北京冬奥会同期空气污染数值模拟

第24届冬季奥运会将于2022年2月4—20日在我国北京市和河北省张家口市联合举办,主要会场有北京奥体中心、北京延庆县和张家口市崇礼县.为了模拟分析冬奥会空气质量情况,利用冬奥会同期(2006—2016年2月)北京市和张家口市空气质量资料及韩国气象厅天气图资料(2013—2016年2月),分析该时段重污染发生的频次,统计不利于污染物扩散的天气形势出现概率及污染传输路径,并结合嵌套网格空气质量预报模式(NAPQMS),评估不同减排方案对ρ(PM_2.5)的影响.结果表明:① 2006—2016年冬奥会同期,北京奥体中心和延庆县发生重污染天气的概率分别为17%和9%,污染发生的风险频率为北京奥体中心>延庆县>张家口市,并且北京奥体中心和延庆县在2月13—16日易出现持续的重污染天气过程;② 2013—2016年2月不利于污染扩散的天气形势出现概率较为频繁,尤其在850 hPa高度和地面,不利天气形势出现的概率分别为35%和41%;地面偏南风易将在北京西南方滞留较长时间的污染气团沿太行山输送至北京;③ 冬奥会期间,若于2月2—12日及17—20日将京津冀及周边城市污染物排放量在当前的基础上减排50%、2月13—16日减排75%,将可能不出现重污染日.严格控制北京及周边地区的大气污染物排放是保障冬奥会期间空气质量的必要措施.      

城市空气污染数值预报的技术关键

在分析城市空气污染数值预报要素的基础上,建立了包括污染源排放清单,气象中尺度数值预报模型MM5,ADMS-城市模型软件的城市空气质量预报系统。首次提出了空气质量环境背景值的确定等提高城市空气污染预报准确率的有效措施。     

城市街区交通空气污染模拟研究

随着经济增长和城市发展 ,汽车排放已经成为我国一些大城市空气污染的主要来源。本文在分析城市街道流场和湍流场特征的基础上 ,改进了丹麦开发的OSPM街道峡谷汽车污染扩散模式 ,并开发出城市交通路口汽车污染扩散模式 ,建立了适合我国车辆特征的汽车源排放模式 ,为准确模拟我国城市交通导致的空气污染 ,从而进行有效的控制决策 ,提供了科学的方法手段。本文定量给出了由于涡流导致的峡谷流场和湍流场的特点 ,以及因交通引起的湍流的变化规律。用K ε流体动力学模型 ,计算了二维街道峡谷流场和湍流场结果 ,与实际测量数据有较好的一致性。由丹麦开发的OSPM街道峡谷汽车污染扩散模式 ,经过模式中街道底部风速系数的修改 ,可以较好地模拟北京街道汽车污染的扩散规律。在OSPM模式的基础上 ,本文研究开发了一个简单的模拟城市街道十字路口汽车污染扩散的模式 -OSIPM。经实测数据验证 ,该模式可以较准确地模拟十字路口的污染扩散规律。MOBILE汽车源排放因子模式计算获得的北京市排放因子 ,与根据实测污染浓度用OSPM扩散模式反算出的结果相比 ,发现模式计算结果比实际值约高出30 %。本研究的主要成果包括 :(1)定量给出了由于涡流导致的峡谷流场和湍流场的特点 ,以及因交通引起的湍流的变化规律。(2)用K ε流体     

珠三角地区臭氧来源特征的数值模拟研究

采用WRF/CAMx模型及臭氧源解析技术(OSAT)模块研究珠三角地区臭氧季节性时空分布特征,对不同污染天气型下的臭氧来源进行解析,评估珠三角各城市臭氧暴露水平,并探究如何根据实际天气状况为不同城市提出切实有效的管控措施.研究结果表明,珠三角地区臭氧浓度遵循夏秋季高、冬季低的季节变化特征.在所有季节中,珠三角地区以外的...     

青藏铁路羊八井一号隧道空气污染数值模拟

内燃机车排放的大气污染物是铁路隧道空气污染的主要来源,其污染特性受到排放源强、隧道内风速、扩散系数、初始浓度、边界浓度等诸多因素的影响。文章根据大气扩散方程建立了描述铁路隧道内空气污染物浓度分布的数学模式,提出了用有限体积法求解铁路隧道内空气质量方程的方法,并对影响隧道内空气污染物浓度分布的因数进行了灵敏度分析。结果显示内燃机车污染物排放源强和隧道内风速是影响铁路隧道内空气污染物浓度分布的关键因素,初始浓度和边界浓度的影响也较为显著,扩散系数的影响很小,在有风的情况下可以忽略。将模式应用于青藏铁路羊八井一号隧道内NOX污染规律的数值分析,模拟表明隧道内NOX浓度最大值出现在机车车头所在的位置,最大浓度为15.02 mg/m3。     

南疆地区主要城市CO特征分析及其影响研究

利用2020—2022年中国生态环境监测总站逐小时一氧化碳(CO)和臭氧(O₃)数据,结合中国气象局环境监测数据及全球资料同化系统(GDAS)数据,使用随机森林(RF)模型、相关性分析、潜在贡献源因子法(PSCF)、浓度权重轨迹法(CWT)分析了南疆地区主要城市的CO浓度变化趋势与潜在来源.结果表明:(1)在近3年期间南疆除库尔勒外各主要城市的CO浓度有一定程度的上升趋势,且在2021年变化较为明显,其浓度年平均值排序为喀什((1.10±4.21) mg·m^-3)>和田((1.06±3.07) mg·m^-3)>阿克苏((0.78±2.13) mg·m^-3)>阿图什((0.66±2.69) mg·m^-3)>库尔勒((0.47±0.71) mg·m^-3).南疆5座城市之间,CO浓度月变化幅度最大的城市为喀什,最高值为1月的2.469 mg·m^-3,最低值为6月的0.436mg·m^-3;变化幅度...     

城市空气污染数值预报模式系统及其应用

 介绍了城市空气污染数值预报模式系统,并利用该系统对济南市空气污染进行了预报.结果表明,该系统具有较好的预报性能;预报与实测值之间有较好的相关性;空气质量级别的预报效果更好,对SO₂、PM₁₀和NO₂ 3项污染物的级别预报准确率分别为84.6%,83.2%和94.6%,其总体级别预报准确率达到87.5%.研究结果还显示,济南市的SO₂污染已得到明显改善,机动车尾气污染相对较轻,而PM₁₀的污染比较严重,已上升为首要污染物,其来源、扩散、转化机制及其控制措施的研究是目前济南市面临的首要问题.     

山西省阳泉市大气环境质量数值模拟

根据山西省阳泉市南煤集团西上庄煤电一体化项目的总体要求,拟用中尺度气象模式MM5耦合大气污染模式CALPUFF,对评价区域2005年4月的大气环境进行数值模拟。通过综合模式系统的模拟发现:该地污染源的排放对阳泉空气质量起决定作用;对SO2的平均浓度贡献为47.05μg/m3,对PM10的平均浓度贡献为20.37μg/m3。本地点源的排放对SO2的影响相对较大;对SO2平均浓度的贡献可达36.93μg/m3。该地面源排放对PM10的影响相对较大,对PM10平均浓度的贡献为14.63μg/m3。外地点源排放对阳泉大气环境的影响较小,但在某些过程中外地点源排放的污染物通过区域输送对阳泉的空气质量也会造成一定的影响。     

城市空气质量数值预报系统对PM2.5的数值模拟研究

发展了南京大学城市空气质量数值预报模式系统(NJU-CAQPS),在模式系统中引入了气溶胶模块.运用该系统对南京地区冬夏两季PM2.5浓度的时间变化规律和空间分布特征进行了数值模拟研究,通过与实际观测资料对比,检验发展后的模式系统对于细颗粒物的模拟性能.结果表明,南京市城近郊内冬夏两季PM2.5浓度具有明显的时空变化特征,一般在半夜和清晨会出现较高浓度,午后至傍晚浓度较低.冬季浓度高于夏季,冬夏两季算例的浓度日均值之比为1.51.空间分布受到排放源位置、地面流场等因素影响.二次气溶胶在PM2.5中占相当的份额,冬夏两季算例中二次气溶胶在PM2.5中所占比例分别为12%和15%,夏季二次气溶胶对PM2.5浓度贡献较冬季大.与实际观测资料的对比验证表明,经过发展的该模式系统对于城市PM2.5等颗粒物的模拟性能良好.     

天津武清地区夏季臭氧光化学研究

利用2006年8月10日—9月18日的监测数据,分析天津市武清区光化学污染特征. 结果表明:监测期间φ(O₃)的小时均值累积共有26 h超标,超标率为2.7%;光化学污染发生时,ρ(NO_x)和挥发性有机物(VOCs)的反应活性都有所升高,其中ρ(NO₂)平均约升高了20 μg/m3, VOCs的反应活性增加了42%,但是臭氧对于ρ(NO_x)的增加更加敏感. 计算VOCs等效丙烯浓度,发现邻二甲苯的臭氧生成潜势最高. 烯烃的光化学反应活性最强,其次是单环芳烃和烷烃.      

挡水物附近污染带的数值模拟研究

拟建崇海公路大桥位于长江口北支上段，东距北支入海口约70km，该河段河床宽浅，沙洲众多，河势多变，长江口潮型属浅海不规则半日潮，桥位附近青龙港平均涨潮历时3．06h，落潮历时9．19h；涨潮平均流速一般大于落潮平均流速。为了分析公路大桥建设对长江海门段流场和浓度场的影响程度和范围，并考虑到该水域水深较浅。低潮时大量露滩的特点，采用基于无结构网格的具有普遍适用性、守恒性、逆风性等优点的有限体积Osher格式建立二维水量、水质数学模型。在桥墩处理上，改变传统的用网格贴合挡水物的方法，直接将桥墩作为陆地边界生成无结构网络。由建桥前后的流速对比图可以发现靠近桥墩的水域流速减小，而墩间流速增大，这与实际情境十分吻合，说明将桥墩作为陆地边界的处理办法是可行的，对比建桥前后的污染带，发现建桥后桥位下游污染带有所减小，但不明显，这与建桥后流场的变化有很大关系。建桥后桥墩起一定阻水作用，涨落潮时桥位下游流速均存在 减小的趋势，而且岸边正好位于桥墩的密集区域，流速减小更为明显，这一区域流速值的减小范围在0.28m/s以内。由于对时间项的离散采用显格式，受计算稳定性的限制，时间步长必须取得很小，从而需要消耗大量计算时间，这是今后模型值得改进的地方。     

舟山本岛大气污染输送过程的数值模拟分析

利用HYSPLIT-4后向轨迹模式和NCEP(美国国家环境预报中心)的2012年GDAS(全球资料同化系统)气象数据,结合NO₂、PM_2.5、PM₁₀和SO₂等常规大气污染物的质量浓度数据,对舟山本岛2012年4月、7月、10月和12月的大气污染输送过程进行了模拟,并通过聚类分析和潜在源区分析〔包括PSCF(潜在源贡献)和CWT(浓度权重轨迹)计算〕,确定大气污染传输路径及影响源区. 结果表明:舟山本岛气流后向轨迹呈明显的季节变化特征,4月主要受来自黄海海面气流轨迹的影响,其占总轨迹数的36.7%,ρ(PM₁₀)为(53.24±24.33)μg/m3;7月以途经琉球群岛和东海气流轨迹为主,占总轨迹数的48.4%,对ρ(NO₂)、ρ(PM_2.5)、ρ(PM₁₀)和ρ(SO₂)贡献分别为(24.63±6.33)、(28.60±4.83)、(52.89±18.76)和(8.67±3.11)μg/m3;10月气流轨迹主要来自于东海海面,占总轨迹数的49.2%;12月气流则主要来自辽宁南部和黄海,占总轨迹数的66.1%,对ρ(NO₂)、ρ(PM_2.5)、ρ(PM₁₀)和ρ(SO₂)贡献分别为(28.48±15.14)、(58.71±14.10)、(69.83±38.94)和(20.83±13.28)μg/m3. 舟山本岛PM_2.5的潜在源主要为毗邻城市间局地污染,集中于浙江沿海城市及杭州湾、上海等地.      

城市环境空气污染预报研究进展

主要介绍了城市环境空气污染预报的方法,综述了城市环境空气污染预报的国内外研究现状,主要介绍了美国第三代Momdel-3 CMAQ模式系统和中国科学院大气所的嵌套网格空气质量预报系统(NAQPMS),以及最新的多模式污染预报技术,本文最后指出中国目前的大气环境形势比较严峻,城市环境空气污染预报模式还存在一些问题,并探讨了今后的发展方向。     

SWMM模型应用于城市住宅区非点源污染负荷模拟计算

以温州市典型住宅区非点源污染为对象,基于SWMM(storm water management model)模型的模拟机理,借鉴国内外相关研究的模型参数,结合降雨径流实测数据率定模型参数,将模型"本地化",构建了基于SWMM模型的研究区非点源污染负荷计算模型,并设计了4种不同降雨情景,分析在不同降雨条件下研究区非点源污染固体悬浮物(TSS)、CODCr、TN和TP的污染负荷量及其累积变化过程.结果表明,构建的SWMM模型的模拟值可以较好地与实测值相吻合,4种污染物模拟的相对误差均小于10%.在设计的4种降雨情景下:①污染物浓度峰值出现在降雨30～40 min内,降雨强度越大,出现浓度峰值的时间越早;②高强度降雨较低强度降雨可对受纳水体造成更大的污染.      

温州城区大气污染特征数值模拟与来源解析

文章以位于温州城区的瓯海区为例,在建立大气污染源清单的基础上,利用WRF-CMAQ、CALPUFF模型分析了外来污染物区域输送对瓯海区的影响,模拟了瓯海区主要大气污染物浓度分布,解析了区域大气污染物排放来源。WRF-CMAQ模型模拟结果表明,区域大气污染物SO_2、NO_2、PM_(10)和PM_(2.5)的输送对瓯海区的贡献影响均呈现冬季(1月)>春季(4月)>秋季(10月)>夏季(7月)的变化规律,这可能与大气污染物来源有关。CALPUFF模型模拟结果显示,瓯海区SO_2和PM_(10)的年平均浓度达标,但NO_2和PM_(2.5)出现超标现象。除SO_2均能达标外,部分敏感目标处NO_2、PM_(10)和PM_(2.5)年平均浓度有不同程度的超标现象。来源分析结果表明,瓯海区大气污染物SO_2和NO_2主要来自本地源排放,而PM_(10)和PM_(2.5)本地源与外来源的排放贡献相当。     

北京地区大气细菌粒子浓度及其分布

用ANDERSEN生物粒子采样器在北京西单和怀柔观测了大气细菌粒子浓度及浓度分布。结果表明,大气细菌粒子年平均浓度,西单为3103个/m3,怀柔为623个/m3。不同粒度的大气细菌粒子浓度在一天内西单有7:OO、19:00二个高峰时和13:00、夜间1:00二个低谷时;而怀柔有19:00~22:00一个高峰时和13:00一个低谷时。大气细菌粒子的浓度分布是从1~6级逐级减小。小于8.2μm的可吸入细菌粒子:西单为82.4%,怀柔为64.0%。      

深圳城区噪声污染分析

通过对近年深圳市区域环境噪声及道路交通噪声的监测数据分析,发现深圳市交通声源是长期影响城市区域环境噪声的主要因素,其根源在于城市机动车辆增加迅速,路网过密,而配套设施跟不上,造成对城区域环境噪声污染相对集中,城区声环境日趋恶化。      

京津冀城市群空气污染的模式总结与治理效果评估

为探明全国空气污染最严重的京津冀城市群的空气污染防治路径与效果,系统整理了2013年以来国家和地区实施的空气污染防治措施,提出了分层跨区多向联动的大气污染防治模式,并基于对比评价2014~2015年13个城市112个监测点的SO_2、NO_2、PM_(10)、PM_(2.5)、O_3、CO等大气主要污染物的监测数据,评价了大气污染的治理效果.结果表明,HCML模式包括由国家-城市群-城市构成的分层纵向联动构架,协同多个省市行政区的跨区横向联动管治方式以及涉及产业准入、能源结构、绿色交通、跨区援助、监测预警和会商问责等内容的协同多向联动机制.通过模式实施,2014~2015年城市群的空气质量显著改善,除O_3外,空气污染物浓度显著降低,高污染范围由北向南显著缩小,其中PM_(2.5)、PM_(10)、SO_2、NO_2和CO的年均浓度分别下降17.84%、14.61%、37.55%、4.82%和16.18%;除NO_2外,污染物全年空气达标天数明显增加.在今后的治理过程中,HCML应该转向治理主体多元化轨道;创新排污监管与问责模式,完善公众监督机制;推进京津冀协同立法,精准打击污染行为;针对当前大气污染的核心问题与需求创新治理路径;加强科普宣传,以提升公众环境伦理意识保障源头减排.     

兰州市城区大气污染现状及防治对策分析

根据兰州市2002~2009年的城区大气污染物监测结果,分别对可吸入颗粒物(PM10)、二氧化硫(SO2)和二氧化氮(NO2)3种主要大气污染物进行综合分析,研究其现状特征和变化规律,揭示了兰州市城区大气污染的现状及时间分布特征,并对兰州市城区大气污染的成因及防治措施进行了初步探讨.     

资料同化方法在空气污染数值预报中的应用研究

基于第5代中尺度非静力气象模式MM5以及区域气溶胶和沉积模式REMSAD耦合的空气污染数值预报模型系统,分别采用最优插值法和集合卡尔曼滤波法对南京2002-08～2002-09 NOx和SO2模型预报结果进行了资料同化试验,结果表明,NOx和SO2经最优插值法同化后偏差平均值的改进率分别为34.20%、47.53%,均方根误差的改进率分别为31.95%、42.04%;NOx和SO2经集合个数为30的集合卡尔曼滤波法同化后偏差平均值的改进率分别为26.73%、60.75%,均方根误差的改进率分别为25.20%、55.16%;说明最优插值法和集合卡尔曼滤波法都具有改善空气污染数值预报中污染物浓度初始场的作用.进行了集合卡尔曼滤波法中集合个数为61时2种同化方法同化效果比较的试验,结果表明,随着集合卡尔曼滤波法集合个数的增加,NOx和SO2的同化效果都较集合个数为30时有所改善,并且,集合卡尔曼滤波法对NOx和SO2模式预报结果的改善效果将好于最优插值法.