面向场景的城市PM2.5浓度空间分布精细模拟

针对传统PM_2.5浓度空间分布模拟方法忽略了城市内部如道路、工厂、居民区、景区等不同微环境整体对PM_2.5浓度影响机制的缺陷,本研究提出一种微环境PM_2.5浓度场景分异的理论假设,并以湖南长沙主城区为例,结合基于污染先验知识划分的城市微环境场景空间分布与自主设计加密观测场获取的203个监测点小时PM_2.5浓度加密数据,分析城市微环境PM_2.5浓度场景时空分异特征.在此基础上,耦合地理加权回归（GWR）与人工神经网络（ANN）方法,构建微环境场景增强下的PM_2.5浓度空间分布精细模拟GWR-ANN模型,开展城市内部高空间分辨率PM_2.5污染制图.结果表明：不同微环境场景间PM_2.5浓度存在显著时空差异,地表覆盖类型相同但分别位于2个不同场景的监测点间PM_2.5浓度差会随时间发生变化;耦合微环境场景变量的GWR-ANN模型能够有效精细模拟PM_2.5浓度的空间分布,模型拟合效果与交叉检验精度指标整体优于无场景变量参与的GWR-ANN模型（除部分时相较为接近外,检验R²：0.76~0.84vs.0.57~0.81）;场景增强下的PM_2.5浓度空间分布100m级分辨率模拟估算结果可以较好揭示研究区PM_2.5浓度高低值局地变化特征.     

成渝城市群PM2.5的时空分布及其影响因素研究

随着工业化与城镇化的深入推进,成渝城市群的PM_2.5污染不断加剧,呈明显的区域性与复合性特征.该研究以2015—2017年成渝城市群空气质量监测站的日均ρ（PM_2.5）数据为基础,结合区域气象、遥感与统计年鉴等多源数据,采用反距离插值法分析了ρ（PM_2.5）的时空分布差异,采用Moran's I指数与LISA指数探索了ρ（PM_2.5）的全局和局部空间自相关性,并利用空间回归模型研究了自然、经济社会等因素对ρ（PM_2.5）的影响.结果表明:①成渝城市群ρ（PM_2.5）分布存在明显的时空差异.时间上,2015年PM_2.5污染最严重,ρ（PM_2.5）年均值为54.38 μg/m3,2016年、2017年PM_2.5污染状况逐年减轻,ρ（PM_2.5）年均值分别为53.68与47.56 μg/m3;空间上,成渝城市群东北部ρ（PM_2.5）较低,而南部ρ（PM_2.5）较高.②空间自相关分析结果表明,PM_2.5污染在成渝城市群存在显著的空间聚集性,成渝城市群南部ρ（PM_2.5）呈高值-高值聚集,成渝城市群北部ρ（PM_2.5）则呈低值-低值聚集.③空间回归结果表明,成渝城市群范围内某一地区邻近区域的ρ（PM_2.5）平均值增加1%时,该地区ρ（PM_2.5）将上升至少0.38%.城镇化率对ρ（PM_2.5）的影响最大,其次是第一产业增加值,再次是工业增加值占比和降水量.城镇化率、降水量与ρ（PM_2.5）呈负相关,而第一产业增加值、工业增加值占比与ρ（PM_2.5）呈正相关.研究显示,加快城镇化进程、减少第一产业排放、降低工业增加值占比（尤其是重污染工业）是有效解决成渝城市群PM_2.5污染的重要手段.      

唐山市基于GIS的PM2.5空间聚集性及分区管控

以ArcGIS软件为平台,采用唐山市206个在线监测点数据,分析了PM_2.5在采暖期、重污染期、非采暖期3个时期的全局和局部空间自相关性,研究其大气污染空间分布特征.结果表明,3个时期均具有一定的空间自相关性,且重污染期的全局空间自相关最强;采暖期和重污染期PM_2.5高值聚类主要发生在中部地区,低值聚类则主要分布在北部山区及沿海少部分区域;非采暖期高值聚类主要分布在丰润区和丰南区,低值聚类发生在遵化市北部地区.通过空间插值模拟全市的PM_2.5分布状况,结果显示唐山市在重污染期PM_2.5均值最高格点值达241μg/m³,而非采暖期最低值只有37μg/m³;基于PM_2.5浓度变化特征和空间分布,将唐山所辖18个区县划分为5个区域,针对各区域提出PM_2.5分区管控措施建议.     

基于城市面板数据的PM2.5对公共健康的影响

基于Grossman健康生产函数,利用2008~2017年全国280个城市的面板数据,以PM_2.5为空气污染的代表指标,探讨中国空气污染与公共健康之间的动态关系,考虑到公共健康的空间效应,采用空间计量模型进行实证研究.结果表明,在未考虑空间效应的情况下,PM_2.5浓度每增加1%,城市总人口死亡率增加0.040%;考虑空间效应后,PM_2.5浓度每增加1%,城市总人口死亡率增加0.0606%.PM_2.5污染对公共健康具有显著的负面影响,由于存在空间溢出效应,PM_2.5污染对城市公共健康水平的影响程度增加,表明忽视空间相关性的存在,会低估PM_2.5污染对公众健康的影响;而经济发展水平的提高以及产业结构的调整对公共健康有较强的改善作用.     

基于城市面板数据的PM2.5对公共健康的影响

基于Grossman健康生产函数,利用2008~2017年全国280个城市的面板数据,以PM_2.5为空气污染的代表指标,探讨中国空气污染与公共健康之间的动态关系,考虑到公共健康的空间效应,采用空间计量模型进行实证研究.结果表明,在未考虑空间效应的情况下,PM_2.5浓度每增加1%,城市总人口死亡率增加0.040%;考虑空间效应后,PM_2.5浓度每增加1%,城市总人口死亡率增加0.0606%.PM_2.5污染对公共健康具有显著的负面影响,由于存在空间溢出效应,PM_2.5污染对城市公共健康水平的影响程度增加,表明忽视空间相关性的存在,会低估PM_2.5污染对公众健康的影响;而经济发展水平的提高以及产业结构的调整对公共健康有较强的改善作用.     

1998~2016年中国地级以上城市PM2.5污染时空格局

利用1998~2016年全球PM_2.5浓度栅格数据集，以地级以上城市为基本单元提取出PM_2.5浓度数据，采用核密度估计法、全局空间自相关、局部空间自相关、热点分析等方法探讨我国地级以上城市PM_2.5污染的时空格局演化规律.结果显示：①研究期内我国PM_2.5浓度总体呈现上升趋势，年均增长0.55μg/m³；.变化趋势可以分为2个阶段：1998~2007年呈快速增长态势；2008~2016年呈现"下降~增长~下降"的变化趋势.按地区分析，东部和中部地区呈现相似的变化趋势.西部地区和东北地区均整体呈现增长的态势，但西部地区变化较为平缓，东北地区波动较为剧烈.②研究期内核密度曲线峰值逐步右移，这表明中国地级以上城市PM_2.5污染程度总体上在加剧，且东部和中部城市加剧程度远大于西部.③PM_2.5污染在空间分布上具有显著的空间正相关特征.高值聚集区集中分布在山东、河南、河北、江苏、安徽、湖南、湖北的大部分地区以及四川东部地区，1998~2007年间高值聚集城市数量呈现增加的态势，2007年达到峰值，空间上表现为向西部和南部扩张；此后高值集聚城市数量逐渐减少，聚集区南界逐渐北移.低值聚集区集中分布在内蒙古、黑龙江西北部、新疆、西藏、台湾、海南、福建等地区.研究期内低值聚集区城市数量整体呈现先增加后减少的波动状态.     

全国2018~2019年秋冬季气象条件变化对PM2.5影响研究

本文基于WRF-CMAQ模型定量分析了气象条件变化对PM_2.5的影响.全国337个城市2018~2019秋冬季气象条件转差导致PM_2.5平均浓度同比上升约5.55%.24个省市气象条件同比转差，北京气象转差致使PM_2.5同比上升约3.66%.从重点区域来看，京津冀及周边“2+26”城市气象条件转差最显著，汾渭平原次之，长江三角洲（以下称长三角）基本持平，分别导致PM_2.5浓度同比上升约9.4%、8.3%、1.1%.“2+26”城市和汾渭平原气象条件在11月、1月、2月转差，10月、3月气象条件转好.长三角则10月、11月、3月气象条件转差；12月、1月、2月转好.“2+26”城市2018~2019秋冬季PM_2.5浓度同比上升主要为气象条件转差所致；汾渭平原PM_2.5同比变化较小，人为减排有效抵消了气象条件转差带来的不利影响；长三角PM_2.5浓度同比下降，与气象条件变幅小且污染排放较去年同期降低有关.     

中国臭氧污染的空间分布和健康效应

基于2017年全国1365个监测站点的实时监测数据，运用空间数据统计模型揭示近地面臭氧（O₃）污染的时空分布格局，并利用BenMap工具在10km×10km空间网格尺度上估计O₃污染的健康损失和健康经济价值.结果表明，O₃浓度具有较强的季节性变化，呈倒"V"型变化趋势，在空间分布上呈现明显的集聚性，即高值或低值区域集中分布，具有较强的空间正相关性；通过O₃暴露系数模拟人群室内、室外O₃暴露情况，在统计意义上估计得到2017年O₃污染共计造成我国全因早逝人数98473例（95%置信区间：53419~143292），其中心血管疾病早逝风险约占45%，以不同学者估算得到的单位统计生命价值为基础，估计得到的健康经济损失在197~978亿元之间，约占2017年全国GDP的0.05%~0.26%.     

中国城市PM2.5和PM10时空分布特征和影响因素分析

PM_2.5和PM₁₀浓度超标引发的空气质量问题严重影响公众健康,研究PM_2.5和PM₁₀浓度对制定有效的污染防控和治理措施具有重要意义.运用时空分析法,分析2018年季度PM_2.5和PM₁₀浓度时空分布,并用GWR探究浓度差异的原因.结果表明：(1)PM_2.5和PM₁₀的浓度均呈冬春高、夏秋低的季节性规律;四季污染物浓度在胡焕庸线两侧存在显著差异,该线以东地区高浓度聚集在京津冀地区,该线以西地区高浓度聚集在新疆中南部.(2)PM_2.5和PM₁₀浓度的Moran’s I在四季均为正,且均在冬季增至最大值;PM_2.5和PM₁₀的分布格局基本一致,“高-高”类和“低-低”类集中分布现象明显.(3)各因素对PM_2.5和PM₁₀浓度的影响存在较大空间异质性.温度和坡度对PM_2.5     

长江经济带PM2.5空间异质性和驱动因素的地理探测

基于地面站点监测数据,运用空间自相关分析和地理探测器等模型方法,探究了2018年长江经济带PM_2.5污染的时空分异特征与驱动因素.结果表明：（1）长江经济带PM_2.5浓度呈明显的夏低冬高、春秋居中的季节变化、 U形月度变化和脉冲型逐日变化特征,低值区集中在上游的南岸地区,高值区位于中下游的江北地区;（2）流域PM_2.5污染存在稳定的空间正相关,局部空间关联格局展现显著的HH型和LL型的空间趋同现象;（3）长江经济带PM_2.5空间相关强度随地理距离的增大而减小,其空间自相关性阈值约为870 km,在该范围内PM_2.5空间集聚性较为强烈;（4）自然和人文因子对PM_2.5影响程度具有显著的空间差异性特征,海拔高度、地形起伏度和人口密度是长江流域PM_2.5污染的高作用力影响因子.因子交互作用后对PM_2.5污染解释力远超单因子,主导交互因子为产业结构∩海拔高度,反映出长江流域大气污染的驱动因素具有复杂性特征.     

中国大陆城市PM_(2.5)污染时空分布规律

为分析中国大陆城市PM_(2.5)污染的时空分布规律,运用统计学方法和GIS技术对2014年开展PM_(2.5)常规监测的161个城市进行分析,结果发现:仅8.1%的城市年评价结果达标,日均质量浓度超标天数占26.6%.夏季及春末、秋初PM_(2.5)污染相对较轻,冬季污染较重.PM_(2.5)的日变化曲线呈现不太明显的双峰分布,最低值出现在16:00前后,最高值出现在10:00前后,而凌晨至清晨保持相对较高的污染水平.京津冀及周边地区,中部地区的湖北、湖南、安徽PM_(2.5)污染较重,东南沿海和云南、西藏污染相对较轻.PM_(2.5)的空间分布与风速、相对湿度、土地利用等因素的空间分布具有较强的相关性.PM_(2.5)与PM10质量浓度比值的平均值为0.591,空间上呈由西北向东南逐渐升高、南方高于北方的格局,时间上除1、2月份较高、5月份较低外,其余月份基本稳定在0.55~0.6.研究结果有利于从宏观上认识中国城市PM_(2.5)污染的时空格局,从而针对性地开展环境污染防控.     

中国PM2.5污染健康效应的国民经济影响分析

为合理评估PM_2.5污染,通过Meta分析,系统回顾已有文献并对中国人群的PM_2.5健康效应进行定量评估.在此基础上,综合运用Benmap模型和CGE模型,估计2017年全国PM_2.5污染造成的国民经济影响.结果表明,中国PM_2.5污染造成的全因早逝、慢性阻塞性肺病（住院）、脑卒中（住院）、缺血性心脏病（住院）、心血管疾病（门诊）、呼吸系统疾病（门诊）OR值分别为1.007（95% CI：1.005,1.009）、1.014（95% CI：1.009,1.019）、1.006（95% CI：1.002,1.011）、1.007（95% CI：1.005,1.010）、1.006（95% CI：1.002,1.010）、1.006（95% CI：1.004,1.008）（per 10μg/m³）.2017年,PM_2.5污染引起的中国年均劳动损失为2590.34万d,居民额外医疗支出为86.39亿元,造成的经济损失约占当年GDP的1.48%.     

工业生态效率对PM2.5污染的影响及溢出效应

针对2004—2016年中国地级市工业生态效率与PM_2.5的时空关联特征和影响作用关系的研究表明：（1）工业生态效率与PM_2.5呈时空交错分布特征,PM_2.5高污染区连片分布于华北平原及长江中下游城市,工业生态效率高等级区集中分布于长三角、珠三角和环渤海经济区等沿海地市及中西部城市群内部分中心地市;（2）工业生态效率对PM_2.5的冲击表现出“U型”变化的负向累积效应,PM_2.5对工业生态效率的冲击则表现为“倒U型”变化的正向累积效应;（3）工业生态效率与PM_2.5呈稳定时空关联演化特征,高高关联类型区集中分布于京津冀城市群、山东半岛城市群和长三角城市群内大部分城市,低低关联类型区多分布于鄱阳湖城市群、关中城市群及西部地市;（4）工业生态效率对PM_2.5总体上具有显著且稳健的正向影响,但表现出明显的空间异质性,工业集聚水平、科技创新及城市绿化率起到显著负向影响,而城市规模、环保监督及产业结构系数影响并不显著。     

“2+26”城市大气重污染下PM2.5来源解析

基于区域大气环境模拟系统RegAEMS开发了大气污染物来源解析模块APSA，以京津冀及周边"2+26"城市为研究对象，模拟2017年12月26日~2018年1月2日该地区一次PM_2.5重污染过程，对PM_2.5进行区域和行业来源解析.结果表明：本次污染持续时间长、影响范围广、污染程度重，"2+26"城市PM_2.5小时最大值为201~507μg/m³，RegAEMS可较好模拟出PM_2.5时空分布；区域来源解析表现为外围区域对"2+26"边界城市影响较大，贡献为15.3%~57.5%，"2+26"中部城市受外围区域影响较小，贡献为0.3%~8.4%，区域传输特征明显，受近地面风场影响较大；行业来源表现为区域内生活源、工业源贡献较大，分别为26.6%~45.8%、16.4%~37.8%，交通源占比13.0%~35.9%.本文研究表明RegAEMS可以实现重污染过程PM_2.5的数值模拟和来源解析，在大气污染精准管控方面具有较好应用前景.     

雾霾频发区域典型城市大气PM2.5中金属污染特征及来源分析

吸附在大气细颗粒物PM_2.5中的金属元素具有强稳定性和富集性,随着城市大气PM_2.5污染加剧,对公众健康构成极大的威胁。为了解大气PM_2.5中金属污染的地区特征,选取中国雾霾发生频次较高区域中典型城市作为研究对象,概述了2013—2017年城市大气PM_2.5中金属污染水平、时空分布特征及其主要来源。经分析,地区气象条件、工业布局和污染源的差别是各城市大气PM_2.5中金属元素污染水平及时空分布存在较大差异的主要原因。二次气溶胶、燃煤和生物质燃烧在研究城市大气PM_2.5金属元素来源中占据主要贡献,其他源类在各个地区贡献率有所不同。未来的工作应进一步探讨工业布局的改变对大气PM_2.5及其中金属元素污染及来源的影响,以期为环保部门制定有效的大气污染防治措施提供参考。