广州城区近地面层不同高度空气质量评价

为了阐明大城市中心城区不同高度的空气质量差异及其成因,为大气污染防治工作提供科学支撑,该研究基于广州塔大气污染物垂直梯度观测平台的监测数据,采用环境空气质量综合指数和环境空气质量指数(AQI),分别对广州城区近地面层不同高度的空气质量进行评价。结果表明,2015年广州塔4个高度(地面、118 m、168 m和488 m)的空气质量综合指数分别为4.96、5.01、4.83和3.64,AQI超标率分别为27%、30%、25%和40%。总体上,中、低层(168 m以下)的空气质量差异较小,其中118 m点位的综合指数和AQI超标率相对较高;高层(488 m)因O_3污染尤其显著导致其AQI超标率为各高度最高,但O_3质量浓度上升的贡献被其他污染物质量浓度的大幅下降所抵消,故其综合指数反而最低。随着高度增加,PM_(2.5)和NO_2超标程度下降,O_3超标程度上升,导致高层的PM_(2.5)和NO_2几乎不超标,而O_3超标率达40%且其超标天数占AQI超标天数的比例高达99%。随着污染级别上升,PM_(2.5)和NO_2成为首要污染物的比例减少,O_3比例增加,O_3成为各高度AQI超标时最主要的首要污染物。当低层空气质量处于优或重度污染级别时,各层等级一致性相对较好;但在其他情况下,低层与高层的空气质量最多可相差3个级别。因PM_(2.5)和NO_2以低矮源排放贡献为主,而O_3来源于复杂的二次反应,使PM_(2.5)和NO_2质量浓度随高度上升而递减,而O_3质量浓度随高度上升而递增,最终形成了中、低层以PM_(2.5)、NO2和O_3复合污染为主、高层以O_3单一污染为主的空气质量垂直分布特征。     

广州市近地面臭氧时空变化及其生成对前体物的敏感性初步分析

近地面臭氧(O_3)污染已日益成为我国城市群地区空气质量难题。基于近年广州国控空气质量观测站点及广州塔的在线观测数据,结合代表性站点典型时间段VOCs的离线采样观测,探讨了广州市O_3浓度的时空变化和污染特征,并初步分析了O_3生成对前体物VOCs和NOx的敏感性。结果表明:2009—2014年广州市近地面O_3浓度年均值波动上升,每年6~10月份O_3浓度最高,一般以10月份污染最严重;O_3浓度日变化呈单峰特征,高值在14:00左右;空间分布上O_3浓度呈现中心城区低、南北郊区高的特征,而2015年1~5月份广州塔观测发现488m高度O_3浓度显著高于168m、118m和6m高度,且其峰值相对延迟1h左右;广州中心城区O_3生成属VOCs敏感型,秋季南部近郊区以VOCs敏感型为主,北部和离中心城区较远的南部郊区属于过渡型;夏季南部远郊属于过渡型但偏NOx敏感型。     

广州市臭氧污染溯源:基于拉格朗日光化学轨迹模型的案例分析

分析了2018年10月初广州市一次为期6 d的臭氧污染事件,利用拉格朗日光化学轨迹模型对广州市的臭氧污染进行了溯源分析,量化了不同区域对臭氧污染的贡献,评估了重点排放区域不同行业和不同前体物减排对臭氧污染控制的效果.结果表明,本次污染事件期间,日最大8 h臭氧均值均超过160 μg·m^-3,最高达271 μg·m^-3,氮氧化物（NO_x）和挥发性有机物（VOCs）的平均浓度为（77.7±42.8）μg·m^-3和（71.9±56.2）μg·m^-3.芳香烃和烯烃是主要的VOCs反应活性物种,分别贡献了38%和30%的·OH反应活性以及51%和16%的臭氧生成潜势.本次臭氧污染事件主要受3类气团输送影响,3类气团中的高排放区域分别为广东省外、广东省内和广州市本地,在高排放区域中臭氧生成均受VOCs控制.途经区域前体物减排的敏感性分析表明,减排VOCs对于降低臭氧浓度的效果优于减排NO_x.在100%减排情况下控制高排放区域的交通源排放对广州市臭氧控制的效果（臭氧降低14.6%~21.0%）高于控制工业（8.4%~15.3%）、电厂（0.9%~6.2%）和民用源（2.3%~4.7%）的排放,但单独控制交通源在小于90%减排比例下对臭氧污染控制的效果并不显著（<10%）.此外,珠江三角洲地区的生物源排放也对臭氧生成有重要贡献,在模型中关闭生物源排放后,广州市臭氧浓度降低6%~19%.本研究证实了拉格朗日光化学轨迹模型在区域臭氧污染溯源的应用效果,并为广州市臭氧污染的区域协同控制提供了对策建议.     

基于垂直观测数据融合的广州市臭氧污染过程分析

了解O₃污染的垂直分布对于充分理解O₃在大气中的扩散和输送具有重要意义.本研究利用最优插值法实现了高塔与激光雷达O₃观测数据的融合,并基于垂直观测融合数据对2021年10月广州市一次O₃污染过程进行分析,结果表明：(1)不同时刻的O₃浓度均大致呈现出随高度上升先升后降的变化趋势,平均相对高值主要分布在300～500 m,最高值出现在400 m附近.(2)结合边界层高度分析可知,白天的O₃生成和扩散基本均在边界层以内进行,夜间普遍存在O₃残留问题,而在污染日尤其显著,表明白天光化学反应生成的高浓度O₃是夜间残留层中O₃的来源.(3)污染期间,不同大气污染物形成了不同的垂直分层,具体表现为较高浓度的PM_2.5和NO₂在中、低层积累,而高层(约200～600 m)则维持高浓度O₃的污染垂直分布结构.推测原因在于南北气流对峙及夜间稳定...     

2016—2020年广州市PM2.5时空分布特征

对大气污染物进行时空分布特征研究是开展大气污染防治的关键技术支撑.本研究基于广州市52个城市环境空气质量监测站点数据,采用系统聚类法、经验正交函数 （EOF）等方法分析了2016—2020年广州市PM_2.5浓度的时空分布特征.结果表明：①2016—2020年广州市PM_2.5污染改善显著,PM_2.5年均浓度从35.9 μg·m^-3下降至23.0 μg·m^-3,达标比例由96.2%上升至100%;PM_2.5干季平均浓度为湿季的1.54倍, 国控点超标天数为湿季的10.5倍;PM_2.5浓度日变化曲线峰谷值浓度差由7.5 μg·m^-3下降至3.9 μg·m^-3,日变化幅度趋于平缓.②广州市PM_2.5浓度最高值区主要分布在东西两侧,高值区域范围逐年减小,全市PM_2.5浓度分布趋于均匀;采用系统聚类法可将广州市PM_2.5分成北部、中北部、 南部、中南部4个污染区,其中,北部区PM_2.5浓度下降率仅为其他污染区的1/2,推测其PM_2.5浓度下降可能更多地由区域背景浓度的下降贡献;EOF分解前3模态累积方差贡献率达93%,分别可表征PM_2.5总体污染程度、在南北方向上的区域输送特征及由外围区域向中心城区聚集的 污染特征.     

广州市臭氧及其前体物监测系统研究与应用

通过利用近地面在线监测、塔基点式梯度在线监测、地基雷达遥感在线监测等技术方法构建臭氧浓度立体在线监测系统，并将其应用于对臭氧浓度分布、传输及变化的分析研究。结合臭氧前体物挥发性有机物（VOCs）监测现状，研究开展VOCs离线监测，完善VOCs在线监测体系，并将其应用于对广州市VOCs组分的分区分时段监测。上述监测系统业务化应用于广州市臭氧污染分布的长期监测，可为开展臭氧来源解析提供基础性的监测平台。     

2020年新冠疫情期间广州市大气污染物垂直分布特征

为研究新冠疫情发生后广州市实行疫情防控政策对大气污染物浓度的影响,利用广州市2019年12月1日—2020年2月29日的空气质量指数数据及广州塔垂直梯度观测站实时监测的PM_2.5、PM_1.0、NO_x、O₃、SO₂和CO等污染物浓度数据,采用统计分析、污染物特征雷达图及相关性分析等方法,探讨了疫情前后大气污染物的垂直分布、污染特征及其影响因素.结果表明,实施疫情防控政策后,除O₃外,其他组分浓度均有不同程度的下降,其中,NO_x下降幅度最大为68.5%,且浓度随着高度上升而降低;其次PM_2.5下降39.5%,但PM_2.5浓度随高度下降幅度不明显;相反地,O₃浓度升高了18.0%,且浓度随着高度上升而增加.研究发现,疫情防控期间NO_x浓度的减少导致了O₃浓度的积累,从而增强了大气氧化性,促进了高空中二次气溶胶的生成.综上,疫情管控期...     

广州市大气污染特征及其典型环流形势分析

基于2016—2019年空气质量监测数据、地面气象观测数据和中低层天气形势图,分析了广州市大气污染特征及其典型环流形势特征,揭示了不同环流形势与污染物浓度之间的关系.结果表明：(1)近年来广州市随着细颗粒物污染持续改善,空气质量优良率基本维持在80%及以上,但光化学污染问题逐渐凸显,O₃已成为广州市大气污染的主要污染物.(2)广州市大气污染季节变化明显,主要表现为秋、冬季更易出现大气污染,且多为持续性(≥5 d)污染.(3)经过分型和统计,总结出10种典型500 hPa-850 hPa-地面环流型,分别为台风外围-台风外围-台风外围、副高边缘-反气旋环流-变形高压脊、副高边缘-反气旋环流-冷锋前、副高-偏南气流-均压场、副高-偏东气流-均压场、副高-反气旋环流-均压场、副高边缘-反气旋环流-冷高压脊、西风槽槽后-反气旋环流-变性高压脊、副高-偏南气流-冷锋前、副高边缘-偏南气流-冷锋前.个例分析表明,这10种典型环流型可以概述最主要的广州大气污染环流形势,对空气质量预报有一定的指导作用.     

2021年一次春季北方沙尘过程对广州空气质量的影响

2021年3月,中国北方地区发生了大范围的沙尘天气,广州出现了连续3 d都以PM10为首要污染物的罕见现象.为进一步加深关于北方粗粒子气溶胶传输对广州市空气质量影响的理解,本文利用广东省广州生态环境监测中心站的污染物与气象监测数据,结合富集因子法、特征雷达图和后向轨迹法分析了沙尘影响前后广州市大气污染特征的转变.结果表明：沙尘影响期间,(1)粗细粒子浓度比(PM_2.5/PM₁₀)呈明显下降趋势,从沙尘影响前的0.59降低至0.27,广州市的污染特征由标准型、偏钢铁型转变为偏扬尘型;(2)大气颗粒物中Si、Fe、Ca、Pb、Al、Cu、K浓度显著升高,增幅超过50%,这7种元素的富集因子也显著升高,说明其污染源主要来自于粗颗粒气溶胶的长距离输送;(3)大气颗粒物中Zn和Mn浓度增长不明显,增幅均低于50%,V、Cr、Ni、As的浓度有所降低,这6种元素的富集因子也有所降低,说明其污染源主要来自于广州本地;(4)广州本次污染特征的转变受到源于蒙古国、中国内蒙古西部及南疆盆地的粗离子气溶胶远距离输送和本地生成的共同影响,反映了在大气颗粒物污染不断改...     

广州市2020年春节期间烟花爆竹燃放对空气质量的影响

利用2020年春节期间（1月21~28日）广州市21个空气质量监测站气象和空气污染物数据及其中4个监测点位的单颗粒气溶胶质谱仪（single particle aerosol mass spectrometer,SPAMS）数据,研究烟花爆竹燃放对广州市及11个行政区空气质量的影响,并基于SPAMS建立了烟花爆竹快速溯源方法,分析了烟花爆竹源单颗粒化学成分.结果表明,烟花爆竹燃放对燃放区及禁止燃放区的空气质量都造成显著影响,广州市PM_2.5、PM₁₀和SO₂质量浓度在除夕夜间迅速升高.烟花爆竹集中燃放时段（1月25日01：00~06：00）,主要影响了增城区、白云区、黄埔区及天河区部分区域的空气质量.建立了基于SPAMS以Al⁺为示踪物及最快5 min时间分辨率的烟花爆竹快速溯源方法.烟花爆竹源颗粒主要颗粒类型是左旋葡聚糖、富钾和矿物质类颗粒.烟花爆竹源颗粒含有丰富的硝酸盐,但不利于铵盐的形成.