中国东部春季一次强冷锋活动空气污染输送过程分析

利用CMAQ(4.7.1)和HYSPLIT后向轨迹模式,结合长岛和洪泽湖站点污染物观测数据,对2011年3月31日—4月3日影响我国东北部地区的一次典型强冷锋天气空气污染过程进行模拟分析,验证表明模式能较好地模拟此次强冷锋过程. 由结果可知,此次强冷锋前后污染物浓度呈先升后降又上升的现象. 在冷锋移动过程中,锋前出现一条高浓度污染带,锋面将污染物抬升至800～500 hPa的高度,使污染物在对流层中层快速向西太平洋传输;冷锋对当地污染物的去除不仅有水平方向的推动作用,还会使污染物向高空输送. 锋面过后污染物浓度急剧降低,冷锋对长岛站点SO₂、O₃、NO_x、PM_2.5的清除率分别为90.87%、34.10%、50.56%、72.69%,对洪泽湖站点则分别为82.53%、50.45%、65.11%、36.80%. 锋面过去1~2 d后,高压控制天气形势下污染物再次开始积累、浓度回升. 冷锋前后污染物形成一个“积累—锋前抬升—高空平流输送—锋后大风清除—积累”的循环.      

MM5和WRF模式对高空气象数据模拟的对比分析

为了判别MM5和WRF两种模式下高空气象数据模拟结果的差异性和可替代性,系统比较了两个中尺度气象数值模式的差异,应用WRF和MM5分别模拟了2010年北京某参照地点高空气象场的温度、露点温度、风场和相对湿度,对比分析了两种气象模式模拟结果的垂直廓线差异和时间变化差异。结果表明,除近地层和约8 000 m以上的高层模拟值略有偏差外,WRF和MM5模拟的各气象要素的垂直廓线变化一致,吻合度非常好。两模型对气象数据模拟结果的相关系数达89%~99%。WRF和MM5模拟的各气象要素的日变化趋势也基本一致,除对风速和风向模拟值间的相关系数低于81%外,温度、露点温度和相对湿度模拟值间的相关系数达84%~98%。因此,两模式可相互替代用于环境影响评价高空气象数据的模拟。     

重污染天气下电力行业排放对京津冀地区PM2.5的贡献

利用CAMx(区域空气质量模型)中的PSAT(颗粒物源示踪技术),分析了重污染天气下分区域、分行业的污染物排放对京津冀地区PM_2.5的贡献,设计了分行业排放的环境影响效率系数(EESCR)计算方法,并对“电能替代”(以电力行业产能替代民用能源消耗)情景方案下的排放进行模拟分析. 结果表明:在重污染天气背景下,电力行业排放对京津冀地区ρ(PM_2.5)的贡献率较低,各地均低于10%,并且区域排放的贡献次序为京津冀以外地区>京津冀其他城市>当地,这与电力行业高架源排放的特征有关,而工业和民用行业对区域排放的贡献次序相反. PM_2.5主要组分和前体物的分行业EESCR计算结果表明,电力行业ESSCR值均在y=1/2x趋势线之下,远低于其他行业,因此优先控制其他行业排放才是改善京津冀地区空气质量的关键.电能替代的情景模拟结果表明,电能替代是有效降低京津冀地区ρ(PM_2.5)的可行方式. 研究显示,充分利用电力行业高架源排放的特点和便于集中处理的行业优势,尽力降低因产能增长带来的排放增量,实施电能替代可成为改善区域空气质量的有效途径之一.      

京津冀民用燃煤减排对大气中BaP污染影响评估

运用空气质量模型CMAQ模拟评估民用燃煤减排政策对京津冀大气中BaP污染状况的改进效果,模拟包括作为基准情景的2014年和低消减和高消减2个减排情景.模拟结果表明：基准情景下,京津冀BaP年均浓度为2.54ng/m³,超过国家空气质量标准（1ng/m³）,呈现1月 > 4月 > 10月 > 7月的季节变化特点,反映出冬季供暖燃煤的影响;京津冀南部BaP浓度高于北部,推测原因是南部BaP排放量较高.1月削减民用燃煤排放量对降低该地区BaP浓度和沉降量效果最显著,低削减和高削减下,北京、保定、廊坊BaP浓度分别比基准情景降低30%和40%以上;4、7、10月削减民用燃煤排放量对该地区BaP浓度和沉降量的变化影响不大.京津冀民用燃煤联防联控能更加有效地降低该地区BaP浓度.     

北京市冬季典型重污染时段PM2.5污染来源模式解析

为了探究近年来北京市PM_2.5污染区域来源规律和重污染累积过程中PM_2.5的生成途径,利用第三代三维空气质量模型CAMx的颗粒物源示踪(PSAT)和过程分析(PA)技术,模拟计算了北京市2013年和2014两次冬季典型重污染时段PM_2.5的源-受体关系和物理、化学过程对PM_2.5的生成贡献. 结果表明:在区域来源贡献中,随着空气污染等级由优升至严重污染,外地PM_2.5贡献率从42.9%升至67.4%,本地贡献率由57.1%降至32.6%,其中外地二次PM_2.5贡献率从20.2%升至39.8%,为北京市重污染时段的主要贡献因子;在外地贡献中,廊坊市、山东省、天津市、唐山市的贡献率较大,分别为3.2%~4.7%、3.8%~7.5%、3.6%~5.8%、2.2%~3.2%. PA分析结果表明:在不利气象条件(持续性的逆温层结)下,南边界的输送在重污染过程中起到了重要作用,对ρ(PM_2.5)增长的贡献速率可达10 μg/(m3·h). 此外,本地化学转化在重污染时段对ρ(PM_2.5)爆发性增长的贡献率也可以达到40.0%,其中特殊天气条件下二次PM_2.5生成贡献的显著增加是造成ρ(PM_2.5)出现峰值的主要原因. 研究显示,随着污染程度的加重,北京市受区域性污染的影响逐渐加大;在重污染过程中,不利气象条件下的本地化学转化与水平输送对近地层ρ(PM_2.5)峰值的出现与维持发挥了重要作用.      

2017—2018年秋冬季唐山市PM2.5中元素组成特征及来源解析

为研究唐山市大气PM_2.5中元素组成特征及其来源,于2017年10月19日—2018年1月31日（秋冬季）在唐山市的超级站（典型城市站点）、开平站（工业站点）和古冶站（工业站点）开展了PM_2.5的手工连续采样,定量分析测定了PM_2.5中23种无机元素.结果表明:Si、Al、Ca和Na等地壳元素的质量浓度均在10月最高,在1月最低.10月,ρ（Cr）在开平站最高（0.020 0 μg/m3）,随后逐月略微降低,其主要受钢铁冶炼工业的减产和限产影响.多数重金属元素质量浓度在11月或12月最高,包括Zn、Pb、Mn、Cu、Ni、Se、V、Cd和Co,其可能受燃煤取暖影响.Cd、Zn、Pb和Cu四种元素的富集因子值分别为2 677、616、422和77,均达到极强富集,且均受人为排放源影响最大.基于因子分析法得出,唐山市大气PM_2.5中元素的主要来源有燃煤源、钢铁工业源与扬尘源的混合源、交通源以及土壤扬尘源,其方差贡献率分别为56.3%、21.6%、7.1%、5.4%.研究显示,秋冬季唐山市大气颗粒物PM_2.5中元素最主要的污染来源为工业源、燃煤源和扬尘源.      

长江三角洲地区大气二恶英类污染物输送-沉降模拟研究

大气中的二恶英类物质(PCDD/Fs)是一类难降解的有毒污染物,可对人类和其他哺乳动物的健康构成危害.二恶英类物质主要是由废物焚烧、金属冶炼和造纸化工等行业所产生. 二恶英类物质为半挥发性物质,可以在气态和气溶胶之间相互转移,从而影响其大气物理和化学过程. 利用耦合有机物吸收和黑碳吸附的二恶英类污染物颗粒态、气态相间分配模块和化学转化的区域大气化学、输送模式(CMAQ)模拟了2006年1月,4月,7月和10月长三角(长江三角洲)地区PCDD/Fs在大气中的输送、转化和沉降等演变过程,探讨了大气中二恶英类污染物的季节变化规律和沉降特征. 模拟结果表明,长三角地区的二恶英类污染物排放存在着明显的长距离输送特征和区域影响;冬季大气二恶英类污染物浓度明显高于夏季,湿沉降是其主要的沉降途径.      

2014年春季山东省PM2.5跨界输送研究

利用CAMx模式模拟了2014年春季(3~5月)山东省ρ(PM2.5)浓度空间分布、输送、沉降特征并建立了各市PM2.5跨界输送矩阵.结果表明,山东省ρ(PM2.5)分布呈现明显的空间差异特征,鲁西地区浓度较高,半岛地区浓度较低;垂直方向上ρ(PM2.5)主要集中在2 000 m以下.全省ρ(PM2.5)水平输送通量平均达110μg·(m2·s)-1,全省总沉降量为23.05×104t.全省近地面ρ(PM2.5)外来输送贡献率为21.08%±3.83%,各市外来输送贡献率平均为40.45%±5.96%;随着高度的升高,京津冀、背景及边界等条件对山东省ρ(PM2.5)的贡献率明显上升,分别上升了7.56%、6.18%.     

基于CALIOP探测的京津冀地区气溶胶垂直分布特征

利用2011—2015年星载激光雷达(CALIOP)探测资料分析京津冀地区气溶胶消光系数(AEC)的垂直分布,AEC表征了气溶胶的浓度水平。结果表明:AEC的垂直分布季节变化显著,2 km以下尤为明显;整层气溶胶光学厚度(AOD)在夏季(0.7)高于其他季节,湿度对AEC产生较大的影响;而500 m以下低层的AEC体现的特征与之相反,冬季最大(0.65 km~(-1)),春夏季较小(0.25 km~(-1))。夏秋季低层AEC存在较大昼夜差异,夜间最大为0.65 km~(-1),是白天的2.5倍,低层较大的相对湿度昼夜变化成为消光系数巨大差异的主因。南北向贯穿京津冀地区垂直剖面上AEC的分布显示,在夏季夜间,气溶胶浓度水平在南部地区的低层较高,而在其他季节并没有体现出明显的南北差异。     

气象要素变化对城市空气质量影响的评估方法与应用——以PM2.5为例

从城市尺度空气质量模型和平流扩散理论出发,通过对气象要素归类,利用空气质量与各类气象条件对应排放源强表征量的关联,建立了气象要素变化对城市空气质量影响的评估方法.该方法考虑了包括风（风速和风向）、云量、太阳辐射强度、大气稳定度、混合层高度等基本气象要素,能定量有效评估长期气象要素变化对空气质量的改善幅度.该方法在河南省鹤壁市的应用表明,相对2020年,2021年PM_2.5浓度下降7.2μg/m³,气象要素变化和人为减排分别下降0.4和6.8μg/m³,占改善浓度的5.6%和94.4%,人努力起到主导作用;从季度来看,大气污染防治工作使夏、秋、冬季PM_2.5浓度均有所降低,其中冬季下降27.8μg/m³,减排措施贡献16.8μg/m³,人努力效果尤为显著.