城市精明发展与生态效率的协同测度及交互响应——以中国276个地级以上城市为例

城市发展与生态环境存在复杂的动态交互耦合过程,厘清精明发展与生态效率的协同发展关系及交互响应机理,是区域可持续发展的关键环节。本文以2003—2015年中国276个地级以上城市为研究对象,采用多指标综合评价法、Super-SBM模型、灰色关联模型和面板VAR模型对中国城市精明发展与生态效率的协同发展和交互响应关系进行综合测度。研究表明：① 城市精明发展呈现从沿海向内陆阶梯递减的空间演变趋势,多个城市群具有较高的城市精明发展指数。② 生态效率与精明发展的空间变化具有一定的耦合特征,沿海地区南北方向呈现出较高水平的“生态弧线”城市带。③ 城市精明发展与生态效率具有显著的关联性特征,协同发展关系有下降趋势。④ 城市精明发展与生态效率存在双向交互的Granger因果关系,具有正向的交互响应关系,且存在一定的路径依赖特征和惯性发展趋势。⑤ 长期而言,城市精明发展对生态效率变动的影响更大。     

西北太平洋上层海洋对连续多个台风的响应

【目的】研究Merantia、Malaks、Megi、Chaba4个连续台风引起上层海洋的响应。【方法】基于遥感和再分析数据,分析台风前海洋环境、台风做功(W)、强迫时间(tf)、降水等要素分布特征,探讨上层海洋稳定度、上升流、湍流混合动力机制如何影响中尺度涡区域的海表温度(SST)、浮游植物繁殖程度,引入动力学参数S判断海洋内部上升流和混合重要性。【结果和结论】冷涡(CE)区域海洋表层降温(SSC)(3.5℃)和叶绿素a(Chl-a)质量浓度(0.5mg/m3)对于台风响应比暖涡(AE)区更为剧烈,与其内部热力学结构有关,出现在Megi过境CE区,主要原因是海洋本身CE特征、强上升流(EPV)=2.5×10-4 m/s,S<1,台风向海洋输入巨大的能量(W>80 kJ)引起剧烈的混合夹卷、强降雨,导致海水迅速重新层化、逐渐加强的非线性CE有更强的封闭性,这些机制的共同作用将底层(营养盐跃层100m以下)富含营养盐的冷水输送到上层;Malaks过境CE(124.9°E,22.3°N)缺乏强上升流(EPV=5×10-5 m/s),以湍流混合为主(S>1);Merantia使CE区域表现下沉流(EPV<0),SSC主要是湍流混合的作用(W>25kJ),Chl-a浓度增长到0.27mg/m3。AE热力学结构比较稳定,连续台风导致SSC<2℃,Chl-a增加仅200%,Merantia、Malaks过境AE(125.1°E,20.6°N)分别以强上升流(S<1)和湍流混合(S>1)为主,混合层厚度约80 m,同时AE周围无强障碍带,易与周围水体交换,Chl-a浓度微弱增加。     

波浪能发电平台系泊系统耦合动力响应及水动力分析

本文以一种新型波浪能发电平台为研究对象,分别采用基于三维势流理论的软件Sesam和基于有限体积法的Flow3D软件,对平台和发电浮子进行水动力分析。应用Sesam-HydroD模块计算了平台和发电浮子在频域内的运动响应,将平台和发电浮子的垂荡运动响应进行对比分析,结果表明,在正常海况下,平台与发电浮子垂荡运动相对幅值满足捕能系统的发电需求。应用Flow3D软件对平台整体进行水动力分析,结果表明,平台与发电浮子相对运动振幅在0.3～0.4m间,可满足发电需求。在此基础之上,应用Orcaflex软件,通过时域耦合动力分析的方法,计算了平台在自存工况和作业工况下的运动响应和系泊缆动张力响应,结果表明:在自存工况下,平台锚泊线的安全系数符合规范要求,平台具有良好的安全性能,能够适应恶劣的海洋环境;在作业工况下,平台的垂荡运动响应对波浪方向变化并不敏感,捕能系统不受波浪方向变化的影响,满足发电需求。另外,本文的研究结果能为类似的海洋平台的研究提供建议和参考。     

天然气水合物赋存区甲烷渗漏活动的地球化学响应特征

综述了天然气水合物赋存区甲烷渗漏活动的地球化学响应指标的研究进展,分析了应用单一指标识别甲烷渗漏活动各自所存在的问题,包括浅表层沉积物孔隙水中CH_4、SO_4~(2–)、Cl~–等离子浓度随深度的变化;浅层沉积物全岩W_(TOC)(W表示质量分数,TOC表示总有机碳)和W_(TS)(TS表示总硫)之间的相关性及比值;自生碳酸盐岩δ~(13)C和δ~(18)O;自生矿物重晶石、黄铁矿、自生石膏的δ~(34)S;有孔虫壳体和生物标志化合物的δ~(13)C等。结果表明孔隙水中的CH_4、SO4_~(2–)浓度及溶解无机碳的碳同位素组成可以用来识别目前正在发生的甲烷渗漏活动;而沉积物中的WTS、自生矿物的δ~(34)S、钡含量及其异常峰值和生物标志化合物的δ~(13)C等指标的联合使用可以更真实准确地反映地质历史时期天然气水合物赋存区的甲烷渗漏活动。因此,在实际研究过程中,可将孔隙水和沉积物两种介质的多种指标相结合。随着非传统稳定同位素(Fe、Ca、Mg等)和沉积物氧化还原敏感元素(Mo、V、U等)等研究的发展,甲烷渗漏活动地球化学响应指标的研究也将得到拓展,而多种地球化学指标的联合使用将为天然气水合物勘探及其形成分解过程识别研究提供重要的科学依据。     

时间尺度重构EEMD-GRNN改进模型预测PM2.5的研究

合理构建PM_2.5浓度预测模型是科学、准确地预测PM_2.5浓度变化的关键。传统PM_2.5预测EEMD-GRNN模型具有较好的预测精度,但是存在过于关注研究数据本身而忽略其物理意义的不足。本研究基于南京市2014-2017年PM_2.5浓度时间序列数据,分析PM_2.5浓度多尺度变化特征及其对气象因子和大气污染因子的尺度响应,基于时间尺度重构进行EEMD-GRNN模型的改进与实证研究。南京市样本数据PM_2.5浓度变化表现为明显的天际尺度和月际尺度,从重构尺度（天际、月际）构建GRNN模型更具有现实意义;同时,PM_2.5对PM₁₀、NO₂、O₃、RH、MinT等因子存在多尺度响应效应,以其作为GRNN模型中的输入变量更具有时间序列上的解释意义。改进后的EEMD-GRNN模型具有更高的PM_2.5浓度预测精度,MAE、MAPE、RMSE和R²分别为6.17、18.41%、8.32和0.95,而传统EEMD-GRNN模型的模型有效性检验结果分别为8.37、27.56%、11.56、0.91。对于高浓度天（PM_2.5浓度大于100 μg/m³）的预测,改进模型更是全面优于传统EEMD-GRNN模型,MAPE为12.02%,相较于传统模型提高了9.03%。     

西北太平洋上层海洋对台风响应的个例研究

基于数字台风网、欧洲中心ERA-Interim、美国国家海洋与大气局以及中国Argo实时资料中心的资料研究了西北太平洋上层海洋对台风"奥鹿"的响应。研究结果表明,当"奥鹿"移动速度在2 m/s以下时,强风应力产生的Ekman泵是上层海洋响应的主要机制,移动速度越慢,Ekman抽吸速率(EPV)越大,海表温度(SST)降温持续时间短,冷尾迹出现在台风中心位置处。当"奥鹿"移动速度达到6 m/s以上时,持续风应力驱动的惯性泵是主导机制,SST降温持续时间长,冷尾迹出现在台风路径的右侧。惯性泵比Ekman泵持续的时间长,但Ekman泵影响深度比惯性泵大得多。在"奥鹿"经过西北太平洋时,混合层深度(MLD)变浅并伴随着"冷抽吸"作用的出现。上层海洋中"冷抽吸"现象较"热泵"现象影响深度深,持续时间长,在"奥鹿"过境后可持续20天以上。     

工程养护海滩对"803"风暴潮的响应过程研究

研究养护海滩对风暴潮的响应过程在人工养滩工程设计与施工中具有重要意义。老龙头养护海滩在竣工半个月后遭遇“803”风暴潮,导致岸滩滩肩最大蚀退 6.5 m,沙坝坝顶最大下蚀 1.2 m。在现场测量的基础上,利用 XBeach 建立风暴潮过程 的老龙头海滩海床演变模型,研究结果表明： （1） XBeach 模拟结果与实际地形变化侵淤趋势一致,风暴潮期间人工沙坝均向岸移动,但模拟结果的侵蚀程度更大,海滩响应更加剧烈; （2） 强浪条件下人工沙坝的透射系数为 0.29~0.42,常浪条件下透射系数为 0.45~0.95,因而人工沙坝在大浪条件下掩护作用更佳; （3） 风暴潮期间人工沙坝附近破波显著,坝顶流速明显增大,最大可达 1.21 m/s,是无人工沙坝情况下的 2.3 倍,而在人工沙坝向岸侧,因波能提前耗散,流速减为 0.28 m/s,是无人工沙坝时的 0.4 倍,且没有产生离岸流。老龙头养护工程整体泥沙损失较少,易于恢复.     

半潜式浮式风机支撑平台首摇运动特性分析

借助FAST软件对OC4半潜式浮式风机平台进行数值计算,分析了影响海上浮式风机平台首摇运动的一系列重要因素及其变化规律(如风向变化、浪向变化、陀螺力矩等)。研究了平台首摇运动所诱导的风机系统动力响应,发现浮式风机首摇运动不仅会加剧平台耦合运动响应,而且还会影响风机的气动性能和加剧锚泊张力波动。提出并探讨了几种减小海上浮式风机支撑平台首摇运动的方法。     

矿业城市土地利用/覆被变化的水文效应研究

矿业城市受到矿山开发与城市扩张的双重影响,生态环境遭到严重破坏,水环境问题尤为突出。本文以煤矿城市河南省鹤壁市为研究区,根据汤河流域1970—2015年土地利用覆被时空变化特征设定5种不同时期土地利用情景,采用SWAT模型模拟分析5期土地利用/覆被变化的水文效应以及变化规律。研究结果显示,1970—2015年间,土地利用变化引起流域内蒸散发量、土壤下渗量和地下径流量年均分别减少-1. 48 mm、-0.38 mm、-0.29 mm,地表径流量年均增加0.76 mm,汛期与非汛期径流增加;在不同水文年份,土地利用变化对平水年的年径流影响最为明显,对枯水年年径流的影响大于丰水年。本文主要提出了以矿业城市土地利用变化对水循环的影响,该方法对矿区范围内水资源的科学管理具有一定的参考意义。     

基于ANSYS混凝土重力坝稳定动力响应分析

为了研究在静力作用下安全稳定及应力变形规律以及地震动持作用下重力坝的动力响应,应用时程分析法通过有限元数值模拟方法对混凝土重力坝进行三维模型计算。结果表明：静力作用下以及地震动持作用下重力坝的坝趾和坝踵部位应力均较为集中,坝踵处最大,与其它重力坝的其它部位比较,左坝底部的应力集中,特别是在左坝底部与水压、基岩的交界地带,引起了坝体的滑移,因此,建议对此处进行加固处理;重力坝坝体的最大幅值通常出现在坝顶,而且动力放大效应很强。坝体最大振幅一般发生在坝顶,其动态放大作用较大。由于坝顶突然发生的突然变化,导致了坝顶的横向开裂,必须采用相应的工程措施来降低坝顶的荷载,从而使其具有更好的结构刚度。