空气中的致病菌引发的流行性疾病严重威胁人类生命安全.近年来,光催化微生物灭活技术作为一种广谱高效、安全稳定、持久耐热、不易产生耐药性、杀菌彻底的方法受到广泛关注.光催化反应中产生的活性氧物种(reactive oxygen species,ROS)在光催化抗菌中发挥着不可替代的作用,但特定类别ROS的产生和杀菌机制的研究较少,尚未有综述对其进行系统概述.本文重点从光催化半导体的能带结构与特定ROS(·O-2、·OH、H2O2)氧化还原电势的关系综述了三种自由基的产生机制,从氧化能力、存在寿命、主要作用对象等方面简要讨论了自由基对细菌造成氧化损伤和功能失调的具体过程,另外还涉及ROS的检测方法和抗菌性能评价方式,进一步对光催化抗菌技术在环境消杀领域的应用前景进行了展望.
稀土被称为"工业维生素".随着稀土元素使用日益增加,导致其在土壤广泛分布并不断积累.土壤中稀土元素的地球化学过程已成为全球关注的热点.本文通过检索土壤环境稀土元素方向研究文献,综述土壤稀土元素迁移-富集机制的研究进展,识别土壤稀土元素主要来源,探讨土壤稀土元素的含量分布、分馏特征和赋存相态,以及稀土元素迁移富集和分馏的影响因素,分析稀土元素对土壤理化性质、动物、植物和微生物等产生的生态效应,以及对人体健康的潜在威胁,提出土壤稀土元素未来研究的关键问题和方向.相关认识有助于理解和掌握稀土元素在土壤中的迁移和归趋,并为稀土污染防治提供理论依据.
以汾渭平原典型城市——咸阳为研究区域,利用地面空气质量监测数据和欧洲中期天气预报中心(ECMWF)发布的第五代全球气候再分析资料数据集(ERA5),分析了咸阳市2018-2020年3 a采暖期污染物浓度变化特征和不同污染程度下的气象条件,采用统计学方法分析各项污染物浓度与气象因素间的相关性,使用多元线性回归模型评价各气象因素对PM2.5浓度的影响程度,使用二元Logistic回归分析气象因素对PM2.5超标风险的影响.咸阳市采暖期首要污染物以细颗粒物(PM2.5)和可吸入颗粒物(PM10)为主,采暖期超标最多的污染物为PM2.5,超标天数逐年递减;PM10的日变化呈"双峰双谷"型,PM2.5的谷值出现在17:00且夜晚浓度较高.颗粒物浓度与相对湿度呈正相关,与风速、边界层高度、温度、气压呈负相关.多元线性回归预测模型显示PM2.5浓度预测值与实测值变化趋势保持一致,预测值的波动频率比实测值大,预测准确率为51.54％;二元Logistic回归模型显示:除相对湿度外,其他气象因素对PM2.5超标情况都是保护因素,边界层高度每增高1m,日均浓度超标风险降低0.7％;相对湿度每升高1％,日均浓度超标风险升高5.3％;温度每升高1℃,日均浓度超标风险降低19.8％;气压每升高1hPa,日均浓度超标风险降低9.7％.以上研究结果揭示了咸阳市采暖期主要气象因素对空气污染的影响程度,为我国北方城市今后的空气污染治理提供科学依据,为相关政策制定提供理论参考.
本研究建立了长白山红松和臭冷杉的全轮、早晚材密度年表,并分析了2个树种的树轮密度变化特征及其与平均气温、平均最高气温、平均最低气温和降水量的相关关系.结果表明:两树种树轮密度变化具有一致性.红松树轮密度对气候变化更加敏感,而臭冷杉树轮密度变化相对稳定.两树种树轮密度年表与平均气温和平均最低气温整体呈显著正相关,而与平均最高气温和降水量的相关性相对较弱.其中,生长季早期(4-5月)的平均最低气温可能是影响树轮密度变化的主要因素.响应面分析结果表明:随着生长季早期的平均最低气温上升,两树种早材密度与平均最低气温呈现先减弱后增强的响应趋势,而与生长季早期的降水呈现先增强后减弱的响应趋势.滑动相关分析显示:随着气候变暖,两树种树轮密度年表均对生长季晚期(9-10月)平均气温和生长季早晚期平均最低气温的正响应显著增强,而对生长季晚期平均最高气温的正相关减小,与降水的响应相对稳定.臭冷杉的树轮密度年表对上年12月平均最高气温和当年4月平均最低气温的响应出现显著的正负转换现象.
气象干旱是影响人类社会最严重的气象灾害之一,且对中纬度干旱半干旱地区的危害更为显著.为探究气候变化背景下我国甘肃地区干旱事件的时空分布,首先根据甘肃1969-2018年月值气象资料计算标准化降水蒸散指数(SPEI),通过游程理论提取干旱事件.随后采用REOF旋转正交分解将研究区划分成5个气候子区,并以每个子区为单位,基于B-G分割算法细致对比各子区不同时间尺度干旱事件的变化特征和演变趋势.最后,采用相关性分析探究各子区干旱事件的驱动因素.主要结论有:(1)研究区干旱累积历时呈微弱增加趋势(0.475 d·(10a)-1)并存在19 a的主周期,干旱强度呈先缓和再加剧趋势,尤其是2000年后干旱加剧显著,并呈现出西北部干旱减轻、东南部干旱加剧的空间变化趋势.(2)REOF分解的前五个模态累积贡献率为53.06％,主要的空间分布模态为:全区一致型模态和南北反向分异模态.将研究区分为5个干旱子区:河西地区、河东中部地区、河东东部地区、乌鞘岭地区和河东西部地区.(3)河西地区自1988年以来气象干旱显著缓和(P＜0.01);河东东、中、西部地区存在不同程度的干旱加剧趋势(0.120·(10a)-1、0.129·(10a)-1、0.072·(10a)-1,P＞0.05);乌鞘岭地区在1975年以后气象干旱显著缓和(P＜0.01),形成了干旱缓和与加剧变化的分水岭区域.(4)季节上,河西地区仅夏季呈缓和趋势;河东东部地区春季呈显著干旱化趋势,而秋季相反;河东西部地区春夏两季气候干旱化趋势明显而秋冬两季相反;河东中部地区和乌鞘岭地区季节变化呈明显一致性,前者四季均呈干旱化趋势,且春季干旱化最剧烈,后者四季均呈缓和趋势,且冬季最明显.(5)研究区气象干旱受当地气候因子和环流因子因素的共同影响,河西地区和河东西部地区对气温的响应明显而河东中、东部地区则对降水量的响应明显;乌鞘岭地区对日照时数的响应明显;NAO指数对研究区夏季气象干旱存在重要影响而ENSO事件(厄尔尼诺-南方涛动)对研究区春秋两季(尤其是春季)气象干旱存在重要影响.
目前,人类活动导致的温室气体增加是全球气候变化的主要驱动因素之一,但其在轨道尺度上对未来气候影响的研究却很少.利用海-陆-气耦合模式,对早全新世(距今10 ka前)、现代和未来10 ka后的气候进行了一系列敏感性数值试验,主要探讨了在轨道尺度上自然强迫和人为温室气体对全球季风区气候变化的可能影响.模拟结果表明:在自然强迫驱动下,未来10 ka后的地球气候与早全新世类似,北半球的地表温度和降水将高于工业革命前的水平,而南半球则相反.在人类活动驱动下,未来10 ka后全球地表温度将显著增加,除北美季风区外,所有季风区雨季的降水都将增加.受人类活动的影响,与工业革命前相比,极端降水和大气有效降水也将增加.在自然强迫下,雨季大气有效降水的增加主要是由于动力作用引起的大气环流增强,而人类活动引起的现代和未来10 ka后大气有效降水的增加主要是由于热力作用引起的大气水汽增加所致.
水面蒸发是水循环的主要途径之一,气象要素是影响水面蒸发的重要因素.为分析温度和湿度与水面蒸发量的关系,通过野外试验对水面上25 cm和35 cm处气温和相对湿度进行监测.同时,利用修正的Penman-Monteith方程计算了水面蒸发量,并与气象站数据计算结果进行比对.结果表明:近水面不同高度处相对湿度与气象站监测结果差异显著,差值均值在12％左右;近水面处气温和气象站监测气温的差异与距离水面高度有关,水面上25 cm和35 cm处气温和气象站气温的差值分别为(1.5±1.0)℃和(1.8±2.0)℃.水面蒸发量计算结果表明:气象站气象数据计算的水面蒸发量最大,而利用水面上25 cm和35 cm处气温和相对湿度计算的水面蒸发量近似.本研究为利用气象站数据计算水面蒸发量及结果修正提供了数据支撑.
新生代印度-欧亚板块碰撞的远程效应是理解中亚构造格局变化的主要机制.随着其远程效应的北移,位于中亚腹地的准噶尔盆地在周边山脉抬升的影响下,南北缘发生构造活动.基于前人的研究成果,将盆地新生代以来的构造演化概括如下:古新世,因基底断裂复活,盆地北部开始发生逆冲推覆活动;渐新世末期,博格达山脉恢复隆升,古牧地背斜发生构造变形;中新世以来,盆地南缘逐渐形成了三排构造带;上新世末期—更新世以来,北部基底断裂活动,南缘西段和东段分别形成浅层背斜和断裂.目前,由于印度-欧亚板块碰撞远程效应的传播模式仍处于探索阶段,因此需要更多的地质证据来证实它在不同阶段的传播方式以及使盆地发生构造变形的机制.
室内空气质量与人体健康息息相关,为了解新装修室内大气中醛酮类化合物的污染特征及健康效应,实验对西安市三个不同装修材料及不同装修风格房间的大气环境开展研究.使用2,4-二硝基苯肼硅胶提取小柱(DNPH)进行采样,并采用高效液相色谱(high performance liquid chromatography,HPLC)对18种醛酮类物质进行检测,研究其污染水平及特征,并根据物质的光化学反应活性,计算其臭氧生成潜势(ozone formation potential,OPF),评估其对不同年龄段人群的非致癌和致癌健康效应.研究表明:(1)18种醛酮类物质在三个新装修房间空气样品中的总含量为79.9-194.4p.g.m-3,高于普通室内环境中的含量.且在供暖期含量显著增加,升高了 23.9％-53.3％.其中丙酮、甲醛、乙醛、正壬醛是主要的污染物,其中丁酮在Room 2中显著高于其他两个房间.(2)甲醛和乙醛的光化学活性显著高于其他物质,因而对OPF贡献较大.丙酮虽然含量显著高于其他物质,但是由于光化学活性较低,对OPF贡献不显著.(3)乙醛超过了室内安全排放标准,且在Room 2和Room 3中的非致癌风险危险熵(hazard quotient,HQ)不容忽视.终身致癌风险评估(incremental lifetime cancer risks,ILCR)显示不同人群暴露甲醛的ILCR均大于1×10-6,存在潜在健康风险.人群暴露乙醛的ILCR值仅青少年和老年人在Room 1中低于1×10-6.由此可见新建住房室内空气中醛酮类物质的污染所产生的健康效应不能忽视.
基于1960-2017年黄土高原47个气象站逐日降水量数据,对黄土高原极端降水量、极端降水日数和极端降水强度的时空演化特征进行了分析.结果显示:(1)黄土高原极端降水时空分布存在明显异质性.极端降水事件在全年发生频率不高(13.2％-46.1％),但对年降水量贡献突出(50.4％-91.4％).(2)1960-2017年黄土高原极端降水量和降水日数出现下降,但极端降水强度上升.在黄土高原干旱化的同时,极端降水在全年降水中的占比有升高趋势.作为黄土高原土壤侵蚀的主要驱动力,愈发增强的极端降水将会给该地区水土保持和地质灾害防治工作带来严峻挑战.(3)极端降水特征EOF分解第一模态反映了黄土高原极端降水的一致性变化,其空间分布特征可能受到了当地水汽条件及大气层结稳定度等大气动力效应的影响.第二模态反映了黄土高原极端降水的差异性变化,极端降水量和极端降水日数均大致以临夏—太原一线呈反相位变化,这种分布模式可能和地形因素密切相关.(4)黄土高原极端降水特征的年际变化受厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)活动的显著影响,厄尔尼诺年极端降水量偏低、日数偏少,拉尼娜年反之.
梅雨期持续性强降水是江淮地区重要的灾害天气,往往给降水地区带来巨大的生命与经济损失.2016 年 7 月 1—7 日,南京地区经历了一场历时 7 d的典型梅雨降雨过程,本文针对此次降水事件的大气水汽稳定同位素变化特征及其成因进行相关研究.研究发现:水汽稳定同位素的变化特征与大尺度有组织对流活动和大气环流有良好的对应关系.水汽稳定同位素随时间分别呈现δ18O的"U型"演化和过量氘的波动变化,二者在不同降雨阶段的演化特征可以指示产生降雨的天气系统的移动与切换,其中水汽过量氘随时间变化的极大值和极小值转折点分别反映了低涡系统开始与结束影响研究区、冷切变线消散、槽线过境以及台风外围水汽抵达研究区的时间.结果表明:多个天气系统连续作用于研究区及其带来的不同水汽源的持续供给,是此次梅雨期降水持续维持的重要条件.
蒸散发是陆面水循环的关键环节,在高寒、干旱生态环境中表现更加复杂.由于青海湖地区蒸发皿实测值存在数值偏大、长期观测器皿不统一的问题,本文采用Penman-Monteith(P-M)模型研究了青海湖地区天峻、刚察气象站潜在蒸散发的时空变化特征及影响因子.结果表明:(1)1967—2010年青海湖地区潜在蒸散发呈下降趋势,天峻站的平均下降速率为 0.807 mm ? a?1,刚察站为 0.499 mm ? a?1.(2)青海湖地区存在"蒸发悖论"现象,潜在蒸散发的主要影响因子存在地域差异:天峻为风速主导;刚察则由气温和风速共同主导.(3)与蒸发皿实测值的潜在机理相比,P-M模型更强调水汽输送条件的影响作用;在能量供给条件上,P-M模型与气温关系更密切,而蒸发皿实测值与日照百分率相关性更高.
本研究利用新疆伊犁地区雪岭云杉不同树干高度树轮样本建立树轮宽度年表,并尝试使用该年表进行历史气候重建.相关分析表明,10 m树干高度树轮年表与当年6—7 月平均最低气温相关显著,相关系数可达 0.585(P＜0.001).利用 10 m树干高度树轮标准化年表建立了研究区 1841—2014 年当年 6—7 月平均最低气温,重建方程稳定可靠.分析表明,重建序列出现了 5 个偏冷阶段和 4 个偏暖阶段.其中,1938—1965 年和 1866—1912 年分别是持续时间最长的偏冷和偏暖阶段.重建序列存在2.11 a、2.99—3.10 a、5.09 a、5.47 a、8.08 a、68.03 a的显著周期(P＜0.05).该重建序列的建立进一步证明了利用不同树干高度树轮年表开展气候重建的可能性.在野外采样环境允许的情况下,可以将树干更高处树轮样本纳入采样范围.
甲苯是最具代表的挥发性有机物(VOCs)之一,是PM2.5 和臭氧的前驱体,对人体呼吸系统和中枢神经系统有一定的损害,甲苯的去除可以有效地减轻大气环境污染问题和对人体健康的影响.锰基氧化物催化燃烧具有成本低、效率高、稳定性强和氧化还原性能良好等优点,成为治理甲苯的热点.用于甲苯去除的锰基催化剂的种类主要有单一锰氧化物、复合锰氧化物、负载型锰氧化物、钙钛矿型锰氧化物和整体锰氧化物五种.本文以甲苯催化氧化为目标,综述了以上五种锰基催化剂的性能和反应机理受催化剂种类、晶型、形貌、掺杂、负载等的影响,并对该领域未来的研究方向做出了展望.
锂被称为21 世纪改变世界的"绿色能源金属"和"白色石油", 战略意义显著.锂作为重要的战略资源, 广泛地应用于能源、化工、冶金、玻璃和陶瓷等产业.其中可充电锂电池广泛应用于便携式电子设备(如手机、摄影机、笔记本电脑)、交通运输工具(如电动自行车、新能源汽车)以及航空航天等领域, 是锂化合物最大的潜在应用增长区域.
人类的起源与演化一直是考古学及其他学科研究的重点.泥河湾盆地,是我国古人类文化的重要组成部分,在泥河湾盆地的许家窑-侯家窑遗址,正处于现代人起源、扩散的关键时期,为解决我国甚至东亚的现代人起源问题具有举足轻重的作用.前人对遗址进行过多次系统挖掘,开展了一系列不同方法的年代学工作,然而其文化层年代却有较大的争议.本文对许家窑-侯家窑遗址文化层的年代进行系统总结,通过对前人用不同测年方法获得年代进行综合对比.结果表明:不同方法测定的许家窑-侯家窑遗址文化层的年代差距过大,难以确定文化层的年代.许家窑-侯家窑遗址文化层的年代的不确定,严重影响了众多学者对于我国现代人起源的进一步研究.年代测量方法虽然众多,但是不同测年方法,有着不同的测年区间,因此后期需要根据许家窑-侯家窑遗址的年代区间来选择适合的测量方法,并使用不同材料来进行对比分析获得最为准确的年代.
小冰期水热配置模态在中国南北方存在明显差异,敏感响应于气候变化的高山湖泊在小冰期阶段水热变化模式仍缺乏研究.选取中国中部两个高山湖泊——太白山玉皇池与六盘山东海子的沉积物岩心为研究对象,基于总有机碳(TOC)、总有机氮(TN),碳氮比(C/N)等地球化学指标,并结合已发表的水文数据,重建了东海子和玉皇池近2 ka来的水热变化模态.结果显示:近2 ka气候变化主要受太阳辐射影响,在 900 AD之前,两个湖泊区域气候同为冷湿,中世纪暖期(900—1300 AD)转为暖干;在小冰期(1300—1800 AD)时期水热组合不同,东海子降水与温度呈同步下降趋势,主要受控于东亚夏季风,而处于东海子东南方向的玉皇池表现为降水的持续增加,可能受加强的印度季风和厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)的共同影响.
Background,aim,and scope As global warming intensifies,utilizing renewable energy sources to reduce carbon emissions becomes increasingly important.However,the development of renewable energy faces challenges from climate,such as the low wind speed event that occurred in the North Sea in Sep.2021.This event severely impacted the United Kingdom's offshore wind power generation and led to instability in the European energy market.Materials and methods In this study,ERA5 reanalysis data were used to examine the spatiotemporal variations in wind speed and the atmospheric circulation patterns related to the event.Official statistics on cumulative installed capacity and offshore wind power generation were used to analyze the role of the expansion of installed capacity in response to low wind events.Results The interannual variability and a long-term gradual decline in wind speed were found to be the physical causes of the low wind speed occurrence.A blocking high in the North Sea with a life span of 3—4 d also has a favorable impact on the likelihood of the low wind speed event.The anomalously warm ridge traveled slowly eastward,significantly blocking the westerly flow.The Arctic polar vortex was split by the warm ridge,resulting in the accumulation of cold air in northern Greenland and eastern Europe,and there was a decent possibility that a cold wave would emerge in Europe.Discussion The low wind speed events pose severe impacts on the UK's offshore wind power generation.Due to a highly consistent variation pattern of wind power resources across Europe,these impacts cannot be resolved by expanding the installed capacity.China's surface wind speed has been weakening over the past few decades as a result of climate change,principally because of a decrease in the power of the barometric pressure gradient.The impact of powerful El Ni?o events is also anticipated to enhance the interannual variability of wind speed in China.It is futile to solve the unpredictability and intermittency of wind resources by linking wind farms in various areas since on a broader time scale,the spatial variation in China's wind resources also displays similar patterns.As a result,China is experiencing difficulties with the growth of wind power similar to those in the UK.Conclusions Climate change has already posed challenges to the development of renewable energy,and these challenges will become increasingly severe as global warming continues.Therefore,it is essential to avoid aggressive approaches when deploying renewable energy policies.Recommendations and perspectives Addressing such events may require advancements in wind turbine technology,hybrid energy systems,and more refined wind resource assessments.
一直以来植物都是多领域的研究重点,随着非传统稳定同位素的不断发展,植物非传统稳定同位素研究日益增加.但因植物样品中有机物含量高,同位素分馏复杂,样品前处理及测定中存在诸多难题.本文对植物样品非传统稳定同位素工作中常用的前处理方法和测定技术进行了总结.综述了直接萃取法、湿法消解和高温灰化法的原理、操作和优缺点;以K、Ca、Mg、Fe、B等典型非传统稳定同位素为例介绍了非传统稳定同位素常用测定技术,旨在为植物样品的非传统稳定同位素测定进行梳理,最后对其应用方向和测试方法的发展方向进行了展望.
城市群作为区域发展战略核心和经济建设的引擎,是城市间相互协同,发挥聚集效应一体化城市群体.城市代谢系统是城市发展过程中物质、能量、货币和人类劳动力综合协调的自组织系统.城市代谢系统失调被认为是导致城市人口负荷过载、城市环境污染严重和资源过渡消耗等城市可持续发展问题的主要原因,因而通过社会—经济—生态等多维度指标构建对城市群可持续发展评价尤为重要.本文以闽三角城市群为研究对象,基于能值分析方法结合城市代谢理论,从不同维度系统分析闽三角城市群能值代谢状况及可持续发展水平,并对不同城市群间和城市群内进行对比分析.研究发现:(1)2010—2017年闽三角城市群总能值总体呈现上升趋势,且不可更新资源能值比重增幅较大,表明经济发展以资源消耗为主,对城市群生态环境产生负面影响.同时,人口增长、土地空间限制和生态经济可持续发展之间存在一定矛盾.(2)从不同城市群之间对比来看,闽三角城市群与环太湖城市群在资源利用率和经济产出方面略有差距,但在能值货币比率和环境承载力等指标方面表现较好,反映出闽三角城市群社会经济与生态环境较为协调,生态文明建设取得较好效果.(3)从城市群内部结构对比来看,厦门、泉州、漳州三个城市均处于健康发展状态,且厦门、漳州可持续发展能力远高于泉州.厦门因产业结构优势对外部资源依赖性最小,总体经济发展效率稳步提升,较好实现了经济发展与城市社会福祉提高之间协调发展.泉州以第二产业为主导,经济产出效率提升较快但发展效率偏低,其社会经济发展对生态环境造成较大压力.漳州产业结构较为平衡,区位优势和自然生态环境为其城市发展提供了较大潜力.
