基于城市面板数据的PM2.5对公共健康的影响

基于Grossman健康生产函数,利用2008~2017年全国280个城市的面板数据,以PM_2.5为空气污染的代表指标,探讨中国空气污染与公共健康之间的动态关系,考虑到公共健康的空间效应,采用空间计量模型进行实证研究.结果表明,在未考虑空间效应的情况下,PM_2.5浓度每增加1%,城市总人口死亡率增加0.040%;考虑空间效应后,PM_2.5浓度每增加1%,城市总人口死亡率增加0.0606%.PM_2.5污染对公共健康具有显著的负面影响,由于存在空间溢出效应,PM_2.5污染对城市公共健康水平的影响程度增加,表明忽视空间相关性的存在,会低估PM_2.5污染对公众健康的影响;而经济发展水平的提高以及产业结构的调整对公共健康有较强的改善作用.     

河南省春节和疫情影响情景下PM2.5组分特征

2020年1月我国爆发了新型冠状病毒疫情,期间我国各地区大气污染源排放特征发生了显著改变.为研究该情景下PM_2.5组分特征,本研究于2020年1月1日~2月13日利用在线观测仪器对郑州、安阳和新乡市进行连续观测.根据春节假期和疫情爆发,将研究时期分为春节前（1月1~23日）、春节疫情期（1月24~31日）和节后疫情期（2月1~13日）.受疫情和有利的气象条件影响,节后疫情期间郑州、安阳和新乡市除O₃外其它污染物浓度较春节前均明显下降,其中NO₂和PM_2.5的降幅分别为65%、52%、72%和51%、55%、54%,但是污染物浓度仍较高,表明未来河南省冬季大气污染的较大幅度改善面临巨大挑战.从颗粒物组分来看,二次无机盐和有机物是观测期间PM_2.5的主要组分.春节疫情期3个城市受烟花爆竹的影响较小,并且硝酸根和扬尘的贡献相比春节前轻微下降.节后疫情期间郑州、安阳和新乡市PM_2.5中硝酸根浓度和占比显著下降,占比降幅为10.6%、4.1%和4%;硫酸根和有机物的占比上升,其中二次有机碳的贡献增大.以郑州市为例分析硝酸盐生成,相比春节前,节后疫情期间不同污染时段硝酸根的占比均下降,但硝酸根仍是污染时段PM_2.5中占比最高的组分.日变化特征表明节后疫情期间大气中O₃浓度和湿度的增高可能促进了NO₂的转化,因此下一步应采取PM_2.5和O₃的协同管控,重视NO₂和VOCs的协同减排.     

深圳市城区VOCs对PM2.5和O3耦合生成影响研究

为了探究珠江三角洲城市大气PM_2.5和O₃的协同污染特征,在深圳市大学城开展了秋季光化学反应活跃季大气污染加强观测.发现O₃日最大8h平均值(O₃_8h)和PM_2.5在日间具有较强的正相关关系,且O₃_8h与典型挥发性有机物(VOCs)甲醛的相关性显著高于NO₂.利用气溶胶质谱仪在线测量了亚微米气溶胶化学组成,并利用正交矩阵因子模型(PMF)对其中有机气溶胶进行来源解析,解析出5类因子,其中二次有机气溶胶(SOA)占总有机物浓度的50%.通过对污染物之间的相关性分析发现,O₃_8h和SOA具有良好的相关性,但与硝酸盐(NO₃^-)未表现出相关性,说明VOCs在深圳城区大气PM_2.5和O₃耦合生成过程中的作用比NOx明显,VOCs减排是深圳市协同控制PM_2.5和O₃污染的关键.     

2013~2019年上海早晨接地逆温指标与PM2.5定量关系研究

利用2013~2019年上海宝山观象台08：00时高分辨率气象探空资料识别SBI并计算其3个指标（垂直温差、厚度、强度）,发现在易污染月份（11月、12月、1月、2月）上海早晨SBI的发生频次为35.7%,垂直温差、厚度、强度分别为3.7℃、118m、3.6℃/100m.2013~2019年出现接地逆温的频次有所下降,但其3个指标均没有显著的年变化趋势.当出现接地逆温（SBI）时,2019年易污染月份早晨的PM_2.5浓度高达61.9µg/m³,较无逆温（NTI）时偏高了79%,表明SBI是促发早晨PM_2.5污染的重要气象条件之一.SBI的大气动力热力条件呈现水平风速降低（69%）、边界层通风能力下降（18%~44%）、垂直层结稳定（Ri>0.25）和低温（降低42%）、高湿（上升10%）的特点,非常有利于PM_2.5的局地累积和二次非均相生成,使得2013~2019年早晨的PM_2.5浓度较NTI时偏高了20%~107%.PM_2.5浓度与SBI的垂直温差、厚度都显著正相关,分别拟合为二次非线性关系（P<0.05）,然而与强度的相关性不显著.当接地逆温的垂直温差大于4.6℃、或者厚度大于100m,PM_2.5浓度超过100µg/m³,可作为判别PM_2.5重污染天气的参考阈值.     

COVID-19期间区域大气高污染发生的非线性动力机制

以长株潭城市群3个城市（长沙、株洲和湘潭）疫情期间（2020年1月24日~2020年5月31日）大气PM_2.5和O₃小时平均浓度时间序列数据为研究对象,对污染物日变化规律、长期持续性、多重分形性及自组织演化动力学特性进行研究.以期阐释疫情期间高污染事件发生及演化的内在动力机制.首先,对3个城市PM_2.5和O₃质量浓度的日变化规律进行分析,发现O₃呈现出昼高夜低的单峰型,而PM_2.5日变化规律表现出昼低夜高单峰型,与非疫情期间的特征有所差异.进一步,应用消除趋势波动分析法（DFA）、多重分形消除趋势波动分析法（MFDFA）和概率统计分析,研究了大气复合系统中PM_2.5和O₃质量浓度序列的长期持续性和多重分形结构.结果发现3个城市PM_2.5和O₃浓度序列均具有显著的长期持续性特征和较强的多重分形结构,同时,应用去趋势互相关分析法（DCCA）方法和多重分形去趋势互相关分析法（MFDCCA）对PM_2.5和O₃两者之间的互相关性进行了分析,发现PM_2.5-O₃之间的互相关也存在显著的长期持续性特征以及在不同时间尺度存在多重分形特征.进一步将疫情期间得到的非线性分析结果与2018年和2019年同期非疫情期间的结果进行了对比分析.最后,基于自组织临界理论（SOC）探讨了大气PM_2.5和O₃浓度时空演化的内在动力规律,并结合典型区域气象特征,阐明了SOC内禀动力机制可能是COVID-19疫情期间大气高污染形成的主导机制之一.疫情期间大气PM_2.5和O₃浓度并非分别独自演化,而是依然保持复杂的相互作用.静稳气象条件下,大气复合污染内部的非线性耦合作用可能达到动力学临界状态,将导致长株潭城市群在疫情期间仍有发生大气高污染的风险.     

基于PM2.5来源解析的减排方案制定

为定量解析PM_2.5浓度与排放源削减比例之间的关系,利用WRF-NAQPMS/OSAM模式对2017年12月京津冀及周边地区“2+26”城市的PM_2.5浓度变化和来源解析进行了模拟,并基于来源解析结果对各城市进行了迭代减排实验.结果表明,各城市削减本地排放源的效果最为显著,由于受化学生成影响引起的排放源和PM_2.5浓度之间的高度非线性关系,使得线性减排方案具有较大的局限性.各城市排放源削减引起的PM_2.5浓度变化主要由排放源的一次贡献和化学生成的二次贡献组成,其中化学生成的二次贡献浓度与行业解析结果的函数之间存在显著的线性关系.随着排放源的削减,清洁期间PM_2.5浓度中各组分的浓度随之下降,污染期间硝酸盐、二次有机气溶胶、铵盐等浓度不降反升,这为迭代减排方案中物种的选择提供了指导意义.     

农村散煤替代对PM2.5污染影响及健康效益评估——以河南省为例

基于2016年河南省农村污染物排放清单,采用县级优化模型,设置了基准和散煤治理2种情景,评估了2025年1月份河南省农村散煤替代的减排潜力,利用空气质量模型（WRF-CMAQ）模拟其对PM_2.5污染改善的贡献,并采取泊松回归模型分析了相应的居民健康效益.结果表明,由于围护结构改造的成本较低及保温效果显著,其与采暖设备的组合技术在河南省农村家庭是最适合推广的采暖技术.在散煤治理情景下,2025年1月河南省农村居民燃烧源的SO₂,NO_x,CO,PM₁₀,PM_2.5,VOCs,NH₃排放量与基准情景相比分别下降了98.3%,82.6%,99.8%,99.2%,98.8%,98.2%和99.4%.散煤治理情景下河南省2025年1月PM_2.5浓度模拟结果与基准情景相比下降4.1μg/m³,可以避免2220人过早死亡,带来23.5亿元经济效益.     

2015~2019年日照市PM2.5长期变化特征及其潜在源区分析

利用2015~2019年山东省日照市PM_2.5质量浓度和气象要素的小时数据,对日照市PM_2.5季节污染特征和日照市海陆风特征进行了分析,并基于HYSPLIT模式计算了5年逐日02：00、08：00、14：00和20：00（BTC）的48h后向轨迹,不仅通过轨迹聚类分析和潜在源区分析探讨了日照市不同季节PM_2.5主要传输路径和其轨迹污染特征及其潜在源区分布和贡献,也分析了海陆风对日照市污染物的影响.结果表明：日照市PM_2.5呈现冬季最高、夏季最低的分布特征,监测站点颗粒物浓度在偏西北风影响下较高.日照市不同季节主要输送路径存在差异：春季主要受到偏东和偏北方向气流影响;夏季在副热带高压影响下主要受到来自海上的较为清洁的偏东气流影响;秋季主要受到西北和偏东气流影响;冬季主要受西北和偏北气流影响.整体而言,不同季节受偏西至偏南气流影响时,日照市对应的PM_2.5浓度较高.日照市海陆风春秋季多,夏冬季少;在海陆风影响下,日照市PM_2.5污染和臭氧污染呈现不同的分布特征,且在不同PM_2.5污染等级下,PM_2.5浓度日变化特征也与其在非海陆风日的日变化有所差异.污染潜在源区分析结果表明,日照市最主要的潜在源区位于山东省临沂市、潍坊市、青岛市和江苏省连云港市.     

华北平原和山区城市PM2.5和O3变化关系比较分析

利用2015~2019年环境监测数据,对比分析华北地区平原城市保定市和山区城市张家口市PM_2.5和O₃变化和相关关系.结果表明：保定市PM_2.5夏低冬高,O₃夏高冬低,日变化为午后单峰型,而张家口市PM_2.5浓度低,日变化幅度较弱,冬季O₃日变化为午后峰值和凌晨5：00左右弱峰值双峰型.张家口市冬季全天及春夏秋季夜间O₃浓度显著高于保定市,甚至夏季出现夜间O₃超标异常,最高浓度达到202μg/m³,反映了平原城市和清洁山区大气物理化学过程变化的影响.PM_2.5和O₃在4~9月为正相关,11~3月为负相关;保定市PM_2.5-O₃相关系数日变化呈单峰型,张家口市为双峰型变化,凌晨和午后各有一峰值,华北地区平原污染区和高山相对清洁区,大气复合污染物PM_2.5和O₃作用关系的日变化及季节特征具有明显差异.     

有机固废燃烧烟气中PM2.5的过滤比较研究

垃圾焚烧是PM_2.5的重要来源之一,目前焚烧烟气系统中无有效去除PM_2.5的控制单元.在实验室探究了几种过滤介质对木屑、猪五花肉、污泥这3种有机质固体废物燃烧产生的PM_2.5的去除效果.这几种过滤介质包括：涤纶针刺毡、聚四氟乙烯（PTFE）覆膜滤料、偏聚氟乙烯（PVDF）微滤膜、石墨烯及其组合.PTFE覆膜滤料+PVDF微滤膜的组合对木屑燃烧产生的PM_2.5的过滤效果最好,可以达到97.45%.双层PVDF微滤膜对猪五花肉和污泥燃烧产生的PM_2.5过滤效果都最好,分别为99.39%和98.03%.根据实验结果和SEM-EDS分析,PVDF微滤膜对碳组成的颗粒有较高的选择性截留效果.叠加使用过滤介质可以提高对PM_2.5的过滤效率,但双层过滤可能会增加阻力,不利于对大量废气进行除尘处理.