APEC期间北京及周边城市AQI区域特征及天气背景分析

利用环境监测总站公布的监测资料,分析2014年11月1日至15日,即北京举办亚太经合组织(Asia-Pacific Economic Cooperation,APEC)会议期间北京及周边地区空气质量演变及区域特征,结合中国气象局官方发布的同期气象要素和天气形势图,探讨天气背景对APEC期间空气质量改善的影响,结果表明:1强化减排措施实施期间,北京及周边地区良好和轻度污染的天数相对较多,而强化减排措施终止后,重度和严重污染的天数明显增多,表明强化减排措施对北京及周边城市局地空气质量的改善贡献明显;2强化减排措施实施初期,受逆温层的影响,北京及周边城市空气质量指数迅速上升,说明在不利的天气背景下,即便有强化减排措施,污染物也会累积升高,形成污染过程,可见天气背景对空气质量的影响不容忽视;3在强化措施实施后期,虽然受逆温层影响,北京污染物的浓度并没有累积到很高的程度,而天津、唐山、保定和邢台均出现中度和重度污染,进一步说明,强化减排措施的实施对改善北京空气质量的贡献明显.     

2013-2016年天气形势对北京秋季空气重污染过程的影响

我国北方秋冬季节的空气重污染过程已经成为影响人们生活的重大环境事件，不仅受到公众和科研工作者的广泛关注，也已成为各地各部门政策制订者最为重视的关键问题之一.针对众说纷纭的空气重污染过程的形成机理、治理方案、控制对策等，利用2013-2016年秋季（9-11月）中国环境监测总站公布的逐时空气质量监测数据，重点对北京奥体中心站的空气重污染过程的演变进行了分析.结合中国气象局发布的天气形势分析图，系统地分析了我国4 a来秋冬季节出现大范围空气重污染过程的气候背景.结果表明:秋季我国东北和华北地区出现持续时间长、影响范围广的空气重污染过程，除了排放源的影响之外，天气形势同样起着重要作用. 2013-2016年秋季北京奥体中心的PM_2.5污染状况仍以优良天气为主，其间中度及以上污染的持续时间虽然不长，但其影响[高ρ（PM_2.5）]也不容忽视.秋季北京奥体中心ρ（PM_2.5）日均值超标（二级）日数占25.8%，其中2014年最为严重，超标日数达44 d，占37.4%.通过对空气重污染过程与我国传统节气的对比分析发现，入秋后我国北方首次出现持续48 h以上的空气重污染过程分别是在秋分和寒露两个节气，而最严重的空气重污染过程则出现在寒露和霜降两个节气.从时间序列来看，4 a来北京奥体中心ρ（PM_2.5）没有特别显著的改善，优良时数占60%左右，而中度以上的污染时数则维持在25%左右，但严重污染事件[ρ（PM_2.5）≥ 250 μg/m3]的有效时数则有明显的变化.此外，白天污染物的浓度明显低于夜晚.研究还发现，西伯利亚高压指数的异常偏低往往会导致持续时间长、影响范围广和污染强度强的重度污染事件.      

长治市重污染天气特征分析

基于2016年1月至2017年2月的长治市空气质量监测数据及气象资料,本文对长治市重污染日逐月分布及其对应的天气类型和气象要素特征进行了系统分析。结果表明:该期间长治市共发生33d重污染天气,12月和1月PM2.5浓度最高;区域稳定的气象条件是形成重污染的主要原因,地面气象要素主要表现为小风(1.23 m/s),湿度较大(52.8%)的特点;高压类、低压类和均压类三种地面天气形势所占污染天数的比例分别为78.8%、9.1%和12.1%,其中500h Pa高度场为偏西气流,同时地面处于高压后部,是导致长治市发生重污染天气过程的重要原因之一。     

天津污染天气边界层温度层结变化特征及预报阈值确定

针对天津市大气污染防治需求,基于2016年4月1日—2017年3月31日天津255 m气象塔观测资料及数值模拟,开展天津地区污染天气边界层温度层结变化特征及预报阈值研究.结果表明:(1)天津地区10~250 m高度的气温递减率为0.56℃/100 m,当日均气温递减率小于0.4℃/100 m时,垂直扩散条件不利于大气污染物扩散,出现中度以上污染概率为64%,重污染概率为47%.从温度廓线和逆温频率统计分析,贴地逆温占所有逆温的55%,除贴地逆温以外逆温底部最易出现在160 m的高度,大量脱地逆温的出现不利于高架源夜间的排放.(2)每年10月—次年2月天津逆温频率为20%,冬季需要关注逆温情况对大气污染物扩散的影响.如秋、冬季8:00逆温仍然存在,重污染天气出现概率高达56%,中度及以上污染出现概率为72%,是重污染天气辨识的重要指标.(3)7:00—10:00在逆温消散或者日均气温递减率由0.6℃/100 m向0.4℃/100 m变化时,任何细微变化对大气垂直扩散有显著影响.基于天津地区PM_(2.5)污染情况下,数值模拟显示10~250 m的气温递减率由于气溶胶的存在可减少0.06℃/100 m,在25个重污染过程中,日均气温递减率平均下降0.18℃/100 m,对大气垂直扩散条件产生显著影响.因此,在空气污染预报分析时使用不考虑气溶胶辐射效应的天气模式分析温度层结,需要适当调整阈值,尤其是在7:00—10:00逆温消散及垂直温度递减率由0.6℃/100 m向0.4℃/100 m变化时.     

2013—2015年北京污染频发期细颗粒物重污染成因与天气形势关系的研究

我国重污染呈现愈演愈烈态势,重污染事件在供暖季节（污染频发期）尤为频发.本文利用北京2013—2015年采暖期逐小时PM_2.5浓度数据、再分析资料、气团后向轨迹、气溶胶雷达数据以及探空数据综合分析了北京地区重污染状况,概括了重污染发生时常见的天气形势,探讨了重污染形成原因与天气形势的关系.研究结果表明：2013—2015年采暖期北京发生重污染（日均PM_2.5浓度大于150 μg·m^-3）的天数分别为36、28及35 d,即北京采暖期21.9%的天数受重污染天气影响.2月份重污染事件最为频发,发生频次为27.3%.北京发生重污染事件时,地面被高压控制时,高空500 hPa多东移的槽脊,当位于脊后槽前时,为上升运动,西南风,850 hPa多暖平流,西南风输送暖湿气流,湿度较大,地面偏南风,可能会存在污染物的输送;地面为低压控制时,500 hPa一般为稳定的西风气流或西北气流,低空850 hPa可能存在暖平流,地面常伴随弱的风场辐合,导致污染物累积;当地面为均压场时,高空500 hPa多为脊后槽前的形势,低空无明显冷暖平流,地面等压线稀疏或无等压线,静风天气.这3类结构引发的重污染天数分别占总重污染天数的47.3%、18.2%及34.5%.进一步分析重污染成因与天气形势关系表明：北京地面受高压系统控制时,污染时间持续最长,也最为频发（47.3%）,PM_2.5平均浓度最高可达258.8 μg·m^-3,且常伴随来自西南方向的污染物输送,北京上空1 km附近存在逆温和逆湿.对污染传输路径研究发现：主要存在3条输送通道,①天津-廊坊-北京、②沧州-廊坊-北京、③石家庄-保定-北京.鉴于目前数值模式对天气形势的预报较为成熟,本文对区域重污染过程与天气形势之间的关系研究,有助于为北京地区空气质量的精准预报预警提供科学支持.     

2014年2月下旬京津冀持续重污染过程的静稳天气及传输条件分析

利用常规气象观测资料、空气质量监测资料、再分析资料和数值模式资料,分析了2014年2月20-26日京津冀地区持续重污染天气过程的环流背景、气象要素特征、静稳天气条件和传输条件.结果表明：2月20-26日,亚洲东部受弱高压脊控制,京津冀及周边地区位于地面高压后部,等压线较为稀疏,气压梯度小,造成地面风速较小;与此同时,混合层高度低,通风系数小和逆温存在,构成重污染天气出现和维持的气象条件,均不利于大气中污染物和水汽的垂直和水平扩散.静稳天气指数对于重污染天气有一定的指示意义,高静稳天气指数通常对应高PM_2.5浓度,且二者变化趋势一致性高;2月20-26日静稳天气指数总体上大于2014年1-3月其他几次污染过程,且在高位长时间维持,造成此次污染过程更严重.此外,传输条件也是京津冀重污染天气的主要成因：地面高压西侧的偏南或偏东气流有助于污染物和水汽向京津冀地区输送和聚集,使能见度进一步降低、污染物浓度进一步升高.     

青岛冬季PM2.5持续重污染天气的大气边界层特征

鲜有出现空气质量问题的北方沿海城市青岛近年来也频频出现重污染天气. 2014年1月青岛市总计出现7 d重污染天气,其中1月15-18日是持续4 d的PM_2.5重污染,其余的则分别出现在1月6日、11日和30日.为了获得气象条件对持续重污染天气发展、维持和消除的影响机制,利用激光雷达、大气稳定度仪探测数据以及地面、高空气象观测和空气质量监测数据,重点分析了1月15-18日持续重污染期间青岛市大气边界层气象要素的时间和空间特征.结果表明,2014年1月影响青岛冷空气势力弱、青岛近地面低于3 m/s的风速不利于污染物扩散,66%以上的相对湿度有利于污染物浓度增大.在污染源稳定的背景下,气象要素的差异性导致了污染物浓度时空分布的差异.在持续的弱偏北风下污染物浓度居高不下;在偏南风影响下,污染物浓度趋于下降.边界层内存在高层干冷弱北风和低层暖湿弱南风的风切变、稳定层结、低层相对湿度为70%的高湿大气以及交替出现的近地面南北风是此次重污染持续的主要原因.大气边界层高度变化对污染物浓度具有6 h左右的延迟影响;而低边界层高度、大稳定度因子,低云的存在和较高的污染物浓度之间具有较好的一致性变化趋势.当近地面温度升高、相对湿度减小以及增大的偏南风和存在弱不稳定层结时,有利于提高青岛局地大气扩散能力.      

2016年京津冀地区红色预警时段PM2.5污染特征与浓度控制效果

2016年12月京津冀地区发生一次重污染过程,北京和天津于12月16日20：00至12月21日24：00,河北省（除张家口、承德和秦皇岛）于12月16日00：00至12月22日18：00发布了重污染红色预警.为研究重污染过程与应急措施的控制效果,基于环境监测数据与模型模拟结果对本次重污染过程的污染物浓度、天气形势与气团输送、区域传输和减排效果进行了研究.本次重污染过程中各地市PM_2.5平均浓度均超过200 μg·m^-3,小时均值峰值为834.5 μg·m^-3.重污染期间气象条件非常不利于污染物扩散,低压控制与气团传输加剧了污染过程.各地市平均本地贡献为47.1%,受天气形势影响传输效果存在一定差异.本次红色预警期间京津冀地区PM_2.5浓度平均下降比例为27.6%,减排效果明显.如果提前实施重污染应急措施,可以使PM_2.5下降浓度有一定提升.提前2 d实施可以使PM_2.5浓度平均下降比例增加4.4%,提前3 d以上效果提升不明显.     

陕西关中地区一次重污染天气的气象条件分析

针对春节期间燃放烟花爆竹易加剧空气污染的现实问题,该文利用2014年1-2月逐日空气质量指数(AQI)和相应时段的基本气象数据以及NCEP/NCAR再分析资料,探析了2014年春节前后陕西关中地区一次重污染天气的气象条件。主要结论如下:该次重污染过程于1月25日开始,2月5日结束,持续12 d,关中地区平均出现重度污染和严重污染各4 d,污染最严重时该区各市的AQI除了铜川外均在400以上,AQI最高值出现在1月31日的渭南,达484。究其气象成因发现,春节前的持续性高空平直纬向气流控制关中地区,地面处于两高压之间过渡区或低压区,形成非常不利于污染物扩散的环流形势场;对应低层925 h Pa存在中心值为-2×10~(-5)s~(-1)的弱辐合区,加之近地面的弱下沉气流,导致大气垂直交换差,是造成污染物堆积的直接边界层动力条件;较低的大气边界层混合高度和最大4.6~℃/100 m的贴地逆温是造成污染物积累的重要层结稳定条件。后向轨迹分析表明,该次重污染过程的污染物来源以本地排放为主,节日期间大量烟花爆竹的燃放起到了雪上加霜的作用,使得空气污染进一步加重。春节后的寒潮过境,最大风速超过10 m/s的冷空气侵入,破坏了边界层静稳天气形势,使得大气扩散能力迅速增强,对当地空气质量迅速转好起到关键性作用。     

城市空气质量达标规划的逻辑框架

针对环境空气质量达标规划目前没有明确规划编制的基本要求和主要内容之间的关联原则、未将长期规划方案落实到日常管理方案、过于重视长期空气质量目标与减排情景方案而对污染物减排方案重视不足、未将规划的成本效益分析作为主要方案设计依据等逻辑不清的问题,从人群健康的角度出发,构建达标规划的逻辑框架：提出空气质量目标和人群健康目标相一致的目标体系;设计与空气质量目标一致的污染物减排方案,通过成本效益或成本有效性分析明确优先序,按照重污染日（周）、重污染月、采暖期等优先序实施区域内污染物排放量的绝对减排,并落实到排污许可证中;实施空气质量“日”管理,根据预测模型对未来重污染天气进行污染源排放管理,并对污染源减排方案实施持续动态评估和调整.     

奥运前期与奥运期间北京市大气细颗粒物特征比较分析

利用城市生态系统研究站对北京市奥运前后(2008年6～9月)大气中细颗粒物(PM2.5)进行连续监测,获得不同阶段PM2.5日平均浓度的动态特征,分析气象因素、人为控制管理措施对颗粒物浓度的影响.结果表明,近北五环的生态中心站点(RCEES)颗粒物日均浓度平均值为0.067 mg.m-3,奥运期间的颗粒物浓度(0.060 mg.m-3)比奥运前期(0.081 mg.m-3)减少了约26%.而位于南二环市中心的教学植物园站点(JX)颗粒物浓度平均含量为0.078 mg.m-3.JX站点奥运期间的颗粒物浓度(0.069 mg.m-3)比奥运前期(0.095 mg.m-3)减少了约27%.各个阶段PM2.5的日变化都基本呈现双峰态势.第一个峰值出现在08:00～10:00左右,RCEES站点颗粒物浓度为0.068 mg.m-3,JX站点浓度值为0.089 mg.m-3;另一个峰值出现在晚20:00～22:00左右,RCEES和JX站点颗粒物浓度为0.079 mg.m-3和0.083 mg.m-3,这主要与上班交通高峰导致的尾气排放污染和道路扬尘污染等有关.研究气象参数发现奥运期间与奥运前期气象条件无显著差异,属于高温高湿风力不大的典型北京夏季天气条件.奥运期间颗粒物浓度与温度呈显著正相关(P<0.01),而与风速、相对湿度及降水相关性不显著(P>0.05).而连续多年大气污染综合治理措施和奥运空气质量保障措施的实施,产生了显著环境效益.在自然因素相差不大的条件下,人为控制因素对奥运期间颗粒物的下降起到主导作用.     

Impact of emission control on regional air quality: An observational study of air pollutants before, during and after the Beijing Olympic Games

An observational study on trace gases and PM2.5 was conducted at three sites in and around Beijing, during the Olympic season from 2007 to 2009. Air quality improved significantly during the Olympic Games due to the special emission control measures. However, concentrations of the primary pollutants and PM were found to have risen significantly after the Games. Although the major O3 precursors （NOx and VOCs） were well controlled during the Olympic season, O3 was still found to be the highest in 2008, based on the data of ground-based observation. All this information suggests that while control of regional emissions for the Beijing Olympic Games did improved the air quality in Beijing, more efforts will be needed for the continuous improvement of regional air quality, especially for significant reductions of O3 and fine particulate pollution, and not only in Beijing, but also in the B eijing-Tianjin-Hebei region.     

北京奥运会及残奥会期间PM10质量浓度演变特征及成因

2008年8─9月北京及周边各省市ρ(PM₁₀₎明显低于2006─2007年同期值. 结合污染物监测数据及气象资料,采用影响因子资料统计以及典型个例诊断对比法,研究造成北京奥运会及残奥会期间低ρ(PM₁₀₎的原因. 对2006─2008年同期风速的统计表明,2008年7─10月北京各月平均风速均低于往年,2 m/s以上的风发生频率低于往年,不利于大气污染物扩散. 2008年8月北京月降水量与2005年接近,但ρ(PM₁₀₎明显优于2005年,可见降水并不是该次ρ(PM10)月均值低的原因. 对比2006─2008年8─9月典型相似累积型天气型背景影响下ρ(PM₁₀₎日均值及演变过程发现,2008年ρ(PM₁₀₎日均值及演变曲线均低于往年. 根据对影响因子统计和北京及其周边省(市、区)严格的减排措施等分析,指出天气形势及其伴生的气象因素演变可能影响ρ(PM10)日均值波动,但六省(市、区)协同减排是保障优质空气质量的主要原因.      

北京PM10持续污染及与常规气象要素的关系

北京PM₁₀持续污染已成为重要的污染现象.选用2000年6月─2002年12月北京空气质量日报和2003年1月─2006年2月9个代表站逐日ρ(PM₁₀)监测资料,利用奥林匹克体育中心站的数据分析了2003年以来北京地区空气污染状况,总结了该站近4年的PM₁₀持续污染变化趋势,并统计其与相对湿度、温度、风速和风向等常规气象要素的相关性.结果表明:①北京近几年秋末PM₁₀持续污染有加重趋势,各站点污染具有同步性;②PM₁₀持续污染以春、秋、冬季出现次数多,概率大,相对湿度、风速和风向对其影响较大,其中相对湿度与秋、冬两季持续污染概率的相关系数分别为0.96和0.97,相关性较好.      

2000~2010北京大气重污染研究

根据北京市环境保护局公布的大气污染数据及气象部门公布的气象资料,用时间序列分析法对空气污染指数大于200的大气重污染做了系统分析.结果表明,北京大气重污染可分为静稳积累型、沙尘型、复合型以及特殊型4个类型,2000~2010年各类型发生次数分别为69、53、23、6次.从季节分布看,北京大气重污染主要集中在春季和秋冬季,其中春季以沙尘型为主,而秋冬季大部分为静稳积累型.从年际变化看,21世纪初期沙尘天气活跃,造成了北京大气重污染的高峰期,2003~2005年大气重污染有所回落,2006年受沙尘天气明显增多及大规模奥运建设的共同影响,北京大气重污染再次出现明显峰值;2007年北京沙尘天气明显减少,但静稳积累型重污染相对突出;2008年奥运减排措施效果显著,全市静稳积累型重污染降至历史最低,其后则呈缓慢上升趋势.大气重污染既呈现区域共性,也受局地环境影响.定陵站大气重污染全部为沙尘型;近年来随着首钢的减产、搬迁,石景山区古城站大气重污染明显减少;而受周边大规模城市建设影响,奥体站大气重污染表现相对突出.     

京津冀生态涵养区生态规划思路与实施路径研究

生态规划是在调查分析区域内各生态因子的空间分异和承载力,分析人为活动对该区域的影响以及调控方向,为区域资源开发与环境保护提供决策依据,促进区域内自然系统与人类社会和谐发展.科学制定张承地区的生态规划,是建设京津冀生态涵养区的重要支撑.但是目前张家口市生态规划存在专门研究文献非常少、缺乏对微地形的考虑和分析、政府重视程度不够等多个层面的问题.做好张家口市生态规划,要坚持"生态优先、绿色发展"的原则,必须落脚到京津冀协同发展的大政方针,注重京津冀生态系统的整体性特征;必须要紧密结合张家口市当前面临的建成可再生能源示范区、京张联合举办冬奥会等多个发展节点.     

2014年海口市大气污染物演变特征及典型污染个例分析

主要分析了2014年海口市逐日的空气质量指数(AQI)和6种大气污染物的演变特征,同时,结合卫星遥感和轨迹模式等资料和方法对1次典型污染个例进行诊断.结果表明:海口市2014年的空气质量主要以优和良为主,6 d达到轻度污染级别,1 d达到中度污染(1月5日,AQI值为158).1月污染最为严重,其中,阶段1(1-6日)和阶段3(18-23日)AQI值偏高,阶段2(7-17日)和阶段4(24-31日)偏低.1月东亚地区天气形势演变对海口市AQI值具有动力影响.AQI偏高阶段,地面高压系统位于内蒙古东部,华南低层东北风场有利于污染物向海口市输送;而在AQI偏低阶段,地面高压系统东移出海,低层偏东风场不利于污染物的输送.后向轨迹聚类分析表明,1月海口市比率最大(39%)的气流主要经过大气污染相对严重的广东珠江三角洲(珠三角)地区,有利于污染物的区域传输.污染个例分析表明,海口市污染物浓度变化与气象要素有密切关系,10 m风速较小有助于近地面的污染物在区域内累积,水平风垂直切变偏弱对天气尺度扰动的发展和大气的垂直混合不利.卫星遥感和后向轨迹分析也表明,外源输送与海口市这次大气污染事件有直接关系.     

Estimating the effects of meteorology on PM2.5 reduction during the 2008 Summer Olympic Games in Beijing, China

Particulate pollution was a critical challenge to the promise of good air quality during the 2008 Beijing Olympic Games, which took place from August 8th to 24th. To ensure good air quality for the Games, several temporary emission control measures were implemented in Beijing and surrounding areas. Ambient particulate matter concentration decreased significantly during the Olympic period; however, it is difficult to distinguish the effectiveness of those control measures since meteorology also affects ambient PM_2.5 concentration. In this work, a multiple linear regression model based on continuous field monitoring at a roadside site was conducted to evaluate the effects of meteorology and emission control measures on the reduction of PM_2.5 during the 2008 Olympic Games. The hourly data set was divided into two time periods, the no control period, June 22nd to July 4th, and the control period, July 28th to August 21st. The response variable was PM_2.5 and the meteorology covariates used in the model were hourly temperature, dew point temperature, wind speed and precipitation. Wind direction was not a significant predictor of PM_2.5 levels in either the control or the no control period. Using the meteorologically-based regression coefficients from the two time periods, meteorology was found to contribute to at least a 16% reduction in PM_2.5 levels in the roadside microenvironment; while the pollution control measures contributed to at least a 43% reduction in PM_2.5 levels.     

重污染天气应对“绩效分级、差异化管控”措施首次实践效果后评估

为提高重污染天气应对的科学性和精准度,2019年7月生态环境部制定重污染天气应对“绩效分级、差异化管控”措施.为应对9月底至10月初的重污染过程,京津冀及周边共68个城市启动重污染预警,该措施得以首次实践.通过时间序列断点回归方法对该措施效果进行评估发现,空气质量改善存在滞后的现象,SO₂、 NO₂和CO这3个气态污染物改善速度较快,对涉及二次生成的O₃和PM_2.5两个污染物见效速度相对较慢. 10月1日恰逢在北京举办庆祝中华人民共和国成立70周年阅兵式,对10月1日当天进行评估,发现与假如不采取措施的情形相比,重污染应急措施使北京市PM_2.5、 NO₂和CO日均浓度显著下降,下降幅度分别为54.1%、 62.4%和25.8%.如果不采取重污染应急措施,北京10月1日上午可能出现中重度污染,但实际上空气质量保持在良的水平.区域启动预警的68城市PM_2.5、 PM₁₀、 NO₂、 SO