成都市及周边地区严重臭氧污染过程成因分析

结合天气形势,地面观测资料和WRF-CMAQ模式,分析了2017年7月8~15日成都市一次罕见持续O₃污染过程的特征及成因,量化了各个物理化学过程对此次污染过程的相对贡献,并通过敏感性实验分析了四川盆地内O₃及其前体物的区域传输和本地光化学反应对此次污染过程的影响.结果表明,此次O₃持续污染过程主要是因为四川盆地内盛行偏东风,导致盆地东部城市群的O₃及其前体物经区域输送到成都及周边地区,加之成都市出现小风、气温升高等气象条件进而形成,属于典型的传输性爆发污染.持续污染形成的主要物理化学机制体现为日间气相化学过程贡献为稳定的正值,加之输送过程贡献出现爆发式升高,进而导致近地面O₃小时净增量迅速上升且高达50μg/（m³·h）,随之O₃浓度迅速响应,产生爆发式增长.此外,敏感性实验结果显示此次成都市O₃持续污染的形成受区域输送影响较受本地光化学反应影响更为明显.O₃污染爆发前上游地区高浓度O₃及其前体物沿流场输送并在成都及周边地区不断积累,导致日间O₃浓度不断升高.     

淮海经济区核心区污染排放对重点区域城市PM2.5贡献研究

基于WRF-CMAQ空气质量模型，采用开关污染源排放的敏感性试验方法，定量分析了淮海经济区核心区污染排放对京津冀区域、"2+26 "大气污染传输通道城市、汾渭平原地区和长三角区域PM_2.5的贡献.结果表明，对京津冀区域，污染贡献比例最大值出现在10月份，同时对不同城市的贡献值在10%以内变化；对" 2+26"大气传输通道城市，影响的时空差异变化明显，其中对聊城市、菏泽市和济南市的贡献值均超过了10%；对汾渭平原地区的贡献总体较弱，最大贡献值低于5%；对长三角区域，贡献值在不同城市间的时空差异变化明显.考虑到淮海经济区地处京津冀和长三角过渡地带，且对京津冀和长三角区域PM_2.5影响较大，建议尽快将淮海经济区核心地区纳入国家大气污染重点控制区.     

河北及周边地区霾污染特征的模拟研究

应用MM5-Models-3/CMAQ空气质量模拟系统对河北及周边地区进行了区域尺度的模拟,并选取石家庄、邢台、北京、天津、太原、郑州6个代表性城市分析了该地区霾污染特征.首先,通过气象观测数据对2001—2010年10年间的霾天气进行了识别,就统计结果来看,该地区霾污染的季节变化非常显著,冬季最为严重,其次是夏秋季;5月份的发生频率则最低,其次是4月和6月.选取霾污染较为严重的2007年12月进行了模拟,在模拟时段内,霾日的平均PM2.5浓度是非霾日的1.6～3.1倍,霾的发生有很明显的区域同步性.霾日PM2.5的成分也有显著变化,硫酸盐、硝酸盐等二次颗粒物的百分比含量有明显的增加,说明该地区霾的出现与二次颗粒物的形成有非常密切的关系.     

火电厂大气污染物排放标准对区域酸沉降影响的数值模拟

设计了火电厂实施2003版排放标准和2011版排放标准两种排放情景,运用Models-3/CMAQ模型系统分别模拟各情景到2015年的硫、氮沉降量,探讨2011版火电排放标准对我国大陆地区酸沉降的影响.研究表明,2011版火电标准能够有效改善我国的硫沉降状况,相比于实施2003版标准,2011版标准实施后至2015年我国大陆硫沉降总量降低了18.58%,年均硫沉降强度大于3.2t/km2的面积减少了86.40%;2011版火电标准对我国氮沉降状况也起到了一定的改善作用,标准实施后到2015年我国大陆氮沉降总量降低了9.28%,年均氮沉降强度大于4.0t/km2的面积减少了27.27%.     

2010年中国大气氮沉降特征分析

利用区域空气质量模式Models-3/CMAQ对我国2010年的氮沉降特征进行了模拟分析.结果表明,2010年我国氮沉降总量约为7.6′ 103Gg,化学组成上以NHx-N(包括NH3、NH4+中的氮)沉降为主,平均占到2/3以上.夏季氮沉降量最高,冬季最低.干沉降为氮沉降的主要途径(约占62%),主要为气态含氮污染物的贡献,湿沉降的氮则主要来自颗粒态的铵盐和硝酸盐.我国氮沉降的空间分布具有东高西低、地区间差异显著的特征,高沉降通量区域主要集中在华北平原、四川盆地、华中的中南部、两广以及东北部分地区.加强对氨排放的管理和控制,同时重视东部沿海的发达地区的氮氧化物排放,对减少氮沉降具有重要意义.     

Implementation of a windblown dust parameterization into MODELS-3/CMAQ: Application to episodic PM events in the US/Mexico border

Windblown dust is known to impede visibility, deteriorate air quality and modify the radiation budget. Arid and semiarid areas with unpaved and unvegetated land cover are particularly prone to windblown dust, which is often attributed to high particulate matter (PM) pollution in such areas. Yet, windblown dust is poorly represented in existing regulatory air quality models. In a study by the authors on modeling episodic high PM events along the US/Mexico border using the state-of-the-art CMAQ/MM5/SMOKE air quality modeling system [Choi, Y.-J., Hyde, P., Fernando, H.J.S., 2006. Modeling of episodic particulate matter events using a 3D air quality model with fine grid: applications to a pair of cities in the US/Mexico border. Atmospheric Environment 40, 5181–5201], some of the observed PM₁₀ NAAQS exceedances were inferred as due to windblown dust, but the modeling system was incapable of dealing with time-dependent episodic dust entrainment during high wind periods. In this paper, a time-dependent entrainment parameterization for windblown dust is implemented in the CMAQ/MM5/SMOKE modeling system with the hope of improving PM predictions. An approach for realizing windblown dust emission flux for each grid cell over the study domain on an hourly basis, which accounts for the influence of factors such as soil moisture content, atmospheric stability and wind speed, is presented in detail. Comparison of model predictions with observational data taken at a pair of US/Mexico border towns shows a clear improvement of model performance upon implementation of the dust emission flux parameterization.     

浙江省火电行业主要污染物减排环境效益研究

利用美国环保局开发的新一代空气质量模式系统Models-3,对2010 年浙江省大气污染物进行数值模拟研究,并对SO₂、NO₂ 和PM₁₀ 等大气污染物浓度的模拟结果与监测结果进行了对比分析。结果表明,Models-3 系统能较好地反映浙江省的大气污染情况,模拟值与观测值的变化趋势具有较好的一致性,说明该模式能较好地进行大气污染物的分布特征和变化规律的研究。为定量分析电力行业多污染物协同控制与区域复合型大气污染之间的定量关系,评估不同控制情景下的环境质量效益,应用CMAQ 空气质量模型分别对2010 年基准排放情景和火电行业主要污染物(SO₂、NO_x 和烟尘)的三套减排控制情景,评价环境空气污染物SO₂、NO_x、PM_2.5 和PM₁₀ 状况进行模拟,评价污染物减排的环境效益。三套方案下PM_2.5 浓度下降比例分别为0.53%、0.55% 和0.57%,其中重点区域浓度下降比例分别为4.36%、4.38%和5.9%;PM₁₀ 浓度下降比例分别为0.40%、0.42% 和0.65%,重点区域下降比例分别为3.42%、5.82% 和8.16%;NO_x 浓度下降比例分别为12.4% 和13.3%,重点区域下降比例分别为13.8% 和16.9%;SO₂ 下降比例平均为11.24%,其中重点区域下降比例为14.4%。SO₂、NO_x 和烟(粉)尘协同减排对于浙江地区特别是重点区域的环境空气质量改善有着显著意义。     

城市大气中臭氧浓度控制的困难与挑战——以成都市为例

研究城市化、工业化和区域经济一体化进程的不断加快,对城市大气环境的影响是当前大气环境领域研究的热点问题。在此过程中,利用空气质量模型模拟系统研究大气环境污染问题成为大气环境研究中不可缺少的组成部分。在当前空气污染复杂的形势下,针对城市大气环境中臭氧的浓度尚未有效的控制措施。研究主要利用Models-3/CMAQ空气质量模式对成都市臭氧浓度数值通过不同的控制情景进行模拟,揭示城市大气中臭氧浓度控制的困难与挑战,并尝试性提出今后的研究方向,以期为控制城市大气中臭氧浓度提供建议。     

海盐非均相反应对山东沿海大气O3浓度的影响

通过改进WRF-CMAQ模型中非均相反应模块,定量研究了2017年夏季和冬季海盐与含氮气体非均相反应对我国山东沿海地区大气O₃浓度的影响.模拟结果表明,考虑海盐气溶胶非均相反应后,山东沿海地区夏季O₃小时浓度增加了0.2×10^-9~6.6×10^-9（0.5%~15.5%）,冬季增加了0.8×10^-9~15.3×10^-9（1.7%~27.4%）,ClNO₂在夏季和冬季分别增加了100×10^-12~250×10^-12,300×10^-12~650×10^-12;夏季O₃浓度增加主要集中在山东东部,而冬季O₃的增加则覆盖了山东大部分地区,表明海盐非均相反应对冬季O₃的影响强度及范围均明显高于夏季.海盐非均相反应引起的O₃浓度增加主要发生在日间,特别是8：00~16：00.该反应对渤海及南黄海大气O₃浓度也有影响,且在这些海域生成的O₃可通过4条传输路径影响山东沿海地区,甚至可影响到济南、菏泽等山东中西部地区（距离山东东部海岸线~350km）;海洋大气中O₃的传输可造成山东东部沿海O₃浓度升高0.2×10^-9~15.3×10^-9,山东中西部O₃升高0.3×10^-9~6.2×10^-9.     

缺失烟囱参数估算及其应用对空气质量模拟结果的改进

针对源清单中部分点源烟囱参数缺失而采用源排放模型SMOKE(Sparse Matrix Operator Kernel Emissions)默认的烟囱参数对空气质量模型模拟结果造成的不利影响,综合考虑气象观测数据、空气质量监测数据、源排放强度以及相关标准和规范对烟囱设计的要求,分别基于最大落地浓度法和基于统计方法对2009年珠三角地区源清单中缺失烟囱参数点源的烟囱参数进行了估算,并将估算烟囱参数用在WRF/SMOKE-PRD/CMAQ空气质量模型系统分析其对模型模拟的改善情况.相比于采用SMOKE默认烟囱参数,基于最大落地浓度估算烟囱参数对NO2、NOx、SO2、PM10及O3的模拟结果均具有一定改善作用,而基于统计方法估算烟囱参数仅对SO2、O3的模拟结果有所提高.结果表明,使用基于最大落地浓度法估算得到的烟囱参数更为合理,使污染物的垂直排放分配更加合理,可以应用于空气质量模型输入源清单中缺失烟囱参数点源的估算,从而一定程度上改善空气质量模型的模拟效果.