基于集合卡尔曼滤波的区域臭氧资料同化试验

基于集合卡尔曼滤波方法和嵌套网格空气质量模式系统建立了一个区域空气质量资料同化系统(RAQDAS),并利用该系统开展了京津冀地区2008年北京奥运会期间的地面臭氧观测资料同化试验,分析了同化系统订正臭氧初始场对24 h臭氧预报的影响.试验结果表明采用50个集合样本的集合卡尔曼滤波同化不仅改进了观测站点的臭氧预报,也提高了观测以外区域的臭氧预报技巧,使得臭氧预报的均方根误差平均下降了15％,并且当集合样本数减小到20时也可达到相近的预报改进效果.为了解决滤波发散问题,分别采用了放大集合离散度和扰动模式误差源两种方法.其中放大集合离散度能避免滤波发散,但没有提高臭氧预报技巧,反而导致预报误差的增加;扰动模式误差源不仅解决了滤波发散问题,也使同化导致的臭氧预报均方根误差下降比例从15％进一步提高到20％.     

2018年春节期间京津冀及周边区域空气质量分析

分析了2018年春节期间京津冀及周边区域空气质量状况,结果表明,京津冀及周边区域2018年春节期间空气污染较重,以石家庄、邢台、邯郸、晋城、长治为中心的区域污染最重,此次重污染过程呈污染范围大、持续时间长的特点。受微风、高湿、逆温等不利气象条件影响,颗粒物污染不断积累和二次转化。除夕(2月15日)至初六(2月21日),北京首要污染源为机动车尾气源,张家口、保定、太原、郑州为燃煤源,太原和廊坊烟花源占比高于其他城市。自除夕(2月15日)下午开始,区域内各城市烟花爆竹燃放相关离子浓度有不同程度的增加,北京、保定烟花源贡献率与贡献浓度与2017年春节期间相比有所下降。2018年春节期间PM_2.5浓度明显高于2015—2017年,区域南部空气质量较差,重污染区域主要集中在以石家庄、邢台、邯郸、长治、晋城为中心的区域。     

基于PM2.5站点监测数据的京津冀AOD补值研究

以京津冀2020年318个地面监测站点的PM_2.5数据为估算因子,构建了时空线性混合效应模型(STLME)和时空嵌套线性混合效应模型(STNLME),为AOD数据的补值研究提供了一种新方法.结果表明:在有AOD-PM_2.5匹配数据的日期,上述两个模型估算精度相近,交叉验证后决定系数R²分别为0.868和0.874,均方根误差RMSE分别为0.112和0.109;在无AOD-PM_2.5匹配数据的日期,嵌套模型估算精度明显高于非嵌套模型,交叉验证后决定系数R²分别为0.63和0.26.经过模型补值后,研究区监测站点所在网格AOD数据空间维有效比率从原始数据的44.35%提高到99.35%,时间维有效比率从87.94%提高到100%;同时,每个站点的年均AOD值都有明显提高,弥补了高PM_2.5浓度条件下缺失的AOD数据,可以减少空气污染和健康研究中暴露评估的偏差.     

城市群雾霾污染的空间分异及动态关联研究——基于京津冀城市群的实证分析

污染治理联防联控是解决区域雾霾问题的重要手段,雾霾污染的城市联动和交互作用是雾霾区域协同治理的关键问题。本文运用探索性空间数据分析法和标准偏差椭圆方法,分析了京津冀雾霾污染的空间关联特征和空间重心转移轨迹,运用空间计量模型,测算了京津冀雾霾污染的空间溢出效应和驱动影响因素。结果表明:京津冀雾霾污染具有显著的空间集聚特征和空间异质性,雾霾污染的空间溢出效应明显,经济增长、城镇化发展、产业结构、人口密度等均对京津冀雾霾污染产生正向影响,外商直接投资对雾霾污染产生负向影响。本文从构建区域污染协同治理机制、区域产业资源的高效配置、城市空间管控等方面提出了城市群雾霾污染治理的对策建议。     

基于环境承载力的京津冀雾霾治理政策效果评估

雾霾污染治理是京津冀协同发展需要解决的重大问题。2013年9月颁布的"大气污染防治行动计划(大气国十条)"明确提出了京津冀地区雾霾治理目标,各地区也制定了雾霾污染治理的政策措施。本文旨在环境承载力分析的基础上评估雾霾治理的政策效果。首先,分析了京津冀地区大气环境污染特征,并结合相关文献确定京津冀地区雾霾治理的主要影响因素为污染物排放、风力以及相邻地区的传输效应等;其次,将影响PM_(2.5)浓度主要因素进行统计建模,并采用分位数回归模型进行矫正,大大提高模型的拟合精度;再次,基于大气国十条规定的京津冀各地区的PM_(2.5)年均浓度目标计算各地区的大气环境承载力;最后,在假定风力等气象条件不变的情况下,根据大气国十条规定的京津冀地区的污染物排放量利用统计模型模拟2017年的雾霾污染水平,模拟除张家口、承德和秦皇岛以外其余10个地区年均浓度60μg/m~3和70μg/m~3目标下PM_(2.5)日均浓度发生频率的变化情况,评估和讨论大气国十条提出的京津冀雾霾治理目标。结果表明:按照大气国十条减排计划的京津冀地区污染物排放量普遍高于其PM_(2.5)浓度目标下的大气环境容量(邯郸市除外),即大气国十条所规定的减排措施难以实现既定的PM_(2.5)浓度目标;PM_(2.5)年均浓度目标从60μg/m~3上升到70μg/m~3,重污染天气发生频率上升有限,大气污染物的减排量却显著下降。因此,要实现既定的雾霾浓度控制目标,天津和河北需要进一步加大污染物减排力度;雾霾治理应注重减少重污染天气的发生频率,治理重点应转向重度雾霾发生频率较高的冬季污染物排放控制;在科学确定环境承载力的基础上,确定切实可行的PM_(2.5)浓度控制目标,制定具有可操作性的污染物减排计划。     

京津冀机场群飞机LTO大气污染物排放清单

基于国际民航组织(ICAO)标准排放模型,调查搜集京津冀机场群9个机场实际航班情况,充分考虑了大气混合层高度的影响,采用EPA方法修正运行时间,精确估算了2018～2019航季年(364 d)京津冀机场群飞机起飞着陆循环(LTO)大气污染物排放清单.结果表明, 2018～2019航季年京津冀机场群飞机LTO循环NO_x、 CO、 SO_2、 HC和PM排放总量分别为10 720.5、 3 972.2、 407.8、 508.0和53.7 t.其中,冬春航季排放量分别为4 290.2、 1 646.7、 168.3、 220.1和22.4 t;夏秋航季排放量分别为6 430.3、 2 325.5、 239.5、 287.9和31.3 t.从空间分布来看,北京首都机场是该机场群大气污染物排放量最多的机场.从时间分布来看,07:00～08:00处于排放量最高峰, 12:00～20:00处于中等偏高排放水平, 21:00之后排放量相对较低.飞机在LTO循环中NO_x和CO排放量较多,PM排放量最少.各污染物不同工作模式下的排放情况差异明显.在该机场群起降所有机型中,B777单位LTO循环排放污染物最多,B737最少,B787单位LTO循环排放HC最低.     

京津冀电子废弃物回收利用潜力预测及环境效益评估

电子废弃物是京津冀区域重要的"城市矿山"之一,全面系统地评估该地区电子废弃物产生量及其回收利用的资源环境效益,可为该区域通过电子废弃物协同精准管理来解决资源环境问题提供科学依据和方法支撑.基于改进的保有量系数法、物料系数法、市场价值法及污染系数法,通过估算废弃电视、电冰箱、空调、洗衣机和计算机5类主要产品（"四机一脑" ）的产生量、资源可回收量、资源回收价值及资源环境效益等,对2010~2025年京津冀电子废弃物的回收利用潜力及环境效益进行预测和评估.结果表明,2010~2025年京津冀废弃"四机一脑"产生量不断增加,2010~2018年期间年均增长率为7.75%,此后预计将以年均3.07%的速度递增,2025年废弃"四机一脑"总量将达到1861.74万台,可回收普通金属27.19万t、塑料12.75万t和贵金属19.45 t.2019~2025年期间,废弃空调和计算机的资源回收经济价值较高,二者之和占年回收总价值的77.22%;铜和金的回收经济价值贡献比分别为43.37%和19.82%,显著高于其他资源.预计2025年资源回收总价值达50.24亿元,是2010年的3.13倍,其中普通金属、贵金属和塑料的回收价值分别为28.68、13.27和8.29亿元.若2025年产生的电子废弃物全部被规范回收利用,能够减少原生矿石开采913.23万t,减少标准煤利用122.71万t,减少废水、废气、废渣及重金属排放量分别为1231.19、473.89、785.10和6.08万t,减少温室气体排放32.92万t （以CO₂-eq计）.废弃空调的回收利用潜力最大,但资质处理企业废弃空调回收处理能力亟待提高.为高效回收利用京津冀电子废弃物,未来应尽快完善基金补贴制度,加强对非正规拆解部门的监督与管理,通过建立区域信息共享平台,实现电子废弃物全生命周期区域协同管理.     

京津冀区域清洁取暖的支付意愿和影响因素

通过对北京、保定、太原、晋城等城市的农村地区实地走访和问卷调查,获取农村居民的清洁取暖支付意愿情况,基于条件价值评估法构建多元回归模型,对居民清洁取暖支付意愿及其影响因素进行测算分析.结果表明,80%以上的受访者对清洁取暖补贴政策有所了解,但有32.8%的受访者对现行补贴标准表示不满,受访者清洁取暖支付意愿平均为2926元/采暖季,其中北京、保定、太原、晋城受访者的清洁取暖支付意愿分别为3581,2787,2772, 3000元/采暖季;家庭年收入、清洁取暖改造费用、现行补贴标准、煤炭利用对空气质量影响程度及清洁取暖效果等均是受访者支付意愿的显著影响因素,而对清洁取暖的能源利用类型、对雾霾事件的关注度及对环保知识的了解程度不存在显著影响.     

风域视角京津冀生态廊道空间格局识别

在风域视角下,分析大尺度生态廊道形成的关键因子,构建最小累计阻力模型和通风效益评测模型,以京津冀为研究区,利用气象、遥感及其他基础地理数据等,阐述研究区近地面风场特征,识别区域内生态廊道空间格局,结果表明：研究区全域近地面多年平均风速为2.07m/s.冬季,研究区多年平均风速呈张家口坝上—北京—天津沿海高两侧低格局,主导风向为偏北风;夏季,多年平均风速呈现西北部和东南部高,中东部和西南部低的格局,主导风向为偏南风.冬季,在研究区筛选出34个社会经济源地,识别出5条一级生态廊道,走向从西北向东南或从北向南,7条二级生态廊道,走向主要从西向东;夏季,在研究区筛选出68个生态源地,识别出5条一级生态廊道,走向从东南向西北或从南向北,6条二级生态廊道,走向主要从东向西.合并精简冬夏连通性能较好的生态廊道,优选出5条一级生态廊道,总长度3073.04km,以南北向为主,5条二级生态廊道,总长度1582.06km,以东西向为主,初步形成京津冀“五纵五横”生态廊道格局.     

京津冀区域臭氧时空分布特征及其背景浓度估算

为研究京津冀区域臭氧时空分布特征,并估算区域传输贡献,对2017~2019年京津冀区域68个国控站点资料进行主成分分析,并采用TCEQ法估算京津冀区域及细分的次区域内O₃背景浓度.结果表明,京津冀区域O₃浓度整体上呈现南高北低态势,地理位置的差异及其距离对于各城市臭氧浓度的均匀性分布影响较大.经最大方差法旋转后,主成分分析结果可将京津冀区域划分为河北省中南部、京津冀北部以及渤海西岸地区等3个稳定的次区域.对3个次区域分别采用TCEQ法估算O₃背景浓度,计算得到3个次区域本地生成O₃浓度依次为71,60,59μg/m³,区域背景浓度占O₃日最大8h浓度的比值依次为34.3%,39.4%,42.2%.京津冀区域O₃本地生成占主导,区域传输也不容忽视.