2016年京津冀地区红色预警时段PM2.5污染特征与浓度控制效果

2016年12月京津冀地区发生一次重污染过程,北京和天津于12月16日20：00至12月21日24：00,河北省（除张家口、承德和秦皇岛）于12月16日00：00至12月22日18：00发布了重污染红色预警.为研究重污染过程与应急措施的控制效果,基于环境监测数据与模型模拟结果对本次重污染过程的污染物浓度、天气形势与气团输送、区域传输和减排效果进行了研究.本次重污染过程中各地市PM_2.5平均浓度均超过200 μg·m^-3,小时均值峰值为834.5 μg·m^-3.重污染期间气象条件非常不利于污染物扩散,低压控制与气团传输加剧了污染过程.各地市平均本地贡献为47.1%,受天气形势影响传输效果存在一定差异.本次红色预警期间京津冀地区PM_2.5浓度平均下降比例为27.6%,减排效果明显.如果提前实施重污染应急措施,可以使PM_2.5下降浓度有一定提升.提前2 d实施可以使PM_2.5浓度平均下降比例增加4.4%,提前3 d以上效果提升不明显.     

典型优化目标函数下源参数反演性能对比研究

基于外场实验数据,从反演高估率、准确性、稳定性角度系统评估了8种典型目标函数在不同未知源参数反演情形下的反演性能差异.研究发现,不同目标函数反演性能差异显著.仅反演单参数源强时（Q）,对数变换目标函数高估率最大（79.4%）,偏差平方和目标函数准确性最高（P_ARD<50%=82.3%,ARD=（35.3±9.1）%）,目标函数稳定性无明显差异（CV<0.01）.三参数反演（Q,x,y）时,标准化均方根误差目标函数源强高估率最大（98.5%）,对数变换目标函数准确性、稳定性最高（P_ARD<50%=91.1%,ARD=（48.4±9.8）%;CV=0.01）;位置方面,偏差平方和目标函数准确性最高（AD=（36.12±11.39） m）,对数变换目标函数稳定性最强（CV=0.0018）.四参数反演（Q,x,y,z）时,标准化均方根误差目标函数源强高估率最大（98.5%）,对数变换目标函数准确性、稳定性最优（P_ARD<50%=61.7%,ARD=（55.2±16.5）%;CV=0.03）;位置方面,相关系数总体表现最优（AD=（34.37±10.72） m;CV=0.011）.整体上,随反演参数变化,对数变换目标函数源强反演性能最稳定.     

氨排放对华北典型地区冬季二次无机盐生成的影响

为研究氨排放对冬季PM_(2.5)中二次无机盐的影响,设置不同排放情景,应用CMAQ模式对华北地区典型城市——保定冬季无机盐进行了模拟研究。结果表明:将氨气在模式中排放置零的情景下,无机盐质量浓度降低了67.08%;氨排放削减与二次无机盐生成呈非线性关系,大气呈"氨限制"状态;氨排放削减能够有效抑制二次无机盐的生成,当削减幅度为50%时无机盐总体降幅达29.89%,其中硝酸盐、铵盐和硫酸盐降幅分别为53.78%、27.87%和5.64%;氨排放对重污染时段二次无机盐的生成贡献较高,当氨削减幅度为50%时无机盐总体降低40.58%;在当前大气环境下,氨排放削减是保定市冬季控制二次无机盐污染的重要途径。     

长江中下游地区PM_(2.5)传输规律分析

采用WRF-CAMx-PSAT模式对长江中下游地区PM_(2.5)传输规律进行模拟研究,定量估算长江中下游地区典型城市PM_(2.5)空间来源贡献,分析区域传输的季节变化规律。结果表明,典型城市省内年均贡献率为39.7%~83.2%,省外年均贡献率为16.8%~60.3%,秋冬季污染物区域传输贡献较高,春夏季较低。结合后向轨迹模型对长江中下游典型城市—武汉市2015年1月3次重污染过程的空间来源进行分析,发现各过程污染气团来向差异明显,分别由北部、北部偏东、西北部长距离、西北部短距离气团输入。北部气团输入时,区域传输贡献显著。两次重污染过程,山东、安徽、河南、河北4省对其贡献总共为41.5%和48.2%,省内贡献为51.1%和40.3%;当西北部气团输入时,4省对其贡献仅为15.6%,但省内贡献较高,达74.9%。     

城市尺度污染贡献敏感性三维空间分布研究

利用空气质量模型CAMx的源识别模块,建立了城市尺度污染贡献敏感性三维空间分布方法. 以重工业城市唐山为例,设置9 km网格分辨率的基线情景及4层网格（地面,70,130和200 m）且逐层递增1 000 t/a二氧化硫排放量的情景,对2006年1月区域贡献敏感性矩阵进行数值模拟分析,得出小时分辨率的各层网格对全局（整个唐山市）及局部（唐山市市区）控制区域的污染贡献系数矩阵,并利用统计分析及GIS可视化技术,对城市尺度污染贡献的敏感性进行了三维空间演变分析. 结果表明,基于CAMx的城市尺度三维污染贡献敏感性方法可以在空间上定量不同高度网格对整个唐山市的垂直污染贡献差异,并实现了对模拟结果的直观显示,为城市尺度的空气环境规划与管理提供了依据.      

首都国际机场移动源大气污染物排放清单研究

根据收集到的首都国际机场飞行区活动水平数据,采用适合估算各类移动源污染物排放量的方法和排放因子,建立了2013年首都国际机场移动源排放清单。结果表明,首都国际机场2013年移动源NO_x、CO、HC、SO2和PM_(2.5)排放总量为6 287.1 t、3 596.1 t、364.2t、373.4 t和185.0 t,分别占北京市各污染物总体排放的3.4%、0.3%、0.1%、0.4%和0.2%。其中非道路移动源是各污染物排放的最大贡献源,NO_x、CO、HC、SO2和PM_(2.5)排放量的90.7%、86.7%、79.4%、97.4%和81.3%来源于飞机,中型窄体客机及大型宽体客机贡献突出。相较而言,道路移动源排放比例较低,对HC、CO、PM_(2.5)和NO_x各污染物的贡献率为9.1%、8.6%、6.7%和4.4%。通过标准LTO循环方法估算飞机逐月排放,对LTO循环次数与各污染物排放量进行拟合,发现飞机排放的HC、CO、NO_x、SO2和LTO循环次数之间呈现较为明显的正相关关系,从而提出一种本地化的基于LTO循环次数估算飞机污染气体排放量的简单方法。此外,减少滑行时间可有效降低飞机在LTO循环过程中的污染物排放。     

北京市冬季PM_(2.5)污染特征与区域传输影响研究

选取北京师范大学监测点于2015年1月进行PM_(2.5)样品采集,应用离子色谱仪(IC)分析PM_(2.5)中水溶性无机离子质量浓度,采用WRF-CAMx-PSAT模型系统对采样时段PM_(2.5)及典型离子的区域来源进行了模拟。结果表明,采样期间(2015年1月2—20日)与重污染过程(2015年1月13—15日)北京PM_(2.5)质量浓度分别为(105.9±72.6)μg/m~3和(232.2±80.2)μg/m~3,PM_(2.5)中总水溶性无机离子质量浓度分别为(47.4±39.8)μg/m~3和(120.7±23.3)μg/m~3,分别占PM_(2.5)的44.2%和53.9%。SO_4~(2-)、NO_3~-和NH_4~+是水溶性离子的主要组分,非重污染过程和重污染过程这3种水溶性离子质量浓度之和分别占总水溶性离子质量浓度的80.5%和89.3%。模拟结果显示,本地源排放是北京市PM_(2.5)、SO_4~(2-)、NO_3~-、NH_4~+的主要来源,贡献率分别为81.4%、79.5%、58.1%、95.3%,北京周边源排放对PM_(2.5)贡献率较大的有保定、天津、张家口、唐山,这4市占北京周边省市排放源贡献率的72.0%。