基于机器学习算法的新冠疫情管控对河南省空气质量影响的模拟分析

全国各地为了减少新冠疫情对社会和人民生活的影响,采取了必要的防疫防控措施,这些措施对空气质量的变化产生了重要的影响,此外空气质量的变化与气象条件也存在很大的关系.通过对河南省疫情前（1月1~26日）和疫情管控期（1月27日~2月29日）这两阶段的空气质量分析对比发现,整个河南省除了O₃浓度上升了69.64%外,PM_2.5、PM₁₀、SO₂、CO和NO₂分别降低了36.89%、34.18%、19.43%、29.85%和58.51%;通过机器学习算法中的长短期记忆型网络（LSTM）模拟显示,气象条件引起污染物浓度的降幅大部分在15%~30%之间;人为排放减少引起的污染物浓度的降幅大部分在6%~40%之间.O₃在疫情期间上升过程中,气象条件和人为排放两种因素分别占了34.84%和34.81%.结果表明,疫情管控期间,河南省空气质量总体上有所改善,但是也有重污染发生,其中O₃的浓度对于疫情管控减排的影响不明显,呈负相关,需要进一步探索引起臭氧浓度上升的原因,以此帮助政府合理控制臭氧等前体污染物的减排比例.     

农村散煤替代对PM2.5污染影响及健康效益评估——以河南省为例

基于2016年河南省农村污染物排放清单,采用县级优化模型,设置了基准和散煤治理2种情景,评估了2025年1月份河南省农村散煤替代的减排潜力,利用空气质量模型（WRF-CMAQ）模拟其对PM_2.5污染改善的贡献,并采取泊松回归模型分析了相应的居民健康效益.结果表明,由于围护结构改造的成本较低及保温效果显著,其与采暖设备的组合技术在河南省农村家庭是最适合推广的采暖技术.在散煤治理情景下,2025年1月河南省农村居民燃烧源的SO₂,NO_x,CO,PM₁₀,PM_2.5,VOCs,NH₃排放量与基准情景相比分别下降了98.3%,82.6%,99.8%,99.2%,98.8%,98.2%和99.4%.散煤治理情景下河南省2025年1月PM_2.5浓度模拟结果与基准情景相比下降4.1μg/m³,可以避免2220人过早死亡,带来23.5亿元经济效益.     

河南省18个城市大气污染物分布特征、区域来源和传输路径

河南省大气污染严重且与周边区域污染传输及交互影响明显,以2017年1、4、7和10月为研究对象,将河南省内18个地市的排放源分别标记,并应用于WRF-CMAQ溯源模型进行模拟.污染物分布结果表明,由于排放和气象的共同影响,河南省PM_2.5、NO₂和SO₂浓度表现为冬季最高,夏季最低.O₃-8h浓度的季节变化则为夏季最高,春季次之,冬季最低.不同季节间污染物浓度差距较大,河南省PM_2.5、NO₂和SO₂冬季浓度平均值分别是夏季的4.17、4.12和6.24倍,而O₃-8h在夏季的浓度是冬季的2.24倍.由于PM_2.5、NO₂和SO₂与一次排放关系密切且具有一定的同源性,这3种污染物的高值分布为北高南低,季节趋势较为一致.而O₃-8h季节分布差异较大,夏季气象条件有助于O₃的生成,O₃-8h高值主要分布于河南省东北区域;冬春秋季由于气象条件的抑制和NO_x的消耗O₃-8h高值主要分布在河南省的南部.传输结果表明,冬季省外传输和天然源对河南省PM_2.5、O₃-8h、NO₂和SO₂浓度的贡献率都是最大的,分别为36.20%~72.32%、77.96%~96.08%、49.45%~78.80%和59.05%~88.85%.在仅考虑本地排放和省内传输时,夏季河南省内各市的排放对本地4种污染物浓度的贡献率均为最高;春季省内传输对各市PM_2.5和O₃-8h浓度的贡献率较大,分别为25.63%~74.69%和30.21%~80.01%,冬季省内传输对各市NO₂和SO₂浓度的贡献率较大,分别为26.02%~76.96%和20.30%~82.34%.河南省内PM_2.5、NO₂和SO₂的传输路径相似,冬季多由北向南传输,春季多由西向东,西南向东北传输,夏季多由西南向东北传输,秋季多由北向南传输,但PM_2.5的传输更加复杂.而O₃-8h传输路径与其他3种较为不同,特别是在秋季O₃-8h由西南向东北的传输路径明显.     

2013~2017年中国PM2.5污染防治的健康效益评估

为了评估中国大气环境治理带来的健康效益,确定健康风险评价的主要驱动因素,本文使用结合人群活动因子的综合暴露响应模型,对中国东部和中部地区2013~2017年可归因于PM_2.5的健康经济效益进行了估算,并量化了人口总量、人口老龄化、基准死亡率和PM_2.5暴露浓度这4个因素对健康负担的影响贡献.结果表明,2013~2017年研究区域内PM_2.5人口加权浓度下降了28.73%,PM_2.5年均暴露浓度在35 μg·m^-3及以下的人口比例从11.23%增加到27.91%.PM_2.5浓度下降使得2017年归因死亡数下降了14.43%,可避免经济损失为5588.41亿元.当PM_2.5暴露浓度达到国家二级标准（35 μg·m^-3）、一级标准（15 μg·m^-3）和世卫组织建议标准（10 μg·m^-3）时,归因死亡人数较基准年（2017年）将减少8.22%、55.05%和79.36%,避免经济损失3190.85、21374.38和30812.97亿元.人口总量、人口老龄化、基准死亡率和PM_2.5暴露浓度这4个因素对健康负担的贡献分别为-2.69%、-12.38%、1.66%和14.57%,其中污染物浓度降低是减轻健康负担的主导因素.中国的大气污染治理取得了显著成效,但在高PM_2.5浓度和高人口密度的地区,大气污染导致的健康负担仍然很重,需要实施更加严格的空气污染控制政策.