2013年1月华北地区重霾污染过程SO2和NOx的CMAQ源同化模拟研究

以2006年中国地区的INTEX-B排放清单为基础,采用CMAQ模式污染源同化方法,反演更新了2013年1月重霾污染过程华北地区的SO₂和NO_x排放源;应用WRF-CMAQ模式以及2006年INTEX-B初始排放源和2013年1月改进的排放源,分别模拟了1月9-15日和28-31日两次持续重霾污染过程的SO₂和NO₂浓度,并与华北地区47个环境监测站点实测值进行对比,重点分析了基于初始源和同化反演源的模拟效果及其改进原因;本文亦采用2012年清华大学编制的东亚地区MEIC排放清单评估了SO₂和NO_x同化反演源的合理性.分析结果表明:①CMAQ模式污染源同化方法可适用于重霾污染过程,即采用同化反演源模拟的SO₂、NO₂浓度时空变化特征与实测值较一致,而且可反映SO₂、NO_x排放源强的动态变化特征;②基于同化反演源的SO₂、NO₂浓度模拟效果明显优于2006年INTEX-B排放源,其时间变化趋势与实测值较一致,而且可模拟重霾污染过程SO₂、NO₂浓度的峰值;③采用反演源模拟的SO₂、NO₂浓度空间区分布特征与实测值较一致,而且可较好反映重污染区的极值分布特征;④经污染源同化改进后SO₂、NO₂模拟浓度与实测值的相关系数有所提高,误差明显减小;SO₂的改进效果略优于NO₂,这与污染源对两种污染物浓度的影响差异有关;⑤初始源中SO₂、NO_x排放源的空间分布和强度与2012年清华大学编制的排放源强差异较大,而同化反演源的空间分布和强度均接近于上述2012年排放源,较好反映出重点地区的高污染源分布特征.本文研究结果将为改进重霾污染过程的空气质量预报、减小自下而上建立的排放源清单不确定性、评估SO₂、NO_x等排放源的影响效应以及不同气象条件下区域排放源的动态调控等提供新技术途径和研究思路.     

京津冀及周边地区秋冬季大气污染物排放变化因素解析

基于大气污染源排放清单技术方法,定量分析2016~2017年秋冬季"跨年霾"至2019~2020年秋冬季"疫情霾"期间京津冀及周边地区主要大气污染物排放量变化,解析大气污染防治政策实施带来的减排和疫情造成的活动水平下降对主要污染物排放的贡献,并利用空气质量模型模拟分析不利气象条件下措施减排和疫情影响对空气质量改善的贡献.结果表明,从"跨年霾"（2016-12-16~2017-01-14）至"疫情霾"（2020-01-22~2020-02-14）该区域主要大气污染物排放量大幅下降50%左右,不利气象条件下,区域PM_2.5平均浓度可削减40%以上.措施减排主要来自火电、钢铁等重点工业行业提标改造和工业锅炉、民用燃煤等燃煤源治理,对SO₂和PM_2.5排放量的削减贡献较大,贡献率分别为67.1%和53.4%;疫情主要影响移动源和轻工业活动水平,对NO_x和VOCs排放量的削减贡献较大,贡献率分别为71.9%和68.2%.措施减排对区域空气质量改善贡献突出,有效抑制了重污染过程的强度和范围.在"跨年霾"的不利气象条件下,措施减排使区域PM_2.5平均浓度下降26%,重度及以上污染天数减少44%.受疫情影响,区域PM_2.5平均浓度继续下降24%,重污染持续时间和范围进一步缩减.     

基于CMAQ模式的自适应“nudging”源反演方法的中国主要污染区排放特征分析

中国中东部地区的空气污染主要集中在京津冀、长三角、珠三角、东北地区及汾渭平原等区域，各区域的污染排放特征各异.本文应用基于CMAQ（The Community Multiscale Air Quality）模式的自适应"nudging"源反演方法，反演中国中东部地区2016年12月—2017年1月逐日NO_x污染源，分析上述主要污染区的污染物排放强度空间分布特征，并与2016年MEIC（The Multi-resolution emission inventory for China）排放源进行比较，检验反演源的可靠性.结果表明，2016年冬季各个区域反演源NO_x排放强度空间分布特征与2016年MEIC排放源基本一致.京津冀地区高强度排放区域形成沿山前区域东北-西南走向的NO_x高强度排放带；长三角地区NO_x高强度排放区域位于常州、苏州、上海和湖州等城市构成的城市群；珠三角地区NO_x高强度排放区域位于以广州为中心的大范围城市群且排放强度呈现向四周逐渐降低的放射状分布；东北地区NO_x高强度排放区域空间分布特征呈现以城市为中心且稀疏分布；汾渭平原排放区域呈现以城市为中心且向峡谷中间集中分布，排放区域轮廓与汾渭平原狭长的新月状相符.     

成都市道路移动源减排对空气质量的短期影响

近年来随着经济社会的高速发展,我国的空气污染问题日渐突出.管控污染源以减少污染物排放是改善空气质量的主要手段,且其效率如何会极大地影响空气质量的改善效果.但通常情况下,单一减排手段的实施对空气质量的改善的实际贡献往往在短时间内较难做出客观评价.本研究借助新冠疫情期间以道路移动源为主的各类污染源排放短期内大量下降的机会,通过疫情管控措施实施前后交通条件和空气质量的对比,分析道路移动源减排对空气质量改善的短期影响.结果表明,实施管控措施后,城市范围内道路交通条件明显改善,拥堵路段基本消失.受此影响,各类主要污染物浓度出现不同程度的下降,其中,受道路移动源贡献较大的NO₂浓度下降比例达40%~60%,PM_2.5因受气象条件影响较大而下降幅度较小.结合实时的交通数据估算其相应的尾气排放结果表明,疫情期间道路移动源排放的NO_x、HC、CO分别下降59.7%、59.9%和58.8%.本研究对于分析短时间内急速减排等应急措施对环境改善的效果,以及削减污染物排放对空气质量改善的潜力有重要的实际参考价值.     

基于WRF-Chem和EMI指数的新冠肺炎疫情期间沈阳市大气污染物浓度变化原因分析

利用2015—2020年沈阳市空气质量监测数据、地面气象观测资料、环境气象评估指数（EMI）产品、NCEP再分析资料及WRF-Chem数值模式,分析新冠肺炎疫情防控期间沈阳市主要大气污染物和气象要素的变化情况,研究空气质量对污染物减排和气象要素变化的响应.结果表明：疫情防控导致沈阳市PM_2.5、PM₁₀和NO₂质量浓度下降,但O₃质量浓度小幅增加;PM_2.5和NO₂对人为减排的响应更敏感;防控期内沈阳市气象条件有利于污染物的清除,气象条件使PM_2.5质量浓度下降16.37%,防控减排措施导致PM_2.5质量浓度下降22.96%;在疫情防控的背景下,不利的气象条件和污染物排放的突然增加共同造成重污染天气发生,其中不利气象条件的贡献大于排放增加的贡献;减排措施对防控期间重污染天气过程污染物峰值浓度有明显的削弱作用.     

新冠肺炎疫情期间气象条件和排放变化对PM2.5的影响

本文基于WRF-CMAQ定量分析了2020年1~3月全国337城市气象条件和排放变化对PM_2.5浓度的影响.全国气象条件整体转好1.7%,1月转差1.6%,2~3月分别偏有利1.3%和7.9%;全国污染物排放下降使得PM_2.5浓度同比下降14.1%,1~3月分别下降4.0%、25.7%和15.0%.武汉第一季度实测PM_2.5浓度同比降幅高于全国水平,与其气象条件大幅转好且污染排放降幅较大有关.北京在疫情发生前和严控期PM_2.5浓度同比升高,主要为气象转差所致;复工复产期同比下降,主要为污染排放大幅下降所致."2+26"城市、汾渭平原和长三角在第一季度PM_2.5浓度同比均下降,长三角降幅最大,与其污染排放大幅下降有关;"2+26"城市和汾渭平原在疫情发生前气象条件大幅转差,严控期大幅转好,长三角在复工复产期气象条件最有利;重点区域均为疫情严控期污染排放降幅最高,复工复产期降幅趋缓.     

基于机器学习算法的新冠疫情管控对河南省空气质量影响的模拟分析

全国各地为了减少新冠疫情对社会和人民生活的影响,采取了必要的防疫防控措施,这些措施对空气质量的变化产生了重要的影响,此外空气质量的变化与气象条件也存在很大的关系.通过对河南省疫情前（1月1~26日）和疫情管控期（1月27日~2月29日）这两阶段的空气质量分析对比发现,整个河南省除了O₃浓度上升了69.64%外,PM_2.5、PM₁₀、SO₂、CO和NO₂分别降低了36.89%、34.18%、19.43%、29.85%和58.51%;通过机器学习算法中的长短期记忆型网络（LSTM）模拟显示,气象条件引起污染物浓度的降幅大部分在15%~30%之间;人为排放减少引起的污染物浓度的降幅大部分在6%~40%之间.O₃在疫情期间上升过程中,气象条件和人为排放两种因素分别占了34.84%和34.81%.结果表明,疫情管控期间,河南省空气质量总体上有所改善,但是也有重污染发生,其中O₃的浓度对于疫情管控减排的影响不明显,呈负相关,需要进一步探索引起臭氧浓度上升的原因,以此帮助政府合理控制臭氧等前体污染物的减排比例.     

长三角地区大气污染物对新冠肺炎封城的时空响应特征

利用2020年1月1日—2月29日上海、南京、合肥和杭州4个城市常规污染物的逐时监测资料,结合卫星反演的NO₂垂直柱浓度信息,探讨了新冠肺炎封城的前、中、后期长三角地区城市大气污染物的污染水平及响应特征.结果显示：除O₃外,其余大气污染物的平均浓度在时间上的整体变化趋势均表现为封城前>封城中（1月24日—2月10日）>封城后,表明空气质量并非完全受封城导致的污染减排控制.封城期间的PM_2.5/PM₁₀比值高于封城前和封城后,表明气溶胶二次生成对封城期间仍出现的颗粒物污染可能有重要贡献.O_x浓度在封城期间也有显著上升（p<0.01）,表明大气氧化性可能在NO₂减少的背景下得到强化,从而促进二次气溶胶的生成.从空间看,O₃分布呈以城市为中心的包围式往内聚集分布,表明以局地生成为主.PM_2.5、PM₁₀、CO、SO₂和NO₂分布特征为北高南低,表明冬季自北向南的区域传输对封城期间的空气污染有重要贡献.卫星反演结果进一步证实华北平原是污染的主要源区,这也得到轨迹来源分析的佐证.     

成渝地区典型城市O3污染对人为源前体物排放敏感性模拟研究

以2019年3—4月臭氧（O₃）污染小高峰为例，应用空气质量模型CAMx-DDM法分析了成渝地区O₃浓度对人为源前体物排放敏感性，并用2020年"新冠"疫情防控及生产恢复导致的污染排放同比变化情景进行模拟验证.模拟结果表明成渝地区O₃对NO_x的敏感性为负、对VOCs的敏感性为正，其中，重庆市主城区、主城区以西地区、川南城市群和成都平原西部地区敏感性较高，与其自身污染排放源分布密集有关.以典型城市重庆市主城区为例，2019年3—4月O₃小时浓度对NO_x和VOCs的敏感性平均值分别为-19.14 μg·m^-3和7.25 μg·m^-3，两者表现出相反的日变化规律，且主要受到本地及周边区域的影响，模拟结果显示在所有区域VOCs排放均削减25%的情况下，3月和4月月均O₃日最大8 h浓度分别下降2.62 μg·m^-3和3.59 μg·m^-3.敏感性模拟得到2020年3月四川省和重庆市NO_x排放量同比下降8.00%和22.40%，VOCs同比下降1.00%和7.92%；4月NO_x排放量同比上升5.00%和9.50%，四川省VOCs同比持平，重庆市上升3.63%，与同期"新冠"疫情防控及生产恢复导致的实际排放情况非常一致.     

COVID-19疫情期间北京市两次重霾污染过程大气污染物演变特征及潜在源区分析

新冠肺炎疫情（COVID-19）期间,执行了严格居家隔离措施,人为排放源急剧降低,但北京仍出现了两次持续重霾污染过程.本研究使用北京市大气污染物、气溶胶数浓度和气象要素数据,结合气团轨迹模式（HYSPLIT）,计算了潜在源贡献因子（PSCF）和浓度权重轨迹（CWT）,分析了两次重霾污染过程中大气污染物的演变特征及其潜在源区贡献.结果表明,COVID-19期间居家隔离措施对PM_2.5和黑碳（BC）的日变化特征影响较大,对CO、NO₂、SO₂和O₃的日变化影响较小.两次重霾污染过程首要污染物均是PM_2.5,污染过程1主要是以局地污染为主,污染过程2以局地污染和外来输送为主.不同过程下气溶胶数浓度谱分布均为单峰型分布,峰值位于0.3 μm,在污染过程中主要是0.2~0.5 μm粒径气溶胶数浓度增加,是干净日的3.3~13.6倍.不同过程中BC_liquid对BC的贡献为64.8%~85.1%.BC_liquid的浓度为：污染过程2（5.04 μg ·m^-3）>污染过程1（3.20 μg ·m^-3）>干净日（疫情前,2.31 μg ·m^-3）>干净日（疫情,0.76 μg ·m^-3）.不同过程中PM_2.5和BC的PSCF和CWT分布特征不同.PM_2.5的PSCF高值区在干净日（疫情前）和干净日（疫情）主要分布在北京的西南方和西部,权重浓度超过30 μg ·m^-3;在污染过程1和污染过程2主要分布在北京及其周边地区和西南部,权重浓度均超过90 μg ·m^-3.BC的PSCF高值区在干净日（疫情前）、干净日（疫情）和污染过程1主要分布在北京及其周边地区,权重浓度分别超过2.4、0.9和4.5 μg ·m^-3;在污染过程2中分布在北京西南部,权重浓度超过5μg ·m^-3.     

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...     

Evidence of aircraft activity impact on local air quality: A study in the context of uncommon airport operation

Wuhan Tianhe International Airport (WUH) was suspended to contain the spread of COVID-19, while Shanghai Hongqiao International Airport (SHA) saw a tremendous flight reduction. Closure of a major international airport is extremely rare and thus represents a unique opportunity to straightforwardly observe the impact of airport emissions on local air quality. In this study, a series of statistical tools were applied to analyze the variations in air pollutant levels in the vicinity of WUH and SHA. The results of bivariate polar plots show that airport SHA and WUH are a major source of nitrogen oxides. NO_x, NO₂ and NO diminished by 55.8%, 44.1%, 76.9%, and 40.4%, 33.3% and 59.4% during the COVID-19 lockdown compared to those in the same period of 2018 and 2019, under a reduction in aircraft activities by 58.6% and 61.4%. The concentration of NO₂, SO₂ and PM_2.5 decreased by 77.3%, 8.2%, 29.5%, right after the closure of airport WUH on 23 January 2020. The average concentrations of NO, NO₂ and NO_x scatter plots at downwind of SHA after the lockdown were 78.0%, 47.9%, 57.4% and 62.3%, 34.8%, 41.8% lower than those during the same period in 2018 and 2019. However, a significant increase in O₃ levels by 50.0% and 25.9% at WUH and SHA was observed, respectively. These results evidently show decreased nitrogen oxides concentrations in the airport vicinity due to reduced aircraft activities, while amplified O₃ pollution due to a lower titration by NO under strong reduction in NO_x emissions.     

Response of PM2.5-bound elemental species to emission variations and associated health risk assessment during the COVID-19 pandemic in a coastal megacity

The coronavirus (COVID-19) pandemic is disrupting the world from many aspects. In this study, the impact of emission variations on PM_2.5-bound elemental species and health risks associated to inhalation exposure has been analyzed based on real-time measurements at a remote coastal site in Shanghai during the pandemic. Most trace elemental species decreased significantly and displayed almost no diel peaks during the lockdown. After the lockdown, they rebounded rapidly, of which V and Ni even exceeded the levels before the lockdown, suggesting the recovery of both inland and shipping activities. Five sources were identified based on receptor modeling. Coal combustion accounted for more than 70% of the measured elemental concentrations before and during the lockdown. Shipping emissions, fugitive/mineral dust, and waste incineration all showed elevated contributions after the lockdown. The total non-carcinogenic risk (HQ) for the target elements exceeded the risk threshold for both children and adults with chloride as the predominant species contributing to HQ. Whereas, the total carcinogenic risk (TR) for adults was above the acceptable level and much higher than that for children. Waste incineration was the largest contributor to HQ, while manufacture processing and coal combustion were the main sources of TR. Lockdown control measures were beneficial for lowering the carcinogenic risk while unexpectedly increased the non-carcinogenic risk. From the perspective of health effects, priorities of control measures should be given to waste incineration, manufacture processing, and coal combustion. A balanced way should be reached between both lowering the levels of air pollutants and their health risks.     

COVID-19管控前后不同污染阶段PM2.5中二次无机离子变化特征

为探讨新冠肺炎疫情(COVID-19)管控前后不同污染阶段PM_2.5中二次无机离子变化特征,使用高分辨率(1 h)在线仪器对2019年12月15日至2020年2月15日郑州冬季气象、污染气体浓度和PM_2.5中水溶性离子水平进行在线监测,分析此次COVID-19管控前后霾过程的成因、大气污染物的日变化特征和在霾不同阶段下大气污染物的分布特征.结果表明,郑州主要受到高压脊控制,天气形势稳定,有利于大气污染物累积,二次无机气溶胶(SNA,包括SO₄^2-、NO^-₃和NH⁺₄)是水溶性离子的主要组分,占比高达90%以上,COVID-19期间居家隔离措施对霾不同阶段下大气污染物的分布特征产生不同的影响,COVID-19期间PM_2.5在干净、发生和消散阶段的浓度比COVID-19前有所提高,但是发展阶段明显降低,居家隔离明显使PM_2.5高值降低了;NO₂、SO<...     

Significant concurrent decrease in PM2.5 and NO2 concentrations in China during COVID-19 epidemic

The strict control measures and social lockdowns initiated to combat COVID-19 epidemic have had a notable impact on air pollutant concentrations. According to observation data obtained from the China National Environmental Monitoring Center, compared to levels in 2019, the average concentration of NO₂ in early 2020 during COVID-19 epidemic has decreased by 53%, 50%, and 30% in Wuhan city, Hubei Province (Wuhan excluded), and China (Hubei excluded), respectively. Simultaneously, PM_2.5 concentration has decreased by 35%, 29%, and 19% in Wuhan, Hubei (Wuhan excluded), and China (Hubei excluded), respectively. Less significant declines have also been found for SO₂ and CO concentrations. We also analyzed the temporal variation and spatial distribution of air pollutant concentrations in China during COVID-19 epidemic. The decreases in PM_2.5 and NO₂ concentrations showed relatively consistent temporal variation and spatial distribution. These results support control of NO_x to further reduce PM_2.5 pollution in China. The concurrent decrease in NO_x and PM_2.5 concentrations resulted in an increase of O₃ concentrations across China during COVID-19 epidemic, indicating that coordinated control of other pollutants is needed.     

新冠疫情对我国NO2排放影响的时空分析

基于高分辨率的TROPOMI数据,分析了我国疫情爆发期的NO₂空间分布情况,同时对比了疫情同比期和环比期不同地区的变化情况.分析表明,全国范围内NO₂柱浓度的同比下降率和环比下降率分别为40.46%和50.09%,经济发达且人口稠密的城市群,排放量下降较为显著,其中江苏、河南、山东、浙江等NO₂历史排放较高的省份受疫情影响更大.湖北省疫情期的NO₂柱浓度绝对值(1.63×10¹⁵molec/cm²)在中东部省份属于最低位水平,同比和环比下降率也均在50%以上.相对来说,武汉、孝感等周边城市的影响远大于十堰、恩施等西部山区.地基国控站点的NO₂质量浓度也显示了与卫星观测较一致的空间分布和变化趋势,证明了采用“自上而下”的遥感手段,可以对不同区域的大气污染排放强度和社会经济活动水平进行快速评估.     

厦门湾空气质量对新冠疫情管控的响应

通过对厦门湾城市群在COVID-19封锁前后6周内（2020-01-11~2020-02-21）的空气污染物浓度变化进行分析,以确定影响本区域空气质量的主要人为污染源.在春节假期与封锁叠加期间,SO₂、NO₂、CO、PM₁₀和PM_2.5浓度相比于节前1周的下降幅度分别为6%~22%、53%~70%、34%~48%、47%~64%和53%~60%,而O₃浓度变化没有一致的规律性;与2018~2019年历史同期相比,PM_2.5、PM₁₀、CO和NO₂的下降幅度更大,但SO₂的下降幅度相当;在复工复产后,NO₂的反弹幅度最大（38%~138%）,远高于SO₂（2%~42%）,显示交通源相对于固定源更易受到疫情管控的影响;春节后风速增大和降水增多也为SO₂、NO₂和PM的下降提供了正向影响.利用反距离插值权重法,得到管控前后厦门湾城市群不同污染物的空间分布变化特征,显示NO₂浓度高值区的变化与交通源高度相关,CO和SO₂空间分布特征保持稳定,复工后PM_2.5和PM₁₀在人口与路网密集区变化不明显,而在工地相对集中区域有明显上升,O₃空间分布的低值区与NO₂的高值区具有较好的空间匹配性,显示NO₂对O₃滴定作用明显,可为进一步O₃污染减排措施的制定提供参考.     

疫情管控期间深圳市城区VOCs的变化特征及减排效果评估

2022年3月为防止新冠肺炎疫情(COVID-19)的传播扩散,深圳市采取了严格的管控措施,这为研究深圳市环境空气中人为源挥发性有机物(AVOCs)变化对减排的响应,以及评估当前减排措施的有效性提供了检验机会.基于2022年3月7～27日深圳市莲花站污染物的在线观测数据,对疫情管控前、管控期间和解除管控后AVOCs的变化进行了分析,并利用基于观测的模型(OBM)研究了臭氧生成的敏感性变化,开展了前体物减排效果的评估.结果表明,受区域影响及气象条件的干扰,深圳市城区AVOCs的平均值在疫情管控期间并没有较管控前明显下降;但疫情管控期间“海陆风”影响下早高峰AVOCs的峰值较非管控期间平均下降了46%,且以芳香烃的降幅最大,下降了59%;在持续偏东风影响下或受区域传输影响AVOCs累积升高过程中,芳香烃也分别平均下降了25%和21%.深圳市疫情管控期间城区仍处于AVOCs控制区,短期内要使O₃下降,提高AVOCs的减排比例是最有效的措施,建议AVOCs与NO_x的协同减排比例大于1∶2;长期NO_x需深度减排到60%以上才有可能...