湖泊富营养化响应与流域优化调控决策的模型研究进展

湖泊富营养化是全球水环境领域面临的长期挑战,富营养化响应与流域优化决策模型是制定经济和高效调控方案的关键.然而已有的模型研究综述主要集中于模型开发、案例应用、敏感性分析、不确定性分析等单一方面,而缺少针对非线性响应、生态系统长期演变等最新湖泊治理挑战的研究总结.本文对数据驱动的统计模型、因果驱动的机理模型和决策导向的优化模型进行了综述.其中,统计模型包含经典统计、贝叶斯统计和机器学习模型,常用于建立响应关系、时间序列特征分析以及预报预警;机理模型包含流域的水文与污染物输移模拟以及湖泊的水文、水动力、水质、水生态等过程的模拟,用于不同时空尺度的变化过程模拟,其中复杂机理模型的敏感性分析、参数校验、模型不确定性等需要较高的计算成本;优化模型结合机理模型形成“模拟优化”体系,在不确定性条件下衍生出随机、区间优化等多种方法,通过并行计算、简化与替代模型可一定程度上解决计算时间成本的瓶颈.本文识别了湖泊治理面临的挑战,包括:①如何定量表征外源输入的非线性叠加和湖泊氮、磷、藻变化的非均匀性?②如何提高优化调控决策和水质目标的关联与精准性?③如何揭示湖泊生态系统的长期变化轨迹与驱动因素?最后,本文针对这些挑战提出研究展望,主要包括:①基于多源数据融合与机器学习算法以提升湖泊的短期水质预测精度;②以生物量为基础的机理模型与行为驱动的个体模型的升尺度或降尺度耦合以表达多种尺度的物质交互过程;③机器学习算法与机理模型的直接耦合或数据同化以降低模拟误差;④时空尺度各异的多介质模拟模型融合以实现精准和动态的优化调控.     

长期天气过程的隔季相关

本文比较全面地讨论了大气中相隔5—7个月的相关现象——隔季相关,指出隔季相关是长期天气过程的一个重要现象,它具有明显的纬度效应和季节变化。进而讨论了这种现象与北太平洋海温的关系。      

低纬度超长波的统计特征

本文用1951年1月—1980年12月、20°N、500hPa高度距平资料,对频率域内的超长波谱密度作了计算。结果表明超长波的功率谱在40个月周期附近出现极值,特别是波数1。为了对比超长波和长波间的不同特征,对纬向波k=5-8的谱密度也作了计算,纬向波数k=5-8的谱密度是属白噪音时间序列随机过程。      

潘谢矿区石盒子组煤系页岩有机质特征及其对含气量的影响

潘谢矿区是安徽省淮南煤田重要的深部煤炭生产矿区,其石炭-二叠系煤系地层具有丰富的天然气资源。应用有机碳、热解、显微组分定量、等温吸附等实验分析数据,对潘谢矿区石盒子组煤系页岩有机质特征与含气量进行研究,并利用梯度下降算法建立了含气量与有机碳含量(TOC)和有机质成熟度(Ro)的多元线性模型。结果表明:潘谢矿区石盒子组煤系页岩TOC较高(平均为1.20%),有机质类型为Ⅲ型,成熟度Ro为0.75%~1.12%,处于成熟阶段,页岩含气量较高(平均为1.93 m 3/t)。多元线性模型表明,煤系页岩TOC和Ro的增加会有利于页岩气生成,但Ro对含气量的影响更为明显。     

雷州半岛中西部第四纪火山岩的40Ar/39Ar年龄及地质意义

雷州半岛地区第四纪火山岩广泛分布,但对火山岩形成的时代还存在争议。文章利用高精度的激光阶段加热⁴⁰Ar/³⁹Ar法对雷州半岛中西部火山岩的年龄进行了测定,并结合与相邻地层的接触关系,划分了2个火山活动旋回。第Ⅰ旋回火山岩呈夹层产于湛江组内部,仅见于钻孔ZKC12中,岩性为橄榄拉斑玄武岩;第Ⅱ旋回火山岩在区内分布最广,覆盖在湛江组之上,⁴⁰Ar/³⁹Ar年龄为2.02～0.88 Ma,时代为早更新世早期至早更新世晚期,结合与周围地层的接触关系,进一步划分为4个喷发期。第1喷发期(Ⅱ₁)规模最大,出露面积最广,形成2个喷发中心,⁴⁰Ar/³⁹Ar年龄为2.02±0.03 Ma;第2喷发期(Ⅱ₂)主要分布于锅盖岭和北插一带,⁴⁰Ar/³⁹Ar年龄分别为1.77±0.03 Ma、1.70±0.03 Ma;第3喷发期(Ⅱ₃)喷发中心位于火炬农场,^4...     

三疣梭子蟹(Portunus trituberculatus)体重遗传力的估计

应用数量遗传学原理和全同胞组内相关法估计了三疣梭子蟹80日龄和120日龄体重的遗传力。实验中的400只亲蟹均来自人工养殖的选育群体。通过群体间杂交,构建了37个全同胞家系包括13个半同胞家系,分别测定了80日龄和120日龄时大约30个个体的体重。利用SPSS软件的一般线性模型(GL.M)过程,计算表型变量的方差组分,估计体重性状的遗传力。结果表明,三疣梭子蟹80日龄和120日龄体重的遗传力估计值分别在0.42—0.64和0.25—0.39之间。雌性遗传方差组分均显著大于雄性遗传方差组分,说明雌性遗传方差组分存在显著的母性效应。经过t检验,父系半同胞、母系半同胞方差组分估计的遗传力均未达到显著水平,全同胞方差组分估计的遗传力达到极显著水平。因此可以认为基于全同胞方差组分估计的遗传力是对三疣梭子蟹两个发育阶段狭义遗传力的无偏估计值,估计值分别为0.53和0.35。说明三疣梭子蟹体重属于中度遗传力,对其选择育种具有较大的潜力。     

稀土元素在成岩型海洋铁锰结核中的富集特征及机制

借助相分析中的偏提取方法对取自东太平洋深海平原上的成岩型铁锰结核进行了选择性提取实验以研究稀土元素在其中各矿物或氧化物相中的分布模式以及铁氧化物和锰氧化物对稀土元素的吸附机制.结果显示,尽管1 nm-水锰矿相对无定形铁的氧化物/氢氧化物而言是成岩型结核中的优势矿物,但是稀土元素主要富集在无定形铁的氧化物/氢氧化物中.虽然稀土元素在海水中主要是以碳酸盐络合物的形式存在,但是无定形铁的氧化物/氢氧化物则是从海水中获得自由稀土元素离子来络合,而1 nm-水锰矿则直接吸附稀土元素的碳酸盐络合物.因此,无定形铁的氧化物/氢氧化物对稀土元素来说具有比1 nm-水锰矿更强的络合能力.成岩型结核的Ce负异常是由于成岩型结核形成于缺氧微环境中,该环境不能把可溶性的Ce~(3+)氧化成不溶性的Ce~(4+)发生沉淀.     

结合脉冲耦合神经网络的自适应全色锐化算法

针对传统全色锐化算法大多采用规则区域注入空间细节，而造成融合图像出现一定光谱失真和细节损失的问题。该文提出一种自适应脉冲耦合神经网络(PCNN)全色锐化算法，该算法利用混合蛙跳算法(SFLA)自适应优化PCNN迭代参数，使PCNN每次迭代均按照最小交叉熵原则进行非规则聚类分割，对获取的非规则区域自适应注入高分全色图像细节信息，以获得细节和光谱信息保持更好的融合图像。通过WorldView-2和高分一号高分辨率遥感数据集对比实验，结果表明，该自适应参数PCNN全色锐化算法在多个空间细节和光谱信息评价指标上均优于其他全色锐化算法。