气溶胶辐射效应对气象和环境影响的观测与模拟研究

选取2015年和2019年不同代表年份,结合外场观测和数值模拟,分析了天津地区不同季节不同天气(晴天、多云、霾)下,气溶胶辐射效应对整层大气透过率和地表入射太阳辐射的影响,以及这种影响在不同年份的差异.借助WRF-Chem模式模拟分析了重污染期间气溶胶辐射效应对垂直方向上气象要素廓线、边界层结构以及PM_2.5浓度的反馈机制.结果表明:霾污染可导致大气透过率明显下降,春、秋、冬不同季节,霾污染导致中午大气透过率分别下降0.09,0.11和0.09.全年平均霾污染可导致大气透过率降低约15.5%.云量的增多也可导致大气透过率明显下降,多云天气下大气透过率相比晴天减小约22.4%.霾和云对大气透过率的影响还与太阳高度角有关,当太阳高度角>60°时,霾污染导致大气透过率下降8.6%.随污染等级提高,气溶胶对太阳辐射的衰减作用也越强,天津地区空气质量分别为Ⅰ～Ⅰ级时,中午地表入射短波辐射呈稳定下降趋势,依次为484,446,439,342,328和253W/m².重污染期间,气溶胶辐射效应导致大气低层(250m以下)降温(0.8℃)增湿(3.8%...     

基于遥感监测的工地和裸地扬尘排放与管控

以北京市昌平区为研究对象,基于遥感监测并结合排放系数法,分析了工地和裸地扬尘源分布、扬尘排放特征和管控情况.结果表明,不同规模工地总面积相差不大,其中小型工地数量占绝对优势,大、中型工地防尘到位率高于小型工地.与工地相比裸地总面积大、数量多、单位面积小,管控难度相对更大,防尘到位率最低.北七家镇和沙河镇工地面积占全区工地总面积的40%,城市建设由回天地区向北发展.回天地区和与之相邻的沙河镇、北七家镇防尘到位率较高,百善镇、崔村镇及北部的三个山区镇防尘到位率较低.昌平区2021年工地和裸地扬尘TSP排放量分别为48285,2756t,裸地扬尘仅为施工扬尘的6%.与无管控措施的理论值相比,工地和裸地扬尘均减排了25%,其中回天地区工地和裸地扬尘管控成效优于其他地区.本研究将本地化排放模型和遥感解译综合应用于扬尘排放量估算,可以解决采用非本地化排放因子对排放量的低估问题,为促进工地和裸地扬尘测算本地化、提高时空精度和更新效率提供了一种思路.     

基于多源碳卫星融合产品的中国地区XCO2与人为CO2排放时空变化

准确评估大气CO₂浓度和人为CO₂排放时空变化对于减缓温室气体排放导致的气候变化至关重要,因此,本文基于GOSAT和OCO-2卫星数据融合生成的全球长时间序列、时空连续的Mapping-XCO₂产品,研究2010～2020年中国大气CO₂柱浓度(XCO₂)时空变化特征以及卫星监测人为CO₂排放能力.结果表明:Mapping-XCO₂与中国大气本底站观测存在较高的一致性,具有良好的适用性;2010～2020年中国XCO₂呈现东高西低的空间分布,年均XCO₂为400.4×10^-6,年增长速率为2.47×10^-6;非生长季XCO₂异常可刻画人为CO₂排放时空变化,各省级行政区非生长季XCO₂异常与人为排放清单EDGAR和ODIAC的相关系数分别为0.71、0.67;2010～2020年京津...     

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.      

光学复杂水体中水色参数反演的不确定性评价

湖泊水色遥感为大范围、长时序监测湖泊水质提供了可能性,遥感反射率对构建水环境参数反演模型具有重要意义。该研究以太湖和乌梁素海为研究区,结合Landsat-8 OLI数据及已有的算法对透明度、悬浮物、藻华等参数进行验证,比较了不同级别反射率产品(大气顶部反射率(TOA)、经瑞利校正后的反射率(R_rc)、地表反射率(SR))在参数反演中的不确定性。结果表明：(1)浑浊水体反射率高于清澈水体,TOA在可见光波段反射率明显提升,R_rc和SR更符合水体光谱曲线特征,且R_rc稳定性优于SR;(2)透明度模型SDD_Song在乌梁素海的效果优于太湖,SDD_Zhang模型则相反,SPM_Cao模型在2个湖泊的精度均高于SPM_Wen模型,FAI_Rrc和FAI_SR结果具有一致性;(3)不同级别的反射率产品误差表现为TOArcrc     

基于GF-6的翅碱蓬生长密度遥感定量反演

翅碱蓬作为辽东湾湿地典型生境植被,其生长密度可直观地反映盘锦蓝色海湾整治行动修复效果。本研究以高分六号(GF-6)卫星影像为数据源,基于野外实测数据,开展翅碱蓬生长密度遥感定量反演。研究发现：(1)翅碱蓬生物量湿重与各植被指数的相关性比干重更为显著,基于转换型土壤调整指数(transformed soil-adjusted vegetation index, TSAVI)的二次多项式回归分析模型是翅碱蓬生物量遥感反演的最优模型;(2)本研究基于实测数据构建的翅碱蓬生长密度模型,对不同覆盖情况的翅碱蓬群落均具有较好适用性,实测验证R²>0.97,符合生长密度遥感反演精度要求,且算法中的土壤线系数具有一定的鲁棒性。本研究可为滨海湿地保护修复效果评估提供技术支持。     

2020年中国大气臭氧对慢性阻塞性肺病死亡影响的疾病负担分析和健康经济学评价

大气臭氧暴露对人群慢性阻塞性肺病(chronic obstructive pulmonary disease, COPD)的影响不断加剧.为评价大气臭氧暴露对COPD的不良影响,量化与大气臭氧暴露相关的COPD死亡负担以及相应的健康经济损失,本研究收集了2020年我国31个省(自治区、直辖市)臭氧浓度高峰季(4—9月)数据、社会经济及人口数据,基于已有研究中确立的大气臭氧暴露与COPD死亡的暴露-反应关系,以世界卫生组织2021年提出的臭氧浓度高峰季平均值(60μg/m³)为参考,分别估算我国大气臭氧暴露的COPD归因死亡人数和经济损失.结果表明：(1) 2020年我国大气臭氧暴露的COPD总死亡风险比为1.12[95%CI (95%置信区间)为1.00～1.21].(2) 2020年我国大气臭氧暴露的COPD归因死亡人数为10.12×10⁴人(95%CI为0.00～17.49×10⁴人).(3) 2020年我国大气臭氧暴露造成的COPD的健康经济损失为2 131×10⁸元,占GDP的0.21%.研...     

霾过程大气消光系数时间序列混沌特性分析

霾是气溶胶与特定多尺度过程（大气边界层、天气和气候过程以及大气化学过程）复杂相互作用的结果 .利用成都市2015—2017年地面能见度、PM2.5质量浓度和相对湿度的逐时观测数据,通过Koschmieder’s公式反演了研究时段内6次霾过程大气消光系数时间序列.在分析霾过程统计特征基础上,基于相空间重构理论,分别计算了6次霾过程大气消光系数时间序列的最佳嵌入维数m和最佳延迟时间τ,探讨了不同时间序列非线性特征量（饱和关联维数、Kolmogorov熵以及最大Lyapunov指数）的指示意义.结果表明,霾过程大气消光系数为（1.83±0.77）km-1,其中轻微霾及轻度霾、中度霾和重度霾的样本占比分别为34.2%、20.8%和45.0%.霾过程大气消光系数时间序列有弱混沌特性,对应的最大可预报时间尺度介于7～25 h.上述成果深化了对霾系统演化不确定性的认知,并为霾过程大气消光系数预报及演化机理的后续研究奠定了基础.     

天津大气稳定度特征及基于湍流扩散系数优化的空气质量数值模拟研究

空气质量模式中湍流引起的垂直混合与湍流扩散系数K密切相关.为避免针对强稳定边界层计算中可能出现“无湍流大气”(即K=0)的异常结果,模式通过预设最小湍流扩散系数Kzmin,定义了K值的下限.检验表明天津空气质量模式整体模拟效果较好,但02:00—08:00存在系统性偏高的问题.针对这一问题,本文在天津大气稳定度特征分析和模式评估基础上,利用气象塔和系留获取真实湍流扩散系数,试验性修正重污染期间Kzmin取值,以期探索提升稳定层结条件下天津空气质量模式PM_2.5模拟能力.结果表明：天津不同大气层结稳定度占比分别为4.91%(强不稳定)、9.33%(不稳定)、18.86%(弱不稳定)、50.29%(中性)、13.00%(较稳定)和3.61%(稳定).大气稳定条件下PM_2.5浓度(62.6μg·m^-3)相较不稳定和中性条件(38.8μg·m^-3)升高61.3%,02:00—08:00稳定大气层结占比显著提升(28.2%),模式对该时段PM_2.5浓度模拟存在系统性高估现象(9.3%)....     

《大气污染防治行动计划》实施的环境健康效果评估

为了定量评估《大气十条》实施带来的环境健康效益,本文首先依据PM_(2.5)浓度和人口数据,分析2013～2017年全国人口加权浓度的变化,其次利用Ben MAP模型对全国338个地级及以上城市2013年PM_(2.5)基准情景和2017年PM_(2.5)控制情景进行分析,定量分析全国31个省(市)及338个地级及以上城市减少过早死亡人数.结果表明,由于PM_(2.5)浓度大幅下降,2013～2017年全国PM_(2.5)人口加权浓度呈逐年下降趋势;北京、天津、河北等京津冀及周边地区减少过早死亡人数最多. 2017年全国280个城市避免过早死亡人数有所增加,58个城市避免过早死亡人数有所下降.以WHO过渡期第1阶段目标值(PM_(2.5)年均浓度为35μg·m-3)作为控制情景,估算2013年全国过早死亡人数约为101 293人,2017年约为41 080人,《大气十条》的实施大约避免60 213人过早死亡.依据支付意愿法调查结果,估算增加的健康效益约为549. 7亿元.