“京津冀”地区煤炭相关产业链的体现能核算与政策分析

目前,我国面临的大气污染问题愈发严重,尤其在"京津冀"地区更为突出。而煤炭相关产业链的能源消耗结构及其污染物排放是导致此问题的重要原因之一。本研究基于2012年"京津冀"地区各省、市的能源平衡表,通过区域间能源调配模型,绘制了煤流和能流桑基图,厘清了"京津冀"地区2012年煤炭相关产业链的物质与能量走向,并运用了投入产出法系统核算了"京津冀"地区煤炭相关产业链的体现能与24种污染物排放量。研究结果表明:(1)"京津冀"地区的原煤主要依赖调运,属于净煤炭进口地区。(2)原煤的直接使用在"京津冀"地区的煤炭相关产业链中占有非常大比重。将体现能角度分析的结果与能量角度分析的结果对比,可以发现煤化工产业在煤炭相关产业链中的潜在能量消耗仍然具有较大的贡献。(3)焦炭是终端消费能量的主要来源,也是体现能的主要贡献源。(4)在煤炭转化能源利用效率上,"京津冀"地区2012年煤炭相关产业链洗选煤、煤制品加工、炼焦三个环节的效率分别为87.77%、92.46%、90.97%,稍低于中国2012年96.16%的利用效率。(5)原煤、焦炭的直接消费和炼焦过程对"京津冀"地区2012年煤炭相关产业链七种主要污染物的贡献率最大。为了有效减少"京津冀"地区煤炭相关产业链的污染物排放,需要对原煤、焦炭的直接消费和炼焦过程采取相应的减排政策和措施。本研究可以为"京津冀"地区煤炭相关产业链提高能源利用效率、减少体现能和污染物排放、采取改进措施提供一定的理论支持和政策建议。     

京津冀区域重污染期间PM2.5垂直分布及输送

2016年12月17～19日重污染期间,在天津市武清区高村开展车载系留气球颗粒物浓度垂直观测,并以观测数据为基础,计算了区域内PM_(2.5)传输通量.结果表明重污染过程期间,大气混合层较低,约200 m左右,PM_(2.5)浓度垂直分布特征与混合层高度密切相关,混合层以下,PM_(2.5)浓度较高,垂直变化特征不显著,形成明显的污染层,混合层以上,PM_(2.5)浓度迅速降低并维持在降低水平.观测期间,粒径小于1. 0μm颗粒物浓度较高,粒径大于2. 2μm颗粒物浓度较低,近地层粒径为0. 777μm颗粒物浓度最高.颗粒物浓度粒径谱分布与相对湿度和混合层高度相关,高湿度和低混合层下颗粒物浓度粒径谱分布较宽泛.观测期间,PM_(2.5)在西南方向上的传输通量最高,占总传输通量的63. 3%,其中46～156 m和156～296 m高度之间PM_(2.5)传输通量最高.近地面300 m内PM_(2.5)传输主要以西南方向传输为主,300 m以上传输方向较分散.     

京津冀大气污染的时空分布与人口暴露

经济的快速发展和城市化导致京津冀地区的空气质量不断恶化,已经引起学术界广泛的关注.为了揭示近年来京津冀地区大气污染状况,本研究基于中国空气质量在线监测分析平台发布的PM_(2.5)、PM_(10)、SO_2、CO、NO_2和O_3_8 h_max长期监测数据,采用统计学的方法分析了2014—2018年京津冀13个市这6种污染物的时空变化特征,结合各城市人口数据,评估了在此背景下该地区PM_(2.5)和O_3_8 h_max的人口暴露风险.结果表明:京津冀地区PM_(2.5)、PM_(10)、SO_2、CO和NO_2近年来整体上呈下降趋势,而O_3_8 h_max则呈上升趋势.总体而言,PM_(2.5)、PM_(10)、SO_2、CO和NO_2表现为冬季最高、春秋季次之、夏季最低的特征,而O_3_8 h_max则表现为夏季春季秋季冬季的特点,并在月变化上呈倒"V"型,从1月份开始逐渐上升,在6月份达到峰值,而后又逐渐下降.空间上,PM_(2.5)、PM_(10)、SO_2、CO和NO_2呈现南高北低的分布特征,而O_3_8 h_max在2014—2016年呈现北高南低的分布特征,但在2017—2018年则呈现南高北低的分布特点.此外,京津冀北部地区PM_(2.5)的来源主要是一次气溶胶,而二次气溶胶是中部地区PM_(2.5)的主要来源.除秦皇岛、承德和张家口外,其他城市细粒子在颗粒物中占的比重较大.随着近年来PM_(2.5)浓度的降低,暴露于高浓度的PM_(2.5)中的人口比例逐年减少,但距离年平均浓度限值还相差很远.除2014年外,暴露在O_3浓度超标情况下的人口在2015—2017年逐渐上升.     

京津冀地区城市臭氧污染趋势及原因探讨

采用Kolmogorov-Zurbenko（KZ）滤波分析了2013~2018年京津冀地区13个城市的臭氧最大日8h滑动平均（O₃-8h）序列,评估污染趋势并探讨原因.KZ滤波分离出的O₃-8h短期、季节和长期等3个分量分别占原始序列总方差的32.7%、63.9%和3.4%,各分量之间相互独立;以滤除了中短期过程影响的长期分量进行比较,京津冀地区远高于柏林、巴黎和伦敦等欧洲城市,与美国洛杉矶20世纪90年代初和最近4年状况相当,普遍低于上海和南京等长三角主要城市.但是,2013~2018年京津冀地区各城市臭氧污染加剧显著,长期分量升高速率达2.31~7.12 μg·（m³·a）^-1,均值为4.97 μg·（m³·a）^-1,快于长三角地区.拟合结果提示,臭氧浓度升高受气象条件影响不大（贡献比均值约为9.6%）,主要由大气污染排放变化造成（90.4%）,将该排放变化拆分为PM_2.5下降和臭氧前体物排放变化两项,其贡献比均值分别是27.3%和63.1%,其中北京-廊坊-天津城市带PM_2.5下降对臭氧升高贡献较大,分别为50.8%、32.5%和36.7%,衡水则达到48.6%.PM_2.5浓度降低已成为北京、衡水等地臭氧升高的最关键因素,这意味着需进一步减少前体物排放,以抵消PM_2.5降低导致臭氧增加的反作用.需要指出,该结果尚待实验和模型模拟验证.     

臭氧-生物活性炭对微污染原水中典型持久性有机物的去除效果

以长三角地区J市典型有机微污染水源P水厂为研究对象,考察了臭氧-生物活性炭深度处理工艺对微污染水源水中有机物的去除效果.结果表明,臭氧-生物活性炭深度处理使高锰酸盐指数、总有机碳(TOC)和UV254的平均去除率分别提升19. 2%、10. 4%和23. 0%.水厂原水中检出8种多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbon,PAHs)、16种有机氯农药(organochlorine pesticides,OCPs)、5种卤乙酸(haloacetic acids,HAAs),其总浓度分别为53. 9~100. 0、6. 5~41. 8、2. 5×103~1. 1×104ng·L~(-1),臭氧-生物活性炭深度处理对多环芳烃和有机氯农药的平均去除率分别为32. 5%和25. 9%,比常规处理工艺出水的水质有显著提升.卤乙酸的去除率为33. 8%~87. 0%,主要通过常规处理工艺去除;臭氧-生物活性炭深度处理对氯代乙酸略有去除,溴代乙酸有少量生成.     

京津冀生态屏障区人类活动对生态安全的影响

使用SWAT（Soil and Water Assessment Tool）和InVEST（Integrated Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs）模型分别模拟计算了滦河和潮河流域水源涵养、面源污染、干旱特征和生境质量等指标,在此基础上使用压力-状态-响应（PSR）模型建立了生态安全评价体系,以面源污染、生境质量和土地利用特征等人类活动对生态安全的影响作为切入点,以子流域为评价单元,评价了研究区生态安全,分析了各层指标对生态安全的影响.结果表明,2010年和2015年研究区总体生态安全状态等级均为敏感级,生态安全评分综合指数分别为0.50和0.48.研究区生态系统整体较为稳定,空间上各子流域之间生态安全状态存在较大差异.面源污染和城镇扩张等人类活动对生态安全的影响较大.林地和草地评分较低,可能与种植结构和景观格局有关.水源涵养量值增加和生境稀缺性值下降,说明加大水源涵养能力建设和降低生境稀缺性是提高生态安全的有效措施.     

2019年10~12月京津冀及周边“2+26”城市重污染减排效果评估

为评估京津冀及周边区域重污染过程期间应急减排措施的效果,基于情景模拟的方法,采用NAQPMS模式和多种观测资料,分析了2019年10~12月期间京津冀及周边区域环境空气质量、重污染过程和气象条件概况,评估了模式24、72和144 h的PM_2.5预报效果,并对应急减排措施的效果和不确定性进行了讨论.结果表明,2019年10~12月京津冀及周边"2+26"城市PM_2.5平均浓度64 μg ·m^-3,同比降低了10 μg ·m^-3;区域性重污染过程4次,受影响城市重污染过程期间PM_2.5平均浓度156 μg ·m^-3."2+26"城市PM_2.5气象条件评估指数（EMI）变化值范围为-15.6%~16.8%,EMI显示北京、天津和石家庄等12个城市气象条件与同期相比变差,变差程度范围为3.2%~16.8%.减排情景模拟分析显示应急减排措施有效减少了区域性重污染过程的发生,污染物峰值浓度降幅明显,未出现区域性严重污染过程.典型重污染期间,北京、石家庄、保定和唐山等城市PM_2.5日均浓度削减2%~9%.区域应急减排措施促使"2+26"城市PM_2.5季度均值分别降低1~3 μg ·m^-3左右,区域性减排效果明显.     

黄土丘陵区不同恢复植被类型的固碳特征

为分析黄土高原水土流失严重区不同恢复植被类型的固碳特征,比较恢复年限和坡向因素对植被碳汇效应的影响,在陕北黄土丘陵区选取了6种典型植被类型（农地、草地、沙棘、柠条、刺槐和山杨）,研究了不同类型的生态系统碳密度及其构成特征.结果表明：①半干旱黄土区植被恢复具有明显的碳汇功能,不同植被组分（地上生物、地下根系和枯落物）碳密度均表现出乔木>灌丛>草地>农地的变化特征.农地0~40 cm土层土壤有机碳密度最低（1355.5 g ·m^-2）,草地、沙棘、柠条、刺槐和山杨较农地分别增加了91.4%、125.2%、144.0%、124.5%和232.6%.②草地、沙棘、柠条和山杨的不同植被组分碳密度和不同土层（0~5、5~20和20~40 cm）土壤有机碳密度随恢复时间的推移总体上表现出增加趋势.③坡向对农地和草地植被碳密度无明显影响,沙棘、柠条、刺槐和山杨不同坡向间的植被碳密度差异明显.土壤有机碳密度存在明显的阴阳坡差异,农地、草地、沙棘、柠条、刺槐和山杨阳坡土壤有机碳密度分别比阴坡减少了22.9%、34.3%、75.8%、49.1%、22.4%和69.4%.④不同类型的生态系统碳密度差异明显,其中农地最低（2022.1 g ·m^-2）,草地、沙棘、柠条、刺槐和山杨较农地分别增加了48.7%、152.8%、125.1%、166.3%和530.7%.生态系统各组分碳密度总体表现为：土壤层>地上生物层>根系层>枯落物层.土壤有机碳构成了农地、草地、沙棘、柠条和刺槐碳密度的主体,分别占生态系统碳密度的67.0%、86.3%、59.7%、72.7%和56.5%.研究结果可为黄土高原地区科学管理生态系统碳库和推进生态环境治理提供重要依据.     

辽宁中部城市群灰霾天气的外来影响——个案分析

利用MODIS卫星资料、空气质量监测资料、地面气象资料及后向轨迹方法,分析研究了2011年10月28-29日辽宁中部城市群一次灰霾天气过程.结果表明:此次辽宁中部城市群灰霾过程主要受京津冀外来灰霾污染的影响;在高压后部弱西南气流天气形势控制下,近地面的西南气流通过辽西走廊和海上通道,将京津冀地区灰霾污染物传输至辽宁中部地区,从而造成辽宁中部城市群灰霾污染过程;MODIS卫星图和后向轨迹图显示的灰霾范围、传输路径及PM10浓度跃变点自南向北推移的时间变化也支持这一结论.虽然“联防联控”是治理区域灰霾污染的重要手段,但也要看到区域灰霾污染的跨区域影响问题.     

基于CMAQ源同化反演方法的京津冀局地污染源动态变化特征模拟研究

利用"Nudging"源同化技术反演了京津冀地区2014年1、3、7、11月SO_2、NO_x的局地动态污染源,并分析其排放源强、特征及地理分布,对比其与初始源的差异,同时检验了反演源的模拟效果.结果表明,SO_2、NO_x污染源存在明显的季节变化,冬季或采暖期排放强度最大.由唐山、北京、天津、廊坊、保定、石家庄、邢台、邯郸构成东北-西南走向的带状污染物高排放区,最高排放中心主要集中在太行山、燕山山前区域,且排放具有典型的"城市化"特征,即各个城市市区及附近强度最大,周边郊县稍弱.与初始源模拟结果相比,采用反演源更能反映出污染物的时空变化特征,模拟值与实测值较接近,而且对于重污染过程亦具有较好的模拟效果.