长江三角洲初冬一次重污染天气成因分析

利用站点气象和PM_2.5资料以及NCEP的全球再分析数据集研究了2015年12月17~28日长江三角洲地区一次重污染天气过程.结果表明：地面弱气压场是此次污染事件发生发展的主要天气背景,而冷空气带来的大风使PM_2.5浓度迅速下降,有效清除了PM_2.5.区域热力因子和动力因子分析发现,此次过程中大气中低层层结稳定、近地面逆温强,有利于PM_2.5和水汽的累积,使其浓度水平升高;对于动力因子来说,较小的通风率和较低的边界层高度不利于污染物扩散,同样使PM_2.5浓度上升.两者相比,热力因子对PM_2.5浓度值的贡献比动力因子大.结合后向轨迹和排放源分布发现,此次污染过程中长江三角洲地区的PM_2.5主要受来自其西北方向的大陆气团（占46%左右）的影响,这些气团途经高污染排放源并把污染物远距离传输至长江三角洲地区.最后利用PSCF和CWT对长江三角洲地区污染物的潜在来源进行了分析,发现PM_2.5的来源主要集中在安徽、河南、山西、山东以及长江三角洲本地,说明此次过程中长江三角洲地区的污染物浓度受到远距离输送和局地过程的共同影响.     

2018年冬季淄博市一次沙尘天气颗粒物污染特征研究

2018年11月底淄博市经历了一次沙尘影响下的大气重污染过程,为研究此次重污染过程形成机制,分析了淄博市ρ(PM₁₀)和ρ(PM_2.5)及PM_2.5化学组分特征,并利用PMF模型和后向轨迹模型对颗粒物的来源进行研究.结果表明:①污染期间,ρ(PM₁₀)和ρ(PM_2.5)小时平均值分别为(259±111)和(133±51)μg/m3,分别是污染后ρ(PM₁₀)〔(88±38)μg/m3〕和ρ(PM_2.5)〔(36±14)μg/m3〕的2.9和3.7倍.②受沙尘的影响,Ca2+、Mg2+、Al、Mg、Ca、Si等代表沙尘源的离子和元素组分的质量浓度在PM_2.5中占比均高于污染后.③ 72 h后向轨迹结果表明,除受西北方向沙尘传输气流影响外,局地盘旋的当地气流也增加了污染物的累积,此次大气污染过程是本地污染物累积及西北沙尘传输共同作用形成的.④ PMF模型解析表明,污染期间扬尘源是PM_2.5的首要贡献源类,贡献率达33.61%,说明沙尘过境对此次污染过程有较大贡献;污染后工业源贡献显著增高,成为主要污染源,贡献率为22.71%,体现了淄博市是重工业城市的特点.研究显示,淄博市此次重污染过程颗粒物来源复杂,除受本地区域污染影响外,外来沙尘过境贡献也较大.      

伴随模式在追踪污染事件重点源区中的应用

本研究利用GRAPES-CUACE气溶胶伴随模式,对2015年11月27日~12月2日北京市一次高浓度PM_(2.5)污染过程进行了敏感性分析,显示了伴随模式在追踪重点排放源区及关注敏感排放时段等方面的优越性.研究结果表明:本次污染事件所关注的北京市PM_(2.5)峰值浓度是北京市本地排放源和周边省市排放源共同作用的结果.从累积敏感系数来看.目标时刻前23h内,本地源贡献占主导,PM_(2.5)峰值浓度对本地排放源响应迅速,目标时刻前5h,本地源对峰值浓度的贡献达到最大,逐时敏感系数峰值为9.4μg/m~3.周边源贡献表现为周期性波动,逐时敏感系数在目标时刻前9,29,43h,出现3次峰值,分别为6.66,6.24,1.74μg/m~3,伴随着偏南风,周边源在目标时刻前1~57h内持续不断地向北京市输送污染物.不同距离的周边源对目标时刻PM_(2.5)峰值浓度的影响时段和程度不一样,目标时刻前72h内,北京、天津、河北及山西排放源对目标时刻PM_(2.5)峰值浓度的累积贡献比例分别为31%、9%、56%及4%;从逐时敏感系数来看,天津源贡献的主要时段为目标时刻前1~33h,逐时敏感系数峰值出现在目标时刻前9h,为2.10μg/m~3,山西源贡献的主要时段为目标时刻前17~33h,逐时敏感系数峰值出现在目标时刻前27h,为0.71μg/m~3,河北源贡献的主要时段为目标时刻前1~57h,逐时敏感系数呈现周期性波动,出现3次峰值,分别为4.55,5.31,1.59μg/m~3.     

京津冀区域PM2.5及二次无机组分污染特征研究

选取北京、石家庄和唐山作为京津冀区域典型城市,基于实地样品采集和组分分析结果,探讨PM_2.5组分中二次无机水溶性离子（SNA）浓度变化特征,并利用空气质量模型模拟结果分析重污染前后京津冀地区各类污染源大气污染物排放对PM_2.5和SNA质量浓度的贡献.结果显示：3个城市PM_2.5质量浓度整体呈现逐年下降的趋势,多数情况下SO₄^2-、NO₃^-和NH₄⁺浓度极大值同时出现在冬季,PM_2.5化学组分较为稳定.相对于常规时段,重污染期间SO₄^2-、NO₃^-和NH₄⁺质量浓度明显增加,重污染前一天SNA浓度占PM_2.5比值达到最高.重污染的形成是本地源排放和外来区域传输共同作用的结果,外来源对NO₃^-的贡献整体高于SO₄^2-和NH₄⁺.交通源、居民源和工业源对PM_2.5、SO₄^2-和NO₃^-浓度贡献最高,NH₄⁺主要来自居民源的排放.     

北京市冬季典型重污染时段PM2.5污染来源模式解析

为了探究近年来北京市PM_2.5污染区域来源规律和重污染累积过程中PM_2.5的生成途径,利用第三代三维空气质量模型CAMx的颗粒物源示踪(PSAT)和过程分析(PA)技术,模拟计算了北京市2013年和2014两次冬季典型重污染时段PM_2.5的源-受体关系和物理、化学过程对PM_2.5的生成贡献. 结果表明:在区域来源贡献中,随着空气污染等级由优升至严重污染,外地PM_2.5贡献率从42.9%升至67.4%,本地贡献率由57.1%降至32.6%,其中外地二次PM_2.5贡献率从20.2%升至39.8%,为北京市重污染时段的主要贡献因子;在外地贡献中,廊坊市、山东省、天津市、唐山市的贡献率较大,分别为3.2%~4.7%、3.8%~7.5%、3.6%~5.8%、2.2%~3.2%. PA分析结果表明:在不利气象条件(持续性的逆温层结)下,南边界的输送在重污染过程中起到了重要作用,对ρ(PM_2.5)增长的贡献速率可达10 μg/(m3·h). 此外,本地化学转化在重污染时段对ρ(PM_2.5)爆发性增长的贡献率也可以达到40.0%,其中特殊天气条件下二次PM_2.5生成贡献的显著增加是造成ρ(PM_2.5)出现峰值的主要原因. 研究显示,随着污染程度的加重,北京市受区域性污染的影响逐渐加大;在重污染过程中,不利气象条件下的本地化学转化与水平输送对近地层ρ(PM_2.5)峰值的出现与维持发挥了重要作用.      

郑州市金水区冬季大气PM2.5污染特征及来源解析

为探究郑州市金水区冬季PM_2.5污染特征及来源贡献,采用离线采样法对金水区大气中银行学校和郑纺机两站点的PM_2.5进行了采集,通过颗粒物分析仪解析PM_2.5的组分构成,并重点采用正交矩阵因子(PMF)模型和多尺度空气质量(CMAQ)模型分析评估了PM_2.5的来源及输送贡献。结果表明,银行学校和郑纺机站点中水溶性离子(WSIIs)浓度分别占PM_2.5浓度的46.4%和44.8%,金属元素组分浓度分别占17.2%和14.3%。富集因子(EF)及比值分析显示,两站点需重点关注燃煤源和机动车源的影响。PMF源解析显示,金水区两站点中对PM_2.5的浓度贡献污染源主要是机动车源、扬尘源及燃煤源。CMAQ模型模拟结果显示,金水区两站点中PM_2.5的主要来自金水区自身的排放,贡献占比高达43%以上,其次为金水区的北部、西部和南部区域。研究显示,在加强本地PM_2.5污染管控的同时,需要考虑北部、西部及南部区域以及郑州市周边地区的区...     

基于模式模拟的苏皖鲁豫交界区典型月份PM2.5来源解析

基于WRF-Chem模式模拟分析了2019年1月、7月苏皖鲁豫交界区本地排放对PM_2.5污染水平的贡献以及不同污染源对PM_2.5浓度和化学组分的贡献.结果表明：WRF-Chem模式合理地模拟了研究时段内苏皖鲁豫交界区PM_2.5的空间分布特征,PM_2.5的化学组分中冬季NO₃^-含量最高,夏季SO₄^2-含量最高.在不同的污染源中,民用源是冬季苏皖鲁豫交界区PM_2.5最主要的来源,贡献约为35.87%,农业源和工业源对PM_2.5的贡献分别为28.71%、22.17%;工业源是夏季苏皖鲁豫交界区PM_2.5最主要的来源,贡献达到50.57%,电力源、农业源和民用源的贡献分别为18.05%、15.14%和12.22%.从各污染源对PM_2.5污染贡献量的小时变化上看,工业源和民用源对冬季PM_2.5贡献量呈现明显的双峰双...     

2019年秋冬季京津冀与周边地区污染传输特征分析

本研究结合大气环境观测数据,应用潜在源分析法(PSCF)和浓度权重轨迹分析法(CWT),以及基于WRF-CMAQ模式的传输矩阵和传输通量计算方法,研究分析了2019年秋冬季京津冀典型城市的大气污染特征与成因,量化评估了京津冀地区与周边省份之间的PM_2.5传输贡献.结果表明,京津冀地区冬季较秋季污染严重,且重污染时段PM_2.5浓度均与相对湿度呈显著的正相关,和风速呈显著的负相关;京津冀典型城市北京、天津和石家庄的潜在源区主要分布在京津冀本地、山西、内蒙古中部地区和山东地区,这与CWT结果基本吻合.京津冀各省域的PM_2.5以本地排放贡献为主,北京、天津和河北的本地贡献率范围为54.33%~66.01%,京津冀受区域外传输的贡献率范围为0.11%~26.54%.传输通量结果表明,冬季PM_2.5的传输主要受高空西北气流的作用,尤其清洁天气,高风速驱动清洁气团流入;秋季则主要受低空东南气流作用;传输通量呈现出显著的垂直分布特征,高空区域传输作用更为活跃,传输通量的流入/流出以及垂直分布与污染级别和RH呈现非线性响应关系,主导风向变化导致重污染前的传输效应明显大于重污染期间,高湿环境的传输效应明显小于低湿环境.     

基于PM2.5来源解析的减排方案制定

为定量解析PM_2.5浓度与排放源削减比例之间的关系,利用WRF-NAQPMS/OSAM模式对2017年12月京津冀及周边地区“2+26”城市的PM_2.5浓度变化和来源解析进行了模拟,并基于来源解析结果对各城市进行了迭代减排实验.结果表明,各城市削减本地排放源的效果最为显著,由于受化学生成影响引起的排放源和PM_2.5浓度之间的高度非线性关系,使得线性减排方案具有较大的局限性.各城市排放源削减引起的PM_2.5浓度变化主要由排放源的一次贡献和化学生成的二次贡献组成,其中化学生成的二次贡献浓度与行业解析结果的函数之间存在显著的线性关系.随着排放源的削减,清洁期间PM_2.5浓度中各组分的浓度随之下降,污染期间硝酸盐、二次有机气溶胶、铵盐等浓度不降反升,这为迭代减排方案中物种的选择提供了指导意义.     

基于环境监测数据的大气重污染应急减排措施效果评估

我国自2013年起对重点区域逐步开展重污染天气应对工作,以削减大气重污染峰值、减缓重污染的发生和发展.为更客观地评估重污染天气应急减排措施的效果,基于环境监测数据对应急效果评估开展方法学研究,通过对洛伦兹曲线内涵的拓展,提出污染物高位累积浓度占比的概念,并以PM_2.5、PM₁₀、SO₂、NO₂四种污染物为研究对象,评估重污染天气应急措施减排效果,同时将评估结果与空气质量模型模拟结果进行相互辅证.结果表明:2016年和2017年秋冬季（当年10月1日-翌年3月31日）"2+26"城市PM_2.5、PM₁₀、SO₂、NO₂高位累积浓度占比较2015年同期均有所下降,降幅为0.43%~3.80%;PM_2.5、PM₁₀高位累积浓度占比降幅相对SO₂、NO₂大,其中,2016年和2017年秋冬季PM_2.5高位累积浓度占比较2015年同期降幅均为2.23%,PM₁₀高位累积浓度占比较2015年同期降幅分别为1.89%、3.80%.研究显示,应急措施在"2+26"城市范围内对PM_2.5、PM₁₀、SO₂、NO₂起到了较显著的重污染削峰作用,其中,应急措施对PM_2.5、PM₁₀等颗粒物重污染削峰效果优于SO₂、NO₂等气态污染物.      

京津冀地区居民采暖"煤改电"的大气污染物减排潜力与健康效益评估

散煤燃烧等低矮面源的排放对京津冀等地区采暖季ρ（PM_2.5）贡献较大,是重污染天气形成的重要原因之一.针对京津冀地区居民采暖“煤改电”治理工程,以2025年为目标年,以不做任何散煤治理工作为基准情景,同时设计2种不同的控制情景（控制情景1、控制情景2）,评估不同控制情景下“煤改电”带来的健康效益.通过综合考量民用散煤占燃煤消费量的比例、散煤PM_2.5排放强度,结合京津冀地区各城市PM_2.5源解析结果,确定民用散煤对大气环境ρ（PM_2.5）的贡献系数,计算空气质量改善情况.在此基础上,综合流行病学相关研究成果,运用环境健康风险评估方法,预测不同控制情景中京津冀地区居民采暖“煤改电”带来的健康效益.结果表明:①京津冀地区在控制情景1中ρ（PM_2.5）年均值分别下降4.9、4.9和1.1 μg/m3,在控制情景2中分别下降5.4、5.6和2.0 μg/m3;②在控制情景1、控制情景2中京津冀地区居民采暖“煤改电”带来的健康效益分别为266.55×108和352.34×108元,分别约占京津冀地区2015年GDP的0.38%和0.51%.研究显示,通过实施”煤改电”,京津冀地区可实现的健康效益相当可观,其中,北京市获得的健康效益最大,其次是河北省和天津市.      

2015年北京“阅兵蓝”特征及成因探讨

利用大气成分和气象要素观测数据,对2015年8~9月北京田径世锦赛和抗战胜利70周年纪念活动期间的北京PM_2.5浓度变化特征及其相关的大气污染气象条件进行了研究,并采用大气化学数值模式模拟了气象条件、减排措施和区域减排联合行动对北京PM_2.5浓度下降的作用和贡献.结果表明：纪念活动期间北京地区空气质量显著改善,PM_2.5平均浓度仅为18.7μg/m³,比前期8月1~19日下降70%,比2014年同期降低74.0%;东北冷涡长时间稳定少动为空气质量改善提供了良好的大气环流条件,北京地区混合层高度相比前期升高20%,相对湿度降低17%,风速增大7%,气象要素变化为庆祝活动期间PM_2.5浓度下降提供了良好的气象条件,尤其是地面主导风向转为偏北风后,阻止了北京城南及华北中南部地区的污染物输入北京城区;CAMx模式的模拟结果表明,与2014年同期相比,气象条件变化在北京PM_2.5浓度降幅中的贡献率达73%;纪念活动期间有无减排的模拟分析显示,在相同的气象条件下,减排措施使北京PM_2.5浓度下降约33%;期间北京PM_2.5来源以本地排放为主,本地的减排措施对改善空气质量的贡献率约为72%,周边地区减排的贡献率约为28%.     

2008～2017年北京市PM2.5周期性变化特征与影响机制

利用Morlet小波方法分析北京市2008~2017年PM_2.5资料,结果表明,北京市PM_2.5浓度存在显著的日变化、周变化、以及季节和年变化周期性特征,并且秋冬季的周期性特征显著高于春夏季.结合气象资料,包括水平风速、大气边界层高度、以及大气稳定度指数等,分析PM_2.5不同周期性变化对应的主要影响机制表明：大气边界层过程是PM_2.5日变化的主要影响机制,导致PM_2.5浓度白天低、夜间高.秋冬季PM_2.5日变化幅度高于春夏季;天气过程是PM_2.5周变化的主要机制,PM_2.5浓度与天气变化过程带来的风速变化和边界层高度呈强反相关关系;PM_2.5的季节变化与大气扩散能力的季节变化密切相关,秋冬季减弱的大气扩散能力加速了PM_2.5在近地面累积,春夏季则相反.     

2015年冬季京津冀两次重污染天气过程气象成因

为了分析京津冀地区2015年11月27日~12月1日和12月19日~25日这2次重污染过程,从环流形势、大气稳定度条件、动力条件、水汽条件、近地层风场输送等几个方面对重污染天气的形成机制展开分析,结果表明：这2次重污染天气过程均属于静稳型,津京冀各地重度以上污染时长均超过50%.在大范围静稳形势存在时,过程一期间边界层内的垂直扩散条件较过程二偏弱,过程一期间地面辐合线位置偏北且维持不动,过程二期间辐合线位置偏南且略微南北摆动,导致了2次过程重污染区域和污染增长速率的不同.对北京而言,过程一前期降雪融化提供了有利水汽条件,弱偏南风有利于污染物和水汽的输送,混合层高度持续异常偏低（京津冀平均混合层高度339m）、过程期间伴随弱下沉运动（0~2Pa/s）、多层逆温（且厚度大）造成日变化不明显,地面辐合线在北京中部维持等多重因素,使得污染浓度极高,北京地区PM_2.5峰值浓度达593mg/m³.过程二前期采取了减排措施,能见度和PM_2.5日变化大、污染发展较过程一前期平缓;后期不利气象条件叠加污染排放,导致了PM_2.5爆发式增长,其中邢台PM_2.5峰值浓度达70mg/m³,增长率超过7.2mg/（m³·h）.     

疫情期间“2+26”城市污染减排成效评估

为评估“2+26”城市在疫情期间的减排效果,基于NAQPMS模式和情景模拟的方法,分析了2020年1~3月及疫情前后空气质量特征,对气象、重污染应急减排措施及社会经济活动对空气质量的影响和研究的不确定性进行了分析讨论.结果表明,2020年1~3月,“2+26”城市空气质量级别优良率为59.6%,同比上升10.9%;PM₁₀、PM_2.5、SO₂、NO₂、O₃-8h-90per和CO-95per平均浓度分别为108,76,14,36,109μg/m³和2.3mg/m³.疫情期间（1月24日~3月31日） PM₁₀、NO₂、PM_2.5和CO浓度比疫情前期（1月1~23日）同比降幅明显.气象条件造成沿燕山和太行山城市PM_2.5浓度约上升1%~8%.重污染减排促使区域性污染过程减少了2次,“2+26”城市PM_2.5季度均值降低约6~26 μg/m³.受春节和疫情综合影响,机动车排放量大幅下降,但焦化、火电等重点行业实际污染排放量变化不大,散煤燃烧对空气质量的负面影响增加.     

京津冀煤改电对PM2.5浓度的影响

基于WRF-Chem模型,结合气象要素,从PM_2.5浓度的消减量及时空变化特征等方面模拟分析了煤改电政策实施前后京津冀地区采暖期（2018年11月~2019年3月）PM_2.5的排放变化.结果表明,WRF-Chem模型很好地模拟了京津冀地区PM_2.5浓度变化,北京、天津和石家庄模拟值与观测值的相关系数分别为0.66、0.66和0.52,表现出良好的相关性.煤改电政策的实施对京津冀重点地区PM_2.5减排效果明显,PM_2.5日均减少量分布在0.2~6.1μg/m³,减少比例分布在1.2%~7.8%.PM_2.5小时均值变化显示,2018年12月PM_2.5减少量分布在0.4~8.3μg/m³,减少比例分布在2.3%~7.7%.其中,北京大兴区减排量达8.3μg/m³,天津地区减排比例达7.7%.在特殊气象条件下,煤改电政策影响范围可扩散至山东、江苏、河南北部以及山西西部,PM_2.5小时均值减少量最大超过50μg/m³.     

2008—2020年京津冀及周边地区人为源氨排放清单研究

氨可以在大气中转化生成铵根离子,成为PM_2.5中重要的水溶性无机离子组分,长时间序列的氨排放清单是研究PM_2.5污染历史成因的重要基础.为探究京津冀及周边地区人为源氨排放来源和排放特征,根据北京市、天津市、河北省、山西省、山东省和河南省的各类氨排放活动水平,采用排放因子法建立了京津冀及周边地区的氨排放清单.结果表明：(1)2008—2020年京津冀及周边地区的氨排放量总体呈下降趋势,从3 170.21×10³ t降至2 767.59×10³ t.农业源是主要贡献源,其氨排放量(2 551.94×10³～3 061.26×10³ t)占氨排放总量的92.21%～93.38%;非农业源氨排放量介于209.85×10³～232.38×10³ t之间.(2)2020年,河南省的氨排放量最大,为908.57×10³ t,占京津冀及周边地区氨排放总量的32.83%,其次为山东省、河北省和山西省,占比分别...     

基于高精度清单的京津冀机动车控污政策研究

为研究京津冀机动车污染控制政策对CO、HC、NO_x、PM_2.5、PM₁₀等污染物的减排效果,建立了2014年高精度机动车排放清单,选取过去已经实施,未来规划实施及优化/劣化后的若干政策,设置4类共13种政策情景,与实际清单基准情景进行对比,识别各政策情景的排放变化,并对其中由政府给予补贴的政策进行成本收益核算.结果显示,淘汰低排放标准机动车带来的污染减排效果最好,在天津和河北对CO和HC的排放削减分别为53.19%,49.75%和51.28%,50.87%,达半数及以上;升级机动车发动机和燃油标准也能显著削减排放,在天津和河北对PM_2.5、PM₁₀的削减分别为17.01%,17.00%和21.95%,21.93%.政府补贴政策存在明显边际效应特征,排放标准高,重污染车少的北京单位成本的减排收益明显低于天津和河北,.河北和天津在考虑成本因素的基础上,应当逐步采纳北京的高标准减排政策;北京则可在一定条件下,将一部分低效的政府补贴通过合理方式转移支付给天津和河北,以提高政府投入的减排效率.