天津市郊区冬季大气边界层风、温场结构与特征

利用天津市郊区探空观测资料,对该地区冬季大气边界层内的风场、温度场结构与特征进行研究.结果表明,测试期间风向随着高度增加呈顺时针旋转, 由东风、东南风逐渐右转,转为西南风、西风,遵循Eckman螺线的规律;不同高度层风速日变化规律不同.一般来说,在较低高度风速白天变大,夜晚变小,而较高处则相反;接地逆温大约在20:00开始生成,随着时间的增加,逆温逐渐加强,平均逆温厚度在02:00达到最大值;混合层高度在早晨厚度较薄,午后混合层厚度较厚,有利于污染物的扩散;天津市市区10m和100m高度层风速的日变化规律与郊区相同,200m高度层风速日变化规律不同;市区与郊区相比,不同高度层风速随着时间起伏变化较小.     

天津城市热岛及其对污染物扩散影响的数值模拟

城市热岛直接影响城市风场结构和污染物扩散路径,以能量平衡模式得到的地面温度作为下边界条件、中尺度气象模式MM5作初始场和侧边界条件,建立了天津市500 m的细网格城市边界层模式并用其研究天津市秋季热岛及其对污染物扩散的影响.结果表明,模式可以较好地模拟城市热岛现象,地面温度日变化规律及近地层的温度廓线与实际观测值较一致,能够反映夜间出现的逆温.模式成功地再现了城市温度场和流场的三维结构,结果表明17:00时热岛强度在地面最强,到300m存在个别的弱热岛中心,500m高度城郊不存在温度差异;地面高温中心有一个弱的辐合中心,直接影响污染物在城区的扩散,模拟的污染物浓度在地面较低,150～300 m高度最大.该研究结果可为了解天津地区局地气候的形成、污染物的扩散及城市规划提供参考和帮助.     

2011年冬季天津PM2.5及其二次组分的污染特征分析

2011年11月—12月于天津城区和武清采集PM2.5样品,分析其中的二次水溶性无机离子(NH4+、NO3-和SO24-)、有机碳(OC)和元素碳(EC),估算二次成分浓度,并分析采样期间气象因素对一次持续重污染过程的影响.结果表明,天津地区冬季PM2.5污染严重、城区和武清PM2.5质量浓度平均值分别为166.9μg.m-3和180.0μg.m-3;城区样品中SO24-、NO3-和OC在PM2.5的比例依次为19.4%、16.7%和15.4%,武清样品中则为19.2%、15.5%和20.4%;二次组分占PM2.5质量浓度的47%(城区)和46%(武清),雾霾日二次组分含量明显高于非雾霾日;高湿和静小风等不利气象条件是造成PM2.5质量浓度持续增加以及二次组分浓度迅速升高的重要原因.     

天津大气污染物日变化特征的WRF-Chem 数值模拟

利用大气化学完全耦合模式WRF-Chem 对天津市环境空气中特征污染物CO、NO_x、O₃、PM2.5 的时间变化规律和空间分布特征进行了数值模拟研究,并与实际观测资料进行了对比.结果表明,天津市CO、NO_x、O₃、PM_2.5 具有明显的时空变化特征:O₃ 浓度在中午出现最高值,夜间浓度较低;NO_x、O₃、PM_2.5 在晚上和清晨出现高浓度,午后至傍晚浓度较低.O₃ 在空间分布上表现为中午市区比郊区浓度高,夜间郊区浓度高.其他污染物则均表现为市区浓度高于郊区.在当日东北风情况下,周边地区对天津市污染的影响较小,4 类污染物主要是受本地源的影响.     

天津大气扩散条件对污染物垂直分布的影响研究

利用2017~2019年夏、冬季天津市大气污染物监测和气象观测数据,基于天津气象铁塔垂直观测,针对大气垂直扩散条件对PM_2.5和O₃的影响进行研究.结果显示:近地面PM_2.5浓度随高度的升高而下降,O₃浓度则随高度的升高而上升,受大气垂直扩散条件的季节和日变化影响,冬季,地面与120m PM_2.5质量浓度相关明显,与200m PM_2.5质量浓度无明显相关.夏季,120m和200m PM_2.5质量浓度相关系数为0.72,午后通常出现120m和200m PM_2.5质量浓度高于地面的情况.夏季,不同高度O₃浓度差异小于冬季,地面与120m高度O₃浓度接近.以大气稳定度、逆温强度和气温递减率作为大气垂直扩散指标,对地面PM_2.5和O₃垂直分布具有指示作用.冬季,TKE与PM_2.5质量浓度相关系数为到-0.65,夏季,TKE与ΔPM_2.5相关系数为-0.39.夏、冬季TKE与地面O₃浓度的相关系数分别为0.46和0.53,与ΔO₃的相关系数分别为0.73和0.70.弱下沉运动对地面O₃浓度影响较强,40m高度垂直运动速度与地面O₃浓度的相关系数在冬、夏季分别为-0.54和-0.61.对冬季典型PM_2.5重污染过程的分析发现,雾霾的生消维持和PM_2.5浓度的变化与大气稳定度、气温垂直递减率和TKE的变化有直接关系.对夏季典型O3污染过程的分析发现,近地面的O₃污染的形成与有利光化学反应的气象条件密切相关,同时,垂直向下输送和有利垂直扩散条件对O₃污染的形成和爆发影响明显.     

随机游动模型在大气污染扩散分析中的应用探讨

应用随机游动扩散模拟方法,并结合天津市的实际气象数据,对某区域的大气污染扩散情况进行了模拟计算.由模拟过程和结果可以看出,相比于高斯模型等其他常用方法而言,随机游动扩散模拟适用的范围较广,可用于瞬时以及非均匀的浓度扩散分布状况,也能够不受污染物质的特性所限制(气态物和重粒子都可进行模拟).模拟结果对有关部门的污染防护与事故处理有一定的参考意义.     

成都市轻型车尾气污染物排放趋势预测

机动车尾气污染物已成为影响城市大气环境质量的主要因素之一,预测未来机动车尾气污染物排放状况可以为城市机动车尾气污染防治提供有力的依据.依据成都市的经济发展趋势,设定了不同阶段的轻型车尾气污染物排放标准,并利用建立的尾气污染物排放趋势预测模型分析了该市轻型车尾气中颗粒物、NOx、总碳氢化合物、CO的排放量和变化趋势,并提出了相应的尾气污染物减排对策.     

东部沿海城市与西部半干旱地区近地层臭氧浓度观测研究

利用东部沿海城市天津大气边界层观测站(以下简称天津站)和西部兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)一年的臭氧和NOx体积浓度观测资料,对比分析了两观测站点近地层臭氧浓度的逐月变化、频率分布、日变化特征以及与NOx之间的相关关系.结果表明,两观测站点臭氧浓度月均值变化呈现出很好的一致性,均在4-7月出现高值,12月至次年2月出现低值,SACOL臭氧浓度月均值的最大值和最小值出现时间要比天津站推迟一个月.天津站臭氧体积浓度主要分布在10～50μL/m3,SACOL则集中在10～70 μL/m3,春、夏季两观测站点臭氧体积浓度低于10 μL/m3的频率均很小,秋、冬季两观测站点臭氧浓度频率分布特征类似.两观测站点臭氧浓度日变化在4个季节均呈现典型的单峰型分布,SACOL臭氧浓度日最大值出现时刻要比天津站晚2h.两观测站点臭氧浓度与NOx、NO2、NO的浓度之间均呈显著的负相关关系.天津站与臭氧浓度的相关性最强的为NO,而SACOL则是NOx.     

天津冬季PM2.5与PM10中有机碳、元素碳的污染特征

研究了天津冬季PM2.5和PM10中碳成分的污染特征.结果表明,天津冬季PM2.5和PM10的平均质量浓度分别为(124.4±60.9)、(224.6±131.2)μg/m3;总碳(TC)、有机碳(OC)与元素碳(EC)在PM2.5中的平均质量分数比在PM10中分别高出5.0%、3.6%、1.2%;PM2.5中OC、EC的相关系数较高,为0.95,表明OC、EC的来源相对简单,可能主要反应了燃煤和机动车尾气的贡献.OC/EC的平均值在PM2.5和PM10中分别为3.9、4.9.次生有机碳(SOC)在PM2.55和PM10中的平均质量浓度分别为14.9、23.4/μg/m3,分别占OC的48.5%(质量分数,下同)、49.8%,OC/EC较高可能主要与直接排放源有关;PM2.5中的OC1与OC2的比例明显高于PM10,而聚合碳(OPC)的比例又低于PM10,同时PM2.5与PM10中的EC1含量均较高,表明天津冬季燃煤取暖和机动车尾气是重要的污染源.     

天津市PM2.5浓度时空分布特征及重污染过程来源模拟分析

天津市多发生以PM_2.5为首要污染物的重污染事件,明确ρ（PM_2.5）时空分布特征及重污染过程来源对PM_2.5的综合治理意义深远.利用天津市2014-2017年环境资料和2016年气象资料,结合WRF-Chem模式研究了天津市ρ（PM_2.5）时空分布特征及重污染过程来源.结果表明:①自2014年以来,天津市ρ（PM_2.5）呈逐年下降趋势.②ρ（PM_2.5）月变化曲线呈"U"型分布,呈冬春季高、夏秋季低的季节性特征;ρ（PM_2.5）日变化呈双峰型分布,主峰值出现在08:00-09:00,次峰值出现在21:00-翌日00:00.③各季节天津市ρ（PM_2.5）空间分布不同,春季、夏季、秋季和冬季高值中心分别位于天津市西南部的静海区、中心城区北部的北辰区、西部的武清区及北部的蓟州区.④WRF-Chem模式模拟的天津市秋冬季污染物来源结果表明,本地源贡献率为56%,外来源输送贡献率为44%,其中以河北省和山东省的输送为主.2016年12月16-22日天津市一次重污染过程的模拟结果表明,天津市本地源贡献率为49.6%,河北省、北京市和山东省的外来源输送贡献率分别为32.2%、7.0%和2.2%.污染前期,不利气象条件和外来源输送造成天津市ρ（PM_2.5）聚集并形成重度污染;污染持续过程中,本地源贡献率逐渐增大并占主导地位.研究显示,近年来天津市ρ（PM_2.5）呈下降趋势,并有明显的空间分布特征.