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美国场地土壤筛选值研究及其对中国土壤环境基准研究的启示

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地学前缘 2024年第2期31卷 64-76页

作者：王晓宇屈雅静赵文浩马瑾中国环境科学研究院环境基准与风险评估国家重点实验室北京100012

土壤环境基准是土壤环境标准和土壤环境保护的基础。美国是世界上最早关注污染场地保护并开展土壤污染风险管控的国家之一,并形成了较为完善的体系,但我国在这方面还处于起步阶段。为此,本文以美国为例,综述其在土壤筛选值(SSLs)方面的... 详细信息

土壤环境基准是土壤环境标准和土壤环境保护的基础。美国是世界上最早关注污染场地保护并开展土壤污染风险管控的国家之一,并形成了较为完善的体系,但我国在这方面还处于起步阶段。为此,本文以美国为例,综述其在土壤筛选值(SSLs)方面的研究,通过分析美国在土壤污染防治方面的法律法规和技术规范,系统梳理美国在SSLs方面的研究成果,从直接摄入、皮肤吸收、摄入污染地下水、吸入室外挥发物与颗粒物和蒸汽侵入5个方面阐述美国基于人体健康风险的SSLs制定的理论方法。在此基础上,为我国土壤环境基准研究提出了几点建议:进一步加强我国土壤环境基准研究工作,立足我国国情开展土壤环境基准研究,加强本土化参数研究和土壤环境基准研究规范化,以及协同开展土壤地下水环境基准研究,以期为我国土壤环境基准研究与制定提供参考。

关键词：筛选值土壤环境基准风险评估污染场地人体健康

基于生态风险的土壤短链氯化石蜡环境基准研究

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地学前缘 2024年第2期31卷 54-63页

作者：蒿梦秋月刘大庆闫振飞冯承莲中国环境科学研究院环境基准与风险评估国家重点实验室北京100012

短链氯化石蜡(Short Chain Chlorinated Paraffins,SCCPs)是一种持久性有机污染物,广泛应用于电缆、人造革等工业生产中,具有很强的生物毒性,并可以通过多种途径进入土壤环境,威胁着土壤生态环境安全。针对新污染物之一的SCCPs,已经有... 详细信息

短链氯化石蜡(Short Chain Chlorinated Paraffins,SCCPs)是一种持久性有机污染物,广泛应用于电缆、人造革等工业生产中,具有很强的生物毒性,并可以通过多种途径进入土壤环境,威胁着土壤生态环境安全。针对新污染物之一的SCCPs,已经有相关研究做出了基于淡水环境的基准,而目前关于SCCPs的土壤生态环境基准和风险的研究仍旧缺乏。鉴于此,本研究分别采用物种敏感度分布法和分配系数法推导了土壤中SCCPs的生态环境基准阈值,并对我国典型土壤中的生态风险进行了评价。结果表明:采用物种敏感度分布法得出土壤的无效应浓度为71.46mg/kg;采用分配系数法得到土壤的无效应浓度为10.1mg/kg。经过与相关研究对比,最终选择利用分配系数法得到的基准值作为SCCPs的土壤生态环境基准值。由于物种选择和研究方法的差异性等,本研究获得的SCCPs土壤生态环境基准与其他国家存在一定差异。另外,运用风险商值法对土壤中的SCCPs环境风险进行评价,结果表明,目前我国主要地区的不同土壤类型中SCCPs的HQ值为7.23×10^(-5)~0.5017,为低风险。本研究的结果可为土壤SCCPs环境质量标准的制定与环境风险管理提供参考依据。

关键词：短链氯化石蜡土壤环境基准物种敏感度分布生态风险评价

京津冀及周边地区夏季和初秋气象条件对PM_(2.5)和O_(3)双高影响

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环境科学 2024年第8期45卷 4375-4384页

作者：李博文张凯高健高庆先罗宇骞李迎新任家豪茶志春中国环境科学研究院环境基准与风险评估国家重点实验室北京100012

为了解2021年京津冀及周边地区夏季和初秋的PM_(2.5)和O_(3)的双高特征及气象影响,对京津冀及周边地区PM_(2.5)和O_(3)浓度的时空分布特征以及气象条件、副高指数和天气形势进行了分析.结果表明,2021年6~9月PM_(2.5)浓度和DPO_(3)[O_(3... 详细信息

为了解2021年京津冀及周边地区夏季和初秋的PM_(2.5)和O_(3)的双高特征及气象影响,对京津冀及周边地区PM_(2.5)和O_(3)浓度的时空分布特征以及气象条件、副高指数和天气形势进行了分析.结果表明,2021年6~9月PM_(2.5)浓度和DPO_(3)[O_(3)日最大8 h均值与06:00 O_(3)浓度的差值]与2020年和2022年同期相比都有所降低,浓度高值主要集中在6月;PM_(2.5)浓度和DPO_(3)整体呈现从中部向南北逐渐下降的特征,并具有同步的时空变化特征.PM_(2.5)浓度小时均值呈双峰分布,在07:00~10:00和22:00~24:00达到峰值;O_(3)浓度小时值呈相反的变化趋势,在14:00~16:00达到峰值.高PM_(2.5)浓度和DPO_(3)时近地面气象要素特征表现为气温在24.0~28.0℃,相对湿度在58.4%~76.3%,风速在1.5~3 m·s^(-1).副高指数与DPO_(3)存在滞后相关,当副高离京津冀及周边地区越远且强度越强时,DPO_(3)越高.研究区域PM_(2.5)和O_(3)浓度双高的主要天气形势为近地面低压前部、高压型和锋前型,高空受高压脊控制且副高脊线稳定在21°~28°N.

关键词：臭氧(O_(3)) PM_(2.5) 气象要素天气形势京津冀及周边地区

西藏墨脱复杂地形X波段相控阵偏振天气雷达降水观测和反演方法研究

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高原气象 2024年第1期43卷 99-113页

作者：陈浩然耿飞刘黎平杨华中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081

墨脱的降水变化与印度洋、孟加拉湾的水汽向内陆的输送、夏季风及我国东部雨带的推进过程联系紧密。它的独特地形与西南气流的相互作用在当地形成了年均降水超过2000 mm的降水带。但墨脱的复杂地形与有限的电力交通条件造成了降水观测... 详细信息

墨脱的降水变化与印度洋、孟加拉湾的水汽向内陆的输送、夏季风及我国东部雨带的推进过程联系紧密。它的独特地形与西南气流的相互作用在当地形成了年均降水超过2000 mm的降水带。但墨脱的复杂地形与有限的电力交通条件造成了降水观测的困难。2019年,第二次青藏高原综合科学考察研究任务专题项目在墨脱设置了一部X波段双偏振相控阵雷达,实现了对墨脱云降水的连续观测,对当地生态环境和云水资源研究以及高原东南水汽通道特征研究等具有重要的意义。文中使用墨脱X波段双偏振相控阵雷达2020年6-8月的观测数据,使用统计手段筛选降水回波片段,整合后构造得到符合墨脱复杂地形的混合仰角;利用2019年墨脱雨滴谱数据计算雷达参量、拟合得到适合墨脱地区降水特点的X波段天气雷达定量降水估测(QPE)公式。在此基础上选取2020年7-8月三次累积降水量、平均雨强、持续时间各不相同的降水过程,使用线性规划方案计算ΦDP(差分传播相移)、最小二乘拟合计算KDP(差分传播相移率)、“ZPHI”降水廓线算法订正ZH(反射率因子);以ZH和KDP为阈值,使用R(ZH)与R(KDP)分段估测降水,与单独使用R(ZH)和R(KDP)的估测结果进行对比;并基于降水估测结果和雷达参量的水平分布探讨降水分布与地形的关系。本文经过质量控制的ZH、 KDP数据质量有明显改善;使用统计方法构造的混合仰角有效回波面积大于使用SRTM1 v3.0地形数据构造的混合仰角,三次降水的典型时刻参量与过程累积降水量和平均ZH、 ZDR能初步反映降水变化与地形的关系;本文的降水估测公式和分段估测降水方法整体结果表现良好,各评估参数均具有较好的表现;结果表明:(1)墨脱雷达周边地形变化剧烈,根据现有地形数据构造的混合仰角在降水估测中表现不如本文统计筛选雷达观测数据得到的混合仰角数据;(2)本文采用的数据质控方法、定量降水估测公式与分段估测方法(PEM)在降水反演中表现良好,与单一的R(ZH)、 R(KDP)方法相比,得到的结果在CC和RMSE无明显变化的情况下,估测误差明显减小;(3)墨脱降水的发生发展或与西南气流被河谷偏北方山坡抬升有关,较大雨强、较小粒子直径的云位于地势平缓的谷底。

关键词： X波段相控阵偏振雷达线性规划雷达混合仰角定量降水估测

基于不同再分析资料南海夏季风爆发的气候特征和年际变率

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大气科学 2024年第4期48卷 1297-1310页

作者：段亚楠刘伯奇中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081

南海夏季风爆发标志着东亚夏季风的全面建立,其对我国主汛期雨带分布具有重要指示意义。本文对比了日本气象厅JRA-55、欧洲中期数值预报中心ERA5、中国气象局CRA-40和美国国家环境预测中心NCEP1四套再分析资料中南海夏季风爆发的气候特... 详细信息

南海夏季风爆发标志着东亚夏季风的全面建立,其对我国主汛期雨带分布具有重要指示意义。本文对比了日本气象厅JRA-55、欧洲中期数值预报中心ERA5、中国气象局CRA-40和美国国家环境预测中心NCEP1四套再分析资料中南海夏季风爆发的气候特征和年际变率。结果表明,在四套再分析资料中,南海夏季风爆发期间大气环流和降水场突变的气候特征基本一致,但CRA-40资料的高空暖中心和降水均明显强于JRA-55、ERA5和NCEP1资料。同时,本文分别采用850 hPa纬向西风(U850)盛行、对流层中上部平均经向温度梯度(MTG)反转和南海地区对流建立来定义南海夏季风爆发时间。基于不同的定义指标,四套再分析资料所确定的南海夏季风爆发时间在大多数年份一致,表现为高、低空环流的调整伴随着南海季风对流的建立,环流和降水场完全耦合,且U850定义指标对资料的敏感度高于MTG定义指标。但在个别年份,三种指标所确定的南海夏季风爆发时间差异明显,这时高、低空环流和降水场的耦合关系不明确。当U850、MTG和OLR所定义南海夏季风爆发时间的年际变率一致时,4~5月海温异常场呈现典型的ENSO型分布特征,说明这些年份南海夏季风爆发可能受热带海—气相互作用影响,其中5月孟加拉湾的海温异常可能是ENSO影响南海夏季风爆发时间的关键。而当三种定义方式所得南海夏季风爆发时间的年际变率不一致时,最明显的海温异常信号出现在北太平洋加州沿岸,说明中纬度海—气相互作用对南海夏季风爆发时间也存在潜在调制作用。

关键词：南海夏季风气候特征年际变率资料对比

东亚夏季风和中国雨季的趋势变化和关键区气温和海温的影响

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大气科学 2024年第3期48卷 1217-1232页

作者：王婷祝从文马双梅中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081

中国降水主要受到西风和季风环流的共同影响,表现出显著的年循环特征。本文基于1961~2020年CN05.1逐日降水资料和JRA55、CRU、HadISST再分析资料,采用谐波分析、相关和回归统计方法,分析了过去60年的东亚夏季风(中国雨季)的建立(开始)... 详细信息

中国降水主要受到西风和季风环流的共同影响,表现出显著的年循环特征。本文基于1961~2020年CN05.1逐日降水资料和JRA55、CRU、HadISST再分析资料,采用谐波分析、相关和回归统计方法,分析了过去60年的东亚夏季风(中国雨季)的建立(开始)、撤退(结束)和持续时间等年循环参数趋势的变化特征。结果显示,自1961年以来,东亚夏季风有建立时间提前,撤退时间推后,持续时间增长的趋势,每十年分别达到了3.54、1.64、5.18天。1999年前后22年我国雨季也存在趋势变化,且在空间上存在显著差异。最近22年(1999~2020年),我国雨季提前主要集中在东北东部、青藏高原东部、西北北部地区,提前时间达5天以上,部分地区超过了20天。雨季滞后主要集中在青藏高原东北,长江以北和西部地区,时间超过了10天。雨季持续时间增加主要集中在青藏高原东北部、我国长江以北、东北东南部地区,时间超过15天以上,部分地区超过25天。研究发现,4月份环贝加尔湖地表气温增加及其伴随的局地反气旋性环流异常,是东亚夏季风建立和我国雨季开始时间提前的关键,而10月份的西北太平洋海温增暖及其伴随的西北太平洋副热带反气旋的异常是导致东亚夏季风撤退和中国北方雨季变长的关键。

关键词：东亚夏季风中国雨季全球变暖年循环变化

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基于等值面体的三维涡旋数量与形状特征研究

力学学报 2024年第1期56卷 70-78页

作者：陈槐张磊王乃茹朱立俊南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室南京210029 中国水利水电科学研究院水利部泥沙科学与北方河流治理重点实验室北京100038

涡旋是湍流的基本结构,被誉为流体运动的肌腱,涡旋研究对自然探索和工程应用有重要的意义.基于直接数值模拟的槽道湍流数据与旋转强度涡旋识别方法,以涡旋三维结构等值面体(以三角网格为单位)为研究对象,通过设置三角形切面,利用两三角... 详细信息

涡旋是湍流的基本结构,被誉为流体运动的肌腱,涡旋研究对自然探索和工程应用有重要的意义.基于直接数值模拟的槽道湍流数据与旋转强度涡旋识别方法,以涡旋三维结构等值面体(以三角网格为单位)为研究对象,通过设置三角形切面,利用两三角形相交快速检测算法提取涡旋多边形,研究不同等值面体阈值及壁面距离条件下,涡旋数量与形状特征(圆度、半径、凸状及纵横比因子)的变化规律.以对数区内涡旋为例:随着阈值的增加,涡旋密度呈对数律快速递减,圆度和半径因子概率密度函数(PDF)变高耸,圆度均值快速递增后保持不变而半径均值不断递减,纵横比因子PDF未显著改变且均值基本不变,凸状因子PDF向脉冲函数靠近,说明阈值增大导致涡旋逐渐变少、变圆、变小并更饱满.在同一阈值下,随着壁面距离的增加,涡旋密度在外区(除靠近水面区域外)也呈对数律递减,圆度、纵横比及凸状因子先快速增加随后不变或缓慢增长,半径因子快速递减后保持不变,说明涡旋在远离壁面的过程中在不断破灭但形态却较为稳定.

关键词：等值面体涡旋数量形状因子阈值壁面距离

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关于中国水达峰几个问题的讨论

水科学进展 2024年第1期35卷 1-10页

作者：张建云王建华何国华赵勇金君良刘翠善贺瑞敏南京水利科学研究院水灾害防御全国重点实验室江苏南京210029 中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室北京100038

用水演变态势与需求峰值事关经济社会发展、生态环境保护大局,直接影响国家水网规划布局和重大水利工程建设。本文在水达峰内涵解析的基础上,总结了水达峰的自然社会特征和内涵,阐明了水达峰与需水、用水、缺水之间的关系,深入分析了中... 详细信息

用水演变态势与需求峰值事关经济社会发展、生态环境保护大局,直接影响国家水网规划布局和重大水利工程建设。本文在水达峰内涵解析的基础上,总结了水达峰的自然社会特征和内涵,阐明了水达峰与需水、用水、缺水之间的关系,深入分析了中国统计用水量出现拐点的现象以及造成这种现象的6种可能原因,指出目前尚不能得出中国用水需求已达峰的结论。通过与国际上发达国家水达峰时人均GDP、产业结构、城镇化率等主要指标对比分析,认为中国现阶段也不具备水达峰的经济社会基础。最后指出,目前中国水资源保障安全的压力仍然较大,未来用水演变态势存在一定的不确定性,中国用水何时达峰、达峰水量是多少等结论需要进一步深入研究。需要做好国家水网工程的顶层设计,提升不同尺度的水资源优化配置能力,为国家高质量发展提供水资源保障。

关键词：水达峰自然社会基础演变态势缺水识别用水需求

基于变量灌溉动态分区管理的冬小麦产量与节水效果

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农业工程学报 2024年第5期40卷 109-117页

作者：赵伟霞张敏讷祝长鑫李久生黄乾中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室北京100048 山东省水利科学研究院济南250014

喷灌机机载式红外温度传感器系统是动态监测农田作物水分亏缺状况、构建变量灌溉(variable rate irrigation,VRI)决策支持系统的重要工具。为了评估圆形喷灌机机载式红外温度传感器系统在变量灌溉动态分区管理中的应用效果,该研究以气... 详细信息

喷灌机机载式红外温度传感器系统是动态监测农田作物水分亏缺状况、构建变量灌溉(variable rate irrigation,VRI)决策支持系统的重要工具。为了评估圆形喷灌机机载式红外温度传感器系统在变量灌溉动态分区管理中的应用效果,该研究以气象参数和土壤水分传感器网络构建的均一灌溉(uniform rate irrigation, URI)决策方法为对照,评估了基于气象参数、土壤水分传感器网络和作物冠层温度的变量灌溉决策方法对华北平原冬小麦灌溉制度、土壤含水率空间分布均匀性和节水增产效果的影响。在河北省邢台市大曹庄中国水利水电科学研究院智慧灌溉技术与装备创新示范推广基地开展试验,试验区为三跨加悬臂圆形喷灌机控制灌溉面积7.07 hm^(2),2021年试验区等分为2个子区,布置URI和VRI处理,2022年试验区等分为4个子区,布置URI处理、基于等间隔法进行管理区聚类划分的VRI(T1)处理、基于“Jenks”自然断点法进行管理区聚类划分的VRI(T2)处理和基于几何间隔断点法进行管理区聚类划分的VRI(T3)处理。结果表明,在冬小麦生育期内,URI和VRI处理灌水7~10次,2 a平均灌水量分别为201和173 mm。开展VRI管理后,冬小麦主根区的土壤含水率空间分布均匀性和产量均匀性提高。2021年URI和VRI处理的冬小麦产量分别为9 470和9 574 kg/hm^(2),2022年的冬小麦产量较2021年分别降低6.7%和6.0%。变量灌溉处理的管理区聚类划分方法未对灌溉制度和产量产生显著影响。与URI处理相比,VRI处理能够减少灌溉水量,且对产量和水分利用效率无显著影响。研究结果可为基于喷灌机机载式红外温度传感器系统的变量灌溉动态分区管理方法的建立提供指导,为变量灌溉决策支持系统的开发升级提供技术支持。

关键词：灌溉土壤水分作物圆形喷灌机冠层温度变量灌溉处方图

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