叶绿素a浓度反演模型：堆栈自编码器粒子群优化BP神经网络

内陆水体叶绿素a浓度是衡量水体富营养化程度的主要指标,是影响水体反射率光谱特征的重要因素之一。本文以白洋淀烧车淀、圈头乡各村庄等水域为研究区,采集了高光谱数据和水样,并在实验室测定叶绿素a等水质参数,应用于白洋淀区域的叶绿素a高光谱遥感反演。针对线性降维方法特征提取能力不足和神经网络构建叶绿素a遥感反演模型时学习效率低、泛化能力差的问题,提出了堆栈自编码器粒子群优化BP神经网络模型。该模型利用堆栈自编码器强大的非线性变换能力,通过最小化重构误差来学习高光谱数据特征,在实现数据降维的同时最大程度保留原始光谱数据中的水体辐射信息,提取出实测水体光谱的深度特征,将BP神经网络初始权重作为粒子的位置向量,通过粒子群算法搜寻网络初始权重的最优值,降低出现局部极值的概率,提高模型的稳定性和反演的精确度。堆栈自编码器粒子群优化BP神经网络模型(R²=0.82,RMSE=2.65μg/L,MAE=1.89μg/L)相较于对高光谱数据不降维的BP神经网络模型(R²=0.75,RMSE=3.16μg/L,MAE=2.39μg/L)、基于主成分分析法降维的BP神经...     

黑龙江双阳河流域土壤—水稻—人体系统锗的分布特征、迁移转化及影响因素

土壤锗的自然禀赋、成因来源、生态环境效应及人体健康评估为黑土地生态地质研究的重要方向,开展土壤—水稻—人体系统中锗的分布特征、迁移转化及影响因素的定量研究,对黑土区富锗农产品开发和人体健康具有重要意义。基于双阳河流域1∶5万土地质量生态地球化学调查课题,获取成土母质、表层土壤、水稻籽实、根系土和人发等多介质的锗元素数据,运用GIS、SPSS软件对数据统计分析。结果表明：研究区表层土壤锗含量为(0.996～1.626)×10^-6,平均值为1.326×10^-6,高值区主要分布在双阳河北侧西北部和南侧中部;划定富锗、足锗耕地面积分别为70.55 km²、166.9 km²,具有开发绿色富锗、富硒农产品的较大潜力。成土母质是影响表层土壤锗含量的最主要因素,土壤类型和土地利用类型影响较小;偏酸性、有机质缺乏的土壤环境可能更有利于锗的富集。水稻籽实锗含量为(0.24～3.40)×10^-6,平均值为1.59×10^-6,达到中等和强烈摄取标准的样品分别占40%、60%,处...     

汾渭平原典型城乡PM2.5中多环芳烃特征与健康风险

为查明汾渭平原典型城乡地区重度污染天气PM_2.5中多环芳烃（PAHs）污染特征及其人群健康效应,本文于2018—2019年冬季分别选取西安和陇县作为城乡对比参照点,采集了重度污染天气PM_2.5颗粒态气溶胶样品。利用气相色谱—质谱联用仪（GC-MS）检测样品中具有“三致效应”的15种PAHs含量及组分特征,使用特征比值法及主成分法进行PAHs源解析,并分析了气象因素对PAHs质量浓度的可能影响,通过对苯并芘（BaP）等效毒性浓度和终生超额致癌风险度（ILCR）的计算,对人群健康风险进行评估。结果表明：西安与陇县在重度污染天气条件下PM_2.5中15种PAHs总平均质量浓度分别为243.78 ng/m³、609.39 ng/m³,其中4~6环PAHs占比最高;且PAHs浓度与气温、气压及风速呈显著负相关,与相对湿度则无明显相关性。西安PAHs污染主要来自燃烧源与交通排放源,而煤炭及生物质燃烧是造成陇县PAHs质量浓度偏高的主要原因。健康风险评估结果显示,重污染天气下陇县人群通过呼吸引发的致癌风险要高于西安,女性致癌风险高于男性,成人致癌风险高于儿童,且两地区成人ILCR值均超过风险阈值,存在潜在致癌风险,儿童则无明显致癌风险。     

基于生态效益的商洛市土地利用结构优化研究

将线性规划法与生态绿当量原理相结合,从生态学角度对商洛市土地利用结构优化进行探讨。最终优化方案表明：通过增加园地和林地的面积来提高土地利用的生态效益,牧草地、其他农用地减少幅度不大,建设用地中除农村居民点用地减少外,其余用地均增加;满足土地利用总体规划和经济社会发展的需要,耕地面积有所减少,自然保留地大幅度减少。土地优...     

不同类型Zn胁迫对1株好氧反硝化细菌功能影响的比较研究

本文通过分析在不同浓度普通氧化锌(ZnO)、硫酸锌(ZnSO4)及纳米氧化锌(ZnO-NPs)胁迫下1株筛自胶州湾的好氧反硝化菌Zobellella sp.B307生长量和反硝化能力的变化,比较研究了不同类型Zn对该菌株生长及脱氮功能的影响.结果表明,ZnO-N Ps对该菌株的生长有明显的持续抑制作用,显著降低其最大生...     

渤海西岸偏东风对天津局地大暴雨的影响分析

利用加密自动气象站、多普勒天气雷达和风廓线雷达等高时空分辨率资料,分析2017年7月6日天津一次局地大暴雨过程的中尺度对流系统发展演变特征,讨论渤海西岸边界层偏东风的垂直结构、温湿特性及其对局地大暴雨的作用。结果表明:局地大暴雨由两个暖区中尺度对流系统和一个低涡切变线系统造成,偏东风作用下的暖区第二个中尺度对流系统主导了局地大暴雨的形成。大暴雨中心两侧的温湿特征均呈“东高西低”分布,偏东气流具有暖湿特性,为暖区对流暴雨的发生发展提供了有利的环境条件。由于海陆地形差异,偏东气流自渤海向内陆推进过程中呈现明显的风速扰动特征,不仅导致水汽辐合,同时有利于上升运动发展。其中,0.6 km以下偏东风的中尺度扰动对局地大暴雨的触发和维持起重要作用,风速辐合强迫产生的上升气流是γ中尺度对流单体的重要触发机制,而强降水冷池出流与不断增强的暖湿偏东人流相互作用形成地面中尺度辐合线,使对流系统得以稳定维持,40 dBz以上强降水回波持续近3 h,平均6 min降水量达6.8 mm。此外,局地大暴雨的雨强变化与东风急流波动关系密切,急流的建立、发展、减弱和消失分别对应降水的陡增、峰值、减弱和陡降四个阶段。     

云南极端干旱和多雨年5月异常环流的合成特征

应用1961 2010年NCEP/NCAR全球逐月再分析资料,对云南4次极端干旱年(下称干旱年)5月大气环流与4次5月降水偏多年(多雨年)大气环流进行合成对比分析,结果表明,两者从高纬到低纬都存在显著差异。干旱年500 hPa欧亚中高纬为两槽一脊,对应距平场呈"-+-"分布,西风带季节性北移晩;海平面气压场上亚洲为大范围负距平,影响云南的冷空气偏弱。而多雨年则相反,欧亚中高纬为两脊一槽,对应距平场呈"+-+"分布,西风带季节性北移早,乌拉尔山至里海的低槽引导冷空气入侵中国,海平面气压场上高原东部为正距平中心,影响云南的冷空气偏强。干旱年低纬地区环流差异表现为低层西太平洋副热带高压(下称西太副高)偏强、偏西,赤道西风向东、向北推进受阻,孟加拉湾、中南半岛的夏季风偏弱,爆发偏晚;而多雨年的环流形势则相反,西太副高偏弱、偏东,索马里越赤道气流和赤道西风偏强,孟加拉湾、中南半岛的夏季风偏强,爆发偏早;高层南亚高压反气旋环流多雨年比干旱年西伸更明显,范围更大、更强。与多雨年云南上空为异常上升运动不同,干旱年北半球低纬为大范围深厚的异常下沉运动,云南仍为Hadley经圈环流的下沉支控制。对水汽分析表明,多雨年西太副高偏东,云南以西南季风水汽输送为主,水汽通量辐合较常年偏强,水汽含量比多年平均增加,干湿季转换早;而干旱年西太副高偏西、偏南,云南以西风带水汽输送为主,对应异常的水汽通量辐散,水汽含量较常年减少,干湿季转换迟。亚洲夏季风强度指数WYI与5月降水有显著的正相关,并与5月极端降水有较好的对应关系。     

松原MS5.1地震前断层土壤气H2、Hg地球化学特征与热红外异常响应研究

利用多种气体开展联合观测是捕捉地震前兆异常的有效途径。氢、汞观测作为地震短临预测主要手段和前兆指标,在揭示地下(断裂带)流体与地震孕育、发生关系中发挥着重要的作用。通过在黑龙江肇东观测井开展断裂带土壤气H₂、Hg野外定点联合观测试验,对2019年5月18日吉林松原宁江M_S5.1主震及其余震序列的震兆关系进行对比分析,结果表明：(1)断裂带土壤气H₂、Hg浓度在宁江M_S5.1地震前分别存在3个月的短期异常和3天的临震异常,二者在主震前后表现形式以及频谱特征均存在较大差异,这可能与氢、汞特性和孕震机理有关;(2)断裂带土壤气H₂、Hg浓度在宁江M_S5.1主震及余震时段均存在高值异常,主要表现为“高值异常—恢复正常—发生主震—震后高值异常—恢复正常—发生较强余震”,具有持续性、可重复性和配套性的特点;(3)吉林松原宁江M_S5.1地震前后肇东断裂带土壤气H₂、Hg地球化学特征与震中区附近热红外异常具有响应特征,主要表现为...     

黑龙江拜泉地区硒元素在土壤-植物系统中的迁移富集规律

以拜泉地区1:5万土地质量地球化学调查数据为基础,开展硒地球化学特征及生态效应研究,探讨硒元素在土壤-植物系统中的迁移富集规律.研究表明:拜泉地区根系土硒含量均值为0.25×10-6,属中等富硒土壤,黄豆和水稻富硒占比相对较高;水溶态硒和离子交换态硒含量之和约为5％,一定程度上制约硒的有效量.土壤理化性质对硒全量、硒形...