非点源污染环境模型(ANSWERS-2000)研究现状

ANSWERS-2000是一个以分布式参数、物理学基础、连续模拟农田或流域为尺度的山地规划模型,目的是评价农业和城市最优化经营管理措施(BMPs)对减少沉积物和养分进入地表径流及减少养分从根区流失的影响。该模型是专门为缺乏实测数据,无法对模型所需数据进行校正的流域规划者使用的。模型将整个研究区域模拟划分为面积相同的栅格(1 hm2或更小),假定同一栅格内所有特性(表层和下层土壤特性、植被、地表条件、农作物管理和气象条件)都相同。模型利用不连续的降雨数据,模拟水文过程,在径流事件内以30 s为步长,在径流事件间则以1 d为步长。模型能够预测截流、地面保水力/滞留力、渗透、浸透、沉积物分离和混合粒径等级粒子的运输、农作物生长、植物吸收营养物质、土壤中N、P的动态变化、硝酸盐淋滤及受土壤条件、养分条件、植被和水文条件影响的硝酸盐、铵态氮、凯氏法测定的总氮、磷的流失量。模型采用基于ArcInfo的用户界面,便于数据文件的建立和处理。

基于TM的渤海海岸带1988~2000年生态环境变化

海岸带作为海陆之间的过渡地带,是全球生态环境最为复杂和特殊之处。研究海岸带土地利用变化对于了解该区域生态环境演变具有重要意义。利用1988和2000年的Landsat-TM数据,在GIS技术支持下,通过一系列空间分析,得到渤海海岸带土地利用/土地覆盖变化,结合社会经济统计资料分析该区域生态环境的动态变化情况及其驱动因素。结果表明,1988~2000年,由于渤海海岸带社会经济的快速发展,海岸带土地利用格局发生了巨大的变化。耕地大面积减少,城乡工矿用地、养殖池塘、盐田急剧扩张;林地、湿地等具有重要生态价值的土地类型面积显著下降。表明强烈的人类活动已经使自然生态系统受到破坏,渤海海岸带生态环境质量总体上呈现下降趋势。

Frequency limitation in the calibration of microwave test fixtures

The problem of frequency limitation arising from the calibration of asymmetric and symmetric test fixtures has been investigated. For asymmetric test fixtures, a new algorithm based on the thru-short-match (TSM) method is outlined. It is found that the conventional TSM method does not have any inherent frequency limitation, but using the same procedure with an unknown match may lead to the said problem. This limitation can be avoided by using a different algorithm. The various calibration methods for symmetric test fixtures using known standards are also discussed and the origin of the frequency limitation is identified. Several ways in avoiding the problem are proposed. There is good agreement between the theories and experimental data.

Industrial development and land use/cover change and their effects on local environment: a case study of Changshu in eastern coastal China

The interactions among industrial development, land use/cover change (LUCC), and environmental effects in Changshu in the eastern coastal China were analyzed using high-resolution Landsat TM data in 1990, 1995, 2000, and 2006, socio-economic data and water environmental quality monitoring data from research institutes and governmental departments. Three phases of industrial development in Changshu were examined (i.e., the three periods of 1990 to 1995, 1995 to 2000, and 2000 to 2006). Besides industrial development and rapid urbanization, land use/cover in Changshu had changed drastically from 1990 to 2006. This change was characterized by major replacements of farmland by urban and rural settlements, artificial ponds, forested and constructed land. Industrialization, urbanization, agricultural structure adjustment, and rural housing construction were the major socio-economic driving forces of LUCC in Changshu. In addition, the annual value of ecosystem services in Changshu decreased slightly during 1990-2000, but increased significantly during 2000-2006. Nevertheless, the local environmental quality in Changshu, especially in rural areas, has not yet been improved significantly. Thus, this paper suggests an increased attention to fully realize the role of land supply in adjustment of environment-friendly industrial structure and urban-rural spatial restructuring, and translating the land management and environmental protection policies into an optimized industrial distribution and land-use pattern.

Analysis of arable land loss and its impact on rural sustainability in Southern Jiangsu Province of China

Rapid urbanization and industrialization in southern Jiangsu Province have consumed a huge amount of arable land. Through comparative analysis of land cover maps derived from TM images in 1990, 2000 and 2006, we identified the trend of arable land loss. It is found that most arable land is lost to urbanization and rural settlements development. Urban settlements, rural settlements, and industrial park-mine-transport land increased, respectively, by 87 997 ha (174.65%), 81 041 ha (104.52%), and 12 692 ha (397.99%) from 1990 to 2006. Most of the source (e.g., change from) land covers are rice paddy fields and dryland. These two covers contributed to newly urbanized areas by 37.12% and 73.52% during 1990-2000, and 46.39% and 38.86% during 2000-2006. However, the loss of arable land is weakly correlated with ecological service value, per capita net income of farmers, but positively with grain yield for some counties. Most areas in the study site have a low arable land depletion rate and a high potential for sustainable development. More attention should be directed at those counties that have a high depletion rate but a low potential for sustainable development. Rural settlements should be controlled and rationalized through legislative measures to achieve harmonious development between urban and rural areas, and sustainable development for rural areas with a minimal impact on the ecoenvironment. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

贵阳市中心城区大气中不同形态汞的研究

汞，是一种人体非必需的有毒重金属元素，一种全球性污染物，其全球生物地球化学循环演化规律的研究是目前环境科学领域的热点问题。汞在大气中的行为对其全球生物地球化学循环起着极其重要的控制作用。因此，关于大气汞循环演化规律的研究已经成为目前汞全球生物地球化学研究的热点问题。大气中的汞主要分为三类，即气态单质汞（GEM）、活性气态汞（RGM）和颗粒态汞（TPM）。各种形态汞的物理化学性质不同，在大气中的行为存在显著的差异。研究大气中不同形态汞的分布特征，对于正确认识汞在大气中的循环演化规律意义重大。目前中国是全球人为活动向大气释汞最多的国家，而城市区域是人为活动的中心地带，城市大气汞污染形势严峻。因此，开展城市大气中不同形态汞的研究对于评价与预测城市环境汞污染特征以及正确认识大气汞的局地、区域、全球循环演化规律具有重要的理论与实际意义。 本论文选取贵州省省会贵阳市的中心城区作为研究区域。贵阳市（东经106º07´~107º17´，北纬26º11´~27º22´）位于中国西南地区正好处在环太平洋汞矿化带中，能源消耗以煤炭为主，大气环境污染属煤烟型污染，常年影响大气环境质量的主要污染物是二氧化硫和可吸入颗粒物。本论文的研究工作包括：⑴2004年4月～12月在中国科学院地球化学研究所建立与完善了大气中气态总汞（TGM）、GEM、RGM、TPM的采集与分析方法，并测定了大气和雨水中不同形态汞的含量，对大气汞的干、湿沉降通量进行了估算；⑵2005年4月～2006年1月在贵阳市中心城区的居民区、商业区、工业区、游览区4个功能区各设1个研究点，农村设1个对照点，按春、夏、冬3个季节研究了大气中GEM、RGM、TPM的分布特征，估算了贵阳市中心城区大气汞的干沉降通量，并利用高分辨透射电子显微镜（HR–TEM）分析技术对冬季各采样点TPM的来源作了定性识别；⑶测量了中心城区表层土壤和某些植物的总汞（THg）含量，探讨了大气汞对中心城区地表生态系统的污染效应。通过本论文的研究，得出以下主要结论： 1.在国内外研究基础上，建立了金捕汞管–冷原子荧光光谱法（CVAFS）测定大气中TGM的方法、微型捕集管–CVAFS测定大气中TPM的方法、镀KCl直形扩散管–金捕汞管串联采集RGM与GEM的方法。每种形态汞的测量技术水平都在pg•m-3量级。并在国内首次实现了对城市大气中GEM、RGM、TPM的同步测量。 2.2005 ~ 2006年间贵阳市中心城区大气中GEM、RGM、TPM的平均浓度分别是9.11 ng•m-3、132.4 pg•m-3、1.02 ng•m-3，均为对照点的1.5倍，都显著高于全球背景参考值1.5 ~ 2.0 ng·m-3、< 10 pg•m-3、1 ~ 86 pg•m-3。3种形态汞的季节、昼夜与空间分布特征如下：⑴GEM：①季节平均浓度表现为冬季＞夏季＞春季，居民采暖燃煤释放是造成冬季GEM浓度高的主要原因。②春、夏非采暖季受释放源及其排放方式、自身物理化学性质与气候条件等因素的影响一般是夜间高于白天；冬季则受居民白天采暖燃煤影响主要表现为白天高于夜间。③年平均浓度，工业区＞居民区＞商业区＞游览区＞对照点。⑵RGM：①季节平均浓度表现为春季＞夏季＞冬季，气候条件对RGM的影响较大。②受白天释放源、自身物理化学性质、大气氧化强度与气候条件等因素的影响，春、夏、冬3季一般都为白天高于夜间。③年平均浓度，商业区＞工业区、居民区＞游览区、对照点。⑶TPM：①季节平均浓度表现为冬季＞夏季＞春季，居民采暖燃煤释放是造成冬季TPM浓度高的主要原因。②受释放源及其排放方式、自身物理化学性质与气候条件等因素的影响，春、夏、冬3季一般都为夜间高于白天。③年平均浓度，工业区＞居民区＞商业区＞对照点＞游览区。④TPM受局地释放源的影响显著，而燃煤释放是其冬季的普遍来源。 3.2005 ~ 2006年间不同形态汞在贵阳市中心城区大气中的含量分布为GEM（89.8 %）> TPM（8.8 %）> RGM（1.5 %），其中（RGM + TPM）占大气总汞（TAM）的比例略高于对照点的10.0 %，但显著高于全球背景参考值1 ~ 5 %，说明贵阳市中心城区大气汞向地表生态系统的沉降通量相对背景区较大。因为尽管RGM、TPM在大气中的含量很低，但正是它们控制了大气汞向地表生态系统的沉降速率。 4.2005 ~ 2006年间贵阳市中心城区各功能区及对照点大气中不同形态汞日均浓度的相关关系大多数都表现为不显著，表明在贵阳市中心城区及对照点大气中不同形态汞的来源可能是多元化的。 5.2005 ~ 2006年间贵阳市中心城区大气中GEM、RGM、TPM的干沉降通量平均值分别为28.7 μg•m-2•yr-1、10.4 μg•m-2•yr-1、160.9 μg•m-2•yr-1，均为对照点的1.5倍，其中TPM控制了大气汞向地表生态系统的干沉降通量；TAM干沉降通量平均值为200.1 μg•m-2•yr-1，其时空差异表现为冬季＞春季＞夏季和工业区＞居民区＞商业区＞对照点＞游览区。 6.经估算，2005 ~ 2006年间在贵阳市中心城区面积范围内大气汞干、湿沉降总量为54.7 kg•yr-1，它仅占燃煤向大气排汞量（以2003年为例，贵阳市中心城区燃煤向大气排汞量为334 kg•yr-1）的16.4 %，说明贵阳市中心城区的大部分大气汞仍然停留在大气中，最终将经由大气进行长距离迁移，散布到更广的区域。 7.在中国科学院地球化学研究所，2000 ~ 2006年间的大气TGM污染程度呈逐年递增趋势；2004年大气汞的干沉降通量为16.5 ng•m-2•h-1，高于湿沉降通量12.2 ng•m-2•h-1。 8.贵阳市中心城区及对照点不同类型土壤THg含量的几何平均值分别是0.370和0.276 mg•kg -1，都高于贵阳市土壤汞背景值0.201 mg•kg -1。土壤释汞是贵阳市大气气态总汞的一个重要自然源，而土壤THg含量是土壤释汞的最主要影响因子。因此，为了提高城乡居民的生活环境质量，更为了保护城乡居民的健康，非常有必要采取防治措施来降低贵阳市中心城区及对照点的土壤汞污染。 9.贵阳市中心城区苔藓THg平均含量为0.258 mg•kg -1，为对照点的1.5倍；中心城区某些常见的木本植物叶片THg含量范围是 0.068 ~ 0.181 mg•kg -1，木本植物叶片吸收大气汞的能力表现为落叶植物＞常绿植物。苔藓、梧桐叶片中的THg含量与其生长时期的大气汞浓度密切相关，能够指示区域大气汞的污染现状与空间分布规律。

1980-2000年中国LUCC对气候变化的响应

基于中国1980-2000年气候数据及两期土地利用／土地覆盖(LUCC)数据,利用Holdridge植被生态分区模型、重心模型及土地利用程度模型,分析气候变化及人类活动对中国植被覆盖及土地利用的影响程度及变化趋势。1980-2000年间,中国大部分地区温度升高,降水增多。气候变化不仅影响了中国植被群落分区,更进一步影响了植被群落的生长状况;东北、华北、内蒙古高原等区域未利用土地型向草地和灌木生态类型转换,草地和灌木型生态类型向林地和耕地型转换;又因为1980-2000年间中国经济的发展,东部沿海区域城市乡村建设用地及交通用地的增多,使土地利用类型南农业耕地型向建设用地型发展,导致土地利用程度指数的升高。气候变化及经济发展的双重作用,导致中国土地利用程度重心20年来向东北方向移动了54km,东西方向土地利用程度偏移强度,气候占81％,人类活动占19％,南北方向土地利用程度偏移强度,气候占85％,人类活动占15％。