2016—2017年武汉市城区大气PM2.5污染特征及来源解析

利用2016年1月至2017年9月湖北省环境监测中心站大气复合污染自动监测站的在线监测数据，对武汉市城区PM_2.5的污染特征及主要来源进行解析。结果表明，武汉市城区PM_2.5质量浓度呈现出明显的季节差异，季节变化规律为冬季>春季>秋季>夏季。水溶性离子的主要成分SO₄^2-、NO₃^-和NH₄⁺占总离子质量浓度的82.0%。PM_2.5中阴离子相对阳离子较为亏损，颗粒整体呈碱性。夏季气态污染物的氧化程度较高且SO₂较NO₂氧化程度高。后向轨迹分析结果表明，区域传输是武汉市PM_2.5的一个重要来源，在4个典型重污染阶段，武汉市分别受到局地、东北、西北及西南方向气团传输的影响。PMF模型解析出武汉市PM_2.5五大主要来源及平均贡献率：扬尘22.0%、机动车排放27.7%、二次气溶胶21.6%、重油燃烧14.9%和生物质燃烧13.8%。     

湖北省PM2.5与PM10比值分析及PM2.5时空分布特征研究

基于2012年-2014年湖北省大气污染物监测数据,通过数据反演方法,得到湖北省17个城市的PM2.5年均浓度.利用ArcGIS绘制出各城市不同年份的颗粒物浓度空间分布图,并对其进行分析.结果表明,2012年-2014年间,湖北省17个城市PM2.5与PM10年均浓度比值为0.66,PM2.5年均浓度超出国家二级标准,整体呈现上升趋势.城市方面,在多数城市PM2.5与PM10浓度上升的同时,仅武汉、黄冈和天门3个城市颗粒物浓度2014年较2013年有所下降,且武汉市PM2.5浓度下降率达12.8%,表明武汉市近两年来采取的政策措施具有较好的可行性和有效性.     

2015—2020年湖北省PM2.5和臭氧复合污染特征演变分析

为揭示湖北省PM_2.5和臭氧(O₃)复合污染演变特征,基于湖北省17个地市的空气质量国控点和武汉市大气超级站组分监测数据,全面分析湖北省17个地市2015—2020年PM_2.5和O₃的时空变化特征及相关关系,探讨PM_2.5和O₃协同效应的成因机理. 结果表明:①2015—2020年,湖北省PM_2.5显著改善,平均降幅为4.7 μg/(m3·a),但冬季负荷仍较高,主要集中于中部地区;O₃污染凸显,平均增幅为3.8 μg/(m3·a),污染集中在4—10月的暖季,东部地区最严重,近两年超标天数已与PM_2.5相当. ②湖北省PM_2.5和O₃关联日趋密切,协同效应显著,日评价指标显示夏季二者呈显著正相关(相关系数为0.57),近两年当PM_2.5浓度≤50 μg/m3时,相关系数高达0.63;冬季PM_2.5浓度与O_x(O₃+NO₂)浓度呈正相关,尤其2020年东部城市二者相关性高达0.46,显示大气氧化性对PM_2.5二次污染的重要性. ③以武汉市为例,归纳PM_2.5和O₃复合污染的成因,暖季低PM_2.5背景下,高温、中等湿度和弱风速的气象条件以及VOCs和NO_x等前体物的高浓度排放,使得受VOCs主控的光化学反应加剧,易造成O₃污染,从而加强PM_2.5二次生成;冬季高的大气氧化性,叠加不利气象条件,促进颗粒物的二次生成,导致重污染时PM_2.5组分以硝酸盐等二次无机组分为主. 研究显示,湖北省PM_2.5和O₃协同控制重点为,在保持现有NO_x控制力度基础上强化VOCs控制,遏制暖季和东部区域O₃浓度上升,加强冬季和中部PM_2.5治理.      

湖北省一次空气重污染过程的预报分析

针对2016年1月18日湖北省一次空气重污染过程,结合WRF-CMAQ模式、气团轨迹、MODIS真彩图、大气污染物和气象要素监测资料,探讨客观订正环节中区域空气重污染过程的预报方法和基本流程。结果表明:采用WRF-CMAQ模式数值模拟未来3 d湖北省首要污染物及其质量浓度和气象场的时空分布特征和演化过程,预测未来24 h湖北将发生空气重污染过程,结果呈现显著的空间分布特征。气团轨迹和MODIS真彩图分析表明1月17日最严重的霾主要分布在河南和安徽大部地区;途径河南和安徽的气团在未来48 h自北向南往湖北中部和东部传输。根据WRF数值预报,在18日0时弱冷空气南下影响湖北,并带来2～3级偏北风,对大气污染物的输入和积累创造有利的条件,湖北中东部地区空气质量将迅速恶化;至08时后,大气扩散条件有所改善,湖北空气质量将自北向南逐渐好转。     

武汉地区秋冬季清洁与重污染过程的水溶性离子特征研究

利用武汉地区2014年秋、冬季在线离子色谱分析仪Marga监测所得的大气PM_(2.5)中水溶性离子数据和武汉市环境空气质量自动监测的细颗粒物数据,分析了武汉地区秋、冬季重污染和清洁过程的大气污染特征.结果表明,PM_(2.5)是武汉地区秋、冬季大气污染的首要污染物,无论是在清洁还是重污染过程中,NO_3~-、SO_4~(2-)和NH_4~+3种成分都是PM_(2.5)的主要无机成分.重污染过程中PM_(2.5)的平均浓度是清洁过程的4.5倍,而3种主要水溶性离子平均浓度增长至清洁过程的5~6倍,且有着显著的相关性,二次生成水溶性离子的污染已成为武汉秋、冬季大气污染的主要因素.Cl-在重污染过程中的浓度及与PM_(2.5)的相关系数显著增大,表明化石燃料燃烧等过程也对重污染的形成产生了较显著的作用,值得关注的是,K~+在重污染过程中的浓度及与PM_(2.5)的相关系数增大也验证了燃烧过程对重污染起到的贡献.硫氧化率和氮氧化率的分析结果表明,重污染过程中的二次转化要多于清洁过程,可能是非均相反应生成了二次污染的硫酸盐和硝酸盐.线性回归分析的方程系数研究表明,NH_4NO_3和(NH_4)_2SO_4可能是清洁和重污染过程中主要的盐类物质.NO_3~-/SO_4~(2-)的平均质量浓度比说明移动源对武汉地区秋、冬季二次污染的形成和发展已经起到越来越大的作用,特别是重污染过程中的影响更大.     

武汉地区沙尘天气气溶胶粒径分布特性研究

通过利用湖北省大气复合污染自动监控预警中心的振荡天平法颗粒物监测仪、光散射法气溶胶粒径谱仪,对武汉地区一次典型沙尘天气过程中记录的不同粒径气溶胶颗粒数量浓度、相对质量浓度进行研究。结果表明,在武汉地区沙尘天气过程中,粗颗粒显著增多,而细颗粒显著减少,这与部分研究发现的沙尘天气过程中粗颗粒与细颗粒共同显著增多的结论有所不同。粒径谱仪分析显示,大于PM5颗粒的增多对粗颗粒浓度增加有显著贡献,而小于PM0.5颗粒的减少则对细颗粒浓度降低有主要贡献,这可能是武汉地区沙尘天气过程颗粒物的变化特点。     

湖北臭氧分布特征及其管控措施

采用地面站点观测、卫星观测以及UWCM 0-D箱子模型模拟的方法研究湖北2013—2015年臭氧时空分布特征,并探讨其管控措施。从地面站点观测看出,时间分布上,这3年臭氧年平均浓度经历先下降后上升的过程,总体呈上升趋势,而二氧化氮年平均浓度则呈现持续下降的趋势;空间分布上,湖北各区域臭氧浓度分布不均匀,呈现东高西低的递减分布趋势。从卫星观测数据看出,2015年湖北的臭氧柱浓度高于2013、2014年同期。从空间分布来看,臭氧的柱浓度是从东北到西南、从省外到省内逐渐递减,因此推测,除了本地生成,湖北的臭氧有一部分是来源于省外传输。最大臭氧生成量法显示,烯烃(乙烯和丙烯)对湖北夏天臭氧生成量的贡献远大于其他挥发性有机化合物。箱子模型模拟的结果显示,湖北应该通过控制挥发性有机化合物的排放来降低臭氧生成速率,控制氮氧化物反而使臭氧生成速率提高。     

灰霾期间武汉城市区域大气污染物的理化特征

利用湖北省大气复合污染自动监测站2013年的全年监测数据,分析了灰霾期间武汉城市区域大气污染物的理化特征。霾日主要出现在春季、秋季和冬季。霾日与非霾日大气污染物质量浓度和气象参数的对比分析结果显示:高湿度、静风是武汉城市区域霾日的重要气象特征;PM1、PM_(2.5)、PM_(10)、NO_2、CO、NH3的质量浓度,SOR、NOR值以及PM_(2.5)中的二次无机离子(SO2-4、NO-3、NH+4)和部分元素(Pb、Se、Cd、Zn、K)的质量浓度均在霾日明显高于非霾日,而霾日SO2质量浓度仅在冬季略高于非霾日。选取2013年1月的连续灰霾日进行相关性分析,结果表明:污染组分主要来自当地排放(包括直接排放和二次形成),并受当地气象条件影响。此次灰霾过程中PM_(2.5)中的硫酸盐和硝酸盐主要来自气相反应,气态NO_2主要生成了气态HNO_3,而不是HNO_2。