南京市灰霾期间颗粒物污染的主要影响源识别

大气颗粒物污染影响范围广,污染种类繁多,污染物形态复杂多变,消除难度较大。随着2014年南京青奥会的日益临近,南京市"蓝天工程"、灰霾污染的控制进入了最关键的阶段。以南京市为例,从宏观微观两方面同时开展研究。在宏观层面上,采用主成分分析、因子分析、相关分析、逐步回归分析等方法,揭示可吸入颗粒物年均浓度、年均降尘量与表征各类影响源变量因素之间的相关关系,并计算贡献率;在微观层面上,采集各影响源尘样,进行相关实验分析得到各影响源特征谱;科学布点采集南京市空气样品,进行相关实验分析得到各点位大气颗粒物样特征谱;采用化学平衡分析法,揭示各粉尘影响源的主要贡献率大小。两方面相结合得到南京市灰霾的主要贡献源为二次扬尘和建筑扬尘,并根据结果提出控制对策。     

青岛大气颗粒物的扫描电镜研究和污染源识别

应用扫描电镜－X射线能谱对青岛市大气颗粒物定性分析。单个颗粒物分析和多个颗粒物复合分析的结果,为污染源识别和相对重要性的估计提供了重要信息:青岛市大气颗粒物的来源,主要有土壤扬尘和燃煤飞灰、硫酸钙和其他硫酸盐类的二次颗粒物、有机物质颗粒物、天然海盐、工业钡盐与其他类型的工业排放。      

北京市大气颗粒物及其铅的来源识别和解析

2005年9月—2006年9月,在北京的北郊(昌平区)、城区和南郊(房山区)3个采样点位共采集总悬浮颗粒物(TSP)样品166个. 用ICP-AES和ICP-MS方法测量Pb等29个无机元素. 应用正矩阵因子分析方法识别的TSP的3组主要来源为土壤扬尘源、建筑源和燃煤源;2组次要来源为有色冶金源和燃油源. 北京市大气颗粒物中Pb的2个主要来源为燃煤源和有色冶金源,分别占总量的19%～39%和49%～62%;次要来源有土壤扬尘源和建筑源,分别占总量的2%～4%和7%～8%. 北京市北郊、城区和南郊的ρ(Pb)年均值分别为102,142和179 ng/m3. 燃煤源排放的铅分布比较均衡,在3个采样点位ρ(Pb)大体持平;而有色冶金源排放的铅有明显的采样点位差异,具有南高北低的趋势,这提示有色冶金源的主要方位是在北京的南边. 北京市大气ρ(Pb)有可观的下降空间. 铅排放削减和有关环境管理措施的主要对象应为涉铅的有色冶金行业. 对原料煤中铅含量的监测、控制和管理也应予以重视.      

大港地区大气颗粒物中多环芳烃分布及污染源识别的研究

多环芳烃（PAHs）是一类对人体危害较大的有机污染物。目前对大气环境中PAHs来源识别技术还处于探索与发展阶段。为了解天津大港油田地区大气环境中PAHs污染状况与来源,对天津市大港地区大气颗粒物中10种PAHs分布及污染源开展了调查。结果表明：大港地区10种PAHs总浓度平均为169ng/m3,比市区对照点的465ng/m³低63.7％,其中苯并（a）芘（BaP）平均浓度为13.6ng/m³,比市区对照点的41.1ng/m³低66.9％。实验结果经统计处理发现BaP浓度与其它9种PAHs浓度存在一定的相关性,相关系数均在0.60以上。利用比值法进行源识别得出：大港石化区PAHs主要来源为燃煤污染;而大港油田区PAHs主要来源为燃油污染。     

大气颗粒物中多环芳烃的污染特征及来源识别

研究了北京市2000年采暖期和非采暖期2个典型代表月(6月和12月)不同粒径颗粒物的质量浓度特征以及不同粒径颗粒物中ρ(PAHs)分布特征,并同时利用比值法和化学质量平衡(CMB)受体模型对可吸入颗粒物(PM₁₀)中PAHs的来源进行识别和解析.研究结果表明:北京市采暖期ρ(颗粒物)明显高于非采暖期;采暖期和非采暖期不同粒径颗粒物的比例有差别,采暖期、非采暖期ρ(PM₁₀)分别约占ρ(TSP)的0.662和0.734;PAHs具有更明显富集于细颗粒物中的特征;源解析结果表明燃煤污染和机动车污染是PM₁₀中PAHs的最主要来源.      

太湖水体颗粒物散射的剖面分布及其影响因素分析

为了探索太湖水体颗粒物散射的剖面分布特征,掌握水下散射变化机制,2008年11月对太湖3个不同深度的散射系数和后向散射系数分别进行观测.研究分析了它们随深度变化的特征;由衰减系数,计算出太湖水体颗粒物粒径分布函数(PSD)斜率值的剖面分布;根据散射系数与悬浮物浓度的相关关系,推算了悬浮物浓度及组成的剖面分布;根据水体折射指数,分析了不同深度水体散射系数的主导影响因子.在0、50、100 cm这3个深度处的颗粒物散射,分别有14%、17%、12%的样本是由藻类颗粒物主导的,35%、30%、34%是由无机颗粒物和非藻类有机颗粒物主导的,51%、53%、51%是由三者共同主导.结果表明,太湖水体的散射和后向散射系数随深度变化较小,不同湖区太湖水体总悬浮的浓度差异性很大,但是在不同剖面深度上差异较小,浓度差异较大的点基本上都出现在入湖河流旁,太湖水体颗粒物散射系数的主导影响因子除少数靠近入湖河流的样点外,大部分样点在不同剖面深度上差异较小.     

气溶胶粒径吸湿增长与散射吸湿增长的关系

基于成都市2017年10~12月AURORA-3000积分浊度计、AE-31黑碳仪和GRIMM180环境颗粒物监测仪的地面逐时观测资料,以及该时段同时次的环境气象监测数据（大气能见度、相对湿度RH和NO₂质量浓度）,通过Mie散射理论与免疫进化算法反演气溶胶粒径吸湿增长因子Gf（RH）,并利用光学综合法测量气溶胶散射吸湿增长因子f（RH）,探究了Gf（RH）与f（RH）之间的关系.结果表明：当RH<85%,Gf（RH）和f（RH）随RH的增加均表现为平缓式增长;当RH>85%,Gf（RH）和f（RH）随RH的增加则均呈现出爆发式增长.Sigmoid函数f（RH）=17.34/（1+e^{-2.43·[Gf（RH）-2.15}]）较好地拟合了f（RH）随Gf（RH）的变化形态,其f（RH）拟合值与测量值之间的决定系数（R²）和平均相对误差（MRE）分别为0.97和4.01%.利用sigmoid函数计算Gf（RH）,模拟了观测时段内一次灰霾演化过程中气溶胶的散射系数b_sp（RH）和吸收系数b_ap,二者的模拟值与测量值基本吻合,对应的R²分别为0.99和0.98,MRE分别为2.94%和5.24%.     

气溶胶粒径吸湿增长与散射吸湿增长的关系

基于成都市2017年10~12月AURORA-3000积分浊度计、AE-31黑碳仪和GRIMM180环境颗粒物监测仪的地面逐时观测资料,以及该时段同时次的环境气象监测数据（大气能见度、相对湿度RH和NO₂质量浓度）,通过Mie散射理论与免疫进化算法反演气溶胶粒径吸湿增长因子Gf（RH）,并利用光学综合法测量气溶胶散射吸湿增长因子f（RH）,探究了Gf（RH）与f（RH）之间的关系.结果表明：当RH<85%,Gf（RH）和f（RH）随RH的增加均表现为平缓式增长;当RH>85%,Gf（RH）和f（RH）随RH的增加则均呈现出爆发式增长.Sigmoid函数f（RH）=17.34/（1+e^{-2.43·[Gf（RH）-2.15}]）较好地拟合了f（RH）随Gf（RH）的变化形态,其f（RH）拟合值与测量值之间的决定系数（R²）和平均相对误差（MRE）分别为0.97和4.01%.利用sigmoid函数计算Gf（RH）,模拟了观测时段内一次灰霾演化过程中气溶胶的散射系数b_sp（RH）和吸收系数b_ap,二者的模拟值与测量值基本吻合,对应的R²分别为0.99和0.98,MRE分别为2.94%和5.24%.     

基于激光雷达观测的珠海近地面与边界层上部臭氧污染成因研究

利用差分吸收臭氧激光雷达、多普勒风廓线激光雷达,研究了2019年11月在广东珠海出现的一次典型臭氧污染过程前后期的时空分布特征,以及水平风向风速及垂直风速对近地面与边界层上部臭氧浓度变化的影响.结果表明：2019年11月13日的臭氧污染以低风速条件下 臭氧局地生成为主;2019年11月14日的臭氧污染以夜间残留悬空臭氧向下输送叠加地面生成为主.入夜后若近地面水平风速较小,则不利于近地面臭氧清除,地面臭氧浓度下降缓慢.若夜间边界层内存在上升气流,则有利于悬空臭氧残留的维持;若日间边界层内出现下沉气流, 则会导致残留悬空臭氧沉降,进而与新生成的臭氧叠加,加剧地面臭氧污染.污染过程中,若水平风速上升,边界层上部臭氧浓度下降不如 低层明显;若水平风速下降,边界层上部臭氧浓度上升响应也较为迟缓.     

MAX-DOAS observation in the midlatitude marine boundary layer: Influences of typhoon forced air mass

As a passive remote sensing technique, MAX-DOAS method was widely used to investigate the vertical profiles of aerosol and trace gases in the lower troposphere. However, the measurements for midlatitude marine boundary layer are rarely reported, especially during the storm weather system. In this study, the MAX-DOAS was used to retrieve the aerosol, HCHO and NO₂ vertical distribution at Huaniao Island of East China Sea in summer 2018, during which a strong tropical cyclone developed and passed through the measurement site. The observed aerosol optical depth (AOD), HCHO- and NO_2-VCDs (Vertical Column Density) were in the range of 0.19-0.97, (2.57-12.27) × 10¹⁵ molec/cm², (1.24-4.71) × 10¹⁵ molec/cm², which is much higher than remote ocean area due to the short distance to continent. The vertically resolved aerosol extinction coefficient (AEC), HCHO and NO₂ presented the decline trend with the increase of height. After the typhoon passing through, the distribution of high levels of aerosol and HCHO stretched to about 1 km and the abundances of the bottom layer were found as double higher than before, reaching 0.51 km⁻¹ and 2.44 ppbv, while NO₂ was still constrained within about 300 m with 2.59 ppbv in the bottom layer. The impacts of typhoon process forced air mass were also observed at the suburban site in Shanghai in view of both the aerosol extinction and chemical components. The different changes on air quality associated with typhoon and its mechanism in two different environments: coastal island and coastal city are worthy of further investigation as it frequent occurred in East Asia during summer and fall.     

2005~2017年全球大气边界层SO2时空变化

使用2005~2017年遥感数据研究了全球大气边界层SO₂时空分布特征及变化趋势.结果表明：空间分布上SO₂呈现空间异质性,大气高SO₂柱量值集中在以火山喷发为代表的自然源区域和以工业排放为代表的人为源及附近区域;一、二、三级SO₂柱量值在全球范围内整体呈现纬度地带性分布特征,北半球受人为影响较为明显,分界线在陆地区域向南凸出,海洋上向北凹陷,而南半球受人为影响较小,分界线呈现与纬线平行趋势;2005~2017年全球大气边界层SO₂单元栅格年均值整体呈现先增后减趋势,火山喷发导致2008、2009、2011年夏季出现了明显的波动,其余季节无显著变化;全球范围内大气边界层SO₂年内变化,伴随太阳直射点南北移动,2005~2014年一级SO₂柱量值延纬向对称轴的纬度,除10~12月份外,其余月份与对应月15日太阳赤纬基本吻合.     

基于地基遥感资料的厦门市污染边界层特征分析

城市大气边界层是影响城市环境气象的重要研究对象,本研究利用新型地基遥感数据针对城市颗粒物污染过程开展边界层特征分析,旨在利用风廓线雷达和微波辐射计等高时空分辨率的遥感数据探讨边界层内大气运动、温湿条件的变化与近地面污染累积的关系.结果表明:厦门地区颗粒物污染过程中,边界层内弱风层厚度较地面风速而言更能够代表边界层内扩散条件的变化,可以更好地表征和预测近地面污染的变化;在局地累积的污染过程中,边界层内存在较厚的弱风层,同时2 km以下的风场有明显的风向转变特征,导致边界层内不存在有效的传输和扩散,另外,污染时边界层垂直温差可以在一定程度上反映干季的垂直扩散条件,0～3 km温差与PM_(2.5)浓度有着密切的联系;冷空气过程有将上游污染物向本地区输送的可能,城市边界层在东北大风的条件下伴随着显著的垂直下沉运动,有利于上空污染向下扩散.多源地基遥感数据联合分析能够进一步解释城市边界层内气象条件对于城市大气污染变化的影响,集合各设备的探测优势开展城市宜居和污染气象条件研究具有较高的科学性和可行性.     

台风过程珠江三角洲边界层特征及其对空气质量的影响

利用2006年7月珠江三角洲南北向3个点为期1个月的小球测风、低空探空资料及9个地面气象站逐时风向、风速资料,通过计算和分析风、温梯度资料,研究了台风过程珠江三角洲边界层特征及其对珠江三角洲地区空气质量的影响,重点分析了台风下沉气流影响导致灰霾天气期间的边界层结构.结果表明,2006年7月珠江三角洲地区空气质量主要受2个台风过程影响,当台风中心位于粤东及福建以东海域时,台风外围的下沉气流会对珠江三角洲地区的空气质量产生强烈影响,出现灰霾天气.在台风登陆前出现灰霾日时,珠江三角洲被均压场所控制,大部分区域为静小风,沿海地区会出现局地的海陆风,边界层风速较小.在200~500m低空会出现逆温层,同时最大混合层高度迅速下降到不足500m.     

福州市PM2.5污染过程中大气边界层和区域传输研究

以福建省会福州市2013年1月空气质量变化为对象,分析大气边界层变化和周边区域污染物传输对福州市大气颗粒物PM2.5的影响.利用福州市2013年1月逐日地面和探空观测资料以及NCEP提供的2013年1月FNL分析资料,通过大气边界层要素与PM2.5浓度之间的相关性,对PM2.5污染过程的大气边界层特征进行分析;同时采用HYSPLIT后向轨迹模拟及区域风场相关矢分析对影响福州雾霾的污染物区域传输路径进行探讨.结果表明:地面气温与PM2.5浓度呈正相关,地面风速与PM2.5浓度呈负相关,近地面边界层条件有利于霾颗粒物的形成和累积.但不同于我国东部主要污染源区霾污染过程中存在大气边界层逆温,福州PM2.5污染过程中并未出现大气边界层逆温结构,这一边界层结构的垂直混合可有利于区域传输的污染物从上层大气到达近地面从而加重福州霾污染,福州是华东地区一个PM2.5污染物的主要接受区,PM2.5污染物主要以外源输送为主.2013年1月份福州市清洁日近地面风向为海洋吹向大陆的东南风,霾污染日则为大陆吹向海洋的偏北风,PM2.5污染物主要从长三角地区、苏北以及安徽河南一带通过东北和西北方向的传输路径影响福州的空气质量.     

佛山地区干季边界层垂直风温结构对空气质量的影响

利用佛山地区2013年12月大气边界层观测试验得到的垂直风温资料和相应逐日AQI资料、逐时PM_(2.5)浓度资料,研究了佛山地区大气边界层垂直风温结构对空气质量的影响.结果表明:佛山地区干季持续存在的逆温结构是导致PM_(2.5)污染较重的重要原因.干季污染日近60%的最低逆温层高度低于1000 m,而非污染日低于1000 m的最低逆温层仅占36%,污染日佛山贴地逆温频率高达31.2%.逆温层出现高度较低,将污染物压缩积累在贴地层大气中导致污染较重.在大陆冷高压控制下,佛山地区的边界层结构演化非常典型,最大边界层高度和最大边界层通风量表现出了显著相关,污染日日平均边界层高度始终维持在较低的水平,多数时候不足500 m,最大边界层高度则大部分小于1000 m,日平均边界层通风量主要分布在500~1500 m~2·s~(-1)之间,在极端情况下甚至不足300 m~2·s~(-1),最大边界层通风量大部分处于1500~5000 m~2·s~(-1)之间,导致污染物始终聚集在较低的大气边界层内,使得PM_(2.5)浓度长时间维持在较高的污染水平.佛山地区风场存在显著的3层结构,较小的底层风速意味着大气的输送和扩散能力较弱,高度较低的中层使得污染物进一步被压缩累积在大气底层,垂直风场的不稳定性使得污染日佛山地区局地回流活跃,回流(RF)指数极小值多分布在0.2~0.4之间,污染日RF指数普遍小于非污染日,垂直风场的有效输送能力被显著削弱.     

基于海洋对陆地影响的海岸带陆侧边界确定方法

海岸带是全球人口经济集聚的地区,也是生态环境监管关注的焦点区域,但目前各国对海岸带空间范围的界定并未达成共识。以建立科学、统一的海岸带空间边界为目标,以海洋对陆地作用确定海岸带陆域范围为基本思路,选择海岸侵蚀、海平面上升、风暴潮增水、台风影响、土壤盐渍化、地下水咸化/半咸化、河口区咸潮上溯等自然/生态过程,总结了各类过程对陆地的影响范围,提出以各类过程对陆地最大影响距离作为海岸带陆侧边界的思路,并以天津市海岸带为例,划定了天津市海岸带陆侧边界。建议制定技术指南,指导各省(自治区、直辖市)研究划定海岸带陆侧边界,统筹确定全国海岸带陆侧边界一张图,进而统一海岸带调查、研究、规划、监管的空间基础。