可解释性长短期记忆模型用于预测湖泊总磷浓度变化

对湖泊总磷的变化预测和来源识别对水资源调度和流域生态治理有着重要的意义,然而复杂的生化反应和水动力条件导致的非平稳性给湖泊总磷浓度的准确预测带来极大的困难。为克服这一挑战,本文引入了基于加权回归的季节趋势分解(seasonal and trend decomposition using Loess,STL)技术和夏普利加法(SHapley additive exPlanations,SHAP)结合长短期记忆网络(long short-term memory neural network,LSTM)和门控循环单元(gated recurrent unit,GRU)构建了一个可解释的预测框架,以增强对湖泊总磷浓度演变的预测并提高其可解释性。研究表明:(1)在骆马湖总磷浓度的预测中,该框架拥有较好的预报精度(R²=0.878),优于LSTM和卷积长短期记忆模型(convolutional neural networks and long short term memory network,CNN-LSTM)。当预测时间步长增加到8 h时,该框架有效提高了总磷浓度的预测精度,平均相对误差和均方根误差分别降低了47.1%和33.3%。从预测趋势来看,骆马湖在汛期的总磷平均浓度为0.158 mg/L,相较于非汛期的平均浓度,增加了202.1%。(2)运河来水是骆马湖总磷浓度最重要的影响因素,贡献权重为60.0%,并且不同断面(三湾、三场)的污染源受水动力、气象等因素的影响存在显著的时空差异。本文凸显了神经网络模型在预警水体污染方面的可实施性,并且为提高传统神经网络的学习能力和可解释性的开发与验证提供了重要方向。     

山东省地下水资源变化分析

地下水是山东省重要的水资源，对全省经济社会发展起到举足轻重的作用。20年来，由于水资源的外部环境发生了较大变化，导致地下水资源相应发生了很大变化；同时随着对地下水变化规律的进一步认识，评价方法的不断完善，也可在一定程度上表现出地下水资源的变化。通过对山东省第一、二次地下水资源评价中主要因素及评价成果的对比分析，对山东省地下水资源的变化进行了分析，为山东省地下水的合理开发利用提供依据。     

Release of heavy metals during weathering of the Lower Cambrian Black Shales in western Hunan,China

Weathering of heavy metal enriched black shales may be one of the most important sources of environmental contamination in areas where black shales are distributed. Heavy metal release during weathering of the Lower Cambrian Black Shales (LCBS) in western Hunan, China, was investigated using traditional geochemical methods and the ICP-MS analytical technique. Concentrations of 16 heavy metals, 8 trace elements and P were measured for samples from selected weathering profiles at the Taiping vanadium ore mine (TP), the Matian phosphorous ore mine (MT), and Taojiang stone-coal mine (TJ). The results show that the bedrock at these three profiles is enriched with Sc, V, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Pb, Th, U, Mo, Cd, Sb, Tl, and P. Based on mass-balance calculation, the percentages of heavy metals released (in % loss) relative to immobile element Nb were estimated. The results show significant rates of release during weathering of: V, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, U, Mo, Cd, Sn, Sb, and Tl for the TP profile; Sc, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Pb, Th, Cd, and Sn for the MT profile; and Sc, Mn, Co, Ni, Zn, Th, Cd, Sn, and Tl for the TJ profile. Among these heavy metals, Co, Ni, Zn, Cd, and Sn show very similar features of release from each of the three weathering profiles. The heavy metals released during weathering may affect the environment (especially topsoil and surface waters) and are possibly related to an observed high incidence of endemic diseases in the area.     

基于系留气艇平台的红外辐射传输算法实验验证

中国科学院大气物理研究所中层大气和全球环境探测重点实验室 (LAGEO) 建立了以系留气艇为平台的综合探测系统。通过气艇在大气边界层上升、下降过程获得不同高度的气象参数和同时的辐射参数。以气象参数为输入,应用辐射传输模式 (MODTRAN4.0) 获得模式辐射输出,将其与实测辐射值作对比,验证MODTRAN4.0模式的准确性,为有关目标识别与遥感提供基础。2006年8月在中国科学院大气物理研究所香河综合观测站利用系留气艇平台进行了验证实验,并对热红外波段的模式对比结果进行分析。结果表明:所建实验系统具备进行模式验证的能力,在热红外波段,MODTRAN4.0模式输出结果与实测辐射亮度之间的相对误差的均方差在边界层大气条件下小于3%。     

Climate change impacts on regional rice production in China

Rice (Oryza sativa L.) production is an important contributor to China’s food security. Climate change, and its impact on rice production, presents challenges in meeting China’s future rice production requirements. In this study, we conducted a comprehensive analysis of how rice yield responds to climate change under different scenarios and assessed the associated simulation uncertainties of various regional-scale climate models. Simulation was performed based on a regional calibrated crop model (CERES-Rice) and spatially matched climatic (from 17 global climate models), soil, management, and cultivar parameters. Grain-filling periods for early rice were shortened by 2–7 days in three time slices (2030s, 2050s, and 2070s), whereas grain-filling periods for late rice were shortened by 10–19 days in three time slices. Most of the negative effects of climate change were predicted to affect single-crop rice in central China. Average yields of single-crop rice treated with CO₂ fertiliser in central China were predicted to be reduced by 10, 11, and 11% during the 2030s, 2050s, and 2070s, respectively, compared to the 2000s, if planting dates remained unchanged. If planting dates were optimised, single-crop rice yields were predicted to increase by 3, 7, and 11% during the 2030s, 2050s, and 2070s, respectively. In response to climate changes, early and single-crop rice should be planted earlier, and late rice planting should be delayed. The predicted net effect would be to prolong the grain-filling period and optimise rice yield.     

雷电临近预警产品评估方法及其软件

为了适应雷电业务发展的需求,对已经投入业务运行试验的雷电临近预警系统的预警效果做出客观评估,中国气象科学研究院雷电物理和防护工程实验室开展了雷电临近预警产品评估方法的研究,并开发了配套的应用软件.评估方法通过雷电预警结果和实际监测结果的对比,得到命中率POD、虚警率FAR和TS评分三项指标,实现对雷电预警产品的评估.评估软件的实际运行表明:该方法不仅能够检验CAMS_LNWS预报雷电活动的能力,还能对预警方法的改进起到一定的指导作用,能够满足雷电业务产品评估的需要.     

平流层和中层大气研究的进展

平流层和中层大气研究是20世纪70年代以来持续得到大气科学界和日地物理界共同关注的研究前沿.中国科学界在文化大革命结束后立即抓住这一前沿作为发展重点之一.20多年来,中国科学院大气物理研究所等单位较为系统地开展了这一方向的研究,并在一些方面进行了前沿性的工作.作者着重介绍以下几方面的进展:(1)平流层和中层大气探测设施与探测方法;(2)大气臭氧、平流层气溶胶的监测与分析;(3)行星波在中层大气环流与大气臭氧分布中的作用;(4)重力波在中层大气的传播特征与作用;(5)平流层-对流层交换的动力物理与化学问题.     

2013年济南市大气能见度与相对湿度和PM10、PM2.5的关系

对济南市2013年1—12月的能见度、相对湿度、PM10及PM2.5逐时监测数据分析,结果表明：能见度、相对湿度、PM10和PM2.5浓度有明显的月变化和日变化规律。在各项污染物中,能见度与颗粒物的相关性最高,与PM10的相关系数为-0.6718,与PM2.5的相关系数为-0.7422;在气象因子中,与相对湿度的相关性最高,相关系数为-0.6501。不同季节条件下,能见度与PM2.5的相关性明显优于PM10的,冬季能见度与颗粒物的相关性明显优于其他季节的。     

洱海湖滨带水生植物多样性及分布现状

湖滨带水生植物对湖泊生态系统健康的维持具有重要作用。为了解当前洱海湖滨带水生植物现状,本研究于2020—2021年间每季度对洱海湖滨带水生植物进行调查。调查结果表明:(1)洱海湖滨带现有水生植物206种,属56科156属,其中湿生植物149种,挺水植物24种,沉水植物21种,漂浮植物7种,浮叶植物5种;常见种有狗牙根(Cynodon dactylon)、菰(Zizania latifolia)、苦草(Vallisneria natans)、菱(Trapa bispinosa)等,偶见种为忍冬(Lonicera japonica)、披碱草(Elymus dahuricus)等。(2)从区系分布来看,洱海湖滨带物种主要为世界分布(83种)和热带分布(55种)两种类型,分别占总物种数比例的40.28%和26.71%。(3)在植物群落方面,洱海湖滨带共有18个主要植物群落类型,其中湿生植物群落4种,挺水植物群落3种,沉水植物群落9种,浮叶植物群落2种;以狗牙根群落、菰群落、苦草群落、菱群落为主。通过与历史文献结果的对比分析得出,近年来洱海湖滨带水生植物多样性有了显著提高,但目前存在挺水植物群落...     

金沙江下游梯级水库运行后三峡水库高洪水期入库水沙特性

泥沙淤积问题直接影响着三峡水库的使用寿命及综合效益的发挥,研究其入库水沙特性对于解决水库泥沙淤积问题具有重要意义。根据水文站实测数据,分析了三峡水库入库水沙输移特性及来源组成变化,重点研究了金沙江下游梯级水库运行后的三峡水库高洪水期入库水沙特性。结果表明:2003—2021年,三峡水库入库泥沙集中于汛期的高洪水期,2013年以后该现象更为显著,泥沙来源也由金沙江为主转变为嘉陵江为主。寸滩站洪峰流量高于50000 m³/s的高洪水期三峡入库沙量显著大于30000～50000 m³/s区间的高洪水期,三峡水库泥沙调度关键在于上游发生编号洪水期间。三峡水库上游沱江或嘉陵江等支流发生流域性大洪水时,易引起高洪水期入库水沙出现“小水大沙”的特点。金沙江下游梯级水库运行后,三峡水库高洪水期入库泥沙大幅减少,中小洪水调度期间泥沙淤积量也大幅减小。研究结果可为三峡水库的泥沙精细化调度和长期高效使用提供基础数据支撑。