大气污染防治的新阶段:减污降碳协同增效

一、“协同”是深入打好污染防治攻坚战的关键在《说文解字》中,“协同”的解释是“协,众之同和也。同,合会也”。所谓协同,是指协调两个或者两个以上的不同资源或者个体,共同一致地完成某一任务的过程或能力。减污降碳协同增效中的“协同”则是指在污染防治过程中,实现污染物减排的同时也减少碳(温室气体)的排放,或在实施降碳政策措施的同时也带来污染物的减排。

全球甲烷控排对我国的启示

甲烷是全球第二大温室气体,其排放量占全球温室气体排放总量的16%,仅次于二氧化碳。在全球变暖的背景下,甲烷控排对于各国达成气候目标意义重大。本文通过分析联合国气候变化框架公约(UNFCCC)附件1国家向联合国提交的国家信息通报(NC),以及中国最新的国家信息通报和两年更新报(BUR),系统总结了国内外甲烷排放现状、来源特征和政策措施(P&M)以及甲烷减排效果和目标。分领域归纳总结了主要附件1和非附件1国家在能源、农业和废弃物三个领域的主要减排政策和措施,分析了我国甲烷排放现状、控排政策措施及存在的问题,并通过对比分析国际经验提出了对我国甲烷控排的启示。研究结果显示,我国甲烷排放规律与全球基本一致。现阶段甲烷控排的关键技术和管理政策体系都需要进一步攻关健全,核算方法学及监测规范需要进一步研究。在加大控排力度的同时,应加强利用市场化手段促进甲烷减排。

全球发达国家CH_(4)排放现状及特征分析

基于《联合国气候变化框架公约》(UNFCCC)附件一国家提交的1990年至最新清单年份(2020年)温室气体排放数据,探讨了附件一国家排放现状、演变趋势和关键排放源。结果表明:(1)2020年UNFCCC附件一42个国家CH_(4)总排放量为187223.10万t CO_(2)当量,美国、俄罗斯联邦和澳大利亚CH_(4)排放量总和已经占到总排放量的60%。(2)与1990年相比,2020年UNFCCC附件一国家/集团CH_(4)排放整体呈下降趋势,美国、俄罗斯联邦、澳大利亚、欧盟(公约)和欧盟(京都议定书)分别下降14.79%、29.69%、24.01%、40.56%和40.34%,而土耳其、西班牙、新西兰和爱尔兰分别增加了50.62%、2.49%、3.97%和7.91%。(3)主要发达国家CH_(4)排放主要来自农业和能源部门,其次是废弃物部门。其中,在农业部门主要来自肠道发酵,其次是粪便管理;能源部门的CH_(4)排放主要来自燃料的逃逸排放;废弃物部门的主要排放源是固体废物填埋处理。

基于系统动力学的京津冀区域减污降碳政策仿真研究

京津冀地区作为我国最早开展污染协同治理的区域,一直在探索区域污染协同治理的政策性改善措施.为探究不同减污降碳政策对京津冀区域污染治理效果的影响,构建了一个由经济、能源、人口、环境、科技及政策6个要素组成的区域减污降碳系统动力学模型,综合考虑废水、废气、固体废物等污染物以及CO_(2)对环境的影响,研究4种情景下不同政策组合对区域减污降碳的效果.结果表明:①从区域整体治理成效看,除经济增长政策外的所有政策情景均表现出明显的治理效果.产业结构调整政策、能源结构调整政策和环保投入政策下的环境相对污染度在2030年将分别下降13.789%、0.282%、8.852%.②从各污染物评价指标看,经济增长政策更有利于降低废水污染物排放量和单位GDP能耗,产业结构调整政策更有利于降低固体废物、废气和CO_(2)等污染物排放量.③相较于单一政策,组合政策能够进一步降低环境相对污染度,但随着组合数量的增加,减污降碳效果并未表现出明显的政策协同效应.研究显示,虽然减排政策对不同污染物治理表现出不同的政策效应,但产业结构调整仍然是实现京津冀区域减污降碳的关键途径.

北京地区沙尘天气及其影响

通过对北京地区1954(2001年气象台站的天气现象的观测资料以及最近几年20多个台站资料的分析.结果表明,北京一年中的沙尘暴主要集中在每年的春季(3～6月份),其中4月份的沙尘暴发生次数为全年最高,约占所有沙尘暴的50%;北京沙尘暴、扬沙和浮尘天气现象发生的频次有减少的趋势;北京地区沙尘天气的发生有一定的周期性变化规律;北京地区主要是以扬沙天气为主,占总沙尘天气的74.15%,其次是浮尘天气(18.09%)和沙尘暴(7.76%);北京地区的沙尘天气在空间分布上不均匀;北京地区沙尘天气现象与天气气候背景、周边和本地地表生态系统、本地建筑工地以及裸露地等有密切的关系;沙尘天气对北京重污染的贡献较大.

中国典型城市固体废物可降解有机碳含量的测定与研究

城市固体废物填埋处理产生的甲烷是一种重要的温室气体,城市固体废物中可降解有机碳(DOC)含量是计算其甲烷排放量的重要因子之一.1996年IPCC指南给出了不同可降解有机碳的公式和不同类型固体废物可降解有机碳缺省值.该缺省值主要来自发达国家的文献,不能完全适合中国的实际情况.选择武汉和沈阳作为我国南方和北方城市的代表,分别在其老城区、新建城区、综合市场、食品超市、垃圾填埋场等区域进行固体废物采样,经过化学分析得到代表城市干基和湿基固体废物的含水率、含碳量和可降解有机碳含量,并对其成分特征进行分析,得到中国城市固体废物可降解有机碳含量推荐值.

2014年北京奥体中心空气质量演变特征

利用中国环境监测总站发布的实时大气环境监测资料,选择北京国家奥林匹克体育中心(下称北京奥体中心)为研究对象,分析了2014年全年北京奥体中心空气质量演变特征.结果表明:12014年全年北京奥体中心首要污染污染物为PM_(2.5),其次是NO_2,而PM_(2.5)和PM10出现中度污染以上的污染事件主要集中在冬季和春末秋初;2PM_(2.5)、PM_(10)、SO_2、NO_2、O_3和CO等主要污染物的年均质量浓度分别为89.75、141.12、21.83、64.26、48.60和1 210μg/m^3.其中年均ρ(PM_(2.5))是GB 3095—2012《环境空气质量标准》二级标准限值(35μg/m^3)的2.6倍,年均ρ(PM10)也是其二级标准限值(70μg/m^3)的2.0倍,年均ρ(SO_2)略高于其一级标准限值(20μg/m^3),而年均ρ(NO_2)则高于其标准限值(40μg/m^3);3北京奥体中心全年逐月ρ(SO_2)/ρ(NO_2)都小于1.00,年均值为0.37,反映出北京目前硝酸型污染特征越来越明显;4针对不同污染等级下各类污染物质量浓度的分析结果显示,严重污染时ρ(PM_(2.5))和ρ(PM10)平均值分别高达324.75和494.98μg/m^3,分别是世界卫生组织(WHO)《空气质量准则》推荐24 h平均浓度准则值的13和10倍,其浓度如此之高会对人体健康造成严重危害;5ρ(PM_(2.5))年均24 h变化趋势表明,ρ(PM_(2.5))具有明显的日变化特征,出现2个峰值,高峰值出现在午夜时分(23:00—翌日01:00),次高峰值出现在上午(09:00—11:00),最低值出现在下午(15:00—17:00),次低谷值则出现在凌晨(05:00—07:00),说明ρ(PM_(2.5))除与混合层高度日变化特征密切相关外,还与人们的日常生活有一定联系.

中国城市固体废弃物甲烷排放研究

甲烷(CH4)所引起的温室效应仅次干CO2,固体废弃物填埋处理所产生的CH4作为总的人为温室气体排放源的一部分,估算其排放量对于计算大气中整个温室气体增加所引起的气候效应具有重要的作用和意义。在以往研究的基础上,通过对典型城市生活垃圾的采样分析,确定了最近几年中国城市固体废弃物(MSW)中可降解有机碳(DOC)的含量,并根据IPCC计算CH4排放量的方法以及全国不同区域废弃物管理程度状况,估算得到CH4排放量在全国范围内从东部到西部逐渐减少,且在1994-2004年排放量逐年增加。

2013—2016年天气形势对北京秋季空气重污染过程的影响

我国北方秋冬季节的空气重污染过程已经成为影响人们生活的重大环境事件,不仅受到公众和科研工作者的广泛关注,也已成为各地各部门政策制订者最为重视的关键问题之一.针对众说纷纭的空气重污染过程的形成机理、治理方案、控制对策等,利用2013—2016年秋季(9—11月)中国环境监测总站公布的逐时空气质量监测数据,重点对北京奥体中心站的空气重污染过程的演变进行了分析.结合中国气象局发布的天气形势分析图,系统地分析了我国4 a来秋冬季节出现大范围空气重污染过程的气候背景.结果表明:秋季我国东北和华北地区出现持续时间长、影响范围广的空气重污染过程,除了排放源的影响之外,天气形势同样起着重要作用.2013—2016年秋季北京奥体中心的PM_(2.5)污染状况仍以优良天气为主,其间中度及以上污染的持续时间虽然不长,但其影响〔高ρ(PM_(2.5))〕也不容忽视.秋季北京奥体中心ρ(PM_(2.5))日均值超标(二级)日数占25.8%,其中2014年最为严重,超标日数达44 d,占37.4%.通过对空气重污染过程与我国传统节气的对比分析发现,入秋后我国北方首次出现持续48 h以上的空气重污染过程分别是在秋分和寒露两个节气,而最严重的空气重污染过程则出现在寒露和霜降两个节气.从时间序列来看,4 a来北京奥体中心ρ(PM_(2.5))没有特别显著的改善,优良时数占60%左右,而中度以上的污染时数则维持在25%左右,但严重污染事件〔ρ(PM_(2.5))≥250μg/m^3〕的有效时数则有明显的变化.此外,白天污染物的浓度明显低于夜晚.研究还发现,西伯利亚高压指数的异常偏低往往会导致持续时间长、影响范围广和污染强度强的重度污染事件.

利用静止卫星资料跟踪沙尘天气的发生、发展及其传输

利用静止气象卫星(GMS 5)高分辨数字资料(展宽数字资料,S VISSR)和低分辨模拟云图(WEFAX),结合沙尘暴在云图上的主要特征为,建立两种方法利用GMS资料显示沙尘暴的发生、发展和传输过程。并利用EP TOMS卫星遥感资料结合地面气象观测记录,分析了2000年4月24日～26日和2001年3月21～22日影响我国的大部分地区的典型沙尘暴天气过程。揭示了沙尘天气对大气环境质量的影响。沙尘天气发生时北京出现5级重污染天气,大气可吸入颗粒物浓度从2001年3月19日的0 253mg m3猛增到3月22日的0 616mg m3,增加了将近2 5倍。从沙尘天气传输路径上若干城市2001年3月15日至25日大气可吸入颗粒物浓度的逐日变化,在长江中下游地区的几个城市大气颗粒物浓度的峰值出现在3月23日,这说明此次沙尘天气的影响范围很广。

大气污染物与温室气体减排协同效应评估方法及应用

基于二维四象限图构建了一个量化大气污染控制和温室气体减排协同效应的评估指标,建立了量化评估协同效应方法;针对《大气污染防治行动计划》评估中能源结构调整和产业结构调整措施进行了协同效应量化实施效果评估。结果显示:所有实施的减排污染物的措施均有正的CO_(2)减排协同效应,应该积极鼓励和推荐。实现CO_(2)和SO_(2)减排最大协同效应的措施是减少煤炭消费总量;此外,电力替代煤炭和油品、天然气替代燃煤等也可以实现较大的SO_(2)减排,但其CO_(2)的减排效果相对较小;淘汰小型燃煤锅炉可以实现较高的NO_(2)和CO_(2)减排;淘汰落后产能和化解过剩产能等也有较高的协同效应;SO_(2)和CO_(2)协同效应评估指数最高的是能源消耗下降措施,其次是燃料替代措施;NO_(2)和CO_(2)协同效应评估指数最高的是淘汰燃煤锅炉措施,其次是天然气替代燃煤措施;烟尘和CO_(2)协同效应评估指数最大的是燃煤替代措施,其次是能源消耗下降措施。2013—2017年《大气污染防治行动计划》能源结构调整和产业结构调整部分措施的实施,实现了SO_(2)减排2264.78万t,NO_(2)减排656.1万t,烟尘减排469.18万t,同时实现了CO_(2)减排14.62亿t,具有显著的正向协同效应。

湖泊流体动力学模型及其应用

从二维浅水非固定流的控制方程和湖水稀释自净方程出发 ,建立了一个湖泊流体动力学模型。并根据天津于桥水库的实际情况 ,对该水库引水期和非引水期的水污染情况进行了模拟试验。试验结果表明 ,在设置水库初始质量浓度为零的情况下 ,引水期开始后 ,TN由果河入库处逐渐向库中心扩散。 96h后基本上扩散到整个水库 ,随后出现稳定的分布状态。水库中出现一些高值中心与水库的基本形态和动力参数(如水库形状、边摩擦、底摩擦以及风应力等参数 )有关 ;在非引水期 ,于桥水库的总磷、总氮等污染物的分布较引水期变化缓慢、简单 ,而且 ,污染物的含量相对较小。

我国春季沙尘暴研究

利用ＧＭＳ卫星遥感资料，结合地面气象观测资料和中尺度每小时数值模拟，对１９９８年４月和２０００年４月发生的强沙尘大气演变过程进行了详细的分析，初步确定了影响我国的沙尘暴起始源地，并将我国的沙尘暴天气划分为Ｕ变化型（停滞型）和移动型（锋面气旋型等）．详细分析了低涡型沙尘暴和东北低涡型沙尘暴的发生。

利用EP/TOMS遥感资料分析我国上空沙尘天气过程

利用EPTOMS卫星遥感资料,并结合地面气象观测记录,分析了影响我国典型沙尘暴天气的发生、发展和传输过程。定义了使用EPTOMS气溶胶指数定量描述沙尘天气强度的指标体系,并对1998年3—4月间发生的沙尘天气的强度及其演变进行了详细的分析。结果表明:利用EPTOMS气溶胶指数并结合气象观测资料,可以对大规模的沙尘天气进行及时判别、监视,并预报影响范围及传输路径;同时,利用TOMS气溶胶指数建立起来的指标体系可以半定量化地描述沙尘暴天气的强度和影响范围。

中国北方沙尘气溶胶时空分布特征及其对地表辐射的影响

该文通过对1978年以来的TOMS气溶胶指数分析,揭示出我国北方地区沙尘气溶胶的时空分布特征和长期演变规律,并结合地面辐射资料分析了沙尘气溶胶对太阳辐射的影响。研究表明,我国北方地区3、4月份大气气溶胶指数有两类高值区,一是沙尘源区,另一是影响区。影响我国沙尘天气的境外初始源区大气气溶胶指数的峰值集中在0.2附近,北路源区绝大部分气溶胶指数区域面积强度集中在0 3～0 4之间,西北源区和南疆盆地区的峰值集中在0.4附近,整个北方地区气溶胶指数的区域面积强度的峰值集中在0.3附近。沙尘暴天气发生和影响期间,随气溶胶指数出现峰值地面太阳总辐射和入射辐射相应出现低谷,源区两者之间有比较好的负相关关系,而影响区的相关性相对较小,说明在影响区大气气溶胶来源相对复杂。

人为排放气溶胶引起的辐射强迫研究

利用建立的大气气溶胶辐射强迫模式，对我国历年大气气溶胶（ＴＳＰ和硫酸盐气溶胶）引起的直接辐射强迫进行了计算，并给出其全国分布。得到了一些有意义的结果：我国大气气溶胶引起的辐射强迫与我国能源，特别是燃煤的消耗量密切相关，随着消耗量的增加，大气气溶胶（ＴＳＰ和硫酸盐气溶胶粒子）引起的辐射强迫也增加；指出在利用辐射模式讨论大气气溶胶引起的直接辐射强迫时，不能忽视扬尘和沙尘的作用；我国由于大气气溶胶引起的直接辐射强迫主要集中在工业比较发达的城市或地区，四川盆地由于其特殊的地理位置和气候条件，在该地区因大气气溶胶产生的辐射强迫始终比较大。

中国干旱地区未来大气降水变化趋势分析

对我国的历史气候资料进行了分析 ,特别对我国华北地区的大气降水的时空分布进行了详细分析 ,在联合国政府间气候变化协调委员会 (IPCC)推荐的若干个全球气候变化模式中选择了 5个比较公认的模式 ,对我国未来 (2 0 30年 )大气降水的变化趋势进行了初步分析 ,并总结了 5个模型预测结果 。

2020年春节期间京津冀及周边地区2次大气重污染过程分析

基于环境空气质量监测数据、天气实况资料、能源与主要大气污染物排放量数据,分析了2000年以来我国主要大气污染物的排放量和能源结构的演变,讨论了我国申请排污许可证企业主要污染物允许排放量空间分布,揭示了2020年1月下旬-2月中旬京津冀及周边地区发生的2次大气重度污染过程的形成原因。结果显示:全国取得排污许可证的企业中,73%的VOCs排放企业、62%的NOx排放企业、48%的颗粒物排放企业聚集在京津冀及周边地区,密集的排放源为重污染形成提供了充分的污染物和前体物;气象条件对2次典型大气重度污染过程起着至关重要的作用,第一次(1月25-28日)是高压主导型的污染过程,高压抑制了污染物水平扩散,同时大气低层有逆温,抑制了污染物垂直扩散;第二次(2月9-13日)是低压前部型污染过程,由于地面伴有弱低压,并有较强逆温,抑制了污染物扩散;烟花爆竹燃放对PM2.5浓度的影响基本只有5~10 h,对2次重度污染过程的影响有限。京津冀及周边地区改善环境空气质量任重道远,提出科学的大气污染防治政策,研发适宜的污染防治技术,采取可持续的措施与行动,完善相关标准体系等是真正实现大气环境质量改善的关键。

湖泊流体动力学模型及实验

从二维浅水非恒定流的控制方程出发 ,建立了一个二维湖泊流体动力学模型。并根据天津于桥水库的实际情况 ,对该水库引水期和非引水期的湖水流场的不同情况进行了模拟试验。结果表明 ,在引水期水库的流场达到稳定状态时 ,水库流场有一个自东向西的水流主要通道。还对水库出口处有初始水体流速的情况进行了模拟。模拟的结果与于桥水库的实际污染物浓度分布基本一致。

宁夏的沙尘暴天气及防沙治沙的对策建议

通过对宁夏地区气象台站沙尘天气历史记录的分析 ,给出了宁夏地区沙尘天气的空间分布规律和时间演变情况 ,并结合对宁夏荒漠化地区的实地考察内容 ,初步提出宁夏防沙治沙对策建议。