长江三角洲城市群人为热排放特征研究

基于常规可获取的能源、交通、人口等统计资料,利用“自上而下”的能源清单法,研究了2010年长江三角洲(以下简称“长三角”)城市群地区各类人为热排放量及其时空分布特征.结果表明:该地区人为热排放总量为1.4′1019J/a,其中工业、交通、建筑、新陈代谢分别占75.1%、12.5%、9.9%和2.5%.上海、苏州、无锡、杭州和南京五个城市的人为热排放总量约占研究区域总量的71%.长三角城市群的人为热年平均排放通量为5.3W/m2,大部分地区介于5~30W/m2,城市高值区一般介于20~70W/m2,上海明显高于其他城市.为方便有关环境气候模式的输入,本文提供了人为热排放的网格化空间分布和简单的时间变化廓线.     

长江三角洲城市群人为热排放特征研究

基于常规可获取的能源、交通、人口等统计资料,利用“自上而下”的能源清单法,研究了2010年长江三角洲(以下简称“长三角”)城市群地区各类人为热排放量及其时空分布特征.结果表明:该地区人为热排放总量为1.4′1019J/a,其中工业、交通、建筑、新陈代谢分别占75.1%、12.5%、9.9%和2.5%.上海、苏州、无锡、杭州和南京五个城市的人为热排放总量约占研究区域总量的71%.长三角城市群的人为热年平均排放通量为5.3W/m2,大部分地区介于5~30W/m2,城市高值区一般介于20~70W/m2,上海明显高于其他城市.为方便有关环境气候模式的输入,本文提供了人为热排放的网格化空间分布和简单的时间变化廓线.     

中国城市人为热通量估计及时空分布

基于中国统计年鉴中1985~2018年全国能源消耗和人口数据,估计中国城市人为热排放通量及其时间变化趋势.利用人口空间分布和污染物排放清单数据,探讨人为热排放的空间分布特征.依据能源类型,人为热分为工业、交通运输、建筑和新陈代谢4类排放.结果表明,我国人为热排放多年来持续增长,2000年增长加速,2012~2016年增速有所放缓.2016年我国平均人为热排放通量达到0.442W/m²,工业、建筑、交通、新陈代谢排放的全国平均人为热排放通量分别为0.311,0.072,0.038和0.020W/m².人为热排放的高值主要分布在京津冀、长江三角洲、珠江三角洲重点城市群区域以及其他一些规模较大的区域重点城市.4类人为热排放均呈现东部多、西部少的特点.工业排放人为热分布与区域经济发展水平和城市化程度有关.交通运输排放的人为热主要集中在交通枢纽城市.与已有的人为热排放清单相比,本研究估计的人为热排放通量在规模较大的城市具有更大的数值,更能体现人类活动对人为热排放的贡献.     

基于多源遥感信息的人为热排放量空间化——以浙江省为例

基于自上而下能源清单法,主要考虑工业、交通、建筑和人体新陈代谢这4个热源对人为热的贡献,估算了2010年浙江省68个县市的人为热排放总量.使用DMSP/OLS遥感夜间灯光数据以及阈值法提取出人为热排放的主要区域,并有效减少夜灯像元溢出效应的影响.利用夜间灯光数据和增强型植被指数(EVI)构建人居指数,基于各市县人为热排放总量与其行政区范围内人居指数累计值之间很强的相关关系建立人为热排放量空间化模型,获得了250m分辨率下浙江省2010年城市人为热通量的空间分布.结果显示浙江省各县市的平均人为热排放通量为5.5W/m²,城市高值区一般介于10~40W/m².栅格化的人为热数据可以为城市气候环境的数值模拟研究提供基础数据支持.     

未来全球PM_(2.5)浓度时空变化特征的模拟

根据政府间气候变化专门委员会第五次评估报告(IPCCAR5)给出的气溶胶及其前体物的不同排放情景RCP2.6(低排放)、RCP4.5(中等排放)和RCP8.5(高排放),利用国家气候中心的气溶胶-气候在线耦合模式,分别模拟了2010~2030和2030~2050年总PM_(2.5)(人为和自然PM_(2.5)的总和)及其中人为和自然气溶胶柱含量的时空变化,并预估了的绿色排放情景RCP4.5下中国地区人为和自然气溶胶对总PM_(2.5)浓度变化的贡献.结果表明,在3种排放情景下,2010~2030年PM_(2.5)柱含量变化的空间分布基本相似.在欧洲、北非及其西侧的洋面上,PM_(2.5)呈现不同程度的增加,其中以北非及其西侧的洋面上的增加最为明显,而阿拉伯半岛东部PM_(2.5)则明显减少.在RCP4.5排放情景下,中国地区年均PM_(2.5)地表浓度的减少量约为2.55μg/m~3,其中人为气溶胶的贡献约为28%,自然气溶胶的贡献约为72%.2030~2050年,3种排放情景下PM_(2.5)柱含量变化的空间分布差异较大,在RCP4.5和RCP8.5放情景下,非洲北部及其西侧洋面的PM_(2.5)显著增加,而东亚地区的PM_(2.5)显著减少,而RCP2.6排放情景与前2种情景的结果区别很大.在RCP4.5排放情景下,中国地区PM_(2.5)及其中人为和自然气溶胶均在2010~2030年的基础上进一步减少,而且人为气溶胶在其中的贡献(约为34%)也有所增加.     

北京主城区人为热排放的时空特征研究

利用源清单法对北京主城区的人为热进行研究,得出不同热源排放总量与时空特征并进行小区验证.结果表明：主城区的人为热年排放总量为1.11×10¹⁸J/a,为太阳辐射总量的8.1%,其中建筑排热占人为热排放的45.3%,交通和工业部分分别占30.1%、20.2%;人为排热总量最大的为朝阳和海淀区,占主城区总量的52.2%,最少的东城和大兴区均占7.7%;主城区平均排放强度为14.55W/m²,最大为西城区82.30W/m²,大兴区仅为2.61W/m²;人为热排放高值区多集中于北二环与北四环内,约为60~100W/m²,少数街道和地区排热在150W/m²以上,最高排热强度272~376W/m²为北京CBD区,人为热结果与遥感反演的地表温度有一定的正相关关系;交通排热的月变化不显著,日变化系数在09：00、18：00左右较高,建筑排热在不同季节不同时刻均有明显差别,出现“双峰”现象,同人们作息规律相一致.     

中国地区二次有机气溶胶的时空分布特征和来源分析

二次有机气溶胶(SOA)由于其在大气污染、气候变化与人体健康方面的影响,是我国大气环境中一种重要的污染物.确定中国SOA分布规律以及产生来源是大气污染防治的前提.利用全球化学传输模型(Model for Ozone and Related Chemical Tracers,Version 4,MOZART4)并集成多相SOA参数化方案,模拟了中国地区SOA的时空分布,并按前体物分区域进行了来源分析.结果表明,受SOA前体物排放分布的影响,中国地区的SOA主要分布在东部和南部地区,并且夏季SOA产量是冬季产量的2.5倍.中国地区分布的SOA由人为源排放产生占55%,高于自然源(45%);并且境内排放贡献了我国SOA产量的77%,主要影响东部近地面大气的浓度分布.境外排放主要影响我国西部地区,尤其是对高空SOA分布影响显著.     

中国人为热变化及其对地表能量平衡的影响

利用人口统计、分布数据及能源消费统计资料,对中国1980~2015年人为热通量（Q_a）的时空变化进行了研究,并将其与地表净太阳辐射（R_n）进行了对比分析,以探讨人为热对不同尺度地表能量平衡的影响.结果表明,在研究时段内,全国平均Q_a呈显著升高趋势（0.11W/m²/10a,P<0.001）,从1980年的0.07W/m²上升到2015年的0.45W/m²,已经约相当于全球工业革命以来CO₂排放引起辐射强迫（1.68W/m²）的27%;其中Q_a高值区（≥ 1.00W/m²）已由1990年的点状分布变为2015年的面状分布,占到全国面积的10%;全国平均R_n的趋势率（0.18W/m²/10a）略大于Q_a,但未通过显著性检验（P=0.381）.对于参与计算的31个省会城市,2015年市区Q_a平均值在1~32W/m²之间,平均达17W/m²,相当于R_n平均值（147W/m²）的12%;在栅格尺度上（0.5min×0.5min）,除拉萨外,其余城市的Q_a像元最大值均超过了120W/m²,已经导致局地的热平衡发生了本质变化.研究认为,人为热释放因素不但需要在城市气候模拟研究中给予更多考虑,而且在全球和区域气候模拟与评价中以及制定气候变化应对策略时也有必要给予充分考虑,以促进全面认识并减缓气温升高.     

利用轨迹模式研究上海大气污染的输送来源

利用HYSPLIT4模式和全球资料同化系统(GDAS)气象数据,计算了2010年12月─2011年11月期间抵达上海的气流后向轨迹. 结合聚类方法和上海ρ(SO₂)、ρ(NO₂)、ρ(PM₁₀)数据,分析了各季节不同类型气流轨迹对污染物浓度的影响,利用引入权重因子后的潜在源贡献算法分析了不同季节PM₁₀和NO₂潜在WPSCF(源区分布概率)特征. 结果表明:上海气流输送季节变化特征明显. 冬、春和秋季,上海较易受到来自西北、西南等区域的大陆性气流影响,受沙尘或人为污染排放的影响相对较大,ρ(PM₁₀)、ρ(SO₂)和ρ(NO₂)平均值相对较高,分别为162、74和53μg/m3. 夏季上海主要受较清洁的海洋性气流影响,ρ(PM₁₀)、ρ(SO₂)和ρ(NO₂)相对较低,分别为47、19和36μg/m3. 上海PM₁₀和NO₂的WPSCF分布特征类似,在冬、春和秋季,WPSCF高值(0.2~0.4)主要集中在江苏南部,河南、安徽等地的带状区域也有一定贡献,说明这些区域是上海这2种污染物的潜在源区. 夏季WPSCF的分布较为集中,上海以外区域值基本小于0.1,说明外来污染输送的贡献较小.      

2种气溶胶排放源对模拟中国地区气溶胶分布的影响

利用意大利国际理论物理研究中心(ICTP)发展的耦合了气溶胶模块的最新版区域气候模式RegCM4/Aerosol,选用全球大气研究排放源(EDGAR)和亚洲区域排放源(REAS)分别对中国地区进行了1 a的数值积分,分析了上述2种气溶胶排放源对模拟中国地区气溶胶光学厚度(AOD)、浓度和干湿沉降分布的影响。结果表明,2种排放源对硫酸盐气溶胶(SO2)量级和分布的模拟基本一致。在西南和华北2个源区,2种排放源模拟的SO2浓度均高达100μg/m3。由于EDGAR排放源中黑碳(BC)和有机碳(OC)排放量级较小,模拟的中国地区BC和OC浓度均比REAS排放源模拟值偏小50¹00倍左右,对应其模拟的BC和OC干(湿)沉降通量也比REAS排放源模拟结果偏低50100倍左右,对应其模拟的BC和OC干(湿)沉降通量也比REAS排放源模拟结果偏低50¹00倍左右。东亚气溶胶模拟中,REAS排放源优于EDGAR排放源。     

霾与城市化发展的关系

利用遥感夜间灯光数据,结合地面观测资料,以浙江省为例,研究了城市发展与气候条件、大气污染物质量浓度及霾天气之间的关系. 结果表明:当前粗放型城市发展引起的干岛、热岛、低湿、低能见度等气候效应,使1980—2010年杭州年均气温的线性增长率达到0.70 ℃/10 a、风速下降率为0.11 m/(s·10 a)、能见度下降率为1.40 km/10 a,分别高于临安的0.41 ℃/10 a、0.06 m/(s·10 a)、0.92 km/10 a. 城市发展改变大气污染物组成,对于城市化水平较高的杭州,大气中ρ(PM_2.5)/ρ(PM₁₀)的月均值介于0.52~0.69之间,明显高于临安的0.45~0.59,NO₂、SO₂等二次气溶胶前体物的质量浓度也明显高于临安. 浙江省大气中ρ(NO₂)较ρ(SO₂)高,其中临安大气中ρ(NO₂)年均值较ρ(SO₂)高出5.8 μg/m3,杭州的则高出21.0 μg/m3,同时杭州大气中ρ(NO₂)与ρ(SO₂)年均值的比值(1.70)也高于临安(1.57). 城市发展引起的气候效应及大气污染物组成变化可以解释浙江省霾日数与夜间灯光在空间分布和年代际长期变化趋势上的高度一致性. 在空间上,城市发展快、夜间灯光密集的浙北、浙江沿海、金衢盆地也是霾天气高发地区,而1960—2010年年霾日数出现的2个大跃变与改革开放及2000年后城市快速发展阶段相吻合,年霾日数与夜间灯光总灰度值之间的相关系数达到0.99. 研究显示,粗放型城市化发展是当前浙江省霾污染加剧的根本原因.      

上海市微小颗粒物污染现状调查与分析

对上海市PM2.5的污染现状进行了调查与分析，在2000～2001年间对上海市7个采样点的PM2.5进行了样品采集，初步得到了上海市PM2.5浓度的时间变化规律。全市7个监测点的PM2.5年平均浓度值为60．1μg／m^3，其中市区6个监测点PM2.5的年平均浓度位为65．2μg／m^3，清洁对照点南汇监测点PM2.5的年平均浓度值为41．3μg／m^3；市区冬季的PM2.5月平均浓度值最高，达到80．2μg／m^3,夏季的PM2．5月平均浓度值最低，为35．9μg／m^3，春季和秋季的月平均浓度值分别为72．6μg／m^3，70．4μg／m^3。上海的年平均PM2.5浓度值与美国的标准值(15μg／m^3)相比，超标情况是相当严重的。     

湖北省2008~2017年人类活动净氮输入状况

为探究湖北省人类净氮输入状况,本文基于湖北省14个地级市（省直辖县）行政单元统计数据,利用人类活动净氮输入（NANI）模型,核算湖北省2008~2017年的人类活动净氮输入量.结果表明,湖北省10a平均NANI值为15929.43kg/（km²·a）.湖北总NANI值随时间呈现出先增长后下降的趋势,其中2013年达到16959.93kg/（km²·a）.在空间分布上,湖北省中东部地区（襄阳、荆门、荆州、随州、孝感、武汉、鄂州、黄冈、省直辖县）的NANI值显著高于西部地区（十堰、宜昌、恩施自治州）;氮源结构上,氮肥输入（年均贡献比例60.58%）是最大输入项,其次分别为食品/饲料净氮输入（24.85%）、生物固氮（8.16%）、大气氮沉降（6.25%）和种子氮输入（0.18%）.因此,减少化肥投入,提高农业产出投入比,同时合理控制人口密度,是减少区域内净氮负荷量,降低氮素污染的有效措施.     

20世纪90年代以来上海地区光能资源变化研究

为了摸清20世纪90年代以来上海地区光能资源变化规律,根据1991-2003年上海地区11个站年日照资料及宝山站的辐射资料,在与前30年(1961-1990年)平均比较的基础上,统计分析1991年以来太阳总辐射、直接辐射、散射辐射、日照时数、日照百分率以及光合有效辐射、光热生产潜力的变化情况,结果表明:1991-2003年,上海地区年平均总辐射减少70M Jm/2,年平均直接辐射减少160.6M Jm/2,年平均散射辐射增加90.6M Jm/2,年平均光合有效辐射减少17.4M Jm/2,年平均光热生产潜力增加3328kgh/m₂,年平均日照时数减少187.5h,年平均日照百分率减少4%。     

美国人为源VOCs管控经验及其对我国的启示

“十四五”期间加强对PM_2.5和臭氧(O₃)共同前体物VOCs的有效管控,对于我国持续改善环境空气质量非常关键,但目前人为源VOCs管控仍然是我国大气环境管理中的短板,我国亟待构建有效的人为源VOCs管控机制. 美国自20世纪50年代开始关注人为源VOCs管控,历经70多年取得了较为明显的成效. 学习借鉴美国人为源VOCs管控经验将有利于推动我国人为源VOCs的管控. 本文全面梳理了美国人为源VOCs的管控历程,总结其成效与经验,结合对我国自2000年以来人为源VOCs的管控状况与所存在不足的分析,提出“十四五”期间我国人为源VOCs管控建议. 研究发现,美国在人为源VOCs管控中,通过逐渐厘清VOCs的定义、认清VOCs与O₃、PM_2.5污染间的联系,逐步推进VOCs管控工作,逐渐形成了集科学认识、技术支撑、政策支持与公众参与为一体的有效的VOCs管控体系,因而在人为源VOCs排放量降低及有毒有害污染物、O₃、PM_2.5浓度降低方面取得了较为显著的成效. 目前我国人为源VOCs管控在管控框架、基础支撑、制度保障等方面均存在不足,为有效推进我国“十四五”期间人为源VOCs的管控,建议加强以下工作:①优化管控体系;②提升基础能力;③完善制度保障;④促进创新发展;⑤调动公众参与.