基于无人机观测研究杭州湾化工园区近地面层臭氧垂直廓线

为了解化工园区大气污染情况,使用自主研制的微型大气检测仪结合无人机研究化工园区臭氧(O₃)垂直廓线,在2020年8月~2021年1月于杭州湾上虞经济技术开发区开展了12d无人机外场观测实验.各观测日从08:00~18:00每隔1h进行一次飞行观测,每次观测分别获得了离地面0,50,100,200,300,400,500m的O₃、总挥发性有机物(TVOCs)和二氧化氮(NO₂)浓度.结果表明:受气象因素、地面工厂排放以及早晚出行高峰的影响,TVOCs和NO₂浓度整体随高度增加而下降,其中NO₂浓度随高度上升而下降的幅度较明显,在0m处浓度为19.7~59.1μg/m³,500m处为5.9~21.7μg/m³,下降率为40~70%,TVOCs和NO₂浓度都呈现出早晚高、正午低的日变化趋势,此外可能受逆温层的影响导致个别天数NO₂浓度在400~500m不降反升;O₃受前体物光化学反应、太阳辐射强度及平流层输送的影响,其浓度随高度增加而下降,平均浓度在0m处为49.2μg/m³,500m处为98.4μg/m³,O₃日变化浓度在15:00~17:00达到峰值.TVOCs和O₃、NO₂和O₃在各高度浓度均呈负相关,受不同季节气象因素差异和冬季取暖排放增加的影响,O₃浓度季节变化为夏>秋>冬,TVOCs和NO₂浓度为冬季>秋季>夏季.后向轨迹聚类分析表明化工园区本地O₃浓度会受区域输送影响升高,在冬季时由于气温低不利于前体物生成O₃,本地O₃浓度受区域输送影响较夏季小.     

北京上空气溶胶浓度垂直廓线特征

利用2008—2010年北京地区3.5 km高空内飞机探测的气溶胶(粒径范围为0.10～3.00 μm)数据,分析了该地区气溶胶的时空分布特征. 结果表明:①气溶胶浓度(以数浓度计,下同)均随高度增加而减小,在1.5 km以上高空的气溶胶浓度垂直梯度变化明显低于1.5 km以下的垂直梯度变化. 4—11月气溶胶浓度季节变化表现为夏季最高、秋季次之、春季最低. ②气溶胶浓度廓线逐时(09:00—19:00)变化较清晰地反映出其受大气边界层演变的影响. 在0～1.5 km高空,白天气溶胶浓度高值出现在09:00—11:00,低值出现在13:00—14:00;而在1.5～3.5 km高空的气溶胶浓度时段分布与其相反. ③人为活动是影响气溶胶浓度区域水平分布的重要因子. ④将气溶胶浓度廓线垂直分布分为a、b、c 3类. 类型a的近地面气溶胶浓度(0～4 000 cm-3)低,垂直方向上变化很小;类型b的近地面气溶胶浓度(4 000～9 000 cm-3)较高,垂直递减明显;类型c的近地面气溶胶浓度特别高,量级达到104 cm-3,并在大气边界层顶(约1.5 km)附近迅速递减. 北京地区气溶胶浓度廓线以类型b居多.      

基于压差的二氧化碳垂直采样分析技术

本研究开发了一套基于直接采样技术的二氧化碳（CO₂）垂直廓线采样分析系统,分析近地面至25km高空CO₂浓度的垂直分布.系统通过压差实现垂直方向连续采样,利用CRDS高精度分析技术对不同高度样品进行定量分析,计算得到采样区域CO₂浓度廓线.于2018年6月13~14日,在内蒙古锡林浩特国家气候观象台利用平流层探空气球平台进行了观测实验.实验室测试显示,CO₂分析准确度优于0.06×10^-6,精度优于0.08×10^-6.外场实验获得区域近地面至25km高空CO₂浓度的高分辨率垂直廓线,显示CO₂在不同高度的分层结构.考虑不同高度样品扩散作用,系统垂直分辨率在10km高度以下优于580m,在10~20km高度优于3.3km.研究表明：分析系统可搭载在合适探空平台上进行CO₂垂直观测,获取浓度廓线,可为传输模式提供数据,并为碳卫星遥感数据提供实测数据校验.     

利用SAGE Ⅱ卫星资料分析青藏高原上空臭氧垂直廓线

利用1985-2002年SAGE Ⅱ卫星资料获取青藏高原地区上空大气臭氧垂直廓线,分析其变化规律.结果表明:①卫星资料与地面臭氧探空资料有很好的一致性;②青藏高原上空大气臭氧垂直廓线存在南北间的差异和季节变化,夏秋季臭氧廓线极大值出现的位置比冬春季高出1～2 km(高原南部)和2～3 km(高原北部);③臭氧数浓度在10～20 km的高度存在明显季节和南北区域差异;④与同纬度其他地区的平均值相比,夏季(6-9月)臭氧低值主要出现在15～20 km的高原对流层顶附近,最低值出现在18 km附近,而冬季这种差异相对较小.      

北京地区大气温湿廓线对气溶胶垂直分布的影响

目的分析北京地区大气温湿廓线对气溶胶垂直分布的影响。方法利用北京地区2017年9月至2018年8月每日两次(08时和20时)的气象探空、地面PM_(2.5)浓度和气溶胶激光雷达消光系数资料,分析不同污染条件下大气温湿廓线与气溶胶消光系数廓线的关系。结果地面PM_(2.5)浓度和210m气溶胶消光系数的相关系数达到0.77。春季、秋季和冬季污染条件下的近地面消光系数约是清洁条件下的5倍,夏季污染条件下的近地面消光系数约是清洁条件下的3倍。相比清洁条件下,污染条件下各季节的大气温度垂直递减率偏小,并且低层大气相对湿度偏大。结论大气温度廓线代表大气层结稳定性,影响气溶胶的扩散高度,而相对湿度廓线与气溶胶吸湿增长密切相关,两者对气溶胶消光系数的垂直分布都有重要影响。     

北京市大气中VOCs垂直分布的航测研究

2007年8月在北京市地表水平及地表以上900~3100m采集全空气样品,并用气相色谱(GC-FID)-质谱(MS)对样品中的50种挥发性有机物(VOCs)组分进行了定量分析,研究了北京市大气VOCs的垂直分布特征,并识别了当地排放与周边地区的输送作用对大气VOCs的相对贡献.结果表明,随着高度的增加,各类VOCs浓度均呈现显著降低的趋势,不同物种浓度的垂直梯度与其大气化学活性直接相关.此外,湍流扩散和输送作用也会影响VOCs浓度的垂直梯度.通过对观测期间北京市上空气团反向轨迹的反演以及对惰性VOCs物种的垂直贡献的分析发现,北京市低对流层内大气VOCs受局地源排放主导,亦可能受到天津以及河北廊坊等污染地区的影响.     

深圳近地层大气日间VOCs垂直分布特征观测研究

为探究近地层大气日间VOCs(挥发性有机物)垂直分布特征以及对臭氧(O₃)生成的影响,2021年9月,在深圳市气象梯度塔的11个垂直梯度上开展了6轮VOCs离线罐采样,并应用气相色谱质谱联用仪对102种组分进行定量分析.结果表明,从地面(0 m)到高空(345 m)VOCs总体污染水平相近,近地层大气垂直混合较为均匀;但烯烃浓度随高度增加下降明显,主要受人为源排放的乙烯变化主导;高反应性的OVOCs(含氧挥发性有机物)在较高垂直梯度上(240～345 m)增长明显,可能是导致O₃在高空浓度显著大于地面的原因之一.各垂直梯度上的臭氧生成潜势(OFP)占比排序均为：OVOCs>芳香烃>烷烃>烯烃>卤代烃>炔烃,乙酸乙酯、乙醛和甲苯是促进O₃生成的优势物种.日变化方面,大多数情况下不同高度的总挥发性有机物(TVOCs)浓度均在9:00最高,推测主要受早高峰时段交通尾气排放影响;随着光化学反应的进行,OVOCs浓度在13:00达到最大,推动O₃浓度于午间达到峰值.X/E(间,对...     

ZSM-5沸石分子筛吸附-脱附VOCs的性能研究

以不同Si/Al比的ZSM-5分子筛为吸附剂,考察了硅铝比对其疏水性和吸附性能的影响.结果表明,随着Si/Al比的增加,其微孔孔体积和微孔表面积变大,当Si/Al100时,ZSM-5分子筛均具有良好的疏水性和对甲苯的选择性吸附能力,但脱附温度随之升高.同时,以4类VOCs(醇类、酯类、烃类、酮类)为吸附质,研究了ZSM-5分子筛吸附-脱附不同VOCs的性能.发现ZSM-5分子筛由于具有丰富的微孔结构更适合吸附小分子VOCs,对于同类VOCs分子,随着碳数的增加,分子大小和极性均增大,其与分子筛的作用力越强,热脱附温度越高,但VOCs在ZSM-5分子筛表面300℃左右就能脱附完全.     

基于多旋翼无人机平台的大气PM2.5垂直结构观测技术

目的设计可用于大气边界层范围的大气污染观测平台。方法使用多旋翼无人机作为载体,集成多种大气污染物和气象要素的便携式检测设备,组建无人机观测平台。通过地面比对实验,保障所搭载的设备数据可靠,通过与大载荷系留气艇平台的垂直比对实验验证平台集成后的数据可靠性。结果对于重点观测指标PM_(2.5)而言,无人机和系留气艇所获取的垂直廓线表现出良好的一致性,各个航次的R2最低值为0.762,多数航次的组内相关系数为0.94以上。在2017年12月18日的案例中,无人机的观测数据表明,早上的大气垂直结构呈现了明显分层,0～200 m高度较为稳定的大气层结阻碍了污染物向上扩散,导致了近地面PM_(2.5)80μg/m~3的较高浓度,而下午的观测数据有助于解释污染消散。结论文中搭建的多旋翼无人机平台可以用于0～1000 m范围内的边界层观测,尽管个别航次数据和系留气艇平台仍存在差异,但现有观测结果已表明,该平台有助于研究人员了解污染事件的发生和消散,可以进一步推广应用。     

河北省中南部二氧化碳浓度的飞机探测研究

为探究河北省中南部CO₂时空分布特征,利用空中国王350飞机搭载高精度CO₂分析仪和相关辅助设备,对石家庄、邢台城市上空(600～5600m)CO₂浓度进行飞机探测,探测期间共飞行4架次,取得7组CO₂浓度垂直廓线数据,探测期间CO₂浓度最小值为398.3×10^-6,最大值为414.6×10^-6,多架次垂直方向上平均浓度为(401.4～403.9)×10^-6.CO₂浓度随高度的增加,无明显规律性变化.边界层顶位于1000～2000m左右高度,在边界层顶以下受近地面排放源的影响较大.2500m高度上,其浓度随高度变化均存在一个短暂减小的趋势,高空基本不受近地面污染源的影响,CO₂浓度接近地面本底浓度.在同一高度上,白天CO₂浓度均略高于夜间.夜间CO₂在混合层聚集,混合层顶浓度达最大.邢台上空的CO₂与CH...     

汽车维修行业挥发性有机物排放特征及大气化学反应活性

汽车维修行业挥发性有机物排放是臭氧前体物VOCs的重要来源,但目前汽车维修行业的VOCs减排政策主要基于VOCs的排放量,而没有考虑其化学反应活性,这将影响VOCs减排对改善空气质量的效果.通过分析汽车维修企业不同工段VOCs的产排污节点,结合各工段油漆用量及其VOCs质量分数,采用物料衡算法获得不同工段VOCs产生量...     

煤化工产业园区挥发性有机物污染特征及其对大气复合污染的贡献

为研究煤化工产业园区挥发性有机物(VOCs)污染特征及其对大气细颗粒物(PM_2.5)和臭氧(O₃)的贡献,本研究于2021年夏季利用气相色谱/质谱联用仪在某大型煤化工产业园区开展了环境空气115种VOCs的在线监测研究,分析了VOCs的浓度水平、组成特征、日变化特征、潜在来源及其对O₃和PM_2.5中二次有机气溶胶(SOA)的生成贡献. 结果表明:①观测期间,园区站点VOCs的平均体积分数为89.32×10?9±50.57×10?9,显著高于该园区所在城市的城区站点VOCs浓度水平. ②含氧VOCs (OVOCs)是该园区VOCs的主要特征污染物,占总VOCs体积分数的48.2%,乙醇、丙醛和甲醛是体积分数排名前三的物种. ③VOCs的臭氧生成潜势(OFP)为595.64 μg/m3,各组分对O₃贡献潜势的大小表现为OVOCs>烯烃>芳香烃>烷烃>卤代烃>含硫VOC>炔烃. OFP排名前十的物种均为OVOCs、烯烃和芳香烃,其中丙醛对OFP的贡献占比最高,占总OFP的22.2%. ④间/对-二甲苯、邻二甲苯和乙苯等苯系物对二次有机气溶胶生成潜势(SOAFP)的贡献突出,其中间/对-二甲苯的SOAFP最大,占总SOAFP的29.6%,主导了SOA生成. 研究显示,煤化工产业园区中丙醛和甲醛等OVOCs、顺-2-丁烯等烯烃以及间/对-二甲苯与邻二甲苯等芳香烃对大气复合污染贡献较大,是开展PM_2.5和O₃污染协同控制重点关注的物种.      

基于LHS-MC青岛市工业源VOCs排放清单及不确定性

采用自下而上法,逐一采集企业活动水平,抽样调查企业获取治理措施变量,使用优化后的排放系数法建立青岛市工业源VOCs排放清单,同时将MC和LHS方法联合,模拟单变量和多变量对VOCs清单不确定性影响.结果表明,2019年青岛市工业源VOCs排放总量为4.47万t(未优化排放系数法:3.11万t),排放贡献较大行业依次为橡胶与塑料制品业、金属制品业、石油/煤炭及其他燃料加工业,占总量40.26%.多变量模拟的不确定性高于单变量,工艺过程源(-9.72%～230.51%)和溶剂使用源(-14.14%～122.77%) VOCs清单的不确定性明显高于燃烧源(-15.62%～36.41%).影响VOCs清单不确定性的行业和主要因素为:化工、造纸和纺织(排放因子);金属制品、汽车制造和化工(去除率和设施运行率);石油加工和黑色金属冶炼(样本数少).VOCs排放主要集中在:西海岸新区东部、大珠山北部、即墨区南部、城阳区北部、胶州市东北部、平度市建成区和莱西市东南部.     

大连市夏季VOCs化学反应活性及来源

为了解大连市环境空气挥发性有机物（VOCs）污染特征及来源,基于2020年6~8月高时间分辨率VOCs在线观测数据,对大连市大气VOCs的浓度水平、组成特征、反应活性及来源情况进行了分析.结果表明φ（VOCs）的平均值为（10.21±5.71）×10^-9,其中烷烃占比为66.35%,烯烃为11.89%,炔烃为7.75%,芳香烃为14.01%.VOCs和NO_x呈现夜间高,白天低的特征,而O₃变化趋势相反.综合考虑物种活性,确定甲苯、乙烯、间/对-二甲苯、1-己烯、正丁烷、异戊烷、正戊烷和异戊二烯是影响大连市大气VOCs的关键物种,优先控制烯烃和芳香烃类化合物的排放是改善大连市夏季O₃污染的关键.PMF源解析结果显示交通源（26.38%）、燃烧源（22.75%）、工业排放源（17.09%）、溶剂使用源（14.59%）、天然源（11.72%）和其他（7.47%）为监测期间VOCs的主要来源,交通源和燃烧源排放是大连市夏季O₃防控的重点污染源.     

铸造行业挥发性有机物排放成分谱及影响

采用气袋-吸附管采样方法对京津冀地区9家铸造企业重点工序有组织和无组织排放气体进行采集,运用气相色谱-质谱联用技术(GC-MS)测定了56种VOCs组分,首次建立了铸造行业基于生产工序的VOCs源成分谱,并且结合臭氧生成潜势分析了VOCs对臭氧生成的贡献.结果 表明,铸造行业VOCs特征组分主要为芳烃、卤代烃和含氧VO...     

化工园区环境风险可接受性研究

我国的化工园区主要分布在沿江沿海一带,由于园区企业在生产、储运等过程中涉及众多危险物质,存在着潜在的环境风险。本文先对化工园区环境风险进行了分析,从风险认知的角度分析了公众对某化工园区环境风险的可接受性,通过风险偏好理论来解释不同人群对环境风险可接受性的差异,并提出了改善公众可接受性的有关建议。     

某典型石油化工园区冬季大气中VOCs污染特征

利用TH-300B挥发性有机物(volatile organic compounds,VOCs)在线监测系统于2014年12月~2015年2月对我国某石油化工园区的VOCs进行连续在线监测.分析了其组成特征、时间变化特征、来源以及光化学活性特征.结果表明,研究区冬季大气中VOCs的混合体积分数较高,烷烃占据主导地位,占TVOCs的86.73%;TVOCs、烷烃、烯烃、芳香烃的昼夜变化特征均表现为夜间高而白天低,且烷烃、烯烃的变化与TVOCs较为一致.利用主成分分析-多元线性回归(PCA-MLR)模型解析得到5个因子,分别表征燃料挥发源、工业排放源、汽油车尾气和植物排放混合源、柴油车尾气排放源和燃料燃烧源,其贡献率分别为60.02%、8.50%、2.07%、12.21%、17.20%.利用Propy-equiv法和MIR法计算得出该研究区冬季大气中各类VOCs对臭氧生成的相对贡献率的大小均表现为烷烃烯烃芳香烃,其中环戊烷、正丁烷和1-戊烯的贡献率较高,气团光化学年龄较长.     

基于GA-BP神经网络的化工园区应急救援能力可靠性分析

提出一种基于遗传算法优化的BP神经网络(GA-BP)的化工园区应急救援能力可靠性分析模型。通过事故树分析对16家化工园区应急救援能力的可靠性进行量化,并作为GA-BP神经网络模型训练的输出值;以事故树中的28项基本事件为依据进行分类总结,建立化工园区应急救援能力层次分析评估指标体系,在日常生产状态下的应急系统维护与事故时的应急处置能力这两个准则层下分为要素层,包括应急系统硬件维护、应急救援人员管理、应急管理机构、应急预案与演练和信息传递、应急人员动员、现场处置、事故后恢复能力,指标层元素分别对应事故树的基本事件,并计算指标层元素相对于目标层的复合权重,再以调查问卷的方式邀请专家对化工园区的指标层元素进行打分,将每一园区的各项要素得分与复合权重相乘作为GA-BP神经网络模型的输入值;从样本组中选取12组作为训练样本、4组作为测试样本,验证建立的GA-BP神经网络模型的可行性,并与传统BP神经网络的分析数据进行对比。结果显示:GA-BP神经网络输出数据的平均误差为3.83%,均方误差为0.002;而BP神经网络输出数据的平均误差为8.13%,均方误差为0.004;GA-BP神经网络的分析结果与事故树的分析结果更为接近,且相对于事故树分析减少了复杂的建树过程,具有更高的易用性。     

化工园区建设存在的环境问题与对策措施研究

化工园区建设存在选址不科学,缺乏园区统一规划,园区环保基础设施建设滞后,项目盲目引进而无视环评、验收以及环境风险防范措施不落实和环保监管不力等问题。在园区建设上,应该规划环评要先行,园区建设要科学规划,污染集中处理设施要超前,环境风险防范措施要到位,项目引进把关要严,环保验收要合规,同时要强化宣传,严格执法,增强领导干部的环保意识,促进园区建设走向良性循环的发展道路。