Developing chemical signatures of particulate air pollution in the Pearl River Delta region, China

PM2:5 samples were collected in a regional sampling network with three sites in Hong Kong and four sites in the adjacent inland Pearl River Delta (PRD) or Guangdong Province during four months/seasons from 2002–2003. Trans-boundary transport between Hong Kong and the inland PRD is inevitable under the influence of Asian monsoon. In summer, Hong Kong serves as the upwind site of the inland PRD while during other seasons it is under the influence of continental emissions. Previous studies have recognized the importance of using chemical signatures to differentiate local vs. regional contributions to air pollutants in Hong Kong such as the CO/NOx ratio, ratios of different VOC species. In this study, detailed chemical speciation by gas chromatography-mass spectrometry was performed with PM2:5 samples to identify new chemical signatures to distinguish aerosols in Hong Kong from those from the inland PRD. Since Hong Kong is not influenced by the continental emissions from the inland PRD during summer, comparison focused on chemical data obtained from this season for chemical signatures. The new ratios developed from the current study include LCPI/HCPI ratio of alkanes (0.39 0.02 in Hong Kong vs. 0.78 0.08 in the inland PRD), pyrene to benzo[ghi]perylene ratio (0.97 0.21 in Hong Kong compared to 0.20 0.06 in the inland PRD), and the ratio of 1,2-benzenedioic acid to 1,4-benzenedioic acid (1.8 0.1 in Hong Kong vs. 0.6 0.05 in the inland PRD). Results from this study also revealed that Hong Kong was impacted by ship emissions as reflected by substantially high V/Ni ratio (9 2) while this ratio was about 1–2 at all sites in the inland PRD, which is very close to typical ratios from residual oil combustion.     

珠三角区域空气质量指数(RAQI)的研究

区域空气质量指数(Regional Air Quality Index,RAQI)是粤港政府联合发布、反映珠三角区域内不同地区的空气质量状况的评级系统。虽然RAQI综合考虑了空气污染的总量水平,较我国空气污染指数(Air Pollution Index,API)系统增加了O3,一定程度地考虑了大气氧化性增高的问题,但其所表征的空气质量状况与实际空气污染水平和公众感受仍存在差异。对2006年珠三角和香港监测数据的研究表明,RAQI较API能更充分地体现空气质量的分级;小时RAQI能够实时准确地反映了环境质量的变化,较每日RAQI更具有实际意义;加入PM2.5或采用不同的O3、PM10和PM2.5环境质量标准,是影响RAQI的重要因素。PM2.5/PM10为0.7,比世界卫生组织推荐的PM2.5/PM10为0.5的比例更符合珠三角的实际情况。因此,增加细粒子污染物PM2.5,适当调严某些污染物的环境质量标准,增加RAQI的发布频次,可以使RAQI更全面、准确地反映区域空气污染状况,是RAQI改进的方向。     

广东省火电污染物排放特征及其对大气环境的影响

采用物料衡算及排放因子法建立了2012年广东省火电大气污染物排放(下称火电排放)清单,并运用WRF/SMOKE/CAMx模型分析火电排放对大气环境质量的影响. 结果表明:SO₂、NO_x、CO、PM₁₀、PM_2.5、VOCs和NH₃排放量分别为269 408、539 565、301 257、135 920、65 050、18 790、1 949 t. 300 MW以上的机组对火电排放的贡献较大,但125 MW以下的机组单位煤耗污染物排放较高. 春季、夏季、秋季、冬季火电排放所占比例分别为27.1%、25.4%、24.0%和23.5%,24 h排放呈“三峰三谷”特征;排放量较大的城市为广州、佛山、东莞、江门、汕头、潮州和梅州,不同区域火电排放贡献率顺序为珠三角 (46.2%~52.3%)>广东省东部(26.9%~34.3%)>广东省西部(11.9%~14.4%)>广东省北部(5.5%~10.0%). 8月火电排放对珠三角城市ρ(SO₂)、ρ(NO₂)月均值的贡献率较高,分别为17.0%、11.1%,其次为10月、4月、1月,其影响集中于火电厂所在城市及下风向区域,对不同城市的贡献差异性较大,具有局地特征;火电排放10月对ρ(PM₁₀)、ρ(PM_2.5)月均值贡献率(9.1%、10.6%)较高,其次为8月、4月和1月,影响区域更广,对不同城市的贡献差异较小,呈现区域性特征.      

高分辨率气溶胶光学厚度在珠三角及香港地区区域颗粒物监测中的应用研究

利用最新的MODlS(中分辨率成像光谱仪)气溶胶光学厚度(AOD)反演算法,反演珠江三角洲及香港地区2008年高分辨率(1 km x1 km)AOD分布,并与AERONET观测数据进行了验证(r=0.917).分析了2008年珠江三角洲及香港地区5个站点地面监测PM10质量浓度与反演的AOD数据相关性.结果表明:两者直...     

不利风向条件下北部湾人为源对海口市PM2.5浓度影响的模拟研究

通过分析2013—2017年海口市风向频率、地面PM_(2.5)浓度及海口市所处北部湾地理位置,确定12月为北部湾对海口市最不利风向时间段.利用中尺度气象模式(WRF,Weather Research Forecast)驱动空气质量模型(CMAQ,Community Multi-scale Air Quality),设置一系列数值模拟情景,深入分析北部湾人为源对海口市PM_(2.5)浓度影响.结果表明:WRF/CMAQ能很好地再现北部湾气象场和PM_(2.5)浓度的时空分布.2013年12月,北部湾人为源对海口市PM_(2.5)平均贡献率约为45.4%,其中约有90%来源于海口市自身人为源,约有10%来源于广东广西片区,海南片区除海口外其余市县贡献可忽略不计.污染时段,北部湾和海口市自身贡献率均下降,平均贡献率分别为40%和36%,表明污染时段海口市PM_(2.5)主要源区不仅来自北部湾.通过分析后向轨迹,发现污染时段均会经过一个关键区——珠三角区域,表明珠三角区域很有可能也是造成2013年12月海口市PM_(2.5)污染的主要源区.清洁时段,北部湾和海口市自身贡献率均上升,平均贡献率分别为52%和48%,表明北部湾对海口市PM_(2.5)浓度影响在清洁时段更显著.因此,北部湾未来产业规划值得关注,因为这些产业很有可能使目前海口市清洁时段变为污染时段,导致空气质量下降.     

Impacts of pollution heterogeneity on population exposure in dense urban areas using ultra-fine resolution air quality data

Traditional air quality data have a spatial resolution of 1 km or above, making it challenging to resolve detailed air pollution exposure in complex urban areas. Combining urban morphology, dynamic traffic emission, regional and local meteorology, physicochemical transformations in air quality models using big data fusion technology, an ultra-fine resolution modeling system was developed to provide air quality data down to street level. Based on one-year ultra-fine resolution data, this study investigated the effects of pollution heterogeneity on the individual and population exposure to particulate matter (PM_2.5 and PM₁₀), nitrogen dioxide (NO₂), and ozone (O₃) in Hong Kong, one of the most densely populated and urbanized cities. Sharp fine-scale variabilities in air pollution were revealed within individual city blocks. Using traditional 1 km average to represent individual exposure resulted in a positively skewed deviation of up to 200% for high-end exposure individuals. Citizens were disproportionally affected by air pollution, with annual pollutant concentrations varied by factors of 2 to 5 among 452 District Council Constituency Areas (DCCAs) in Hong Kong, indicating great environmental inequities among the population. Unfavorable city planning resulted in a positive spatial coincidence between pollution and population, which increased public exposure to air pollutants by as large as 46% among districts in Hong Kong. Our results highlight the importance of ultra-fine pollutant data in quantifying the heterogeneity in pollution exposure in the dense urban area and the critical role of smart urban planning in reducing exposure inequities.     

深圳市2022年春季新冠疫情管控期间空气质量分析

短期减排是我国城市应对大气污染事件的重要应急管控手段,但短期减排的效益尚未得到完善分析.2022年3月14～20日,广东省深圳市为抑制新冠疫情传播实施了全市管控,为评估短期减排对华南城市春季空气质量的影响提供独特机会.结合深圳市高精度环境空气质量监测与气象观测等多源数据,分析了深圳市管控期间前后的空气质量变化.此次管控前和管控期中均有部分日期天气形势静稳,局地污染水平主要反映本地排放,有利于分析本地减排的影响.观测与WRF-GC区域化学模拟都表明,与珠三角周边城市相比,深圳市管控期间由于市内交通源排放显著减少,深圳市二氧化氮(NO₂)浓度降低(-26±9.5)%,可吸入颗粒物(PM₁₀)浓度降低(-28±6.4)%,细颗粒物(PM_2.5)浓度降低(-20±8.2)%,但臭氧(O₃)浓度无显著变化[(-1.0±6.5)%].TROPOMI卫星观测的甲醛和二氧化氮柱浓度数据对比表明,2022年春季珠三角臭氧光化学主要受挥发性有机物(VOCs)浓度控制,对氮氧化物浓度降低不敏感,反而可能因氮氧化物对臭氧滴...     

不同传输通道下珠江三角洲臭氧与前体物非线性响应关系

高度城市化的珠三角地区臭氧污染频发,臭氧污染的非线性、区域性以及气象过程影响使臭氧精确防控面临巨大挑战.本研究利用臭氧源解析技术OSAT,分析不同传输通道下珠三角臭氧敏感区分布差异,量化城市间的臭氧传输贡献,并通过敏感性试验,探讨珠三角及典型城市的臭氧污染控制策略.结果表明,静风条件下,VOCs敏感区集中在珠三角中部城...     

2011年10月珠江三角洲一次区域性空气污染过程特征分析

2011年10月18—25日珠江三角洲地区出现了一次区域性空气污染过程,重污染区域集中在西部,后期向中部转移,PM₁₀为首要污染物.针对本次空气污染过程的研究发现,此次珠江三角洲地区空气污染过程主要受大尺度冷高压活动的影响,一直为下沉气流所控制,500 m以下近地层风速很小,边界层高度较低,存在贴地逆温层,非常不利于污染物的输送和扩散.PM₁₀浓度与风速、能见度呈显著的负相关关系,与温度相关性不显著;且与风速和温度的相关性存在滞后性.稳定天气形势、大范围下沉气流、近地层静小风和贴地逆温是导致这次区域性空气污染过程的气象原因,PM₁₀浓度增加导致珠江三角洲能见度下降.     

2014年冬季珠三角区域典型城市PM2.5污染时空关联特征

为探讨冬季珠江三角洲（下称珠三角）区域污染物的空间传输延迟性及其与气象、地理的关联性,利用2014年12月1日-2015年1月9日天气图、珠三角区域4个典型城市——韶关、广州、深圳、香港的地面气象数据及ρ（PM_2.5）,采用时间序列、相关性分析等方法,分析了2014年冬季各城市大气ρ（PM_2.5）变化关联特征以及受天气过程的影响.结果表明:在研究时段内,受11次冷空气南下和3次西南暖湿气流控制的典型天气过程影响,4个典型城市的ρ（PM_2.5）小时均值、日均值的时间序列变化趋势具有一致性,并且4个城市间的ρ（PM_2.5）相关性均呈现深圳与香港>广州与深圳>韶关与广州的现象.在冷空气南下的典型天气过程中,4个城市ρ（PM_2.5）小时均值存在显著相关,其中,韶关与广州的相关系数为0.84,广州与深圳的相关系数为0.80,深圳与香港的相关系数为0.92;4个城市间ρ（PM_2.5）变化存在一定的滞后现象,其中,广州较韶关延迟4 h,深圳较广州延迟3 h,香港较深圳延迟1 h;而在西南暖湿气流控制的典型天气过程中,4个城市间ρ（PM_2.5）变化的关联特征不明显.研究显示,冬季珠三角区域污染物在典型冷空气南下过程中存在较明显的空间传输延迟特征,并且各典型城市间浓度变化相关性较显著.      

广东省臭氧污染特征及其来源解析研究

使用广东省近年大范围长期连续臭氧观测数据分析了珠三角与广东省的臭氧污染特征,并使用NAQPMS模型研究了广东省与典型城市不同季节的臭氧来源情况.结果表明:2014—2016年广东省的臭氧污染局部在改善.珠三角的臭氧浓度水平总体高于粤东西北地区,广东省臭氧总体上呈现出珠三角中南部和粤东东部部分地区较高、粤西污染相对较轻的分布态势.广东省的臭氧夏秋季浓度较高,冬春季浓度较低.广东省臭氧主要来源于本地排放,夏季占比为57%,其余季节约占40%,臭氧的跨省输送特征明显.珠三角西南部春夏季臭氧本地贡献约为50%,但秋冬季仅占19%~28%.若要减轻广东的臭氧污染,建议实施臭氧消峰行动,即在夏秋季节严控珠三角地区的臭氧前体物排放,特别是珠三角中部广州、佛山与东莞等城市的排放要重点控制.同时,强化粤东西北地区与周边省份的协同减排.     

珠江三角洲非道路移动源排放清单开发

根据收集到的珠江三角洲非道路移动源活动水平数据,采用适合各类非道路移动源污染物排放量的估算方法和排放因子,建立了珠江三角洲地区2006年非道路移动源排放清单.结果表明,珠江三角洲地区2006年非道路移动源排放SO2为6.52×104t,NOx为1.24×105t,VOC为4.54×103t,CO为2.67×104t,PM10为4.51×103t.其中船舶为最大的SO2、NOx、CO和PM10排放贡献源,分别占非道路移动源排放总量的96.4%、73.8%、39.4%和50.5%.在船舶排放源中,SO2、NOx、VOC、CO和PM10排放量的89.8%、81.8%、77.3%、79.5%和81.7%来自货轮和散装干货船.非道路移动源已成为该地区第三大SO2和NOx排放贡献源,分别占珠江三角洲大气污染源SO2和NOx排放总量的8.6%和13.5%.     

VOC emission caps constrained by air quality targets based on response surface model: A case study in the Pearl River Delta Region, China

Because of the recent growth in ground-level ozone and increased emission of volatile organic compounds (VOCs), VOC emission control has become a major concern in China. In response, emission caps to control VOC have been stipulated in recent policies, but few of them were constrained by the co-control target of PM_2.5 and ozone, and discussed the factor that influence the emission cap formulation. Herein, we proposed a framework for quantification of VOC emission caps constrained by targets for PM_2.5 and ozone via a new response surface modeling (RSM) technique, achieving 50% computational cost savings of the quantification. In the Pearl River Delta (PRD) region, the VOC emission caps constrained by air quality targets varied greatly with the NO_x emission reduction level. If control measures in the surrounding areas of the PRD region were not considered, there could be two feasible strategies for VOC emission caps to meet air quality targets (160 µg/m³ for the maximum 8-hr-average 90th-percentile (MDA8-90%) ozone and 25 µg/m³ for the annual average of PM_2.5): a moderate VOC emission cap with <20% NOx emission reductions or a notable VOC emission cap with >60% NO_x emission reductions. If the ozone concentration target were reduced to 155 µg/m³, deep NO_x emission reductions is the only feasible ozone control measure in PRD. Optimization of seasonal VOC emission caps based on the Monte Carlo simulation could allow us to gain higher ozone benefits or greater VOC emission reductions. If VOC emissions were further reduced in autumn, MDA8-90% ozone could be lowered by 0.3-1.5 µg/m³, equaling the ozone benefits of 10% VOC emission reduction measures. The method for VOC emission cap quantification and optimization proposed in this study could provide scientific guidance for coordinated control of regional PM_2.5 and O₃ pollution in China.     

香港与广州市汽车尾气污染比较

采用较先进自动分析仪器,连续４年在香港九龙青山道及连续９天广州市解放中路,对汽车尾气污染进行监测。结果表明,香港九龙青山道汽车尾气污染较轻,１９８８年和１９８９年基本满足中国国家大气环境质量二级标准的要求。广州市解放中路汽车尾气污染严重。超过国家大气环境质量三级标准,车流组成与行车速度的差异是造成香港与广州市两地汽车气污染差别的主要原因。     

基于曲面响应建模的PM2.5可控人为源贡献解析

以东莞市PM_(2.5)重污染月份为例,使用强力法(Brute Force)和RSM/CMAQ曲面响应模型法分别解析了珠三角地区人为源排放对东莞PM_(2.5)的贡献,以及区域传输的可控人为源SO_2、NO_x和一次颗粒物(PM)在不同控制比例下(25%、50%、75%和100%)对东莞PM_(2.5)的累积浓度贡献.强力法研究结果表明,2014年1月珠三角地区人为源二次转化对东莞市PM_(2.5)的贡献(约58.10%)大于一次PM排放贡献(约41.90%),其中,人为源NH_3排放贡献最大,约占总量的21.66%.RSM/CMAQ动态源贡献结果显示,东莞市PM_(2.5)的人为可控源排放贡献(SO_2、NO_x和一次PM)占比为82.17%,受本地排放影响较大,且叠加区域排放的影响;一次PM减排对PM_(2.5)环境浓度的贡献高于仅减排SO_2和NO_x.在减排比例较低时,一次PM减排可有效削减东莞市PM_(2.5)浓度;随控制比例加大,二次前体物(SO_2和NO_x)减排对东莞市PM_(2.5)浓度削减率的影响加大.进一步使用HYSPLIT模式和轨迹聚类分析方法研究了2014年1月东莞市PM_(2.5)污染传输过程.结果显示,该时段共有6条长、短距离污染传输路径,污染物主要来自东莞市东、东北及东南方向,途经其上风向区域(惠州、深圳和广州等)传输至东莞;惠州是各主导上风向出现频率最高的城市,因而其区域传输对东莞PM_(2.5)的贡献也较大,深圳次之.     

Air quality management in China: Issues, challenges, and options

This article analyzed the control progress and current status of air quality,identified the major air pollution issues and challenges in future,proposed the long-term air pollution control targets,and ...     

基于AIS轨迹修复的船舶排放空间表征改进方法与应用

基于船舶自动识别系统（Automatic Identification System,AIS）数据表征船舶排放是目前船舶排放空间表征的主流方法,但AIS船舶轨迹点缺失会造成船舶排放量低估和船舶空间分布表征错误,进而影响船舶排放控制区的划分.为改进船舶排放空间表征,本研究以2013年广东省AIS船舶数据为例,采用基于时间和经纬度的三次样条方法对AIS船舶轨迹进行修复,结合动力法计算船舶排放,分析对比AIS轨迹修复前后船舶排放表征的差异,并利用空气质量模型和卫星观测评估AIS轨迹修复对船舶排放表征和广东沿海空气质量模拟的改进效果.结果表明：轨迹修复后广东省海域船舶轨迹点总数由4685773个增至5746664个,船舶NO_x排放量增加了0.6%.对于轨迹点与排放缺失集中的粤东海域,轨迹修复后船舶轨迹点数增加了88%,NO_x排放量在广东省船舶排放量的占比提升至22%,特别是在粤东重点修复海域NO_x排放量增加了2.7倍.原始轨迹在广东省海域较为稀疏,在粤东海域有明显轨迹缺失;轨迹修复后广东省海域船舶轨迹更为密集,粤东海域船舶轨迹得以补充,船舶排放空间分布更连贯.对比模拟结果与卫星观测结果,轨迹修复后粤东重点修复海域船舶模拟浓度与观测浓度的偏差由51%减至6%,总体上船舶排放模拟结果更接近卫星观测结果.     

夏季长三角地区臭氧非线性响应曲面模型的建立及应用

2013年8月上旬,长三角地区发生了一次大范围高浓度臭氧污染事件.本研究基于WRF-CMAQ空气质量模型系统,结合长三角地区大气污染物排放清单,构建了臭氧与其前体物之间的非线性响应曲面模型(Response surface modeling,RSM).基于RSM探讨了长三角地区O_3化学的敏感性特征,分析了上海市O_3的来源并预测不同情景下O_3的变化,提出O_3污染的最优控制方案.研究结果表明,长三角地区夏季O3主控因素区域差别较大,上海环科院、杭州卧龙桥、南京玄武湖等城区点位属于VOC控制型;徐州铜山、合肥肥西、丽水青田等郊区属于NOx控制型.O_3的敏感性特征在不同浓度水平下也呈现较大差异,随着O_3浓度水平的升高,各地区NOx敏感性均有所增加.从区域来源来看,远距离传输对平日上海O_3贡献较大,占50%以上;而在O_3污染日,本地及区域贡献为72.1%,而远距离传输贡献下降至27.9%.快速预测了110组减排情景,表明在本地及区域前体物均减排70%的情况下,2013年8月上海O_3浓度能完全达标.     

广东省非道路移动机械排放清单及不确定性研究

随着工业源和机动车等重点污染源减排空间的下降,非道路移动机械排放已成为大气污染防治领域的研究热点之一.本研究通过资料收集与实地调研,初步构建了广东省非道路机械基于机型的活动水平数据集、综合排放因子及时空分配因子,采用自下而上的排放因子法,建立了广东省2014年非道路移动机械排放清单.并利用蒙特卡洛方法定量评估清单结果不确定性.结果表明,广东省2014年非道路移动机械的SO_2、NO_x、PM_(10)、PM_(2.5)、VOCs和CO排放总量分别为4.9、61.1、4.8、4.5、11.6 kt和45.1 kt.其中,农业机械排放以四轮农用运输车和小型拖拉机为主,贡献率分别为38.4%和18.0%,主要分布在非珠三角的农村地区;工程机械排放以建筑运输车和挖掘机为主,贡献率分别为40.1%和33.9%,主要分布在珠三角地区.此外,不确定性分析结果显示VOCs和PM_(2.5)排放结果不确定性较大,不确定性范围分别为-25.2%~41.7%和-23.4%~32.8%.NO_x不确定性较小,不确定性范围为-15.2%~17.5%.     

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.