京津冀污染物跨界输送通量模拟

发展了关键影响因子加权人为源分配方法(WKIF),增添了依赖于气象条件和下垫面类型的生物源,动态更新了气象场和浓度场的边界条件.然后利用WRF-CAMx模式定量给出了四季北京、天津和河北大气边界层中PM2.5、O3、CO、SO2、NO2和NO跨界输送通量和北京净输入或输出通量.结果表明WKIF方法合理反映了中小城市人为源的空间分布特征,模式重要输入参量、初值与边界条件的改进显著改善了WRF-CAMx模式对京津冀地区6个观测站点近地面NOx、O3和PM2.5浓度的模拟.北京向天津冬、春季主要通过西北方向,夏、秋季主要经过偏西方向输入NO、NO2、SO2、CO、O3、PM2.5,输送通量夏季均最小,冬季均最大,且四季北京向天津输入的CO、O3、PM2.5通量显著高于NO、NO2、SO2通量.河北的污染物冬、春季主要通过西北方向,夏季主要经由偏南方向,秋季主要途径偏西方向进入北京;四季北京向河北输入NO和NO2,但跨界输送通量小于20t·d-1;四季河北向北京输入的CO、O3、PM2.5通量远高于北京向河北输送的NO、NO2通量,明显大于北京向河北输送的SO2通量,且河北向北京输入CO、O3、PM2.5通量夏季均最小,冬季均最大;四季北京大气边界层中NO、NO2、SO2最大净输出通量小于50t.d-1,CO、O3、PM2.5净输入或输出通量分别为111～2309、567～6244、715～1778t·d-1.这些定量结果为京津冀区域污染源调控对策的制定提供了科学依据.     

大气污染物对流垂直输送作用的探讨

利用一个欧拉型硫沉降模式探讨了积云对硫污染物的对流垂直输送作用．结果表明,积云引起的垂直气流是造成大气污染物浓度分布及输送通量变化的重要因素．对流垂直输送可使硫污染物在高层出现大浓度区,浓度的增加率为５０％—４００％,中层和低层的浓度相应也有所变化．积云区内南北剖面上的通量也因对流输送作用在高层出现了大值中心．     

华北区域大气污染过程中天气型和输送路径分析

以2003年10月2—12日一次大气污染过程为例,分析华北区域大气污染过程中主要天气型及污染物输送路径.结果表明:区域内大部分城市API上升阶段,以西南输送路径为主;API下降阶段,受纬向锋区影响,以东北气流为主,污染物从北向南扩散,区域内各城市空气质量好转.统计2003年9—12月7次大气污染过程发现,当华北地区为大尺度高气压控制时,若高压中心位于山西南部,河北为弱的低气压区(地形槽)时,将导致西南风气流盛行该区域.受地形和天气型控制,西南方向的输送通道是引起北京大气污染过程的主要通道.      

长江三角洲地区大气污染物输送规律研究

采用NCEP全球再分析资料运行MM5获得研究区域2004年代表月份的气象场模拟结果,运用HYSPLIT4.8模式,计算代表城市的后向及前向气流轨迹.结果表明,不同季节,气流轨迹的分布差异明显,影响范围各不相同.影响长三角地区低层大气的输送气流主要来源于蒙古、华北或东北地区,途径黄海海域或东部沿海的山东、江苏或上海等地抵达长三角地区.受夏季西南季风的影响,西南方向也是比较重要的输送途径.长江三角洲地区对外界的中尺度污染传输主要受东亚季风活动的影响,其中冬季季风是长三角污染物向华南和西太平洋地区传输的一个主要机制;影响长三角污染物输送的重要系统还包括春夏控制我国东部沿海地区的西太平洋副热带反气旋环流,该系统主要向西影响我国内陆地区.     

长江三角洲地区大气污染物水平输送场特征分析

以长江三角洲地区为研究对象,探讨城市群环境污染规律.利用区域中尺度大气数值预报模式MM5模拟2004年1,4,7和10月长江三角洲地区的气象场.结果表明:冬季,长江三角洲地区近地面及500 m高度层主要为西北风控制,输送气流主要来自西部内陆地区;春季,盛行东南风和偏东风,存在明显的东南向西北方向的输送气流;夏季,则以偏南输送气流为主,杭州湾地区海面向内陆方向以及太湖湖面风速较大,输送扩散能力较强;秋季则转为东北风,近地面杭州湾以北盛行北风,以南主要受海面东北风的影响.结合HYSPLIT-4三维轨迹模式计算分析该地区典型污染过程时污染物的输送气流轨迹,证实了污染过程伴随500 m高度处东北主频气流的“外源”输入现象.      

一个远距离输送-化学转化模式及其在酸雨研究中的应用

建立了一个将空气污染物远距离输送和大气边界层内气相化学反应模式相结合的拉格朗日模式,并应用于华南的酸雨研究.观测的SO_2浓度及硫酸盐浓度与计算结果比较,效果较好.     

应用Models-3/CMAQ研究长三角区域大气污染及输送

选用美国国家环保局第3代空气质量模式（Models-3，／CMAQ），配合中尺度气象模式（MM5）进行研究，模拟了2001年1、7月份长江三角洲区域冬夏季典型天气条件下大气层二次污染物臭氧及颗粒物的浓度分布及输送状况。采用2001年冬．夏季各10d的小时监测数据对模式验证。结果表明，Models-3／CMAQ对O3、PM10的模拟相关系数分别为0．77和052；一致性指数分别达到081和0．99。模型对于O3略微低估，标准偏差为-31％，而对于PM10则有所高估，标准偏差为46％。对长三角7月份O3浓度及1月份PM10的模拟结果显示，7月份长三角区域16个主要城市O3日均浓度集中在0．043～0．086mg／m^3之间，其中，泰州、扬州．湖州、镇江O3月日均浓度相对较高，均超过0．064mg／m3o模拟时段内O3最高小时浓度达0．276mg／m^3。1月份整个模拟区域PM10月日均浓度为O056mg／m^3，其中，南京市PM10日均浓度最高，达0．080mg／m^3模拟时段内PM10最高小时浓度达0.432mg／m^3研究表明，长三角地区存在明显的污染物输送现象，大气污染已经从局地污染转化为区域污染。     

我国和东亚地区硫化物的大气输送研究——流场分型统计输送模式

提出了一种流场分型欧拉酸沉降输送模式,计算了1993年4月东亚地区硫氧化物平均浓度的时空分布以及我国各省区和东亚主要国家的硫沉降量?通过与实测资料对比,模式有较好的可信度,是一个计算硫氧化物长期平均浓度和硫沉降的简便?实用的酸沉降输送模式?      

南京地区典型有机污染物长距离输送潜力研究

为研究典型有机污染物在南京地区的长距离输送潜力,以p,p’-DDT、γ-HCH、BaP和HCB为研究对象,运用TaPL3模型计算了其在研究区大气及水体中的长距离输送潜力.结果表明,BaP和p,p’-DDT通过大气的特征迁移距离(CTD)较小,分别为198 km和255 km,表现为大气污染长距离输送能力较小,污染较难扩散;而γ-HCH和HCB则更倾向于通过水体或大气进行长距离输送,其水体CTD分别为91 558 km和19 056 km,大气CTD分别为1 858 km和21 104 km,有利于其在研究区的扩散;水对γ-HCH和HCB的黏着度为负值,分别为-2.1和-54.86,表明γ-HCH和HCB更倾向于滞留在大气环境中,其通过大气并达到稳态后在大气中的质量分数为0.551%和2.2%;通过水体且达到稳态后在大气中的质量分数为0.149%和1.05%,高于p,p’-DDT和BaP.     

我国东南部硫氧化物输送沉降模拟研究

介绍了一个简化的欧拉酸沉降模式,模拟中国东南部硫氧化物(SO_x)输送?转化和沉降过程的计算结果,并对计算结果进行了分析讨论      

基于四维通量法的佛山臭氧污染输送量化

定量输送过程对大气污染事件的贡献程度一直是目前区域大气污染防控的突出难点和重要需求.对此,基于WRF-Chem模式对佛山典型区域性臭氧(O₃)污染事件开展模拟,应用四维通量法分别量化周边区域对佛山市臭氧及其前体物的输送通量,厘清臭氧直接输送和前体物输送的贡献,发现周边区域对佛山市输送的O₃总通量平均值为120.3 t·h^-1;挥发性有机化合物(VOCs)总通量平均值为30.2 t·h^-1;其对应的臭氧生成潜势(OFP)为114.8 t·h^-1.通过统计各O₃污染事件的输送通量,发现污染期间输入佛山O₃通量最大的城市为广州(贡献率为44%);输入VOCs通量最大的城市为肇庆(贡献率为48%).分析输送VOCs排放导致的O₃生成潜势发现含氧挥发性有机物(OVOCs)对OFP的贡献最大,在“最大输入事件”中占比为47%.甲醛、二甲苯、醛类、丙酮和苯酚类等OVOCs和芳香烃是对OFP贡献前5的物种,贡献量占总OFP的50...     

华北地区空气质量空间分布特征及成因研究

以2015年华北地区71个主要城市的AQI监测数据为基础,通过交叉验证评估不同空间插值方法,选择克里金指数模型生成华北地区的AQI栅格数据;然后分析区域AQI的时空分布特征,并重点讨论了降水、风向、风速及地形对AQI的影响;最后利用逐步回归分析法,找出对AQI产生较大影响的社会经济因子,并结合ESDA方法和空间回归模型对AQI及社会经济因子进行空间相关性分析.结果表明:AQI的几种插值方法中以克里金指数插值法精度整体最优;AQI有明显的季节性变化,冬季AQI明显高于夏季;华北地区整体污染较重,最严重的区域集中在河北南部、河南北部和山东西部;降水、风和地形与AQI关系密切,当降水量大于10 mm时,对AQI具有显著的抑制作用;AQI与风速呈显著负相关,风速对不同污染物的影响强度具有明显的季节差异,冬季偏北风向是造成空气污染南移和扩散的主要原因;太行山脉和燕山山脉阻塞污染物向西和向北扩散,导致华北平原的东南部地区污染加重;社会经济因子中,工业对AQI的影响最大,其他依次为民用汽车保有量、人口密度、森林覆盖率.     

区域传输对华东森林及高山背景点位大气污染物浓度的影响

利用HYSPLIT4.8轨迹模式和2011年6月～2012年5月NCEP气象再分析资料计算每日抵达华东森林及高山背景区域的后向气流轨迹并进行聚类,探讨该区域的大气污染物传输特征.同时结合国家大气背景监测福建武夷山站同期大气污染物监测数据,进一步分析不同气团的污染特征及高污染气团的主要来源.结果表明,有65%的轨迹输送污染气块,主要来自我国东部高污染负荷区、江西省以及西北部沙漠地区的高空,有35%的海洋性气团对站点污染物起清除作用,且各气团在各季节对污染物浓度的贡献有一定差异;SO2较高浓度主要受北方城市冬季采暖期燃煤影响,CO较高浓度主要受安徽省煤炭生产和消费过程中的污染物排放影响,NOx、O3、PM10和PM2.5较高浓度主要受我国东部高污染负荷区影响.     

华北地区水资源及水安全问题的思考与研究

结合中国科学院知识创新工程项目“华北地区水循环与水资源安全”的研究工作,论述华北地区紧迫的水安全问题与反思,展望国际水科学研究前沿与热点问题,介绍中国科学院在变化环境下的水循环、农业节水和水资源安全研究的阶段成果和近期研究行动计划,提出中国北方特别是华北地区的水文水资源科学研究与发展的几点建议。目的是研讨未来中国北方特别是华北地区水资源安全国家需求中的长远发展的前沿性问题。     

兰州冬季大气污染来源分析

利用WRF(天气研究与预报模式)输出的高分辨率气象数据驱动HYSPLIT_4.9(混合单粒子拉格朗日轨迹模式),结合PSCF(潜在源贡献因子)和CWT(权重浓度轨迹分析)模拟研究复杂地形下兰州城市尺度大气污染物局地输送特征、潜在源区及其对空气质量的影响. 结果表明:2002—2008年影响兰州城区冬季12月空气质量的轨迹可分为5类,输送类型可分为城区内输送和城区外输送. 第1、3类轨迹出现频率均大于20%且污染轨迹出现频率均大于38%,是污染物的主要输送路径,对应潜在源区为兰州城关区东北部和榆中县东部,这2个源区对ρ(PM₁₀)的影响最大,对ρ(SO₂)的影响最小,对ρ(PM₁₀)、ρ(SO₂)和ρ(NO₂)的贡献分别超过200、80和60 μg/m3. 来自榆中县的第4类轨迹和兰州西固区的第5类轨迹易造成大气重污染,而来自皋兰县的第2类轨迹属于清洁轨迹. 兰州冬季污染既受局地输送的影响,也与地面天气形势密切相关.      

Characteristics and recent trends of sulfur dioxide at urban, rural, and background sites in North China: Effectiveness of control measures

SO₂ measurements made in recent years at sites in Beijing and its surrounding areas are performed to study the variations and trends of surface SO₂ at different types of sites in Northern China. The overall average concentrations of SO₂ are (16.8 ± 13.1) ppb, (14.8 ± 9.4) ppb, and (7.5 ± 4.0) ppb at China Meteorological Administration (CMA, Beijing urban area), Gucheng (GCH, relatively polluted rural area, 110 km to the southwest of Beijing urban area), and Shangdianzi (SDZ, clean background area, 100 km to the northeast of Beijing urban area), respectively. The SO₂ levels in winter (heating season) are 4-6 folds higher than those in summer. There are highly significant correlations among the daily means of SO₂ at different sites, indicating regional characteristics of SO₂ pollution. Diurnal patterns of surface SO₂ at all sites have a common feature with a daytime peak, which is probably caused by the downward mixing and/or the advection transport of SO₂-richer air over the North China Plain. The concentrations of SO₂ at CMA and GCH show highly significant downward trends (-4.4 ppb/yr for CMA and -2.4 ppb/yr for GCH), while a less significant trend (-0.3 ppb/yr) is identified in the data from SDZ, reflecting the character of SDZ as a regional atmospheric background site in North China. The SO₂ concentrations of all three sites show a significant decrease from period before to after the control measures for the 2008 Olympic Games, suggesting that the SO₂ pollution control has long-term effectiveness and benefits. In the post-Olympics period, the mean concentrations of SO₂ at CMA, GCH, and SDZ are (14.3 ± 11.0) ppb, (12.1 ± 7.7) ppb, and (7.5 ± 4.0) ppb, respectively, with reductions of 26%, 36%, and 13%, respectively, compared to the levels before. Detailed analysis shows that the differences of temperature, relative humidity, wind speed, and wind direction were not the dominant factors for the significant differences of SO₂ between the pre-Olympics and post-Olympics periods. By extracting the data being more representative of local or regional characteristics, a reduction of up to 40% for SO₂ in polluted areas and a reduction of 20% for regional SO₂ are obtained for the effect of control measures implemented for the Olympic Games.     

华北平原的水土资源平衡研究

采用精确的水土资源平衡计算模型 ,辅以田间观测资料 ,分析计算了华北平原农业水资源量与作物需水量之间的平衡问题。结果显示 :在充分供水的条件下 ,本区农田 (884.8万hm₂)需水量为744.36亿m3,相应的作物亏水量为309.37亿m3,有效灌溉面积 (653.2万hm₂)上的亏水量为228.73亿m3;而1995年水利工程提供的农业总用水量已达261.78亿m3,但仍有116.16亿m3的亏水量 ;文中同时对评价区内农田的有效降水量、灌溉水的田间利用量、毛管上升水量等进行估算。指出 ,虽然冬小麦的平均水分满足率为82 % ,但关键期的水分满足率 (64 % )仍然制约粮食产量的增长 ,设想通过提高渠系利用系数和优化灌溉等措施 ,华北平原的农业可望达到水土资源平衡利用的状态     

华北平原1981～2001年作物蒸散量的时空分异特征

利用土壤-植被-大气传输机理模型(VIP模型),以GIS背景数据库(土地利用图、土壤质地图和数字高程图)为支撑,在NOAA-AVHRRNDVI数据和气象信息的驱动下,连续模拟了1981～2001年华北平原冬小麦和夏玉米生育期的蒸散过程。结果表明:模拟的作物蒸散量与Lysimeter观测值和其他学者的田间试验研究结果具有较好的一致性。华北平原冬小麦多年平均蒸散量空间上呈现南高北低的趋势,其中黄河以北地区和山东半岛的蒸散量在200～400mm之间,南部地区在400～466mm之间。对玉米而言,北部的海河低地平原以及津、冀、鲁的沿海地区多年平均蒸散量变化在230～380mm,其余大部分地区蒸散量在380～470mm。除本区最南端的极少部分地区外,华北平原大部分地区冬小麦生育期内的自然降水都小于蒸散量,水分亏缺量大于200mm,而夏玉米生育期内大部分地区的降水大于蒸散量。     

华北平原和山区城市PM2.5和O3变化关系比较分析

利用2015~2019年环境监测数据,对比分析华北地区平原城市保定市和山区城市张家口市PM_2.5和O₃变化和相关关系.结果表明：保定市PM_2.5夏低冬高,O₃夏高冬低,日变化为午后单峰型,而张家口市PM_2.5浓度低,日变化幅度较弱,冬季O₃日变化为午后峰值和凌晨5：00左右弱峰值双峰型.张家口市冬季全天及春夏秋季夜间O₃浓度显著高于保定市,甚至夏季出现夜间O₃超标异常,最高浓度达到202μg/m³,反映了平原城市和清洁山区大气物理化学过程变化的影响.PM_2.5和O₃在4~9月为正相关,11~3月为负相关;保定市PM_2.5-O₃相关系数日变化呈单峰型,张家口市为双峰型变化,凌晨和午后各有一峰值,华北地区平原污染区和高山相对清洁区,大气复合污染物PM_2.5和O₃作用关系的日变化及季节特征具有明显差异.