肖 犇,贾洪伟,徐佳佳,亢燕铭,钟 珂

上海北侧区域海陆风对污染物扩散的影响

肖 犇,贾洪伟,徐佳佳,亢燕铭,钟 珂*

(东华大学环境科学与工程学院,上海 201620)

利用数值模拟方法研究了上海北侧区域海陆风对污染物扩散的影响,包括上海城郊-崇明岛-启东市区及这三区域之间的北支水道与南支水道.使用当量法表征太阳辐射和长波辐射引起的近地面空气热量变化,模拟结果与ECMWF再分析数据呈现较好的一致性.结果表明,在海风阶段,宽海(南支水道)、窄海(北支水道)区域都能形成海风,前者较后者发生时间早约1h;在陆风阶段,仅宽海两侧有陆风出现,其中来自上海陆地的陆风可以穿越宽海抵达崇明.海风对大气污染物扩散和稀释的效果取决于海风锋面与污染物的时空关系,当污染物位于锋面之前,则会被海风锋面卷入回流带至高空,海风起到清洁的效果;当污染物位于海风锋面之后,锋面后的海风则会将污染物推至内陆,造成持久的污染.陆风能将凌晨时分释放的污染物吹离上海陆地区域,但污染物会随着陆风登录崇明区域恶化当地空气质量;清晨时分释放的污染物只会被陆风吹至近海区域,并会随着之后的海风二次污染陆地区域.

复杂海陆地形；海陆风；数值模拟；空气质量

海陆风环流是发生在沿海地区的一种垂直于海岸的中尺度环流,其驱动力来源于陆地和海洋之间的温度差,并具有明显的日变化特征.通常在晴朗或微/静风天气发生,其昼/夜风向相反的特征,使沿海城市大气污染物在海岸线附近反复飘荡,易发生累积.研究结果[1-4]表明,沿海地区的空气质量与海陆风密切相关.

上海地处中国大陆海岸线中部,东濒东海,北界长江出海口,其大气污染物扩散特征受到海陆风强烈影响.由于海陆风易受地形影响[5-6],而上海北侧(崇明、宝山)、南侧(金山、奉贤)、东侧(浦东)的地形特征各不相同,因此这一区域的海陆风特征也有较大差异.2019年上海市生态环境公报[7]指出,上海西北侧地区是上海空气污染较为严重的区域,然而,关于上海海陆风特征及其海陆风日空气质量的研究主要集中在南侧和东侧地区,针对上海北侧的海陆风研究较少.原因是包括崇明岛的上海北侧地区地形复杂,涵盖上海城郊-崇明岛-启东市区及这三区域之间的北支水道与南支水道,开展研究需要较高的数据分布分辨率.

研究海陆风日的大气污染特征的方法主要有直接观测法、统计分析法和数值模拟[8].其中直接观测法[9-10]的结果较为准确,但观测点往往有限.统计分析法[11]多用于研究较长时间内的整体性变化.目前有越来越多的学者选择数值模拟方法研究海陆风, Allende等[12]基于WRF(气象研究与预报模式)程序的模拟结果表明海陆风的影响范围可达100km之外.Bei等[13]采用WRF-Chemistry耦合模式,研究了在京津冀发生的一次严重空气污染事件,发现海风环流可以缓解近地面的污染,但会使污染物在海湾上空再循环,恶化沿海地区的空气质量.WRF方法内置了大量的物理化学简化模型,使用便捷友好,但网格分辨率较低,最小网格尺寸为1km,难以对上海北侧地区这种复杂地形的海陆风进行详细研究.随着计算技术的快速发展,通常用于计算微尺度流场的CFD(计算流体力学)方法,现在可以模拟上百公里范围的流场.CFD方法的网格分辨率高,可以精细到米级.故可用于模拟研究上海北侧这种复杂地形下的海陆风特征.如Xu等[14]采用CFD方法,研究了离岸背景风条件下海陆风的形成过程以及污染物的扩散规律,对海陆风作用下大气污染物扩散机理进行了微尺度分析.为此,本文基于Fluent 19.0的有限体积法,建立海陆风的风场流动和换热模型,模拟研究上海陆地与崇明岛交接处海陆风演变过程和污染物扩散机制,为改善上海北侧这类复杂海陆地形分布下的海陆风日空气质量提供理论参考.

1 研究方法

1.1 数值模型与方法

本研究参考区域与命名方法如图1所示.可以看到,该区域自东北向西南,依次经过启东、长江口北支水道、崇明岛、长江口南支水道、宝山、上海市区、嘉定、青浦,包含了较宽、较窄海面和陆地间隔分布的地理形式.在本文中,分别将北支水道与南支水道简称为窄海与宽海,上海崇明岛单独称为崇明,宝山至青浦段合称为上海陆地.区域范围沿海岸线法向纵深约140km,是上海市北侧和西侧农业、工业及居住的密集区域,途径吴淞口国际邮轮港.两侧延展约30km.由于上海陆地北侧、崇明南北两侧及启东南侧的海岸线延伸方向均在西偏北37°左右,具有良好的对称性,因此本文将其简化为二维模型,仅考虑海岸线法向以及地面法向上的空气流动与传热情况.

图1 研究参考区域示意

图2 计算区域示意

计算区域如图2所示,铅直高度为5km,水平跨度为140km.依据大气边界的温度分布特性[15],将计算域沿高度方向分为自由层、逆温层、海洋层和近地层4个区域,污染物释放源位于距离宽海左岸17～18km,高度为100m的矩形区域(图2灰色区域).忽略计算区域与5km以上高空区域的热质输运过程及其对海陆风的影响,将计算区域的上下边界设为绝热边界,左右两侧为自由出口边界[16].在初始时刻,自由层、海洋层和近地层的温度分别为305,295和295K,逆温层自下而上由295K线性增至305K[17].整个计算区域的初始速度为零.采用当量法来表征近海(陆)面空气吸(放)热量的变化,根据上海地区春夏季实际太阳辐射的日变化与陆海下垫面的物性特征[18],采用用户定义函数(UDF)在近地层添加周期性热源项,以考虑下垫面的长波辐射条件变化所导致的近海(陆)面空气热量增加(升温)或减少(降温)过程.图3为当量热量随时间的变化曲线,模拟起始对应的时间为早上8:00.

图3 陆地、海洋近地层热流输入量随时间的变化

本文采用结构化网格对计算域进行划分,网格总数为122万个.湍流计算采用标准-两方程模型[20],压力与速度场耦合求解采用SIMPLE方法,梯度离散采用格林-高斯单元基准格式,压力离散采用PRESTO格式,动量、湍动能、湍流耗散率、能量项离散均采用二阶迎风差分格式.连续性方程、动量守恒方程、方程、方程的收敛残差标准为10-3,能量守恒方程的残差标准为10-6.

1.2 模型可靠性分析

为验证网格划分和计算方法的可靠性,基于ECMWF再分析数据,对流场求解和风速预测的有效性进行了比较验证.通过ECMWF(欧洲中期天气预报中心)获取了嘉定城区附近(东经121°15′00″-北纬31°22′30″)的10m高度风速再分析数据,并根据海陆风判别标准[21],筛选出2019年的16个上海陆地-宽海海陆风日,将16d风速的逐时平均值与模拟预测结果进行了对比,如图4所示,图中速度统计线上端、下端和灰色圆点分别对应再分析数据在该时段的最大值、最小值和平均值.可以看到,本文模拟结果与ECMWF再分析数据整体趋势基本一致,在0:00前后出现风向转变,海、陆风阶段结果吻合较好.这表明本文所采用的计算方法可以用于海陆风模拟研究.对于大气污染物扩散过程的计算方法,由于篇幅所限,不再给出具体的方程和参数设置,详见Wang等[22]的研究.

图4 模拟结果与ECMWF再分析结果比对

2 结果与讨论

为了避免初始条件对研究结果的影响,连续计算了多日海陆风情况,计算结果表明,初始条件对day2结果基本不产生影响,因此,以day2及之后的模拟结果为依据进行分析.

2.1 海陆风的演变特性

海陆温差是海陆风形成的根本原因,为此,图5给出了不同时刻典型高度处空气温度沿着水平位置的变化曲线(以计算域左端位置为原点,为便于分析,图下方标出了对应的地理位置).

如图5所示,早上8:00(图5(a))时,无论近陆面还是近海面的空气温度均较低,气温随着高度增加而增加,有着明显的接地逆温现象.而到了中午12:00 (图5(b)),因为陆海间的比热容差异,虽然陆海气温均升高,但是陆地空气的升温速率更快,而宽、窄海面上的气温已明显低于陆地区域,高度越低海洋气温越低、海陆温差越明显,其中宽海与陆地的温差最显著(约4K),而窄海与陆地的温差大约2K,均提供了海风的形成条件.此外,在自由羽流的混合作用下,陆地区域温度沿高度方向上的差异很小(将在图6中详细分析).

图5 典型高度处空气温度在不同时刻的空间分布曲线

至下午16:00(图5(c)),海风将海洋上方的冷空气不断输运至陆地,海洋气温持续升高,陆海温差减小.最后在晚上20:00(图5(d)),由于海风的输运与大气长波辐射散热,近陆地气温持续降低,最终50m及以下区域的陆地气温低于海洋气温,满足了陆风的形成条件.

夜间22:00(图5(e))时,宽海区域温度明显高于其他区域,其中上海陆地(30～75km)和崇明(91～113km)的近地面区域温度最低,与宽海之间存在明显温差(约2K).在0:00～4:00间(图5(f)至5(h)),海域和陆地区域的气温均在下降,其中宽海与上海陆地区域始终存在超过1K的温差,而与崇明区域的温差则有所减小.另外在整个夜间(图5(e)至5(h)),都未观察到窄海与其两侧陆地间存在显著温差.在高度方向上,高度越低的空气降温越明显,接地逆温现象形成并逐渐明显.

为分析不同区域海风的形成和发展特征,图6分别给出了上海陆地区域和崇明区域典型时刻近地面空气速度矢量.

由图6(a)的左侧可知,14:00时陆地区域出现显著的自由羽流(Free convection plume)[19]现象,这是由于被太阳辐射加热的地表通过对流换热使附近热空气升温,较热空气受浮升力作用逐渐上升,进而形成羽流结构.自由羽流的存在解释了图5中12:00以后陆地区域温度沿高度方向分布均匀的现象.下午15:00和16:00,海风从宽海区域吹向上海陆地(图中自右向左),陆地上的局部羽流也随着海风锋面的移动依次并入海风环流之中,锋面最大风速超过5m/s,这与穆海振等[23]的结果相近.

海风在崇明区域形成的时间晚于上海陆地,由图6(b)可以看到,16:00时崇明两侧均有来自宽海和窄海的海风形成,由于宽海面积比窄海大很多,与崇明间的温差也较大,因此宽海海风的驱动力始终比窄海海风大,宽海海风速度更大,推进距离更远.傍晚17:00,两股海风在崇明相遇(距左、右岸分别14km和6km),来自宽海的海风抑制了窄海海风的发展,并使其逐渐消失,与此同时,其本身速度也有所下降.

夜间,宽海两侧分别有来自崇明和上海陆地的陆风,因为崇明陆地区域面积有限,故产生于崇明的陆风比产生于上海陆地的陆风更早抵达宽海,为此,先讨论前者.图7(a)为崇明区域的陆风速度矢量图.由于崇明区域与窄海间温差始终很小(见图4, 22:00～4:00),未形成从崇明吹向窄海的陆风.而受宽海与右侧区域(崇明、窄海、启东)间整体温差(见图4,22:00)的作用,形成了自右(启东)向左(宽海)的陆风,陆风在23:00时遍布崇明全域,随后在0:00时抵达宽海区域.

图6 海风速度矢量图

图7 陆风速度矢量图

图7(b)是上海陆地区域陆风速度矢量图,可以看到上海陆地至宽海的陆风比来自崇明区域的陆风(图中黑框)约晚3h抵达陆海交界处,但风速明显大于来自崇明的陆风,因此当两股陆风在宽海上空相遇时,来自上海陆地的陆风压制了崇明陆风并穿过宽海一直向右(崇明方向)推进(3:00),于4:00左右登陆崇明区域.

对比图6和图7还可以看到,海风有着明显的回流,海风环流高度最高可达1.6～2km,而陆风回流不明显,陆风高度较低,在100m左右.因此以下分析海风和陆风的水平速度沿高度分布时采用不同高度坐标范围.

为详细分析海风及转换阶段的气流速度,图8分别给出了上海陆地-宽海、宽海-崇明以及崇明-窄海等3个海陆交界处,在不同时刻水平风速沿高度分布曲线,其中气流自左向右吹为正,反之为负.对比图8(a)～8(c)可以看到,上海陆地-宽海交界处(图8(a))的规律性较为明显,海风风速随高度增加而减小,在600m左右降低为0(即海风与其回流的转换高度),海风回流在1000m左右达到最高速度,而后随高度的增加而降低,不同时刻的风速空间分布特征相近.

可以看到,宽海-崇明交界处(图8(b))与崇明-窄海交界处(图8(c))的水平风速则较为混乱,原因是崇明同时受到来自相反方向的两股海风的影响.从图7(b)可以看到,在16:00与17:00时能观察到明显的来自宽海的海风(速度为正)与其回流,但是18:00近地面风速较小且风速为负,这是因为,尽管来自宽海的海风遭遇并压制了窄海海风(见图6(b)的17:00时),但其本身也被削弱,加之此时温差已满足陆风的生成条件,海风无后续动力.图8(c)中,窄海海风同样如此,在16:00时可观察到海风与其回流,而后生成风速较小的陆风.

图8 海风及转换阶段气流水平速度沿高度的分布

图9 陆风阶段气流水平速度沿高度的分布

图9是陆风阶段的气流水平速度沿高度分布曲线,如图9(a)所示,最大风速出现在30m高度处,80m高度左右风速将降为0.风速在3:00时较大,超过2.5m/s,随后逐步减小.直到7:00,太阳辐射使近地面空气升温,自由羽流逐渐出现,风速结构发生较大改变,陆风结束.对于崇明中心(图9(b))处,在0:00～2:00间,风向左吹,最大速度约1m/s,出现在40m高度左右.随后来自上海陆地的陆风抵达崇明,风在3:00时出现转向,在4:00时开始向右吹.

2.2 海陆风对污染物的扩散影响

嘉定城区是研究路线上人口较密集、城市发展程度较高的地点之一,与宽海的距离约17km,会受到海陆风影响,有利于研究海陆风对污染物的输运影响.因此本文将污染物释放源设置在嘉定城区所在地,为距离宽海左岸17～18km,高度为100m的矩形区域.由于海陆风具有明显的时间变化特征,不同时刻释放的污染气体的扩散特征不同,为此,本文设定分别在4个时间段释放2h污染物,然后停止释放并继续模拟22h,研究海陆风对污染物输运的作用.释放时段分别为:时段① (5:00～7:00) (陆风逐渐减弱的清晨)、时段② (11:00～13:00) (自由羽流阶段,海风即将发生的中午)、时段③ (17:00～19:00) (海风逐渐减弱的傍晚)和时段④ (23:00～1:00) (陆风即将发生的凌晨).

为考察污染物对各区域的影响,定义污染无量纲浓度为:

式中:表示监测区域;c()为污染物的面浓度,kg/m2,为污染源释放强度,kg/s;为污染物释放时间.

分析海陆风的发展过程对污染物扩散的影响,选取最能表征海陆风对污染物输运效果的时段②和③给出浓度分布情况,见图10.

图10 污染物浓度分布

图10(a)中的污染物释放时段②为11:00～13:00,可以看到,15:00时,自由羽流已将污染物从释放源附近带入高空.海风锋面推进至62km处并给经过的区域带来了干净空气,锋面将触及到的污染物卷入高空回流,而在海风未抵达区域,污染物依然受控于自由羽流.随后,在17:00时,海风穿过污染物所覆盖的区域,大多数污染物都被锋面卷入高空并吹向海面,陆地近地面的污染物浓度很低,仅有少量污染物被吹向内陆.19:00时,通过海风回流来到宽海的污染物位于1km以上区域,这些污染物将不会对宽海近地层和崇明近地层的空气质量产生明显影响.

图10(b)中的污染物释放时段③为17:00～19:00,此时海风已经深入内陆.21:00时,多数污染物被锋面后的海风夹带吹向左侧的上海陆地内陆,造成大面积污染,且浓度超过0.5.而当23:00陆风发生时,污染物又被陆风吹向右侧(宽海方向),然而,此时污染物已遍布上海陆地内陆,陆风无法将所有污染物吹离陆地,陆风的清洁效果降低.并且由于上海陆地陆风可穿越宽海到达崇明区域(图7b),于是,高浓度的污染物在2:00时,也随着陆风进入崇明区域,崇明区域的空气质量恶化.

上述分析表明,由于海陆风与时间的强相关性,导致不同时刻释放的污染物的扩散特征差别很大.为了更好地分析不同时段的污染物经过相同时间后的时空分布,引入相对时间,表示污染物开始释放后经过的时间,即:

式中:为当前时间点;0为污染物开始释放的时间点.

为分析比较污染物在各空间区域的含量,本文定义污染物含量占比为:

式中:表示各空气层区域,由于本文在4个时间段分别释放了2h污染物,故的取值原则如下:

表示某一空气层内的污染物占所有污染物的比例,即污染物在各空气层中的相对分布情况,以表明海陆风对污染物垂直分布的影响.

时段②释放的污染物,自释放起即受到自由羽流的控制,大量污染物被向上带入海洋层,近地层占比较低.随后从宽海吹来干净的海风,大部分污染物被海风锋面卷至较高区域,进入海洋层与逆温层,100m以下的近地层内污染物占比较小,说明海风对时段②释放的污染物起到了很好的清洁作用.

时段③释放的污染物在近地层的占比居高不下,空气品质始终较差,最严重时有超过95%的污染物一直处在近地层内,错过海风锋面的污染物被锋面后的海风吹至上海陆地内陆,部分污染物超出了之后陆风的影响范围,滞留在上海陆地近地层,污染物始终缺乏与海洋层的混合,造成近地层区域的持续污染.直到自由羽流出现(=17h),近地层的高占比才有所降低.

时段④释放的污染气体在近地层的占比也较高,主要原因是此时为海风向陆风的转换期,空气相对平静,污染物聚集在释放源附近,无法被大范围输运.随后陆风发生,但由于陆风高度较低且回流不明显,仅少量污染物进入至较高的海洋层,多数仍在近地层内随着陆风输运到崇明区域的近地层,因此整个近地层占比在自由羽流出现前(=11h)一直较高.

此外,由图11还可以发现,所有研究时段释放的污染物几乎都无法越过逆温层抵达自由层.

由于陆地上空100m以下空间(即近地层)的污染物对生产生活的影响程度最大.式(1)中的取上海近地层和崇明近地层,可以得到这两区域的污染物无量纲浓度随时间的变化曲线,见图12.在4组释放时段中,时段①和④污染物释放对应的时间点分别是陆风即将结束的清晨和陆风即将开始的深夜,前者对上海陆地近地层造成的污染程度相对严重(图12(a)中黑实线),但基本不会对崇明区域近地层造成明显污染(图12(b)中黑实线);而后者对上海陆地近地层造成的污染相对轻微(图12(a)灰虚线),但却会导致崇明近地层的严重污染(图12(b)灰虚线),即时段①为处于陆风后期的清晨阶段,陆风即将结束,持续释放的污染物无法被完全吹离,上海陆地近地层浓度的下降速度减缓,陆风消失后进入自由羽流为主导流场的时期(=5h),污染物向上输运,浓度短暂上升后逐渐下降,直到海风发生(=10h),吹至宽海的污染物还会随海风再次污染上海陆地,上海近地面浓度上升并维持在中等浓度.海风也会将位于宽海的污染物吹至崇明,但由于宽海-崇明海风发生时间稍晚,所造成的污染较轻.此外,清晨时段的陆风风速逐渐降低,仅能将污染物吹至宽海,于是此时段释放的污染物基本不会造成崇明地区的污染;时段④对应的深夜释放的污染物随后会被强劲的陆风吹离上海陆地,陆风起到了很好的清洁效果,但这些污染物会在5h后随陆风抵达崇明,造成崇明地区的空气质量下降.

图12 释放于不同时段的污染物浓度变化

时段②与时段③相隔6h,导致的上海陆地近地层污染却分别是最轻微(图12(a)黑虚线)和最严重(图12(a)灰实线)的,并且时段③还会造成崇明近地层的污染(图12(b)灰实线).两时段释放污染物的区别在于时段②的污染物是在海风锋面抵达污染源之前释放的,而时段③污染物释放时海风锋面已经经过了释放区域.海风锋面与污染物的时空关系决定了海风的效果.在锋面抵达前释放的污染物将被锋面卷入了上空,海风起到清洁作用,而在锋面抵达后再释放的污染物则会被锋面后的海风夹带推向内陆,海风恶化了近地面空气质量.

对于崇明近地层区域(图12(b)),时段③释放的污染物经过10h后抵达崇明,对崇明造成明显污染,2h后达到污染峰值.时段④释放的污染物则在5h后抵达崇明,同样2h后达到峰值.两个时段释放的污染物在崇明近地层的浓度峰值对应的时间分别是5:00和6:00,均为陆风逐渐结束的时刻.高度较低、回流不明显的陆风让污染物始终分布于近地层附近,加之来自上海陆地的陆风可以穿越宽海抵达崇明的特性,导致在与嘉定城区有着相似地理条件的其他上海区域释放的污染物,都可能会随着陆风的推进造成沿途崇明地区的空气污染,这与常规海陆分布地形的情况是不同的.

3 结论

3.1 在海风阶段,宽海(南支水道)、窄海(北支水道)区域都能形成海风,宽海海风较窄海海风发生时间早约1h.其中窄海-崇明海风较弱,在17:00与宽海-崇明海风相遇后将会逐渐消失.在陆风阶段,窄海区域无明显陆风出现,而宽海两侧均有陆风出现.受整体温差的作用,上海陆地陆风可以穿越宽海,抵达崇明与启东区域.

3.2 海风对污染物扩散影响效果取决于海风锋面与污染物分布的时空关系.如果锋面能够遇到污染物,则会将其卷入回流带至高空区域,起到扩散和清洁作用.但如若污染物位于海风锋面后方,海风则会将污染物推至内陆,造成持续性污染.

3.3 陆风通常总能将污染物吹离陆地区域,从而起到一定清洁作用,但最终效果与污染物的释放时段有关.对于在清晨时段释放的污染物,逐渐变弱的陆风只能将污染物吹至近海区域,而后的海风会将污染物吹回陆地造成二次污染.对于在凌晨时段释放的污染物,陆风可将大部分污染物吹离陆地,陆地空气质量将得到改善.但在上海北侧地区,由于来自上海陆地的陆风可以穿越宽海抵达崇明岛,因此陆风在改善上海陆地区域的空气质量同时却会恶化崇明区域的空气质量.

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Effects of land and sea breeze on pollutant diffusion in northern Shanghai.

XIAO Ben, JIA Hong-wei, XU Jia-jia, KANG Yan-ming, ZHONG Ke*

(College of Environmental Science and Engineering, Donghua University, Shanghai 201620, China)., 2022,42(4)：1552～1561

The north side of Shanghai has complex sea and land terrain and is a heavily polluted area. Numerical simulation method is employed to study the influences of sea and land breeze on pollutant diffusion in this area, including the zones of Shanghai suburb-Chongming Island-Qidong and the north branch channel and the south branch channel between the three areas. The equivalent method is adopted to characterize the near ground air heat change caused by solar radiation and long wave radiation. The simulations are in good agreement with ECMWF reanalysis data. The results show that the sea breeze forms in both the wide sea (South Branch waterway) and the narrow sea (North Branch waterway) regions during the sea breeze period, and the former one occurs about one hour earlier than the latter. During the land breeze period, only the two sides of the wide sea have obvious land breeze, among which land winds from Shanghai can cross the wide sea region to Chongming. The effect of the sea breeze on the diffusion and dilution of air pollutants depends on the temporal and spatial relationship between the sea breeze front and the pollutants. When the pollutants are discharged and accumulated before the sea breeze front, they will be drawn into the reflux zone by the front to the high altitude, and the sea breeze blows with a cleaning effect. Conversely, when the pollutants are emitted and dispersed behind the sea breeze front, the sea breeze will push the pollutants into the inland area and cause a lasting pollution process. The land wind blows the pollutants discharged at midnight away from the Shanghai land area, but the pollutants will enter the Chongming area with the land wind, and deteriorate the local air quality. The pollutants emitted in the early morning will only be blown to the offshore area by the land wind, and will pollute the land area again with the subsequent sea wind.

complex land and sea topography；sea and land breeze；numerical simulation；air quality

X51,P425.4+1

A

1000-6923(2022)04-1552-10

肖 犇(1997-),男,上海人,东华大学硕士研究生,主要从事城市大气环境研究.

2021-09-07

上海市科学技术委员会科研计划项目(19DZ1205005);国家自然科学基金资助项目(42075179)

*责任作者, 教授, zhongkeyx@dhu.edu.cn