污染物跨界输送对珠三角旱季霾的影响过程研究

利用EOF分析方法和HYSPLIT-4轨迹模式对珠江三角洲2005-2015年旱季共251个霾日的天气形势及气团后向轨迹进行聚类,分析了外源污染物跨界输送对珠三角旱季霾发生的影响过程.以2015年1月20日为典型霾日个例,从天气学和物质输送角度对该个例进行研究.结果表明,引起珠三角地区旱季霾发生的外源污染物主要来自珠三角以北的中国大陆地区.霾形成过程中,华北地区700 h Pa高压脊前负涡度平流对应海平面至850 h Pa均有一高压系统,高压东北向气流有利于污染物由从长三角地区输送至珠三角地区.长三角地区平均空气质量通量为负,有质量输出;珠三角地区平均空气质量通量为正,有质量输入.珠三角地区在高压影响的下沉气流控制下,Q矢量散度为正,污染物易积聚成霾.     

苏州郊区主要大气污染物的演变特征及其影响因素研究

大气灰霾污染已经成为了大气环境领域的研究热点之一,但是目前国内针对背景地区站点的大气污染形成机制和输送规律的研究仍然有限。利用PM_(2.5)、PM_(10)、CO、SO_2、O_3、NO_2等6种大气成分质量浓度数据、常规气象要素观测资料、结合HYSPLIT后向轨迹模式,对2015年1月15—28日发生在江苏省苏州市东山镇的一次持续十余天的空气污染过程进行了分析。结果表明,此次污染过程东山镇经历了一次完整的灰霾生成-积聚-消散的演变过程,其中包括两个主要污染时段,1月15—19日轻污染时段和1月22—26日重污染时段。ρ(PM_(2.5))/ρ(PM_(10))平均值达到62.8%(30.0%~93.4%),表明PM_(2.5)对东山大气颗粒物污染贡献显著。6种大气污染物相关性分析发现CO和NO_2与PM_(2.5)和PM_(10)相关性最好,人为燃烧源和交通源对灰霾形成贡献显著。高空较稳定的环流形势和地面弱气压场的配合以及低压高温高湿的不利气象条件,阻碍了污染物的垂直和水平扩散,是此次持续性灰霾天气形成的客观原因。通过风向、风速统计和后向轨迹分析发现,此次污染过程,在大风下颗粒物以远程输送为主,微风下颗粒物以局地排放为主。外来源的输送和本地源排放的叠加造成了灰霾的形成和积聚。轻污染时段,高浓度污染气团主要来自西北方向的远距离输送,来自山东、河北等工业发达地区的排放源对东山地区灰霾的形成影响显著。重污染时段,污染气团主要来自偏南方向的局地输送,此外来自湖南、江西一带的大规模生物质燃烧生成的高浓度污染气团输送也是污染加重的重要原因。来自东北方向的气流对此次区域灰霾污染起到了清洁作用。     

基于AQI的深圳大气污染特征及其典型环流形势分析

随着中国城市化加速以及机动车保有量的大幅增加,城市环境问题日益突出。深圳地处珠江三角洲城市群,空气质量恶化引起社会各界广泛关注。利用深圳市11个国控站空气质量时平均、日平均监测资料、欧洲中心中期天气预报(ECMWF)再分析资料以及温度、湿度等自动气象监测数据,采用数理统计和典型环流分型等方法,在分析2013—2015年深圳市大气污染时空分布特征的基础上,探讨了深圳污染日典型环流形势特征,以期为深圳大气污染的预警预报、防治及其影响评估提供科学依据。基于空气污染指数(AQI)的污染分析表明:2013—2015年深圳市空气质量呈转好趋势,污染以轻度污染为主(92.4%);引起污染天气的主要污染因子是PM_(2.5)(75%)、O_3(19%)和NO_2(4.8%),PM_(2.5)和NO_2引起的污染天气呈下降趋势,而O_3引起的污染天气呈上升趋势,这表明光化学污染已成为深圳大气污染的重要形式。深圳的大气污染过程持续时间短,以1~2 d为主,污染天气集中出现在冬季,且易出现长时间持续(≥5 d)的污染过程。主要污染物季节特征明显,冬季为PM_(2.5),夏季O_3,春秋季PM_(2.5)、O_3和NO_2均会出现。深圳污染天气空间差异性较大,总体呈现西多东少的分布,东部沿海地区是深圳空气质量最好的区域。深圳污染日典型天气形势可分为大陆高压型、热带气旋型两类,其中秋冬季为大陆高压型,夏季为热带气旋型,在空气质量预报预警服务中,不同季节应关注不同污染物浓度变化和天气形势演变。     

济南市采暖季污染指数构建及应用

作为东亚冬季气候系统的重要组成部分,西伯利亚高压的存在强烈的影响亚洲东部地区天气系统的变化,阿留申低压的强度和位置异常对北半球的天气、气候异常有重要的影响,它们都是影响中国东部地区空气质量的重要的天气系统,其强度和位置变化,影响中国东部地区大尺度污染物扩散条件,本地水平风速、行星边界层高度、相对湿度等影响局地空气中污染物的生成、累积、传输、扩散、沉降等过程。基于2013—2019年采暖季(11月至次年3月)气象数据及济南市空气质量指数(AQI)数据,通过研究西伯利亚高压、阿留申低压、南部气压距平中心气压值强度的变化,以及本地2 m相对湿度、10 m风速、行星边界层高度等气象因素,结合AQI数据,确定各气象因子阈值范围及权重系数,通过权重求和,建立基于经验预报的济南市采暖季污染指数(PI),两者相关系数达到0.579,为显著相关,随着污染加重,污染指数相应增大,该指数能够反映空气质量变化趋势。以2020年12月出现的两次重污染过程为例,分析不同污染阶段污染指数变化,评估所建公式对济南市空气质量的预报能力,结果表明:12月7—13日重污染过程中,污染指数能够较好的预测本次污染过程的累积及消散过程,11日由于GFS资料中对相对湿度的预报偏差导致预测与实际偏差较大;25—31日污染过程中,污染指数与AQI变化完全一致,预报效果好。污染指数能够较好的反映污染过程的不同阶段,具有较好的提前预报能力,对空气质量预报尤其是重污染期间预报具有较好的指导意义。     

气象条件对承德市臭氧重污染天气的影响

利用承德市国家基本气象站的气象资料和承德市环境监测站的O_3监测资料,分析了2015年5月22日—6月1日承德市O_3重污染过程的气象条件。研究发现,5月22日—6月1日O_3污染呈先加重后减轻的趋势,25日O_3污染最严重;O_3浓度日分布呈单峰型,午后浓度高而清晨浓度低。承德市O_3污染天气发生时的天气形势为500 hPa受高压脊控制,850 hPa有大于20℃的暖中心,并有强暖平流向承德地区输送,海平面气压场受低压前部和高压后部的均压场影响,盛行偏南气流。有利于O_3污染的气象条件为气温高、风速大、辐射强、日照时数长、气压低、相对湿度低,能见度影响小。此次O_3污染过程气象扩散条件较好,气象条件对O_3污染的作用主要表现为促进O_3污染物的生成和区域传输。京津冀中北部地区O_3污染严重,在南风和西南风的作用下唐山市和北京市对承德市的O_3污染有输送作用。     

城市化对北京霾日数影响统计分析

近年来,随着超大城市/城市群大气灰霾等复合污染加剧,引起人们对区域生态环境与及公共健康问题越来越多的关注。应用北京地区1980—2012年气候资料及同期城市发展统计指标,统计分析了城、郊区间霾日数的变化特征,并在此基础上探讨了北京城市化及局地气候差异对霾日数的影响。分析表明：北京城区霾日数要明显多于郊区,在2007年以前城、郊区站点均有相似的波动增长趋势,但城区站霾日数增加速率（约21 d/10 a）要远大于郊区站（约7.2 d/10 a）;北京各地霾日数与主要城市发展指数之间的相关系数均超过0.001显著性水平,随着城市化而迅速增加的能源消耗和机动车尾气排放是导致北京地区灰霾天气逐渐增多的主要污染源,污染源的不均匀分布是导致城、郊霾日数差异的主要因素。分析还发现,城市化导致的区域气候差异对局地灰霾亦有较明显的影响。伴随着城市化的快速发展,城、郊区气候差异逐渐变大,城市下垫面粗糙度增加导致近地面层风速减小。大城市热岛效应背景下,更容易出现较厚的逆温层,这将阻碍空气垂直方向的对流输送。此外,城区气温持续上升,相对湿度下降,平均风速减小,小风频率增加,也会阻碍空气的水平流通,使得城市排放颗粒污染物的扩散难以扩散,有利于霾日增加。这表明北京地区城市气候效应对区域生态环境具有不可忽视的影响。     

灰霾天气下重庆地区秋冬金属污染特征及来源分析

研究重庆地区大气颗粒物中金属元素的浓度水平、分布特征及来源,对认识重庆区域和城市大气污染状况和控制颗粒物的污染具有重要意义。该研究于2013年9月至2014年2月期间,利用美国Xact-625环境空气多金属在线监测仪对重庆大气中PM_(2.5)的23种金属元素进行了连续采样,对比分析了霾日与非霾日金属元素的污染特征。结果表明,雾霾天气下PM_(2.5)和其中的18种金属元素浓度较正常天气均有升高,其中K、Fe、Ca、Zn、Pb、Mn、Ba、As为PM_(2.5)中的主要无机污染物。重庆市灰霾期间秋、冬季主要金属浓度分别是非灰霾期的1.5~2.2和1.1~1.7倍。各金属元素浓度的逐时变化规律总体上呈现出"单峰"和"双峰"分布,秋、冬季霾日和非霾日的逐日变化规律大体一致,秋季Ca、Mn、As质量浓度高于冬季,可能受人为影响影响较大。因子分析结果表明,重庆市霾日PM_(2.5)中金属主要来源于土壤风沙、施工和道路扬尘,冶金化工,汽车尾气,燃煤燃油。其中Pb、Zn、As、Ba等富集因子较大,大部分来自人为排放。为研究空气污染物的区域尺度输送,该研究利用后向轨迹模型对秋、冬季两个典型污染时期的后向轨迹进行模拟,结果显示,由于污染气团的外来输送,本地燃煤燃烧、冶金化工等污染源贡献可能是以上区域及传输通道口和重庆本地源综合作用的结果。     

珠三角地区典型浓雾和灰霾天气过程气象条件对比研究

为深入探究雾、霾天气发生发展过程中气象要素特征的差异,提升环境天气预报预警业务水平,选取2017年3月10-12日和2016年3月29日-4月3日分别出现在珠三角地区的典型浓雾、灰霾天气过程,基于国家自动气象站资料、广州番禺大气成分站数据以及NCEP/NCAR再分析数据,通过相关分析和天气学分析,从环流形势、地面气象要素特征和边界层特征等方面对两次过程进行对比研究。结果表明,(1)浓雾、灰霾个例中均具有较为稳定的环流背景场,高层(500hPa)为纬向平直西风环流,地面受均压场控制,等压线稀疏,稳定的高低层环流配置极有利于雾、霾天气过程的出现和维持,伴随环流形势调整,雾、霾消散。(2)雾、霾过程能见度均与相对湿度呈负相关,与风速、气温呈正相关。灰霾过程能见度与各气象要素的相关性整体高于浓雾过程,且灰霾过程中湿度和能见度的相关系数最大,其次是风速和气温;相对湿度和风速大小是影响浓雾天气的重要气象条件,相对湿度的减小是浓雾天气消散的主要原因,风速增大和降水是灰霾天气消散的主要气象条件。(3)边界层特征分析表明,浓雾天气低层有一个较浅薄的小风速层(1 000-950 h Pa),而灰霾天气存在一个深厚的小风层,小风层厚度从近地面上升至850 hPa左右,两次过程在低层均为一致下沉运动。低层风速增大、出现上升气流,是雾、霾天气开始消散的重要信号。从热力条件来看,两次过程均存在逆温层,浓雾过程逆温层出现在50 hPa附近,灰霾过程逆温层出现在近地面附近,浓雾过程对湿度条件的要求较灰霾天气更高。     

2022年夏季高温干旱对四川盆地污染物浓度变化的影响分析

2022年夏季高温干旱严重影响中国长江流域,臭氧(O₃)等污染物也出现明显异常,为研究高温干旱对污染物的影响,利用2015-2022年夏季逐小时地面空气质量和气象监测数据以及气象再分析资料,分析了夏季高温干旱特征以及对O₃和细颗粒物(PM_2.5)浓度的影响。结果表明：2022年夏季受高原暖高压和西太平洋副热带高压西伸北抬的影响,中国长江流域出现极端高温干旱天气事件,持续时间长,影响范围广,其中四川盆地和长三角地区地面温度明显偏高,相对湿度和降水量偏低,对近地面O₃和PM_2.5浓度造成了一定的影响。7-8月高温干旱对四川盆地产生的影响尤其严重。异常的高温干旱增强了大气光化学反应能力,对O₃和二次气溶胶生成有贡献,且降水对污染物的湿清除作用大大减弱,导致四川盆地O₃浓度和超标天数明显增加,PM_2.5浓度也有所升高,甚至造成持续十多天的高温热浪和O₃污染复合事件,其中对成都平原O₃     

沈阳地区霾的环境特征研究

利用沈阳市1961—2009年的气象资料,分析了霾天气出现的年季特征及其天气形势特征。利用边界层气象资料与污染物质量浓度资料对特定的霾过程从边界层到污染物质量浓度条件进行了分析。结果表明：沈阳地区霾的出现呈现逐年上升的趋势,近5 a平均每年为120 d左右,目前霾天数已经占到了全年的30%~40%。冬秋季节出现霾天气较多,秋冬两季霾日数占全年霾日总数的75%。凌晨到上午是霾出现的高发期,02—08时霾出现频率占总霾数的44.5%。霾的出现主要发生在冬秋季节冷空气势力不强,大气扩散能力较弱,边界层出现逆温时刻。接地逆温层厚度常常稳定在200~300 m高度左右,PM10质量浓度与能见度（霾）呈负相关,相关系数-0.402 7。风速与能见度（霾）呈正相关,相关系数为0.886 4。     

城市大气污染物来源特征

以北京市为案例，介绍一种包括污染物排放清单建立、环境空气质量模拟及区域环境影响分析等方法在内的城市大气污染物来源特征分析的整体技术方法，从而确定城市大气污染物的排放分布及浓度分布特征、行业排放分担率及浓度贡献、地区排放分担率及浓度贡献以及区域污染对城市环境空气质量影响等多方面特征，为城市大气污染的控制决策提供必要的理论支持。对北京市的研究结果表明：对PM10，扬尘和工业为主要当地污染源；对SO2，采暖和工业为主要当地污染源；对NOx，交通和工业为主要当地污染源；对3种主要大气污染物，石景山、朝阳南等工业区以及老城区对北京市的大气环境造成重要影响，为需要优先控制的地区；北京市周边污染源对北京环境气质量有较大影响，其中RM10的影响最大(高达47．3％)，北京市应同时加强对局地污染与区域污染的控制。     

2013─2014年武汉市PM_(2.5)的时空分布特征及其与气象条件的关系

霾天气的频繁发生降低了武汉空气质量,明晰致霾污染物PM2.5的污染机理、污染时空分布特征、影响因素是科学认识和解决霾污染天气的重要前提。在全国大范围内开展PM2.5源解析的背景下,探讨其时空分布特征,厘清与气象因子的相互关系,是对源解析工作的响应,也是污染防治决策的科学依据。本文以2013─2014年武汉市10个国控点的PM2.5监测数据和中国地面气象交换站气象数据为基础,运用统计学方法,基于不同时间尺度和空间分布类型研究PM2.5污染分布特征,并探讨其与气象条件的相互关系。结果表明:(1)武汉市PM2.5污染表现出显著的时间分布规律。就年变化而言,PM2.5污染程度2014年(年均值121μg·m-3)2013年(107μg·m-3),且PM2.5污染主要为良好和轻度污染,季节尺度上冬季秋季春季夏季,月均值规律体现为4─9月优于10─翌年3月,以周为单位表现出显著的正周末效应,即周日周六周一周五周四周三周二;(2)武汉市ρ(PM2.5)的空间差异与区域类型、城市布局有关,工业区、居民区、交通区较风景区污染严重,二环和三环较一环严重;(3)ρ(PM2.5)月均值分布与降雨量、气温、平均风速、相对湿度呈负相关关系(P0.05),与气压呈正相关关系(P0.01),监测点S2、S3、S9与平均相对湿度相关性更显著。PM2.5污染的减轻与气象条件有一定关系,也离不开城市环境空气治理。     

城市的低空气温分布特征及其对大气污染物扩散的影响

本文从城市热岛和城市逆温两个相互联系的不同侧面，分析城市低空气温的分布特征，并结合城市实际污染分布特征，讨论这种局地城市小气候效应对城市大气污染的形成以及对大气污染物扩散的影响，认为热岛效应以及由此引起的对低空温度层结和局地风场影响等的小气候效应是形成城市大气污染分布特征的主要气象原因。     

辽宁中部地区灰霾天气气候环境特征

利用的1961—2007年辽宁中部地区6个城市的地面常规气象资料以及2002—2007年的东亚地面和高空天气形势资料,2005—2007污染监测资料,统计分析了辽宁中部地区气候环境特征对灰霾天气形成的有利形势与不利的地面天气形势,对比颗粒物资料与实况资料分析了灰霾天气常见的天气形势。结果表明：由于特殊的环境特征与气象条件,灰霾易发时期为秋冬春季节。不利于大气扩散易形成灰霾天气的地面天气形势可分为高压类、低压类、均压类。蒙古高压、东北地形槽以及长白山小高压等局地不利的天气形式对灰霾天气产生有重要影响。常见灰霾天气形势为冷高压型、占65%左右,低压槽型、占13.5%,冷锋过境型,冷锋前部型以及长白山小高压等。     

嘉善冬季PM2.5化学组分特征及来源分析

为研究嘉兴地区嘉善冬季污染时段和清洁时段PM_2.5化学组分特征,结合气象数据对2019年1月嘉兴市嘉善县善西超级站在线自动监测PM_2.5及化学组分数据、气态污染物(NO₂和SO₂)进行了分析.结果表明,2019年1月嘉善善西超级站污染时段PM_2.5浓度(97.18μg·m^-3)为清洁时段(36.77μg·m^-3)的2.6倍.污染时段水溶性离子浓度(41.58μg·m^-3)较清洁时段(19.82μg·m^-3)高21.76μg·m^-3,但占比有所降低,含碳组分比例增加.OC;EC比值为3.93,可能受到燃煤及机动车排放的共同影响.低风速及高湿有利于NO₂和SO₂等气态污染物进行二次转化,污染时段硫转化率和氮转化率均比清洁时段高,分别增高7.93%和54.11%,说明NOx向硝酸盐二次转化较为明显,导致颗粒物浓度升高.聚类分析结果显示67.34%气流来自北方,且相应的气流轨迹上污染物浓度比周边高,说明污染物存在一定的长距离输送.结合风玫瑰图可以看出,污染主要为本地及其周边的输送,污染物的长距离输送在短时会使污染浓度突增.因此,在重点关注本地及周边污染的同时,偏北气流下的污染物区域输送不可忽视.     

秸秆焚烧导致南京及周边地区2次空气污染事件的成因比较

从天气形势、卫星遥感火点监测、物理量诊断和后向轨迹模拟等方面分析了2008和2010年秸秆焚烧导致南京及周边地区空气污染事件过程的异同点。结果表明,2008年污染过程受大气底层切变线的控制,2010年污染过程受高压天气形势的控制;2008年火点仅出现在江苏地区,而2010年江苏、安徽和浙江地区均有出现;2008年大气底层气流为弱上升运动,导致高浓度的污染,2010年因受下沉气流控制而导致大范围的污染;2008年污染物来源为江苏地区,2010年则受江苏和安徽地区火点的共同影响,这些差异导致2次污染过程影响的范围和强度有所不同。     

广州市冬季灰霾天气过程消光特性研究

为了解广州地区灰霾天气成因,以及为改善大气能见度提供基础数据和科技支撑,基于广州大气超级站,对广州冬季两次灰霾天气过程(2013年12月1—4日,5—8日)细颗粒物中水溶性离子、有机碳及元素碳进行在线观测,通过IMPROVE核算方程研究了灰霾天气过程的消光特性。结果表明:广州冬季大气消光系数均值为(505.55±241.05)Mm-1,主要消光物质为OM、(NH_4)_2SO_4、EC和NH_4NO_3,分别占总消光的43.84%、24.1%、13.17%和8.4%,OM消光贡献超过了(NH_4)_2SO_4成为广州首要的消光物质。观测期间,OM、EC消光变化趋势一致,说明OM和EC具有共源性,主要来自机动车排放。第一次污染过程NH_4NO_3消光贡献明显增大,与静稳天气,局地机动车排放有关。第二次污染过程(NH_4)_2SO_4的消光贡献较为显著,结合气溶胶激光雷达和HYSPLIT后向轨迹模型分析判断可能与区域污染输送有关。     

天津地区沙尘天气与沙尘污染程度特征分析

针对天津地区沙尘天气过程环境空气中颗粒物的污染时空分布特征进行了系统分析。在分析我国沙尘发生频源区域分布、输送途径基础上,分析了天津地区特殊的地理位置及地处沙尘暴多发区下游,空气中颗粒物的污染特征,概述了沙尘天气对空气质量影响程度的年、季、月及日污染时空变化分布特征。建立了沙尘天气颗粒物与有效水平能见度乘幂指数相关方程,为沙尘污染程度的诊断提供了依据。     

灰霾天气对北京市三环空气中羰基化合物浓度和来源的影响

羰基化合物是城市交通圈大气中的主要污染物之一,其中大多数化合物具有刺激性和毒性,受到人们的广泛关注. 目前,在区域大气环境方面,研究多集中在区域大气的污染状况和浓度变化特征的观测,而较少涉及灰霾天气对羰基化合物浓度变化的影响.     

青藏高原林线森林汞的空间分布格局及对大气环境汞污染的指示

汞是引人关注的全球性污染物,偏远地区汞的源汇关系是当前研究的重点.由于其特殊的地理环境与大面积在线监测的不便,青藏高原大气汞的污染特征尚不明确.本研究根据青藏高原季风的传播路径,设置了云南-西藏与四川-西藏两条采样带,通过测定样带上林线森林各个组分的汞含量,来反演大气汞的污染状况.研究结果表明,青藏高原林线区域的冷杉凋落物、树叶树皮与表层土壤的汞含量均表现为越靠近青藏高原腹地,汞浓度越低.特别冷杉凋落物在云南与西藏、四川与西藏的交界区域汞浓度为60—70 ng·g~(-1),而昌都地区汞浓度仅为20—30 ng·g~(-1).此外还发现,凋落物与表层土壤的总汞含量在空间分布上与经度正相关,与纬度负相关.通过综合分析排放清单与大气环流资料,其原因可总结为:越靠近青藏高原腹地,局地源的汞排放与大气环流输送的汞均显著减少,使得大气环境汞含量降低,进而导致植被与土壤汞含量相应下降.本研究表明了凋落物中的总汞含量可作为大气环境汞污染的指示指标,证实了南亚、东南亚及我国的四川盆地与云贵高原是青藏高原大气汞污染的潜在排放源.