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物理学报 2024年第15期73卷 154-161页

作者：齐凯朱星光王军夏国栋北京工业大学传热强化与过程节能教育部重点实验室暨传热与能源利用北京市重点实验室北京100124

在固体表面布置纳米结构是一种强化固-液界面传热的简单有效的方法.但是,当固-液界面相互作用较弱时,由于纳米结构并不能被液体浸润,纳米结构的存在反而会弱化固-液界面之间的传热,而外电场的施加则可以解决这一问题.本文基于分子动力... 详细信息

在固体表面布置纳米结构是一种强化固-液界面传热的简单有效的方法.但是,当固-液界面相互作用较弱时,由于纳米结构并不能被液体浸润,纳米结构的存在反而会弱化固-液界面之间的传热,而外电场的施加则可以解决这一问题.本文基于分子动力学模拟的方法,研究了纳米结构固-液界面在外电场作用下的传热特性.通过在2块平行金属板布置数量相同的正负电荷,产生垂直于板面的均匀电场,并在下层金属板上布置了不同尺寸的纳米结构.结果表明:在外电场作用下,纳米结构处会产生电润湿现象,固-液界面的润湿状态能够从Cassie态变为Wenzel态,界面处的Kapitza热阻长度明显减小,因而热流密度显著增大;当电荷量增至发生电冻结的临界值,液态水会产生电冻结现象,其热导率骤增至1.2 W/(m·K),热流密度也随之发生骤增;继续增加电场强度,由于电冻结现象的发生,固-液界面热阻则基本保持不变.

关键词：电润湿纳米结构外电场固-液界面热阻分子动力学

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有机污染物的高铁酸盐氧化去除强化技术研究进展

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环境科学研究 2022年第6期35卷 1323-1333页

作者：李宇程和发北京大学城市与环境学院地表过程分析与模拟教育部重点实验室北京 100871

高铁酸盐〔Fe(Ⅵ)〕是一种环境友好型水处理剂,可以有效氧化具有不饱和官能团的有机污染物,但Fe(Ⅵ)直接氧化法具有诸多缺点亟待改善,如Fe(Ⅵ)在酸性条件下易于自分解、在碱性条件下反应速率低等.开发Fe(Ⅵ)氧化的强化技术可以通过生成... 详细信息

高铁酸盐〔Fe(Ⅵ)〕是一种环境友好型水处理剂,可以有效氧化具有不饱和官能团的有机污染物,但Fe(Ⅵ)直接氧化法具有诸多缺点亟待改善,如Fe(Ⅵ)在酸性条件下易于自分解、在碱性条件下反应速率低等.开发Fe(Ⅵ)氧化的强化技术可以通过生成高活性的高价铁氧中间体〔Fe(Ⅳ)/Fe(Ⅴ)〕或活性自由基,提高有机污染物的去除效能.本文系统介绍了多种Fe(Ⅵ)氧化的强化技术去除有机污染物的效能、活性物种和机理.Fe(Ⅵ)可以被酸、还原剂等均相活化剂和二氧化硅、过氧化钙、碳质材料等异相活化剂活化为Fe(Ⅳ)/Fe(Ⅴ)以促进有机污染物的降解,也可以与氧化剂、含硫还原剂、紫外光、光催化体系联用,通过产生活性自由基等活性物种〔如羟基自由基(?OH)、硫酸根自由基(SO4??)、超氧自由基(O2??)等〕协同降解有机污染物.由于活性物种发生变化,Fe(Ⅵ)氧化的强化技术可以影响有机污染物降解产物的种类、分布及毒性.目前的研究仍存在一些不足,如多种Fe(Ⅵ)氧化的强化技术机理尚不明确或存在争议,Fe(Ⅵ)氧化的强化技术导致的有机污染物降解产物变化相关研究较少,对Fe(Ⅵ)氧化的强化技术在实际水体中的降解效能也兹待研究.此外,有必要进一步开发高效环保的Fe(Ⅵ)氧化的强化技术.

关键词：有机污染物高铁酸盐活化技术协同技术降解产物毒性

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拉丁美洲主要国家碳中和状况分析及对我国的启示

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地理与地理信息科学 2024年第2期40卷 106-115页

作者：崔倩杨晨朱江玲大连外国语大学欧洲语言学院辽宁大连116044 北京大学城市与环境学院北京大学生态研究中心地表过程分析与模拟教育部重点实验室北京100871

巴西、墨西哥、阿根廷和智利4个拉美国家社会经济发展与我国处于相似阶段,分析其碳排放特征、评估其碳中和政策的成效,对我国碳中和实现路径的探索具有借鉴意义。该文利用拉美4国的化石燃料碳排放、陆地碳收支等数据,分析其1990—2016... 详细信息

巴西、墨西哥、阿根廷和智利4个拉美国家社会经济发展与我国处于相似阶段,分析其碳排放特征、评估其碳中和政策的成效,对我国碳中和实现路径的探索具有借鉴意义。该文利用拉美4国的化石燃料碳排放、陆地碳收支等数据,分析其1990—2016年碳排放及陆地生态系统碳收支特征及驱动因素;系统梳理拉美4国长期减排目标相关政策规划,采用情景分析方法评估各国2017—2050年的减排成效和碳中和状况。研究表明:①经济增长和人口膨胀是驱动拉美4国碳排放量上升的主要原因,但墨西哥、阿根廷和智利的能源强度变化一定程度上抑制了碳排放量增加;陆地生态系统碳收支主要受毁林活动强度和森林碳汇功能影响,巴西、阿根廷因毁林活动较强远离碳中和目标,但墨西哥和智利的陆地生态系统能吸收部分化石燃料碳排放,其中智利大致接近碳中和状态。②情景预测结果显示,现有政策规划可实现巴西2025年和2030年阶段性目标、阿根廷2030年阶段性目标以及智利2050年碳中和目标,可使巴西基本接近2050年碳中和目标,但在实现阿根廷2050年碳中和目标以及墨西哥各阶段性目标上存在困难。基于研究结果提出我国在碳中和实现路径和方案探索中,应注重推动能源结构整体优化、持续提升能源利用效率、充分发掘陆地生态系统碳汇潜力等建议。

关键词：碳中和化石燃料陆地生态系统碳排放碳汇

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植物功能生物地理学的研究进展与展望

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植物生态学报 2023年第2期47卷 145-169页

作者：李耀琪王志恒北京大学城市与环境学院北京大学生态研究中心地表过程分析与模拟教育部重点实验室北京100871 西交利物浦大学理学院江苏苏州215123

功能生物地理学研究性状及其多样性的时空分布变化、生态成因及其对生态系统功能的影响。近十来年,功能生物地理学领域发展迅速,性状数据呈指数增长,基于性状探索物种分布、群落结构和组成以及生态系统功能对环境变化响应的研究取得了... 详细信息

功能生物地理学研究性状及其多样性的时空分布变化、生态成因及其对生态系统功能的影响。近十来年,功能生物地理学领域发展迅速,性状数据呈指数增长,基于性状探索物种分布、群落结构和组成以及生态系统功能对环境变化响应的研究取得了重要进展。该文综述了植物功能生物地理学的核心内涵、发展历史、主要研究进展和未来展望。性状是功能生物地理学的研究核心,该文先总结了植物叶、茎、根、花、果实和种子等器官和整株关键性状的地理格局及其与环境间的关系,表明性状变异是植物适应进化和环境筛选的结果;概述了功能多样性的常用指标、地理分布与生态成因;介绍了性状数据的主要来源与性状缺失值的填充方法。随后,综述了植物性状间的关联与权衡,重点介绍了叶经济谱和植物经济谱的发展,指出其反映了植物对关键资源(如碳、养分和水分)的获取与分配策略;概述了基于性状预测物种分布的依据与进展,以及性状多样性与生态系统功能间的关系。在此基础上,提出了功能生物地理学研究所面临的挑战,强调未来研究要关注多性状在种内和种间的协同与权衡关系,将研究精度从物种水平推进到个体水平,采用性状网络等方法定量化性状间的关系及其对环境变化的响应,关注植物跨尺度的适应;并指出如何将现有的研究进展应用于新一代植被模型的改进,指导基于功能的植物多样性保护等是未来研究的重点和难点。

关键词：性状地理格局经济谱权衡生物地理学生物多样性

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1982-2014年华北及周边地区生长季NDVI变化及其与气候的关系

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北京大学学报（自然科学版） 2021年第1期57卷 153-161页

作者：张新悦冯禹昊曾辉唐志尧北京大学城市与环境学院地表过程分析与模拟教育部重点实验室北京100871

利用690个气象观测站数据和1982-2014年GIMMS NDVI 3g数据,运用趋势分析、小波偏互相关分析、偏相关分析和滞后分析方法,探究华北及周边地区33年来生长季(5-10月)NDVI的变化规律及其与气候的关系,得到如下结论。1)33年来,研究区植被生... 详细信息

利用690个气象观测站数据和1982-2014年GIMMS NDVI 3g数据,运用趋势分析、小波偏互相关分析、偏相关分析和滞后分析方法,探究华北及周边地区33年来生长季(5-10月)NDVI的变化规律及其与气候的关系,得到如下结论。1)33年来,研究区植被生长季活动整体上显著增强,生长季NDVI由20世纪80年代的平均0.44升至2010年以来的0.49;生长季NDVI在研究区中部区域快速增长,而在西北部荒漠地区下降。2)研究区生长季NDVI的上升得益于温度升高和降水增加,其中降水的影响更大;研究区NDVI与气温在大部分地区正相关;除研究区东南部地区外,NDVI与降水有很强的正相关关系。3)在15天的时间分辨率尺度下,研究区大部分地区生长季内NDVI对温度的响应无明显滞后,或存在1期(15 d)滞后,对降水的响应存在1~2期(15~30 d)滞后,因此从总体上看,华北及周边地区植被生长对温度的响应比对降水的影响更迅速。

关键词：时空格局气候因子 NDVI 小波分析时滞华北地区

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青藏农村生活能源结构及一次PM_(2.5)排放估算

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科学通报 2021年第15期66卷 1900-1911页

作者：沈国锋熊瑞程和发陶澍北京大学城市与环境学院地表过程分析与模拟教育部重点实验室北京100871

在我国农村地区,生物质和煤炭等固体燃料被广泛地用于居民生活炊事和取暖等活动,对区域空气质量、室内空气和居民健康产生危害.本研究基于在青藏农村地区开展的能源消耗实地调研,分析了两地农村居民生活能源消费结构,测算了农村生活燃... 详细信息

在我国农村地区,生物质和煤炭等固体燃料被广泛地用于居民生活炊事和取暖等活动,对区域空气质量、室内空气和居民健康产生危害.本研究基于在青藏农村地区开展的能源消耗实地调研,分析了两地农村居民生活能源消费结构,测算了农村生活燃烧源一次细颗粒物的排放量.研究表明,在西藏和青海农村家庭的炊事活动中,27%和8%的时间用气或电,而大部分时间仍使用固体燃料.西藏地区农村生活能源消费中,薪柴和畜粪消耗量分别占44%和53%.在青海省农村地区,薪柴和畜粪的消耗量占比分别是17%和37%.西藏和青海农村居民生活能源消费总量388.22万t(380.41万t~396.11万t)和428.27万t(327.86万t~530.60万t).炊事和取暖消耗燃料总量几乎相当.在市级层面,就某一种燃料而言,其消耗量与人口并没有显著的相关关系(P>0.05),但是居民生活燃料总消耗量与人口数之间有非常显著的正相关关系(r=0.993,P<0.001),反映出户均能源消费量基本相近.根据调查的能源消耗量,初步测算的青海和西藏地区农村居民生活源排放的一次PM_(2.5)分别是3.21万t(四分位区间为3.19万t~3.34万t)和4.27万t(3.31万t~5.37万t).

关键词：生活能源生物质农村青藏地区 PM_(2.5)排放

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张掖市城区大气细颗粒物PM_(2.5)的化学组成及来源解析

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环境科学 2022年第12期43卷 5367-5375页

作者：潘成珂黄韬高宏常莉敏宋世杰毛潇萱王佳欣赵渊马建民兰州大学资源环境学院甘肃省环境污染预警与控制重点实验室兰州730000 北京大学城市与环境学院地表过程分析与模拟教育部重点实验室北京100871

为研究张掖市城区大气细颗粒物(PM_(2.5))的污染特征和来源,于2020年9月至2021年7月在张掖市城区的河西学院和湿地博物馆2个采样点进行了PM_(2.5)样品采集,对PM_(2.5)浓度、化学组成(水溶性无机离子、碳质组分和元素)和来源进行分析.结... 详细信息

为研究张掖市城区大气细颗粒物(PM_(2.5))的污染特征和来源,于2020年9月至2021年7月在张掖市城区的河西学院和湿地博物馆2个采样点进行了PM_(2.5)样品采集,对PM_(2.5)浓度、化学组成(水溶性无机离子、碳质组分和元素)和来源进行分析.结果表明,河西学院和湿地博物馆两个采样点的年均ρ(PM_(2.5))分别为(73.7±31.8)μg·m^(-3)和(68.1±33.3)μg·m^(-3),季节浓度均值均呈现春季>冬季>秋季>夏季的变化.河西学院采样点的二次水溶性无机离子(SO_(4)^(2-)、NO_(3)-和NH_(4)+)年均值高于湿地博物馆.河西学院采样点的ρ(OC)和ρ(EC)分别为(9.6±5.7)μg·m^(-3)和(2.9±1.6)μg·m^(-3),湿地博物馆采样点的年均ρ(OC)和ρ(EC)分别为(9.2±5.8)μg·m^(-3)和(2.5±1.3)μg·m^(-3),河西学院的含碳组分在各季节均高于湿地博物馆.河西学院和湿地博物馆两个采样点的年均二次有机碳(SOC)在OC中的质量分数分别为49.4%和43.7%,表明张掖市存在较为严重的二次污染.河西学院和湿地博物馆两个采样点的元素浓度年均值分别为(6.0±3.5)μg·m^(-3)和(5.8±3.9)μg·m^(-3),受到人为源的影响,Zn、Ca、Al和Fe等元素浓度水平相对较高.正定矩阵因子分解模型(PMF)结果表明,张掖城区PM_(2.5)的主要贡献源为二次气溶胶(28.0%)、交通源(25.8%)、扬尘源(15.2%)、燃煤源(14.0%)、生物质燃烧和垃圾焚烧源(12.5%)和工艺过程源(4.5%).

关键词： PM_(2.5) 张掖市化学组成正定矩阵因子分解模型(PMF) 源解析

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基于自然的碳达峰、碳中和解决方案:关键议题

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生态学报 2023年第9期43卷 3384-3391页

作者：顾恬玮彭建北京大学深圳研究生院城市规划与设计学院城市人居环境科学与技术重点实验室深圳518055 北京大学城市与环境学院地表过程分析与模拟教育部重点实验室北京100871

实现碳达峰、碳中和是我国生态文明建设的重点战略方向。按照“目标设计-要素布局-方案实施”的基本逻辑,可以对碳达峰、碳中和的工作要点进行系统梳理。基于自然的解决方案(Nature-based Solutions,NbS)是国际社会普遍认可的生态恢复... 详细信息

实现碳达峰、碳中和是我国生态文明建设的重点战略方向。按照“目标设计-要素布局-方案实施”的基本逻辑,可以对碳达峰、碳中和的工作要点进行系统梳理。基于自然的解决方案(Nature-based Solutions,NbS)是国际社会普遍认可的生态恢复前沿理念,具备可持续性、系统性、尺度性、适应性四方面核心特质,能够有效回应“双碳”目标的工作要求。碳达峰、碳中和与NbS在目标导向和实践思路上高度契合,二者均以可持续发展为主要目标,NbS八项实施准则亦能够为“双碳”工作的积极推进提供全面系统的行动框架。结合NbS实施准则,具体提出基于自然的碳达峰、碳中和八大关键议题:(1)统筹减污降碳协同增效的政策体系;(2)强化尺度级联的传导机制;(3)构建基于自然的固碳途径;(4)完善多元化的碳汇交易;(5)兼顾社会公平的参与机制;(6)促进基于权衡的路径选择;(7)创新动态连续的监测手段;(8)推动NbS在“双碳”领域主流化,以期支撑国家碳达峰、碳中和可持续解决方案的落实。

关键词：碳达峰碳中和基于自然的解决方案关键议题

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农田土壤碳循环过程及其量化方法

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环境科学 2023年第12期44卷 6857-6868页

作者：孙昭安朱彪潍坊学院种子与设施农业工程学院山东省高校生物化学与分子生物学重点实验室潍坊261061 北京大学生态研究中心城市与环境学院地表过程分析与模拟教育部重点实验室北京100871

已有研究表明除了作物碳(根际沉积碳和秸秆碳)对农田土壤有机碳(SOC)的输入外,土壤碳还来源于土壤自养微生物固定SOC的贡献以及土壤无机碳(SIC)的固定(无机化学途径和微生物的生物矿化途径).农田SOC的高低主要受到外源作物碳输入和原有... 详细信息

已有研究表明除了作物碳(根际沉积碳和秸秆碳)对农田土壤有机碳(SOC)的输入外,土壤碳还来源于土壤自养微生物固定SOC的贡献以及土壤无机碳(SIC)的固定(无机化学途径和微生物的生物矿化途径).农田SOC的高低主要受到外源作物碳输入和原有SOC分解的平衡作用.作物碳输入在短期内通常促进SOC的分解,呈现正(根际)激发效应.通过整合分析主要作物的根际激发效应和秸秆还田的激发效应的研究,发现作物根系生长和秸秆还田引起的(根际)激发效应大小平均值分别为75%和67%.尽管秸秆还田通过激发效应引起SOC分解的额外释放,但是土壤残留秸秆碳通常大于激发效应导致SOC的额外损失,因此秸秆还田可能增加SOC的储量.在农田系统中,秸秆碳和根际沉积碳往往共存,这导致土壤碳输入和输出至少有3个碳源(根际沉积碳、秸秆碳和土壤碳),由于多碳源体系的区分方法存在挑战,目前这两种作物碳(根际沉积碳和秸秆碳)对SOC分解的激发效应影响是不清晰的.最后,提出了新量化方法,可以多源区分根际CO_(2)排放以及SOC中作物碳输入的碳源,以及区分碱性土壤中无机化学和微生物途径对SIC的贡献.研究有助于提高对农田土壤SOC和SIC输入和输出途径的理解,以及农田土壤碳平衡评估的精确度.

关键词：土壤碳根际沉积碳激发效应秸秆还田多碳源体系

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基于过程法研究虚拟岩心结构参数对低频激发极化效应的影响

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地球物理学报 2025年第3期68卷 1148-1162页

作者：马铭赵建国毛玉蓉闫博鸿叶麦克肖增佳李智王斌中国石油大学(北京)油气资源与工程全国重点实验室北京102249 长江大学油气资源与勘探技术教育部重点实验室武汉430100

不含金属矿物的多孔介质低频激发极化效应与结构参数密切相关,为了明确结构参数对激发极化效应的影响,本文结合过程法和复电导率数值模拟技术进行分析.首先,基于过程法的成岩和压实过程重构了不同结构参数的虚拟岩心;然后,分析了粒径和... 详细信息

不含金属矿物的多孔介质低频激发极化效应与结构参数密切相关,为了明确结构参数对激发极化效应的影响,本文结合过程法和复电导率数值模拟技术进行分析.首先,基于过程法的成岩和压实过程重构了不同结构参数的虚拟岩心;然后,分析了粒径和压实系数变化对结构参数的影响;之后,提出将压实过程等效为颗粒体积膨胀过程,并引入等效粒径来表征压实系数;最后,将双电层贡献的表面复电导平均在颗粒体积上,进而在代表性体积单元中求解电场拉普拉斯方程获得多孔介质的等效复电导率.结果表明:压实系数在[0.14,0.22]之间变化时,结构参数将受到显著影响;电化学极化弛豫峰对应的相位值与单位孔隙表面积比体积正相关;随着压实系数的增加,电化学极化和Maxwell-Wagner极化都将增强,且两种极化过程之间或出现第二个特征弛豫峰;此外,正交电导率与结构参数之间的变化规律不是单调的.该研究将为从激发极化测量结果预测多孔介质的结构参数提供依据.

关键词：过程法压实系数等效粒径结构参数复电导率激发极化

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