦合等离子体质谱仪的工作条件进行测定，内标法定量。结果表明：7种金属元素标准曲线的线性范围均为0.005～8.0 μg·L-1，检出限(3S/N)为0.008～0.018 ng·L-1；加标样品中7种金属元素测定值的相对标准偏差(n=6)为1.7%～3.8%，回收率为82.5%～93.0%。

关键词：亚氨基二乙酸型螯合树脂柱电感耦合等离子体质谱法家禽养殖废水金属元素

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

黄河小浪底水库地表水中重金属的时空变化与概率健康风险

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环境科学 2024年第4期45卷 2054-2066页

作者：王亮邓雪娇王潇磊李明刘奕尧娄亚敏涂响张坤锋河南省济源生态环境监测中心济源459000 中国环境监测总站北京100012 河南省生态环境监测和安全中心郑州450046 中国环境科学研究院北京100012

小浪底水库地表水重金属污染是我国黄河流域水安全的一个重要问题.2014~2022年期间,调查了6种重金属(Cu、Zn、Pb、As、Hg和Cd)的时空分布并采用重金属污染指数、内梅罗指数和污染程度对其污染水平进行评价.结果表明,重金属污染水平较低(... 详细信息

小浪底水库地表水重金属污染是我国黄河流域水安全的一个重要问题.2014~2022年期间,调查了6种重金属(Cu、Zn、Pb、As、Hg和Cd)的时空分布并采用重金属污染指数、内梅罗指数和污染程度对其污染水平进行评价.结果表明,重金属污染水平较低(HPI平均值为18.15),符合地表水Ⅲ类水质阈值.6种重金属检出率为91.6%~92.9%,浓度中值范围为0.020(Hg)~1.850(As)μg·L^(-1).呈现出丰水期浓度低于平枯水期,下游断面浓度较高,且在过去的9 a呈现下降趋势的时空特征.重金属污染主要来源于工农业生产和人为排放.此外,结果发现TN、高锰酸盐指数和NH_(4)^(+)-N与重金属浓度有很强的相关性(P环境管理都有潜在的应用价值.

关键词：小浪底水库表层水体重金属年际变化营养盐概率风险

2022年北京市城区PM_(2.5)水溶性离子含量及其变化特征

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环境科学 2024年第5期45卷 2537-2547页

作者：陈圆圆崔迪赵泽熙常淼景宽沈秀娥刘保献北京市生态环境监测中心大气颗粒物监测技术北京市重点实验室北京100048

为探究北京市大气细颗粒物(PM_(2.5))水溶性离子含量及其变化特征,有针对性地提出污染防治方案,对2022年全年PM_(2.5)水溶性离子、气态前体物(SO_(2)、NO_(2))和气象因素(温度、RH)进行分析测定.结果表明,北京市城区PM_(2.5)中占比最高... 详细信息

为探究北京市大气细颗粒物(PM_(2.5))水溶性离子含量及其变化特征,有针对性地提出污染防治方案,对2022年全年PM_(2.5)水溶性离子、气态前体物(SO_(2)、NO_(2))和气象因素(温度、RH)进行分析测定.结果表明,北京市城区PM_(2.5)中占比最高的水溶性离子为NO_(3)^(-)、NH_(4)^(+)和SO_(4)^(2-),占PM_(2.5)的52.7%,ρ(PM_(2.5))(33.2μg·m^(−3))和ρ(SNA)(18.9μg·m^(−3))低于历史研究结果,但SNA占比(52.7%)、SOR(0.45)和NOR(0.15)高于历史研究结果,体现出北京市细颗粒物污染得到明显改善,但仍具有较强的二次污染特征.NO_(3)^(-)/SO_(4)^(2-)为2.2,高于历史及附近省市研究结果,反映出移动源的影响不断扩大.从季节变化上看,PM_(2.5)呈现秋高夏低的变化特征,秋、春、冬这3个季节NO_(3)^(-)的占比最高,夏季SO_(4)^(2-)占比最高,而NH_(4)^(+)在各季节占比变化不大.NOR与SOR的季节变化规律几乎相反,反映出二者的转化形成因素存在差异.北京城区SNA的主要存在形式为NH_(4)NO_(3)^(-)和(NH_(4))_(2)SO_(4),其中冬季阴阳离子中和度最高,夏季阳离子NH_(4)^(+)稍显不足,而春秋两季NH_(4)^(+)处于过量状态,北京城区为富氨环境.从污染级别看,水溶性离子质量浓度均随污染加重有不同程度的增长,增长最快的是SNA,其在PM_(2.5)中占比出现先上升后稳定的变化特征.从空间分布特征来看,中心城区和东南西北部郊区的SNA质量浓度大小均为:NO_(3)^(-)>SO_(4)^(2-)>NH_(4)^(+),体现了以NO_(3)^(-)为主导的污染特征;SNA对PM_(2.5)的贡献率最高的区域发生在东部、中心城区和传输点,表明在中心城区和东部地区二次反应相对活跃,同时区域传输也是二次离子的重要来源.

关键词：大气细颗粒物(PM_(2.5)) 水溶性离子二次无机离子(SNA) 质量浓度变化特征

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北京市臭氧污染跳变型特征及影响因素分析

环境科学 2024年第3期45卷 1371-1381页

作者：潘锦秀安欣欣刘保献李云婷李倩孙峰张章邱启鸿陈阳北京市生态环境监测中心大气颗粒物监测技术北京市重点实验室北京100048

基于2016~2022年北京市环境监测和气象观测数据,结合后向轨迹聚类和潜在源区贡献分析北京市臭氧(O_(3))污染特征、气象影响和潜在源区.结果表明,2016~2022年北京市共发生41次具有跳变特征的O_(3)污染过程,平均为5.9次·a^(-1),发生时间... 详细信息

基于2016~2022年北京市环境监测和气象观测数据,结合后向轨迹聚类和潜在源区贡献分析北京市臭氧(O_(3))污染特征、气象影响和潜在源区.结果表明,2016~2022年北京市共发生41次具有跳变特征的O_(3)污染过程,平均为5.9次·a^(-1),发生时间集中在5~7月,跳变当日(OJD2)较跳变前一日(OJD1)的ρ(O_(3)^(-)8h)平均值偏高78.3%,峰值浓度偏高78.9%,OJD2区域O_(3)浓度高值带呈现由南向北推进的特征.北京市跳变O_(3)污染发生主要原因可归纳为不利气象条件导致的本地积累叠加区域传输影响.跳变型O_(3)污染发生时具有偏南风频率增加、温度上升、气压降低和降水减少的特征,偏南风频率增加为O_(3)及其前体物的传输提供条件,在本地高温作用下快速发生光化学反应,叠加降水较少,综合推高OJD2的O_(3)浓度水平.聚类分析得到6条气团输送路径,OJD2来自偏北方向的气团减少11.2%,来自偏南和偏东方向气团增加6.7%和4.4%,气团以短距离传输为主,偏南和偏东方向对应的O_(3)浓度较高,对北京污染贡献较大.潜在源区分析揭示OJD2的O_(3)污染的主要潜在源区是京津冀中南部和东部,贡献了82.6%污染轨迹.跳变型O_(3)污染区域输送贡献明显,需要加强京津冀区域联防联控.

关键词：臭氧污染跳变气象要素轨迹聚类潜在源区

北京市平原区浅层地下水水化学特征及成因分析

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环境科学 2024年

作者：王世玉马召辉常淼陈圆圆席玥陈吉吉崔迪陶蕾荆红卫鹿海峰沈秀娥刘保献北京市生态环境监测中心

地下水是缓解全球性缺水的重要资源，了解其水化学特征及成因机制对地下水的管理有重要意义。采集北京市平原区210眼浅层地下水监测井样品，利用统计分析、Piper三线图、空间插值法、Pearson相关性分析和离子比值法，研究北京市平原区... 详细信息

地下水是缓解全球性缺水的重要资源，了解其水化学特征及成因机制对地下水的管理有重要意义。采集北京市平原区210眼浅层地下水监测井样品，利用统计分析、Piper三线图、空间插值法、Pearson相关性分析和离子比值法，研究北京市平原区地下水的水化学特征、空间分布以及形成原因。结果表明：① 平原区6个地下水系水化学类型主要以HCO3·Ca型为主，永定河冲洪积扇下游部分点位水化学类型为HCO3-Na·Ca型。地下水中各化学组分空间变异系数均较大，有一定空间分布差异性；②地下水中Fe与Mn具有极强的显著正相关关系，空间分布也具有相似性，高浓度均分布在潮白河下游通州区域，主要是由该区域薄粘土层和砂交替的水文地质结构所致。地下水中Fe和Mn主要来源于地层中铁锰氧化物的溶解。高浓度F－主要分布在温榆河冲洪积扇及通州区域，与地下水流汇集及第四系通州多层黏性土和砂层交替结构有关。SO42-和NO3-也具有相似的空间布局，高浓度均分布在永定河冲洪积扇上游，可能与历史上渗井和坑的排污方式有关。③ 6个地下水系统水化学类型主要受碳酸岩和硫酸岩溶解控制，永定河冲洪积扇下游部分点位还一定程度上受硅酸岩矿物溶解影响。离子比例法显示潮白河冲洪积扇地下水水化学组分主要来源于方解石溶解；而温榆河和永定河冲洪积扇主要来源于白云石溶解；其他地下水系统水化学组分受方解石和白云石这两种碳酸岩矿物溶解影响。除此之外，研究区SO42-+C1-毫克当量浓度随NO3-毫克当量浓度的增加而增大，证实人为因素对地下水水化学组分的影响。研究结果将为北京市平原区地下水评价与管理提供数据支撑。

关键词：北京市平原区地下水水化学组分空间分布相关性分析成因分析

北京山地森林群落物种多样性、生物量及其关系分析

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中国环境科学 2024年

作者：张蔷李令军陈韵如鹿海峰刘保献赵文慧苏日娜北京市生态环境监测中心

物种多样性与生态系统功能的关系是生态学研究的关键问题之一，生物量是生态系统功能的重要表现形式。为了解温带次生林物种多样性、生物量特征及其相关关系，本研究以北京山地森林群落为研究对象，布设151块样地进行实地调查。结果显示... 详细信息

物种多样性与生态系统功能的关系是生态学研究的关键问题之一，生物量是生态系统功能的重要表现形式。为了解温带次生林物种多样性、生物量特征及其相关关系，本研究以北京山地森林群落为研究对象，布设151块样地进行实地调查。结果显示：(1)森林群落151块样地中共出现植物399种，隶属于228属91科，菊科、蔷薇科和禾本科等为优势科。(2)森林群落垂直结构分层明显，不同层片间物种多样性表现为乔木层最低，灌木层和草本层较高。(3)在9个森林群落类型中，山杨林、核桃楸林、黑桦林和华北落叶松林物种丰富度较高，样地平均物种数在36种以上；其次是白桦林和蒙古栎林；油松林、栓皮栎林和蒙椴林较低，平均物种数在22-29之间。(4)森林群落乔木地表生物量介于3.00-25.00 kg/m2之间，平均值为12.73 kg/m2，针叶林生物量密度高于阔叶林，森林年龄结构以中龄林为主，未来具有较大的碳汇潜力。(5)回归分析显示北京森林物种多样性与生物量呈显著负相关，但是物种多样性对生物量的影响主要是与物种特性和环境因素的共同效应，其对生物量的独立解释度非常微弱。由于物种多样性与生物量之间的关系很可能会被非生物因素和生物因素的强烈影响所掩盖，建议未来的研究中应全面考虑环境因素、物种特性及管理措施等方面的综合影响。

关键词：物种多样性生物量温带次生林北京山地植物群落