京津冀一次重污染过程的成因和来源

2016年12月16~21日,京津冀地区经历了一次大范围重污染过程.本文基于空气质量监测资料及实况天气图分析了此次极端区域重污染事件的天气成因,并利用嵌套网格空气质量预报模式（NAQPMS）对京津冀主要城市PM_2.5污染来源进行定量解析.结果表明：污染前中期500hPa高空为偏西气流伴空中回暖,后期转槽前偏南气流增温增湿明显;对应地面气压逐渐降低,辐合不断增强;垂直方向上,逆温层不断抬升加厚,中低层暖平流明显,风垂直切变小;大气长时间处于极度静稳状态也是造成此次重污染过程的天气因素.污染期间,京津冀各主要城市PM_2.5污染本地贡献占40%~60%;北京市PM_2.5本地贡献为48%,其中16~17日北京市主要受沿太行山东侧的西南向输送通道（邯郸-邢台-石家庄-保定-北京）影响,其后风速减小,北京本地及周边城市贡献增大.     

2013年12月初长江三角洲及周边地区重霾污染的数值模拟

运用WRF-CMAQ模型模拟了2013年12月1~9日长江三角洲及周边地区的一次重霾污染过程.初步探究灰霾天气下大气细颗粒物(PM2.5)的时空分布特征和区域输送过程,并定量研究了外部源区域输送和本地源对长江三角洲地区PM2.5的贡献.结果表明:模式能够合理再现灰霾天气下长江三角洲及周边地区PM2.5的时空分布特征和演变规律.静稳天气下大气细颗粒物仍然存在着显著的区域输送.污染期间来自安徽、山东南部、苏北地区的跨界输送对长江三角洲区域PM2.5的贡献率分别为3.5%~24.9%、0.14%~30.0%、0.03%~17.5%.整个污染期间本地贡献占49%左右,本地贡献和外地贡献基本相当.     

空气重污染应急措施对北京市PM2.5的削减效果评估

利用嵌套网格空气质量模式系统(NAQPMS)模拟了2013年1月10~14日一次典型的大气严重污染过程,并利用同期气象和污染物浓度的小时观测数据验证了NAQPMS的模拟结果.敏感性试验结果表明,在重污染期间,当仅实施《北京市空气重污染应急预案(试行)》一级预警中机动车单双号限行措施时,可削减北京PM2.5小时平均浓度4%~10%;当仅实施工业限产减排30%的措施时,可削减北京PM2.5小时平均浓度1%~6%;当同时实施机动车单双号限行和工业限产减排30%的措施时,可削减北京平均PM2.5小时平均浓度6%~12%,并且PM2.5小时浓度与削减率的变化趋势呈反相关,即该措施对污染较轻时段PM2.5浓度削减率高于污染峰值时段;若京津冀地区两市一省同时实施机动车单双号限行和工业限产减排30%的措施时,可削减重污染期间北京小时平均PM2.5浓度20%~35%,且污染严重的区域和时段削减效果更加显著,空气质量可提升一个等级.研究结果表明,当北京发生重污染时,仅靠北京本地限排限产并不能有效减轻PM2.5浓度,若要有效控制北京重污染,应根据污染物区域输送特征,京津冀地区实施大气污染联防联控.     

京津冀及周边地区PM_(2.5)传输规律研究

本研究采用WRF-CAMx模型对京津冀及周边7省市PM_(2.5)与SIA组分传输规律进行了研究,定量估算了京津冀地区PM_(2.5)与SIA的空间来源贡献,并得到了各省市之间的传输矩阵.结果表明,PM_(2.5)与SIA组分跨区域传输作用较为显著.京津冀区域PM_(2.5)与SIA组分外来源年均贡献分别为23.4%和45.5%.京津冀及周边各省市年均PM_(2.5)与SIA组分受本地排放影响分别为51.2%~68.8%与36.7%~56.4%.结合后向轨迹模型对北京市2013年1月4次重污染过程的空间来源进行了分析,发现各过程污染气团来向有明显差异,分别由西北方向长距离传输、南部短距离传输以及西南、东南方向局地气团输入.4次重污染过程PM_(2.5)区域传输作用显著,北京PM_(2.5)及SIA本地源贡献分别为35.1%~37.3%与17.1%~28.4%;其中偏南方向气团输入时,北京污染程度更高,且受京津冀排放源贡献较大,PM_(2.5)和SIA贡献率最高可达82.3%和76.4%.     

长三角地区典型PM2.5污染过程和跨区域传输对宁波污染贡献评估模拟

利用WRF模式和嵌套网格空气质量模式（NAQPMS）对长三角地区2015年1月一次典型PM_2.5区域重污染事件进行数值模拟.结果表明,NAQPMS模拟再现了长三角地区PM_2.5重污染的发展过程,外来区域污染输送是导致长三角地区发生重污染的一个重要因素,主要受3条通道传输影响：内陆（河南-安徽-江苏）通道、沿海（京津冀-山东-江苏）通道和海洋（京津冀-山东-黄海-江苏）通道.以宁波为对象评估污染跨区域输送贡献的解析结果表明：污染发生阶段以沿海通道输送为主,外来区域输送江苏贡献率较大（36.51%）;重污染阶段以内陆通道和海洋通道为主,主要外来区域贡献为浙江北（25.55%）、安徽（12.33%）和海洋（16.92%）;污染消散主要受海洋通道影响,外来输送主要为江苏（14.74%）和海洋（31.43%）.     

亚运时段广州大气污染物来源数值模拟研究

利用嵌套网格空气质量预报模式系统(Nested Air Quality Prediction Model System,NAQPMS)研究2006年亚运时段广州的空气质量状况,同时结合污染源追踪方法,分析珠三角各城市的源排放对广州全市、广州二环以内市区、广州6个亚运加强观测站的污染物浓度贡献.结果表明,NAQPMS模式能较好地反映广州各污染物(NO2、SO2、PM10)浓度的变化;广州全市、广州市区、6个亚运加强观测站的污染物最主要来源于本地排放,而周边城市以东莞的贡献最大.3个源受体中,广州市区受本地排放的影响最显著,来自本地的NO2、SO2、PM10的月均贡献率分别为89.5%、75.4%、86.7%;东莞则对6个亚运加强观测站的影响最为突出,其NO2、SO2、PM10的月均贡献率达9.3%、23.8%、21.7%,而日最大贡献率高达19.3%、40.2%、48.7%.因此在大力削减广州本地污染排放的同时,对周边城市特别是东莞实施区域联防联控,将能有效改善亚运场馆附近的空气质量.     

京津冀郊区站点秋冬季大气PM_(2.5)来源解析

为了增进对京津冀地区大气PM2.5来源情况的认识,于2014~2015年秋冬季在京津冀地区4个郊区站点进行了PM2.5的采样,并用化学质量平衡模型(chemical mass balance model, CMB)进行了PM2.5源解析工作。结果表明:二次颗粒物(36%~58%)、交通(8%~26%)、民用燃煤(8%~16%)和生物质燃烧(5%~16%)是京津冀郊区站点秋冬季PM2.5的主要贡献源。其中,二次硝酸盐是大部分站点秋冬季PM2.5的首要贡献源(11%~27%)。不同污染程度的源解析显示,冬季各站点各污染源在重污染天的贡献变化趋势的同步性不如秋季明显,且秋季二次源在重污染天的贡献增加值(47.2~115.7μg?m-3)明显高于一次源(29.5~43.4μg?m-3),但此现象在冬季不显著。对比北京市城区源解析结果,发现郊区燃煤总贡献率较为相似,但郊区燃煤源中多以民用燃煤为主,这说明对于京津冀城郊地区,控制民用燃煤源对PM2.5污染控制有重要意义。     

应用CMAQ模型解析河北南部城市的霾污染来源

河北南部地区是霾污染最为严重的地区之一,本文应用MM5-Models-3/CMAQ空气质量模拟系统对河北及周边省市进行了区域尺度的模拟,并通过情景计算的方法估算了河北南部(包括石家庄、邢台、邯郸3市)、河北北部、京津2市、山西、河南、山东6个区域的人为源排放对石家庄、邢台细微颗粒物(PM2.5)及其主要成分和消光系数(Bext)的贡献率.结果表明,模拟时段内,石家庄市PM2.5的来源为河北南部65.3%、山西13.8%、河北北部7.3%、山东1.6%、河南1.1%、京津0.9%;邢台市PM2.5的来源为河北南部64.7%、山西10.4%、河北北部5.2%、河南3.7%、山东3.6%、京津1.1%.周边地区对石家庄市Bext的贡献率分别为:河北南部59.4%、山西13.8%、河北北部6.8%、山东1.7%、河南1.3%、京津0.9%;对邢台市Bext的贡献率则为:河北南部58.2%、山西10.1%、河北北部5.0%、山东3.7%、河南3.9%、京津1.0%.对2007年12月8—12日重污染过程的分析表明,重污染过程中河北北部、山东和河南的贡献率有所上升,山西的贡献率则有所下降.由于该地区霾污染的复杂性,进一步的观测和模拟工作仍然十分必要.     

中国PM2.5跨区域传输特征数值模拟研究

基于CAMx空气质量模型的颗粒物来源追踪技术(PSAT)定量模拟了全国PM2.5及其化学组分的跨区域输送规律,建立了全国31个省市(源)向333个地级城市(受体)的PM2.5及其化学组分传输矩阵.基于此传输矩阵,从区域、省、城市3个空间尺度解析了PM2.5及其主要组分,包括一次PM2.5、硫酸盐、硝酸盐和铵盐的空间来源.结果表明,跨区域传输对重点区域、省及京津冀典型城市的PM2.5污染均有显著贡献,其中京津冀、长江三角洲、珠江三角洲区域及成渝城市群PM2.5年均浓度受区域外省市的贡献分别达到22%、37%、28%、14%;海南、上海、江苏、浙江、吉林、江西等省PM2.5年均浓度受省外源贡献超过45%;北京、天津、石家庄PM2.5年均浓度受省外源影响分别达到37%、42%、33%.     

辽宁中部城市群一次灰霾天气过程的外来影响程度研究

利用中国科学院大气物理研究所自主开发的嵌套网格空气质量模式系统(NAQPMS)及其污染源在线追踪技术,对2011年10月27—30日辽宁中部城市群发生的一次灰霾过程的外来影响贡献率进行了模拟计算和分析.研究结果表明:NAQPMS模式能较好地模拟辽宁中部城市群PM10浓度的时空演化,特别是代表性城市沈阳的PM10浓度的时间变化,这为利用污染源在线追踪技术研究外来影响的贡献率奠定了基础;在此次辽宁中部城市群灰霾天气期间(10月27—30日),外来贡献率随着城市与京津冀地区距离的增加而减小,从营口的61%减小到铁岭的23%,而辽宁省本地贡献率则逐渐增大;京津冀城市群相对于胶东半岛城市群是主要的外来影响源地;在辽宁中部城市群近地层PM10浓度先后达到峰值时段,京津冀地区对营口、鞍山、沈阳、本溪、抚顺和铁岭的贡献率分别为60.6%、42.8%、31.8%、34.9%、30.7%和19.7%,因此,至少可以说京津冀地区对此次灰霾过程中营口、鞍山、沈阳和本溪等地的空气质量恶化具有决定性的作用.本文研究表明,虽然开展区域调控是解决区域灰霾污染的有效措施,但也要注意灰霾污染的跨控制区影响问题.     

珠三角冬季PM2.5重污染区域输送特征数值模拟研究

利用嵌套网格空气质量模式系统(NAQPMS)及其耦合的污染来源追踪模块,针对2013年1月珠三角区域的PM_(2.5)重污染过程输送特征进行了数值模拟研究.结果表明,污染气团首先形成于广州、佛山地区,并在弱偏北风的作用下南移加强,影响整个珠三角区域.重污染期间,广州(64.9%)、佛山(58.9%)的PM_(2.5)主要来自本地贡献,是区域输送最主要的来源地区;中山(51.9%)、珠海(66.2%)的PM_(2.5)主要来自外来贡献,是区域输送主要的受体地区.重污染期间,广州和佛山对中山的PM_(2.5)日均贡献率之和总体保持在25%以上,污染最重时达到40%.交通(26%)、工业(24%)、扬尘(16%)、火力发电(15%)和生物质燃烧(8%)是对中山贡献最大的5类源:工业源中山本地与外来输送贡献率基本相当;交通和扬尘源以中山本地贡献为主,贡献率分别为55%和67%;火力发电和生物质燃烧源以外来输送为主,贡献率分别为56%和62%.各类排放源的外来输送中,以广州、佛山所占的比例最大.     

北京秋冬季一次重污染过程PM2.5来源数值模拟研究

利用WRF模式(The Weather Research and Forecasting Model)和嵌套网格空气质量模式(NAQPMS)对2016年11月发生在京津冀地区一次PM_(2.5)污染事件进行模拟研究并分析污染过程中的天气形势变化.结果表明,均压场、低空逆温层和偏南暖湿气流输送的存在为北京地区PM_(2.5)形成提供了有利条件,NAQPMS模式能够合理的再现北京大气污染物时空变化,细颗粒物PM_(2.5)和可吸入颗粒物PM_(10)模拟与观测数据相关系数达0.71,模拟数据在观测数据两倍范围内占比(FAC2)达65%.源解析结果表明,在不考虑临时实施减控措施下,11月18日区域外输送对北京PM_(2.5)浓度贡献为55.25%,区域内输送贡献为44.75%,北京东北区域PM_(2.5)外地源主要为河北中部、河北南部、天津和山东,所占贡献为9.67%、9.01%、7.90%和7.99%.污染物主要来源为生活源、交通源和工业源,分别占比39.6%、34.6%和20.0%.而实际上北京在唐山、保定采取一系列控制措施后仍在研究时段内出现高PM_(2.5)浓度,意味着在同样天气形势下需要对河北中部、河北南部、天津和山东等浓度贡献占比大的城市加强减排管控才能有效减缓高PM_(2.5)浓度的出现.     

南京冬季一次重霾污染事件PM2.5区域传输收支分析

利用WRF-Chem模式对2015年12月21—23日南京一次重霾污染过程进行模拟.基于合理的模拟评估,采用大气传输通量计算法,着重分析了此次霾污染过程中模拟的南京地区PM_(2.5)的传输收支特征,以及周边地区大气污染物传输对南京市PM_(2.5)变化的贡献.结果表明,此次霾污染过程中,本地源与外来源区域传输共同影响着南京市的空气质量.PM_(2.5)的跨区域传输是此次重霾污染发生和消亡的重要因素.在霾污染事件的形成维持阶段,南京地区是作为周边地区PM_(2.5)的接收区,大气污染物主要由南京的西边界输入,大气污染物的外源输入是南京PM_(2.5)污染的主要贡献来源,占南京PM_(2.5)污染的84%.在霾污染事件的消亡阶段,南京地区则是作为周边地区PM_(2.5)的源,大气污染物主要由南京的东边界持续向外输出.     

2013年1月中国东部地区重污染过程中上海市细颗粒物的来源追踪模拟研究

大气PM_2.5是当前我国城市和区域面临的最突出的大气污染问题,然而PM_2.5及其关键组分污染的来源不清,严重制约了人们对PM_2.5 的科学认知和污染防控的步伐.本研究以2013年1月中国东部地区一次典型重污染过程为研究案例,利用CAMx三维模型中耦合了物种示踪机制的颗粒物来源追踪方法,探讨和揭示了中国东部地区代表性城市上海及周边地区共4个源区(上海、苏南、浙北、大区域)、8类污染源(包括燃烧源、生产工艺过程、流动源、生活面源、挥发源、扬尘源、农业源、天然源)对上海城区大气中PM_2.5及其关键组分包括水溶性无机离子(SO^2-₄、NO^-₃、NH⁺₄)、元素碳(EC)和有机碳(OC)的污染贡献.研究结果表明,2013年1月份中国东部出现严重灰霾污染期间,上海城区PM_2.5的主要区域贡献为上海本地污染源排放累积(PM_2.5浓度贡献平均为55.4%±22.3%)和长距离输送(38.4%±20.0%).上海地区8类主要排放源中,扬尘源贡献均值最大,达到30.7%±31.8%,其次为燃烧源18.2%±15.6%、流动源18.6%±17.5%、挥发类源16.9%±18.0%.对上海市PM_2.5组分的源解析研究发现,燃烧源对细颗粒物中硫酸盐和硝酸盐的浓度贡献最大,其浓度贡献分别达到56.2%和55.9%.铵盐中72.4%来源于挥发类源贡献,元素碳约78.3%来自于交通源贡献.挥发类源排放和流动源是主要的有机气溶胶贡献源,浓度贡献分别为36.2%和32.5%.     

基于LMDI分解方法的河北省PM2.5排放驱动因素分析

研究了河北省1990—2015年PM_(2.5)的排放总量及各个产业部门的排放量分布,并应用LMDI模型对五大部门PM_(2.5)排放变化的驱动因素进行了较全面的分解分析,以找出每个部门中PM_(2.5)排放变化的关键驱动因素.同时,通过对原始数据的整理分析和模型计算,结果发现:①工业、生活消费、农业部门是河北省PM_(2.5)排放的三大来源.其中,工业部门是PM_(2.5)排放的最主要贡献部门,占PM_(2.5)总排放量的70%;生活消费部门的贡献位居第二,占比约24%.②对于生产端,经济规模总量扩张是PM_(2.5)排放量增加的最主要原因;能源利用效率的提高和污染治理工艺水平的改进使得各部门的排放强度减弱,明显缓解了PM_(2.5)的排放增长,部门经济结构的优化也可带来明显的减排效应.③对于消费端,人均收入的提高促进了PM_(2.5)排放的增加,倡导绿色消费模式可以有效减缓PM_(2.5)排放.根据以上结论,本研究通过找到各部门存在的问题,为河北省大气污染治理提供参考和借鉴.     

2015年12月北京市空气重污染过程分析及污染源排放变化

2015年12月,北京市及周边地区连续多次出现重污染天气.在此期间,北京市空气重污染应急指挥部两次发布红色预警.为厘清该月重污染的发生过程、生消变化,测算了应急措施下的污染源排放变化情况,并采用数值模拟和地面观测相结合的分析方法,对重污染的形成原因进行初步分析,同时对应急措施的环境效果进行评估.结果表明:1虽然2015年12月北京市主要大气污染物排放量较去年同期有所下降,但排放强度仍然较大,是重污染过程的内因;气象扩散条件不利是重要的外因,地面风速弱,大气稳定度高,相对湿度高,边界层高度降低,源排放及气象因素共同导致了此轮重污染过程.2红色预警应急措施可实现污染物日排放强度减少36%左右,PM_2.5浓度下降11%~21%,预警的应急措施不能扭转重污染的态势,但对于缓解PM_2.5污染加重趋势有明显的效果.3在重污染天气下,污染物仍在大气中累积,应急措施最明显的效果发生在实施后的48~72 h后,因此建议在PM_2.5浓度快速上升前36~48 h实施减排措施,从而对空气质量预报准确性提出更高的要求.     

荆州市大气污染物周边源影响域的气候模拟研究

以大气污染物协同控制与精准治理的需求为导向,开展湖北省荆州市大气污染物的来源分析.基于FLEXPART-WRF模式揭示了2008—2017年荆州市PM_2.5周边源"影响域"的季节气候特征,估算了大气污染物区域传输和局地排放的相对贡献,确定出不同季节的大气污染物主要传输通道.结果表明,荆州地区PM_2.5主要"影响域"为湖北、湖南、河南和安徽省.不同季节湖北省外源传输对荆州PM_2.5"影响域"的贡献率分别为春季50.4%、夏季33.9%、秋季42.6%、冬季43.0%和年均45.1%.春季3条区域传输通道分别为北通道（沿南阳盆地-荆州）、东通道（沿长江航道-荆州）以及南通道（沿雪峰山-荆州）;夏季主要为南通道;秋、冬季分别为北通道、东北通道（沿大别山低山丘陵-荆州）及东通道.针对荆州主要3类重污染天气型的典型个例"影响域"分析表明,高压静稳型PM_2.5污染主要来源于本地排放,省内贡献率达87.8%;低压倒槽型PM_2.5污染主要来源于偏南输送和本地累积,省内贡献率达55.0%;冷锋输送型PM_2.5污染主要来源于北路区域传输,省外贡献率达77.2%.对于冬季重污染期间,建议重点围绕荆州本地与省内荆门、襄阳、孝感、天门、潜江、武汉、随州、宜昌及省外常德、南阳、信阳等地开展协作,加强区域间大气污染联防联控.该项研究可为区域大气污染精细化管控与靶向治理提供科学依据.     

2013-2015年上海市霾污染事件潜在源区贡献分析

统计分析2013-2015年上海市每个月不同空气质量等级天数比重,根据HYSPLIT（Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory）后向轨迹模型对3年内的12月份影响上海地区的污染气团进行了综合聚类分析和逐年聚类分析.在综合12次严重霾事件的后向轨迹基础上,结合上海实时公布的PM_2.5小时浓度资料,对潜在源贡献因子PSCF（Potential Source Contribution Function）和浓度权重轨迹CWT（Concentration-weighted Trajectory）进行分析与比较,研究重霾期间影响上海PM_2.5质量浓度的潜在源区及不同源区对PM_2.5质量浓度的贡献差异.结果显示,上海市3年期间12月份霾颗粒物外来源主要输送渠道为西北路径和北方路径,源自于西北方向的气团比重占总气团的50.4%,北方向的气团几乎都经过海洋后进入上海地区.影响上海地区PM_2.5质量浓度的潜在源区主要分布在安徽、江苏和山东地区,此外江西北部、浙江北部、河北南部及山西少部分地区也对重霾事件中的污染物颗粒有一定程度的贡献.     

廊坊市秋冬季大气细颗粒物污染特征及来源解析

分析了2019～2020年秋冬季廊坊市北部、市区和南部这3个站点的大气细颗粒物及其化学组成.空间分布上,PM_2.5浓度整体为：南部>市区>北部.PM_2.5主要成分为有机物、硝酸盐、硫酸盐、铵盐、矿物组分、氯离子和元素碳,分别占PM_2.5的质量分数为25.4%、21.5%、11.0%、11.5%、13.7%、3.5%和5.8%,金属元素及其他物质的质量分数分别为0.3%和7.2%;二次无机盐浓度呈现市区(28.7μg·m^-3)高于北部(28.0μg·m^-3)和南部(26.8μg·m^-3)郊区的变化特征,而有机物(其浓度分别为16.6、13.0和18.5μg·m^-3,由北向南,下同)、矿物组分(9.6、6.7和9.7μg·m^-3)、氯盐(2.0、2.0和2.8μg·m^-3)和元素碳(3.6、3.2和4.3μg·m^-3)浓度呈现南部和北部郊区高于市区的变化特征.随...