区域环境空气质量预报的一般方法和基本原则

为响应公众服务和环境管理对环境空气质量预报的迫切需求,中国环境监测总站率先在京津冀区域开展了区域环境空气质量预报测试。结合目前积累的预报经验和国内外相关研究,探索出区域空气质量预报的一般方法和基本原则,讨论了客观订正环节中大气扩散条件、污染源排放、物理化学过程和空气质量变化规律的分析方法及系统建立、结果确定、天气控制形势分析和信息表述等基本原则,以期为各地开展环境空气质量预报提供技术参考。     

唐山市钢铁行业大气污染物排放清单建立

以唐山市钢铁企业为研究对象,在收集已有排放源数据的基础上,基于排放因子和活动水平数据采用排放因子法估算了唐山市钢铁企业多个大气污染物的排放量,得到了符合空气质量模型要求的污染源输入数据,建立钢铁行业和主要防控因子污染源数据库。结合唐山市各县区的环境空气质量状况,利用GIS技术,将不同污染因子的排放进行空间分布,最终形成准确完善的多尺度、高时空分辨率大气污染源排放清单。研究介绍了符合中国特色的区域高分辨率大气排放源清单建立的方法体系,为京津冀地区区域大气污染联防联控及2020年大气污染物区域削减计划工作提供数据支撑。     

空气质量多模式预报系统在中山市的应用

介绍了中山市空气质量多模式预报系统。对2015年3月—2016年2月的预报效果评估表明:系统可以较好地反映污染物的变化趋势但仍存在系统性偏差。通过对排放源清单的调整优化及对模式干沉降模块的改进使模式系统的偏差显著减小。总结并建立中山市污染天气案例库,发现在典型污染天气形势下,除O3-8 h外,其他污染物均值均能达到空气质量二级标准。未来将从2个方面提高中山市空气质量预报预警系统的实用性,包括逐步实现污染源排放清单的动态及时更新和提高极端气象条件下O3污染预报能力。     

南京市空气质量预报效果评估及误差分析

基于2020年南京市空气质量实况数据及预报数据,评估了当年南京市空气质量预报效果,分析了预报偏差特征及其成因。结果表明,4个季节中,秋季的空气质量指数(AQI)预报准确率评分和综合评分最高,夏季的首要污染物准确率评分最高;4个季节均出现正预报偏差,其中夏、冬季偏差大于春、秋季;首要污染物误报率与季节相关,二氧化氮(NO_(2))和可吸入颗粒物(PM_(10))的误报率较高的原因是NO_(2)和PM_(10)作为首要污染物主要出现在春、秋季,而这2个季节4种主要污染物的空气质量分指数(IAQI)值非常接近,增加了预报员经验修正的难度。典型预报偏差个例分析结果表明,模式预报对于污染物质量浓度量级的预报偏差以及预报员对气象条件和前体物质量浓度变化关注不足,是导致最终预报出现低估的主要原因。     

基于新空气质量标准的全国大气环境承载力评价

随着中国环境问题特别是大气环境问题的凸显,环境承载能力研究成为国内各界关注的热点。采用大气污染物年均质量浓度与新的空气质量标准比较的方法即超标倍数法,对全国330个地级城市进行大气环境承载力评价。评价结果表明,有70%的城市大气环境超载,大气环境承载形势严峻。超载最严重地区为京津冀及周边区域,长三角地区、中部大部分地区。PM2.5为大多数重点城市超载的首要污染物。通过对比大气环境承载指数与污染物排放总量、污染排放强度、人口、第二产业、地形、气象等因素的相关关系发现,不同地区主要影响因素不同,应该采取分区域、季节等差别化手段控制污染物排放,提高环境承载能力。     

基于OPAQ的城市空气质量预报系统研究

空气质量预测在国内的关注度日益提高,传统的空气质量预测系统通常运用数值化学传输模型,利用物理方程来计算污染物的扩散、沉降和化学反应。而化学传输模型的预测准确性很大程度上需要依赖详细的污染源排放信息和气象模型的输出结果。基于统计模型的OPAQ空气质量预报业务系统,采用人工神经网络算法,可预测各污染物的日均值或日最大值。并对北京空气质量预报的结果进行了评价,OPAQ空气质量预报业务系统对空气质量预测的准确性较高,能够利用较低的计算资源得到较为准确的预测结果。与数值预报相比,OPAQ空气质量预报业务系统不需要大量的基础数据作为输入,可弥补数值预报的不足,并成为数值预报的有力补充。     

新冠肺炎疫情期间冀南地区空气质量时空变化特征

为研究新冠肺炎疫情期间冀南地区空气质量变化规律,明确防疫管控措施对空气质量的具体影响及大气污染物排放特征,笔者综合分析了研究区域的常规监测数据和部分大气超级站的PM_2.5组分数据。结果表明:疫情防控重点区域石家庄市、邢台市空气质量整体好转,细颗粒物和一次排放气态污染物浓度下降明显,PM_2.5来源中燃煤、生物质燃烧源占比上升,机动车尾气源占比下降,体现出交通管制、企业限产和道路工地扬尘管理等环保措施的有效性。疫情防控高风险区域石家庄市藁城区出现了明显的NO₂浓度降低、PM_2.5污染好转现象,而O₃浓度显著升高成为新的特征污染物。结果显示,藁城区综合防疫管控举措对本地一次排放污染物起到了明显抑制作用。疫情防控核心区域藁城区增村镇因实行最严格的封村、限行、停产等措施,人为污染源排放"触底",6项监测指标中除O₃浓度同比、环比均大幅度升高外,其他污染物浓度全时段降低,SO₂和CO昼夜差距缩小,环境质量明显优于周边乡镇。分析认为大规模持续化学消杀可能对O₃浓度升高有影响,此问题需要进一步探讨。     

南京市重点污染源对城区空气质量的影响

在基本掌握南京市各类污染源排放状况的基础上，运用南京市空气质量数值预报系统，对2005年1月南京市一次较为典型的天气条件形成的污染过程的数值模拟，计算分析了重污染发生时重点污染源对城区主要空气污染物质量浓度分布的贡献作用。结果表明，南京市城北工业区与主城区毗邻，而且污染物排放量较大，在冬季主导风向为东北风时对主城区污染物的质量浓度值具有显著的贡献。     

兰州市主要大气污染物浓度季节变化时空特征分析

应用统计方法分析了兰州市大气污染物SO2、NOx、TSP浓度时空分布的季节变化特征。使用GIS空间叠加分析技术,利用污染源、人口、绿地覆盖等空间数据,对上述污染物时空分布特征的成因进行了探讨。研究表明,兰州市大气环境质量状态存在鲜明的冬春高、夏秋低的季节差异。空间上,经济活跃、人口密集城区污染程度更高。TSP污染物是造成兰州市大气环境质量下降的主要污染源,但其他两种污染物对兰州市区大气环境质量的影响也不能忽视。相关分析表明,社会经济因素对兰州市空气质量的时空分布有一定影响。GIS空间分析功能是分析城市空气环境质量时空变化特征的一个有效工具。     

川东北中心城市南充大气污染态势及其主要成因

基于南充市主城区6项大气污染物浓度数据,研究了2014-2020年南充市的空气质量指数、空气质量指数等级和首要污染物的时序分布。结果表明:随着大气污染防治的开展,南充市大气污染物浓度逐渐下降,出现首要污染物的天数逐年减少,空气质量逐步提高。受污染物节律性影响,空气质量呈现明显的季节差异,冬季空气质量最差,春季次之,夏季污染相对较轻,秋季最轻。首要污染物类型的季节分布特征表现为冬季出现首要污染物天数最多,春季和夏季次之,秋季最少。春、秋、冬季以PM_2.5污染为主,夏季以O₃污染为主。从全年来看,与O₃相比,PM_2.5对空气质量的影响更为突出。在持续控制大气污染物排放总量的同时,精细化协同管控细颗粒物、氮氧化物、挥发性有机物和二氧化硫排放将有助于现阶段的大气污染防治。     

The Spatial-Scale Effect of an Atmospheric Environmental Impact Assessment in Regional Strategic Environmental Assessment (R-SEA)

When evaluating the atmospheric environment in regional strategic environment assessment (R-SEA), the variation and choice of the spatial scale have a substantial influence on the conclusions of the assessment. In this study, we used numerical simulation to investigate the spatial-scale effect. Two varying spatial extents and two varying spatial details of pollutant emission data (emission inventories in this case) were provided for numerical modeling, and output distributions of atmospheric pollutants at different air pollution levels were compared. The results show that the resolution and spatial range of data collection do indeed influence the atmospheric prediction and assessment results in R-SEA. The spatial-scale effect is more significant under the air pollution condition than under excellent and good air quality conditions. A comparison of varying spatial extents of emission inventory shows that narrowing the prediction area to a local scale is more conducive to identifying the impact of local pollution sources. A comparison of varying spatial details of emission inventory indicates that a higher resolution is favorable for identifying local high concentrations of pollutants and their locations.     

大气污染物指纹系统构建及在污染溯源中的应用

基于污染物检测特征信息结合区域产业结构、企业布局等信息构建了大气污染物指纹系统,通过污染物检测特征信息构建的第一级指纹数据库实现了对大气特征污染物的识别和污染物应急处置措施的推送;通过污染源行业及其排放的特征污染物信息构建的第二级指纹数据库实现了产排污行业的溯源;通过企业及其产排污信息,结合气象条件构建的第三级指纹数据库实现了对产排污企业的溯源。基于大气污染物指纹数据库的污染溯源技术为突发环境污染事故中污染物质的识别和污染源的追踪提供了新途径。实际应用验证表明,大气污染物指纹系统污染溯源响应快速、识别精准,实现了大气污染物从监测、溯源到应急处置的全过程无缝衔接。     

精细化预报在首届中国国际进口博览会空气质量保障工作中的应用

重大活动保障预报不同于业务预报,其核心是服务管控,并注重提前预报的时效性和精细化。该文总结了首届中国国际进口博览会空气质量保障预报工作的实践经验:在历次保障预报联合会商组织架构的基础上,完善联合会商机制,强调预报保障主体单位与支持单位的预报工作内容和职责的区分,通过数值模式的优化改进、针对性开展关键气象因素专题等多种技术手段不断提升预报精准度,并创新应用历史相似污染案例库挖掘和匹配分析,注重预报效果评估以及时总结预报经验,不断提升预报的准确性,为管理决策提供强有力的技术支撑。     

Developing an indicator for the chronic health impact of traffic-related pollutant emissions

The goal of this study is to develop an emission based indicator for the health impact of the air pollution caused by traffic. This indicator must make it possible to compare different situations, for example different Urban Travel Plans, or technical innovations. Our work is based on a literature survey of methods for evaluating health impacts and, more particularly, those which relate to the atmospheric pollution caused by transport. We then define a health impact indicator based on the traffic emissions, named IISCEP for Chronic health impact indicator of pollutant emission. Here health is understood in a restricted meaning, excluding well-being. Only primary pollutants can be considered, as the inputs are emission data and an indicator must be simple. The indicator is calculated as the sum of each pollutant emission multiplied by a dispersion and exposition factor and a substance specific toxicity factor taking account of the severity.Last, two examples are shown using the IISCEP: comparison between petrol and diesel vehicles, and Nantes urban district in 2008 vs 2002.Even if it could still be improved, IISCEP is a straightforward indicator which can be used to gauge the chronic effects of inhaling primary pollutants. It can only be used in comparisons, between different scenarios or different technologies. The quality of the emissions data and the choice of the pollutants that are considered are the two essential factors that determine its validity and reliability.     

长三角城市群污染输送相互影响的敏感性试验

利用WRF-Chem模式,对2013年11月29日至12月11日长江三角洲地区的严重空气污染事件进行数值模拟,研究长三角核心区不同污染物本地源和外来输送所占比重。分析长三角核心区排放源对本地不同污染物浓度的污染贡献。结果表明,在2013年12月的这一次污染事件中,颗粒物平均本地贡献与外来输送基本比重相当;而SO_2、CO、NH_3、NO_x这4种气体污染物则以本地贡献为主,本地贡献的差异与气体的化学反应活性有关,活性越强本地贡献比重越大。污染过程中12月7日至12月9日00:00为污染最严重的时段,污染物的本地贡献有明显上升。区域间输送的方向和强度与地面风向、风速有紧密的联系。在边界层高度范围内,大部分污染物越往高空本地排放源的贡献越弱,外来输送主导作用增强,而硝酸盐在地面、1 km和1.5 km的本地贡献差异远小于其他污染物。     

集合数值预报系统在上海市空气质量预测预报中的应用研究

介绍了上海市世博环境空气质量集合数值预报系统的框架,分析了各模式在上海市空气质量预报及排放源污染贡献测算中的应用情况,提出开发多种预报手段、实施集合预报是提高城市空气质量预报准确率的发展方向。     

长三角区域空气质量数值预报系统及其在重大活动保障中的应用

2014年起,上海市围绕城市及长三角区域空气质量预测预报和重污染预警需求,搭建了长三角区域空气质量数值预报系统。该系统综合应用了模式参数化方案比选、排放清单耦合处理、大气化学资料同化、大数据集合订正等关键技术,集合模式PM2. 5和O3小时浓度偏差为-10%~10%,提升了区域PM2. 5和O3浓度模拟效果。该系统实现了污染在线源解析和多排放情景模拟等功能的业务应用,应用于2018年首届中国国际进口博览会保障中,为上海市及长三角区域空气质量业务预报和重大活动保障提供了业务产品支撑。     

京津冀地区一次污染过程的星载地基激光雷达联合观测分析

针对2018年3月9—15日京津冀地区的一次空气重污染过程,进行了基于地基颗粒物激光雷达组网的星载-地基联合观测分析。颗粒物激光雷达观测到污染前期为局地污染累积过程,中期有明显的污染物区域传输过程,北京受太行山沿线城市污染输送影响较大。风廓线激光雷达观测结果表明:此次污染过程近地面主要为偏南风且风力较弱,冷空气到来时风向转为较强东北风,导致污染消散。微波辐射计观测到保定在污染过程中出现持续6 d的逆温层,同时在污染过程中近地面相对湿度较高,逆温层被打破后污染开始消散。在污染过程的各个阶段中,污染团的空间分布与变化特征均被很好地反映出来,可见地天联合观测对污染物的累积与输送研究有较大的意义,能对京津冀及周边地区的大气污染联防联控提供有力支持。