南海大气颗粒物数浓度(NCN)与云凝结核数浓度(NCCN)分布特征及不同来源颗粒物活化特性分析

本研究于2020年9月,在中国南海进行大气颗粒物粒径分布(PNSDs)与云凝结核数浓度(N_CCN)观测,并在剔除船舶自身排放的污染信号数据后进行了颗粒物数浓度(N_CN)、吸湿性参数(κ)与活化率(AR)计算分析。研究结果显示,南海海域N_CN范围为(0.78～34)×10³ cm^-3,计算均值为(4.1±4.0)×10³ cm^-3,与未受到明显陆源颗粒物传输影响时段下的清洁海洋背景数浓度值相比高约一个数量级。结合后向气流轨迹分析发现,南海秋季颗粒物受陆源与海洋源的共同影响,当受陆源影响为主时,气溶胶颗粒物主要来自亚欧大陆与菲律宾群岛,对应来源下的N_CN均值分别为(2.7±0.68)×10³ cm^-3与(8.3±4.9)×10³ cm^-3,在过饱和度(SS)为0.4%下,N_CCN(N_CCN0.4     

北京山地森林站非持续生长型新粒子生成事件的数值模拟研究

鉴于新粒子生成(New particle formation, NPF)对气候的重要效应,过去很多研究重点关注持续增长型NPF事件;但新粒子生长过程中时常也伴随着非持续型生长,如生长粒径先增长后下降的收缩型以及粒径明显不增长的团块型NPF事件,对于这类NPF事件的生长机制尚不清楚。基于此,本研究于2019年夏季在中国科学院北京森林生态系统定位研究站(39.96°N, 115.43°E, 1 170 m a.s.l.,以下简称北京山地森林站)进行了NPF事件的野外观测,发现了4次持续生长型NPF事件和3次非持续生长型NPF事件。本文借助WRF-Chem模式进一步探究非持续生长型NPF事件的生长机制,发现其主要成因有三个：首先,北京山地森林站与成核相关的气态前体物充足,但颗粒物中SO₄^2-、NO^-₃、NH⁺₄等无机盐浓度较低,削弱了新粒子的后续增长能力;其次,后向轨迹显示非持续生长型NPF事件的气团来源于清洁的北方地区;最后,通过过程分析发现水平和垂向输送是非...     

几种非线性滤波算法的性能比较与分析

在非线性状态估计中,传统的扩展卡尔曼滤波通过线性化来实现高斯近似,由于截断误差的存在很难保证估计精度;而基本粒子滤波容易出现粒子退化,导致滤波发散。针对粒子滤波的两个基本假设：蒙特卡罗假设和重要采样假设,采用蒙特卡罗随机链的方法来提高粒子的多样性,并利用无味卡尔曼滤波来产生更高精度的替代分布,发展了无味粒子滤波。通过仿真实验证明,相比较扩展卡尔曼滤波和基本粒子滤波,改进后的无味粒子滤波算法性能更优越,对含有非线性非高斯的状态估计问题有更好的滤波效果。     

智能优化方法与粒子滤波技术融合的分析与展望

智能优化算法通过模拟自然生态系统机制以解决复杂优化问题,粒子滤波成为解决非线性及非高斯动态系统最优估计问题的研究热点。若将多种优化算法结合使用,设计更好的滤波器参数寻优步骤,将会极大改善现有非线性滤波的估计性能。介绍了几种智能计算方法和粒子滤波方法,在此基础上,对智能优化方法与粒子滤波技术的融合进行了分析和讨论,并加以总结和展望。     

天然水体中悬浮粒子表面电荷的研究

本文对近二十年来天然水体中悬浮粒子表面电荷的研究工作进行了综合评述。对盐度、离子强度、pH、金属离子及海洋有机物等因素对悬浮粒子表面电荷的影响进行了总结和探讨,并得出了最一般结论。     

黄河口泥沙颗粒表面电荷的微电泳研究

黄河是世界河流中携带泥沙颗粒最多的河流。泥沙的沉积不仅受物理因素,也受化学因素的控制,例如受表面电荷的控制。研究黄河口水中悬浮体颗粒的表面电荷,有助于探求河口区域的悬浮物沉积规律。 本文测定了不同盐度下黄河口水体中悬浮粒子的电泳行为,得到如下结果:(1)所有悬浮粒子均带负电荷。(2)粒子Zeta电位的负值随盐度增大而减小。这个结果与文献报道(欧洲一些河流的)情况一致。     

波浪破碎诱导的海-气无机盐通量的参数化

波浪破碎诱导生成的海盐粒子是海洋向大气输运无机盐的主要机制,海气界面的无机盐通量对于全球气候变化有重要影响。本文开展了实验室实验模拟海盐粒子生成实验,定量考察了温度和盐度对海盐粒子中离子质量分布的影响,揭示了初生海盐粒子中各离子的富集和亏损现象与温度和盐度的关系。基于实验室观测分析结果和推测假定,提出了1个既包含海面风速、又反映海表温度和海表盐度影响的海-气无机盐通量参数化方案。将此参数化方案应用于估计海盐粒子向大气输运的各种无机盐离子质量通量,并与传统方法估算结果进行了比对分析。     

沙尘粒子在我国内陆传输过程中对硫酸盐和硝酸盐生成的影响

2001年春季在青岛采集了3次沙尘暴过境时的大气气溶胶粒子，并利用单个气溶胶粒子分析方法对沙尘粒子含有硫酸盐和硝酸盐的状况进行了分析研究。结果发现3％～13％的沙尘粒子含有硫酸盐，6％～10％的沙尘粒子含有硝酸盐。这些比例远小于无沙尘时北京、青岛等城市污染大气中矿物粒子所含这些成分的比例，表明沙尘粒子在从内陆源区传输到沿海地区的过程中对大气中硫酸盐和硝酸盐生成的促进作用远不如城市污染大气中的矿物粒子明显。     

EnKF和SIR-PF在贝叶斯滤波框架下的比较和结合

贝叶斯估计理论为非线性、非高斯系统的数据同化提供了一个统一的框架。在本文中,我们利用著名的洛伦茨吸引子(Lorenz'63)模式对两种基于贝叶斯滤波理论的数据同化方法——集合卡尔曼滤波器(EnKF)和重取样粒子滤波器(SIR-PF)——进行了较为全面的比较。比较的结果揭示了两种方法的优缺点:即当集合成员数目较多时,SIR-PF的同化效果优于EnKF;反之,则EnKF的表现较好。进一步地,我们使用统计方法分析了两者表现的差异和原因。最近提出的一种集合卡尔曼粒子滤波器(EnKPF)通过使用一个可控的参数整合EnKF和SIR-PF的分析格式,可以结合两者的优点。本文在充分比较两种方法的前提下,重新阐释并改进了原有的EnKPF算法,使之适用于非线性的观测算子。通过使用相同的洛伦茨模式实验,我们揭示了EnKPF实质上提供了关于EnKF和SIR-PF的连续插值,使得后两者可以视为其特殊情况。并且,在集合成员数目有限的前提下,EnKPF可以在一定程度上避免滤波退化的发生,取得优于EnKF和SIR-PF的同化效果。     

基于海气耦合模式的均权重粒子滤波与集合卡尔曼滤波比较研究

在大气和海洋环境研究中,粒子滤波(PF)由于在非线性数据同化方面突出的优势,逐渐成为研究热点。最近改进的均权重粒子滤波(EWPF)为粒子滤波的进一步发展指明了新方向。集合卡尔曼滤波方法 (EAKF)作为当前主要应用的数据同化方法,使用高斯假设和线性假设来解决非线性问题,然而对均权重粒子滤波方法和卡尔曼滤波方法在非线性模式下的同化结果和特点还缺少系统详细的比较研究。本文在非线性耦合气候模式下,比较研究两种同化方法,采用均方根误差(RMSE)作为评价比较标准。实验结果表明,在非线性低频观测耦合模式中EWPF结果均优于EAKF。同时根据RMSE的结果得出,EWPF的同化结果更接近观察结果,而EAKF的同化结果更接近模式真值。     

基于粒子群优化算法的PSO-BP海底声学底质分类方法

利用粒子群优化算法（PSO）较强的鲁棒性和全局搜索能力等优点,将PSO算法与BP神经网络相结合,优化了BP神经网络分类时的初始权值和阈值。基于珠江河口三角洲的侧扫声呐图像数据,提取了海底声呐图像中砂、礁石、泥3类典型底质的6种主要特征向量,利用PSO-BP方法对海底底质进行分类识别。实验表明,3类底质分类精度均大于90%,高于BP神经网络70%左右的分类精度,表明PSO-BP方法可有效应用于海底底质的分类识别。     

河口悬浮粒子Stern电位的测定方法

首次提出了一种间接测定悬浮粒于Ｓｔｅｒｎ电位的方法,即通过测定悬浮粒子在不同浓度ＮａＣｌ（０．０１～０．４０ｍｏｌ／Ｌ）溶液中的ζ－电位,按照Ｇｏｕｙ－Ｃｈａｐｍａｎ理论一般公式之对数变换式,用作图法计算悬浮粒子的Ｓｔｅｒｎ电位。用该方法研究了黄河口悬浮粒子Ｓｔｅｒｎ电位的变化规律。结果表明,在淡、咸水混合初期,悬浮粒子的Ｓｔｅｒｎ电位迅速减小;当ｓ〉３．５时,Ｓｔｅｒｎ电位不再随盐度的增大而变化     

纳米粒子在大亚湾痕量金属迁移和转换过程中的重要作用

利用切向超滤技术对大亚湾纳米粒子 (0 .4 5μm～ 10 3 Daltons)进行了有效分离 ,并计算其回收率。测定了大亚湾胶体态和溶解态 (<10 3 Daltons)痕量金属 (Cu、Pb和 Cd)的含量。平均来说 ,14% Cu、2 0 % Pb和 2 4 % Cd实际上与胶体物质密切相关 ,说明胶体物质在这些金属的迁移和转换过程中具有重要作用     

天然水体中的胶体粒子

介绍了天然水特别是海水中胶体粒子的基本特性和最新研究成果 ,如胶体粒子的大小、组成、粒径分布情况、逗留时间、对痕量金属的吸附、一些相关的分析分离方法以及在生态环境中的可能作用等 ,并对今后的有关研究方向作出预测。     

利用Sea WiFS资料反演我国海域气溶胶粒子密度分布

在卫星数据反演气溶胶光学厚度产品的基础上,讨论了二次反演大气柱中气溶胶粒子密度的问题.通过理论分析,利用多波段气溶胶光学厚度提取大气柱中气溶胶粒子密度是可行的,并指出能否准确确定多波段气溶胶光学厚度会直接影响粒子密度的反演结果.定义并分析了气溶胶粒子消光体积权重系数随粒子半径的变化,表明从气溶胶光学厚度中反演大气柱中气溶胶积聚模态和粗模态粒子密度的结果是可信的.利用SeaWiFS气溶胶光学厚度产品,运用蒙特卡罗法反演了2002年我国海域上空大气柱中积聚模态和粗模态气溶胶粒子密度,结果表明,积聚模态粒子密度比粗模态的高2~3个量级,它们的空间分布趋势一致;我国近岸海域大气柱中气溶胶粒子密度高于离岸海域的;春季气溶胶粒子密度高于其他季节的,特别在黄海、东海海区是如此.     

随机波浪下泰勒离散系数的时域解

利用Wolk提出的粒子追踪方程,通过等分频率法划分不规则波谱,利用MATLAB做粒子运动模拟计算,得到无因次化泰勒离散系数K/D随时间t变化的曲线;通过与Huang等得到的P-M谱的泰勒离散系数K/D计算结果比较证明了本计算方法的可靠性。采用该方法研究了不规则波条件下,波序列(同一谱型不同波面序列)和谱型(谱峰周期、有效波高、谱峰升高因子)对波浪离散系数的影响;计算结果表明:同一谱型不同波序列对泰勒纵向离散系数稳定值和稳定时间无影响;不规则波谱峰周期越大,纵向离散系数K/D越小,稳定时间越短;有效波高越大,纵向离散系数K/D越大,稳定时间越长;谱峰升高因子越大,泰勒离散系数K/D越大,稳定时间越长;与规则波相比,不规则波的泰勒离散系数K/D的值略小10%~30%。     

海水中磷酸盐在固体粒子上阴离子交换作用 海水中磷酸盐-固体粒子相互作用的台阶型等温线

通过研究氯化钠溶液中磷酸盐在４种固体粒子上的交换等温线及钙对上述交换等温线的影响，发现磷酸盐液－固界面作用的台阶型等温线，可用分级离子／配位子交换等温式定量描述，钙能够促进磷酸盐在针铁矿和δ－氧化锰上的交换作用，其机理是交换在固体粒子上的钙再结合溶液中的磷酸盐，形成表面无机三元络合物。     

中国对虾卵细胞中病毒的初步研究

对中国对虾卵巢和受精卵细胞进行了电子显向镜超微结构观察，发现卵巢内有球状病毒粒子，大小为８０ｎｍ左右，受精卵细胞内有传染性皮下和造血组织坏死病毒（ＩＨＨＮＶ）感染，其严重影响对虾受精卵的发育，从获得的结果来看，中国对虾病毒（ＩＨＨＮＶ）垂直传播的可能性极大。