陕甘宁地区城市空气质量特征及影响因素分析

利用历史观测数据来探究短时间内AQI（空气质量指数）的起伏变化,有助于制定空气污染防治措施,对区域环境经济的协调发展具有重要意义.为研究陕西省、甘肃省和宁夏回族自治区（简称"陕甘宁地区"）2015-2017年空气质量特征,对3 a的AQI及评价体系中6项污染物（PM_2.5、PM₁₀、O₃、NO₂、SO₂、CO）质量浓度特征进行研究.通过数理统计对29个监测站点32 910个样本数据进行整理,采用克里金法分析AQI及6项污染物质量浓度的时空变化特征.结果表明:①空间上,陕甘宁地区西南部污染较轻,陕西省中部关中平原、宁夏回族自治区北部及甘肃省河西走廊西北部污染较严重.ρ（O₃）高值集中分布在研究区西北部地区,ρ（CO）、ρ（NO₂）高值集中分布在东部地区,ρ（PM_2.5）、ρ（PM₁₀）分布特征与AQI分布特征相似,ρ（SO₂）高值集中分布在北部地区.②时间上,3 a的AQI平均值为88,AQI季节性变化呈冬季（108）>春季（88）>秋季（78）>夏季（74）的规律.③通过数理统计对污染物质量浓度月变化特征分析发现,ρ（O₃）夏季最高,峰值为140.3 μg/m3,春秋次之,冬季最低;ρ（PM_2.5）、ρ（PM₁₀）、ρ（SO₂）、ρ（NO₂）和ρ（CO）均为冬季最高,其最高值分别为83.7 μg/m3、155.9 μg/m3、72.6 μg/m3、52.1 μg/m3、2.04 mg/m3.④相关性分析表明,AQI与自然因素中的平均气温、平均降水量和气压的相关系数分别为-0.859、-0.903和0.620,平均气温、平均降水量与AQI均呈极显著负相关（P < 0.01）,气压与AQI呈显著正相关（P < 0.05）.DEM（数字高程模型）地形起伏度分析发现,地形起伏度级别越大,AQI越小.社会经济因素中,AQI受工业企业数的影响最大,相关系数为0.634.研究显示,自然因素对陕甘宁地区空气质量的影响大于社会经济因素的影响,气象条件对空气污染的扩散起重要作用.      

北京市重度大气污染时段污染物时空扩散特征

该文通过分别对北京市重度大气污染时段的风力与空气污染指数(API)以及空气质量指数(AQI)分析,建立了风力预测大气污染程度的回归模型,并探讨了不同风力条件下空气质量(污染)指数时空扩散规律。结果表明:(1)风力与空气质量指数和空气质量指数均为负相关,且有极其显著的相关性,但空气质量指数对风力的响应程度更高。(2)各空气污染指数预测模型均表现出南部模型精度中部北京市北部,前者比后者的精度高16%~26%。二次模型是预测空气污染指数简便、实用、有效的模型。而在空气质量指数预测模型中,北京市、中部及南部均是指数模型预测能力最好,二次模型较差。北部则相反。(3)重度大气污染时段,大气污染物由南向北扩散过程基本需要3 d时间。若南部空气质量指数300,且污染过程持续4 d,则北部的污染程度将超过南部。一般情况下,风力需要大于3级,且要持续1 d以上,空气污染程度才会降低。否则,全市大气污染程度相差不大,均处于重度或严重污染。     

京津冀重污染大气污染物输送路径分析

基于HYSPLIT模型,模拟2014年2月19日至2月27日京津冀空气重污染气团24 h后向轨迹。结果表明,京津冀区域重污染期间1000 m高空存在西南输送通道,京津冀三地24 h气团源地分别为河北南部、山东聊城或河北邯郸、山西东南或河南北部。重污染期间,近地层100 m处风速气流表现为西南-南风,风速3 m/s时,空气质量会达到五级重度污染及以上水平;近地层100m处气流也可能是较强的东南风,能缓解区域空气染污程度。重污染清除过程中高空表现为下沉气流,且100 m处风速10 m/s。京津冀地区空气质量指数(AQI)与近地层100 m高空风速有显著相关性,相关系数为0.804,可根据低空风速预测空气重污染。     

2014年10月中国东部持续重污染天气成因分析

2014年10月5─13日中国东部发生了大范围、长时间的(雾)霾及重污染天气. 采用AQI数据分析此次大气重污染过程的时、空演变特征,并应用NCEP(美国国家环境预报中心)再分析资料以及地面、小球探空数据,分析了主要天气型演变、边界层及上空的风场、气象条件特征,以研究此次秋季重污染天气的气象成因和形成过程. 结果表明:①华北、东北是此次污染最为严重的地区,其域内各城市持续数日的污染演变可分为AQI显著上升、持续高值、下降3个阶段. ②在AQI上升阶段(10月6—8日),受大陆高压控制,东部地区出现较弱地方风场和偏南风输送风场,风速在0～2 m/s,相对湿度在22%～86%,3 000 m逆温显著利于污染物积累. ③在持续污染阶段(10月8—11日),海上高压滞留,再加上台风“凤凰”北上阻挡大陆高压影响,使东部地区出现持续4 d的偏南风、偏东风弱风场,风速在1～4 m/s,相对湿度为57%～96%,造成严重污染. ④在AQI下降阶段(10月11—12日),后续大陆高压南下,前部冷锋利于污染物清除,风速达到6 m/s,是AQI降低的主要天气背景场. 因此,持续出现的稳定天气形势是导致此次中国东部重污染天气的主要气象原因.      

辽东湾东部秋季海流特征的同步观测研究

基于辽东湾东部秋季7个站点的同步实测海流资料,通过调和分析方法计算了该海域的潮流和余流,并对其进行了分析和比较。结果表明:（1）M₂分潮流是辽东湾东部的优势分潮流,其最大流速介于35.8~69.8 cm/s之间,M₂和K₁分潮流长轴方向基本与岸线走向一致。（2）研究海域北部潮流呈现显著的规则半日潮流性质,中部和南部主要呈现不规则半日潮流特征。研究海域北部和金普湾口南部属于强潮流区,金普湾口北部和中部潮流较弱,各站点最大可能潮流流向大致平行于岸线。（3）辽东湾东部海域余流整体较弱,且呈现沿海岸线向南运移的特征,因此对污染物的长期输运效应不可忽视。     

长江经济带空气质量的时空分布特征及影响因素

基于2015~2018年空气质量实时监测数据，研究了长江经济带AQI的时空变化特征，从大气污染物排放量和气象因素两方面选取评价指标，利用地理探测器揭示了长江经济带AQI分布的影响因素及其季节变化.结果表明：2015~2018年长江经济带空气质量总体趋于改善，平均超标率由19.8%降至16.2%，除O₃超标率上升外，其余常规监测指标均有不同程度的下降.2017年开始O₃的超标率超过PM₁₀，成为长江经济带仅次于PM_2.5的大气污染物.AQI月变化曲线大体呈U型，具有冬春高、夏秋低的特点.长江经济带空气质量改善主要体现在冬、秋两季，O₃浓度的上升使夏季空气超标率上升，春季变化不大.AQI和空气超标率总体呈东高西低、北高南低的分布特征，其中上海、江苏、安徽中北部和浙江北部污染最严重，湖北中部和成渝地区其次，云南、贵州和四川西部空气质量良好.春夏季AQI的差异主要表现为东西向，秋冬季则主要表现为南北向.污染物排放量因子对长江经济带AQI分布有显著的正向影响，气象因子的影响方向则随季节变化而变化.全年和春、秋、冬3季AQI的分布格局主要由大气污染物排放量决定，夏季气象因子的影响力则更大.     

华北地区空气质量空间分布特征及成因研究

以2015年华北地区71个主要城市的AQI监测数据为基础,通过交叉验证评估不同空间插值方法,选择克里金指数模型生成华北地区的AQI栅格数据;然后分析区域AQI的时空分布特征,并重点讨论了降水、风向、风速及地形对AQI的影响;最后利用逐步回归分析法,找出对AQI产生较大影响的社会经济因子,并结合ESDA方法和空间回归模型对AQI及社会经济因子进行空间相关性分析.结果表明:AQI的几种插值方法中以克里金指数插值法精度整体最优;AQI有明显的季节性变化,冬季AQI明显高于夏季;华北地区整体污染较重,最严重的区域集中在河北南部、河南北部和山东西部;降水、风和地形与AQI关系密切,当降水量大于10 mm时,对AQI具有显著的抑制作用;AQI与风速呈显著负相关,风速对不同污染物的影响强度具有明显的季节差异,冬季偏北风向是造成空气污染南移和扩散的主要原因;太行山脉和燕山山脉阻塞污染物向西和向北扩散,导致华北平原的东南部地区污染加重;社会经济因子中,工业对AQI的影响最大,其他依次为民用汽车保有量、人口密度、森林覆盖率.     

黄河三角洲北部悬浮体和颗粒有机碳的分布与影响因素

2008年12月对黄河三角洲北部及其毗邻海域悬浮体浓度(SSC)和颗粒有机碳(POC)进行了研究,并结合该海域水文资料,分析了该区冬季SSC和POC的空间分布特征和影响因素.结果表明,冬季研究区水体中的SSC变化范围较大(5~1064mg/L),表、底层的SSC高值区(>600mg/L)均呈条带状分布于废弃神仙沟-钓口三角洲附近海域,且随水深加大SSC快速降低(400μg/L)集中于近岸海域,渤海中部POC仅为20~50μg/L左右,但底层POC向渤海湾中部扩散范围比表层大.POC和SSC之间存在显著正相关关系,表明该海区近岸浅水区沉积物再悬浮是影响研究区POC空间分布的重要原因.冬季SSC和POC高值区与最大侵蚀区、波致底切应力>0.2N/m2的区域相对应,表明在冬季强海洋动力条件下,废弃神仙沟-钓口三角洲叶瓣前缘不仅是沉积物的“源”,也同样是颗粒有机碳的“源”.     

太原市城区重污染天特征及大气污染防治建议

对太原市2014年重污染天大气污染物浓度变化和时间、空间分布特征进行了分析,全年太原市城区有28个重度以上污染天,首要污染物为细颗粒物,集中出现于采暖期和10月。重污染期间,冬季PM_(2.5)、PM_(10)、SO_2、NO_2、CO浓度之间显著正相关,但均与O3显著负相关;主要超标因子PM_(2.5)、PM_(10)、SO_2浓度与风速(2.0 m/s以上时)显著负相关,与气压(P)总体负相关,与相对湿度(RH)总体正相关。重污染天城区大气污染物浓度空间分布南北差异明显、南部高于北部,聚类分析结果显示,城区北部远郊的南寨和上兰有类似污染特征,城区中部尖草坪、桃园、小店、金胜等点具有类似颗粒物污染特征,污染物分布主要与区域地形、风向、污染源分布特征有关。基于重污染天特征,该项研究提出了减缓太原市大气污染的建议。     

长江三角洲地区大气顶气溶胶直接辐射强迫遥感估算

利用MODIS和OMI卫星遥感数据估算长江三角洲地区大气顶气溶胶直接辐射强迫并分析其时空变化特征.结果表明了大气顶辐射强迫和气溶胶光学厚度(AOT)存在明显的线性相关关系,R和RMSE分别为0.89和5.50.大气顶辐射强迫的区域月平均变化范围大约在-10~-70W/m2之间,一年中最大值(-53.97±6.14W/m2)和AOT一样出现在6月,最小值(-16.41±2.10W/m2)出现在12月.4个季节的大小依次是:夏季(-44.30±9.09W/m2)>春季(-42.00±7.83W/m2)>秋季(-28.02±6.32W/m2)>冬季(-20.40±5.00W/m2).在6 月,大气顶气溶胶辐射强迫空间差异最明显,在太湖沿岸的城市地区,如上海、杭州,辐射强迫可达-70W/m2,而在千岛湖地区大约为-10W/m2.在12月,空间差异最小,北部城市地区大约为-20 W/m2;南部地区大约为-10 W/m2.     

2013年1月河北省中南部严重污染的气象条件及成因分析

年1月河北省中南部出现了长时间、大范围的雾霾天气,大气污染严重. 利用河北省AQI(逐日空气质量指数)、气象常规观测数据及NCEP(美国国家环境预报中心)1°×1°格距再分析资料,对此次严重污染事件的气象条件、大气环境背景和形成机制进行了研究. 结果表明:①2013年1月河北省中南部地面气象要素表现异常,与历史同期相比,平均气温低1~2℃、相对湿度高15%以上、日照时数少40%以上、降水日数多但量级小. 地面风力较小且多风向、风速的辐合线,地面散度场上河北省中南部为明显的辐合区,致使水汽和污染物汇聚不易扩散,导致雾霾天气异常偏多,大气污染严重. ②边界层高湿区中丰富的水汽与污染物互为载体,强逆温层结、大气低层的干暖盖、边界层下沉运动等均使水汽和污染物存留在近地层且不易向高空扩散;同时,稳定的大气环流形势为雾霾天气和严重污染提供了有利的大气环境场. ③河北省中南部特殊的地理条件也是雾霾和污染持续的一个重要原因. 低空稳定的偏西气流越过太行山后在山麓东侧下沉,在华北平原地区易形成地面辐合线,从而加剧了近地层水汽和污染物的汇聚.      

邯郸市PM_(10)、PM_(2.5)和PM_(1.0)在线监测研究

对2015年3月—2016年2月邯郸市大气中的PM_(10)、PM_(2.5)和PM_(1.0)进行了在线监测,探讨了其质量浓度的变化特征,并分析了其质量浓度与风速、风向的关系。结果表明:邯郸市颗粒物质量浓度水平较高,β射线吸收法所监测的PM_(10_WET)、PM_(2.5_WET)和PM_(1.0_WET)年均浓度值分别为202.5,114.8,81.1μg/m~3,PM_(2.5_DRY)/PM_(10_WET)和PM_(2.5_WET)/PM_(10_WET)分别为0.58、0.70,PM_(1_DRY)/PM_(2.5_WET)和PM_(1_WET)/PM_(2.5_WET)分别为0.58、0.71,PM_(2.5)为PM_(10)中的主要组成,PM_(1.0)为PM_(2.5)中的主要组成。邯郸市PM_(10)、PM_(2.5)和PM_(1.0)质量浓度冬季最高;PM_(10)、PM_(2.5)和PM_(1.0)日变化峰值为上午09:00左右,谷值为下午16:00左右,扬沙、降雨,霾和春节不同条件下PM_(10)、PM_(2.5)和PM_(1.0)差异明显。邯郸市PM_(10)、PM_(2.5)和PM_(1.0)的浓度高值主要分布在风向0°~100°和175°~225°、风速小于1 m/s的情况下。     

台州市大气PM_(2.5)中PAHs的污染特征与毒性评价

使用中流量颗粒物采样器采集台州市2015—2016年大气PM_(2.5)样品,利用气相色谱-质谱仪对样品中16种多环芳烃(PAHs)进行分析,研究PAHs的污染特征及可能来源。结果显示:PAHs总浓度为(20.69±4.84)ng/m3,浓度季节变化大小顺序依次为冬季>春季>秋季>夏季,空间变化为商住区>工业区>背景点。PM_(2.5)中PAHs以高环为主(≥4环),占86%。不同季节商住区和工业区PAHs(4环)含量均略高于背景点,PAHs(5~6环)的含量商住区略高于工业区和背景点。PAHs环数分布和比值法结果表明台州市大气PM_(2.5)中PAHs的主要来源是机动车尾气和燃煤。成年人和儿童的终生超额致癌风险(ILCR)分别为8.02×10-7和5.61×10-7,表明台州市PM_(2.5)中PAHs对人体健康影响在可接受范围内。     

2017年京津冀地区PM2.5污染特征及潜在来源分析

京津冀及周边地区大气污染问题突出,秋、冬季重污染天气频发。为探讨该地区PM_2.5污染来源,分析其污染状况和气象因素的关系,利用2017年京津冀地区空气质量监测站的气象资料如气压、风速、相对湿度、温度、降水量等,结合ArcGIS软件空间插值法、SPSS 21.0的Pearson相关性分析等方法,采用拉格朗日混合型的扩散模型HYSPLIT后向轨迹聚类分析方法,探讨北京地区主要气团传输轨迹,结合GDAS气象资料计算潜在源贡献因子。结果表明:1）2017年京津冀地区ρ（PM_2.5）年均为64.4μg/m3,比2016年下降11.5%,全年达标天数占比为74.2%。2）京津冀地区PM_2.5与气压、相对湿度呈正相关,其中气压与PM_2.5相关性最高;与风速、日照时长、温度、降水量呈负相关,其中日照时长与PM_2.5相关性最高。冬季比其他季节影响更为显著。3）从时间尺度看,冬季污染最严重,秋、春季稍好,夏季PM_2.5优、良级占92.4%;其中,1月平均ρ（PM_2.5）最高。4）从空间范围看,整体上京津冀地区呈现南高北低,南北差异相对明显,其中其北部承德、张家口、秦皇岛地区ρ（PM_2.5）最低,石家庄、邯郸PM_2.5污染较严重。5）源解析结果表明,冬季北京地区主要受本地污染源影响,在春、秋季节受周边区域源贡献因子PSCF值>0.4,河北、山东、河南等地对北京PM_2.5的污染有一定的源贡献。     

沈阳一次严重污染天气过程持续和增强气象条件分析

2015年11月7-9日沈阳出现罕见的持续严重污染天气,采用环流形势、地面常规气象观测、污染物浓度观测、风廓线雷达及雨滴谱资料等,对此次污染成因进行了研究.结果表明:在此次严重污染天气过程中,连续22 h AQI≥500,首要污染物均为PM_2.5,其异常峰值最高达到1308μg/m3;ρ（PM_2.5）与ρ（PM₁₀）、ρ（NO₂）和ρ（CO）的相关系数分别达到0.996、0.602、0.891,并且ρ（PM_2.5）与ρ（PM₁₀）、ρ（CO）的正相关性更为显著;在污染的同时出现了降水,11月7和8日的日降水量分别为9.9和2.3 mm,但降水对污染物的稀释和清除作用并不明显.稳定的大尺度环流和对流层内中低层大气层结持续稳定、连续4个时次的探空曲线显示925~850 hPa之间存在多个逆温层（逆温强度最大可达5℃）、相对湿度较大（日均相对湿度在75%以上）,是此次严重污染天气持续的有利气象条件.风廓线雷达探测的整层大气垂直速度很小,多介于-1~1 m/s之间,并且近地面2 m/s以下弱下沉的垂直速度为严重污染天气过程提供了较好的动力条件.此外,近地面风力可达3~4级,有利于上游污染物的水平输送.研究显示,此次严重污染天气过程还与外围秸秆集中燃烧所导致的大量污染物长距离输送有密切关联.      

珠三角秋季典型气象条件对空气污染过程的影响分析

利用空气质量指数(AQI)、主要大气污染物浓度和气象要素、天气图等数据资料,结合中尺度数值天气预报模式WRF,对2014年10月珠三角地区污染期间的天气形势及气象特征进行了分析.结果表明,WRF模式可以较好地反映珠三角地区主要城市地面和高空气象要素的时空变化,9个城市平均地表的温度、相对湿度和风速的模拟值与观测值的相关系数分别为0.90、0.87和0.78.对2014年10月3次污染过程的分析表明,造成该时段珠三角地区空气污染的天气形势主要是高压底部型和均压场型.静风或小风(2 m·s~(-1))及稳定的大气层结均不利于污染物的扩散,同时由于偏北气流输送周边污染物到珠三角地区,导致污染物浓度不断增加.相对湿度低于65%时,珠三角地区首要污染物以O_3为主;相对湿度高于70%时,PM_(2.5)浓度逐渐增加,成为主要污染物.高温等气象条件会影响光化学反应,加重珠江三角洲的空气污染,表现了该地区大气复合污染的特性.     

2015年12月北京市一次重污染过程中PM_(2.5)特征分析

2015年入冬以来京津冀区域重污染频发,综合分析了2015年12月19—26日京津冀及周边地区发生的一次重污染过程中PM_(2.5)分布特征及成因。监测数据显示,2015年12月北京市重污染日共计13 d,累计月均值为151.8μg/m3。在12月19—26日一次重污染过程中,区域污染面积均超过40万km2,北京市单站PM_(2.5)小时均值超过800μg/m3。污染初期北京市南部地区PM_(2.5)浓度明显偏高,且PM_(2.5)极端高值出现在南部站点。污染输送阶段,北京市PM_(2.5)小时浓度在短时内呈爆发式增长,浓度增值是年均值的2~5倍。污染缓解阶段,偏北风作用,浓度明显下降。除了极端不利的天气形势外,区域散煤排放是造成重污染的重要原因;河北省唐山、保定、廊坊、石家庄等城市区域输送加重了污染程度。     

山东省AQI、颗粒物和臭氧时空演化特征及关键影响因素识别分析

山东省空气质量存在明显的时空差异,并受气象和社会经济因子等的综合影响.为了解山东省空气质量指数(AQI)以及颗粒物和臭氧(O₃)浓度等时空演化特征,探究颗粒物与O₃浓度之间的协同关系,基于山东省16个地级市2013年12月—2021年12月的AQI和空气污染物(SO₂、NO₂、CO、O₃、PM_2.5和PM₁₀)浓度数据与同期的气象数据、工业及生活污染物(氨氮、SO₂、氮氧化物和烟尘、粉尘等)排放量和社会经济数据,运用R语言和ArcGIS对各地区AQI与PM_2.5和O₃浓度等的时间和空间变化特征及关键影响因素识别分析.结果表明：(1)山东省AQI和空气污染物浓度具有明显的月际、季节和年际变化特征以及地区性差异.鲁东地区各季节空气质量明显优于鲁西地区,呈现由东向西空气污染愈加严重的趋势. PM_2.5浓度呈鲁西地区最高,鲁中、鲁南和鲁北地区次之,鲁东地区...     

衡阳城区PM_(2.5)中重金属污染水平及健康风险

为了解重化工业城市PM_(2.5)中重金属污染特征,2015年12月—2016年9月采集了衡阳城区3个点位的84个PM_(2.5)样品,检测了PM_(2.5)中9种重金属元素(Pb、Cd、Cu、Cr、Ni、Zn、Mn、Hg、As),并对其展开健康风险评价。结果发现:采样期间,衡阳城区PM_(2.5)质量浓度范围为18.10~325.72μg/m~3,平均质量浓度为89.65μg/m3。9种重金属平均质量浓度排序为:Zn>Cu>Pb>Mn>Cr>Ni>Cd>As>Hg,84个样品中Pb超标率为14.29%,Cd超标率为61.90%,As超标率为54.76%。9种重金属经呼吸暴露途径对人群的健康风险指数均低于风险阈值,不会对人体构成明显健康风险,但重金属Cr的风险指数趋近安全阈值,各风险指数均排序为成年男性>成年女性>儿童青少年。