污染物跨界输送对珠三角旱季霾的影响过程研究

利用EOF分析方法和HYSPLIT-4轨迹模式对珠江三角洲2005-2015年旱季共251个霾日的天气形势及气团后向轨迹进行聚类,分析了外源污染物跨界输送对珠三角旱季霾发生的影响过程.以2015年1月20日为典型霾日个例,从天气学和物质输送角度对该个例进行研究.结果表明,引起珠三角地区旱季霾发生的外源污染物主要来自珠三角以北的中国大陆地区.霾形成过程中,华北地区700 h Pa高压脊前负涡度平流对应海平面至850 h Pa均有一高压系统,高压东北向气流有利于污染物由从长三角地区输送至珠三角地区.长三角地区平均空气质量通量为负,有质量输出;珠三角地区平均空气质量通量为正,有质量输入.珠三角地区在高压影响的下沉气流控制下,Q矢量散度为正,污染物易积聚成霾.

京津冀污染物跨界输送通量模拟

发展了关键影响因子加权人为源分配方法(WKIF),增添了依赖于气象条件和下垫面类型的生物源,动态更新了气象场和浓度场的边界条件.然后利用WRF-CAMx模式定量给出了四季北京、天津和河北大气边界层中PM2.5、O3、CO、SO2、NO2和NO跨界输送通量和北京净输入或输出通量.结果表明WKIF方法合理反映了中小城市人为源的空间分布特征,模式重要输入参量、初值与边界条件的改进显著改善了WRF-CAMx模式对京津冀地区6个观测站点近地面NOx、O3和PM2.5浓度的模拟.北京向天津冬、春季主要通过西北方向,夏、秋季主要经过偏西方向输入NO、NO2、SO2、CO、O3、PM2.5,输送通量夏季均最小,冬季均最大,且四季北京向天津输入的CO、O3、PM2.5通量显著高于NO、NO2、SO2通量.河北的污染物冬、春季主要通过西北方向,夏季主要经由偏南方向,秋季主要途径偏西方向进入北京;四季北京向河北输入NO和NO2,但跨界输送通量小于20t·d-1;四季河北向北京输入的CO、O3、PM2.5通量远高于北京向河北输送的NO、NO2通量,明显大于北京向河北输送的SO2通量,且河北向北京输入CO、O3、PM2.5通量夏季均最小,冬季均最大;四季北京大气边界层中NO、NO2、SO2最大净输出通量小于50t.d-1,CO、O3、PM2.5净输入或输出通量分别为111～2309、567～6244、715～1778t·d-1.这些定量结果为京津冀区域污染源调控对策的制定提供了科学依据.

大气PM10跨界输送的自组织动力机制--以舟山市为例

我国城市间大气污染物的相互输送作用非常显著.舟山市大气污染物主要来源于长三角地区,本地源影响较小.因此,本文将以舟山市为例,应用频度统计分析方法,研究舟山市大气PM10污染演化宏观动态的统计分布规律.结果发现,舟山市大气PM10小时平均浓度的波动并非随机,而是在0.065~0.324 mg·m-3范围内具有标度不变特征,统计上服从典型的分形幂律分布.同时,为了阐明该分形幂律分布的产生动力机制,基于自组织临界理论,建立了大气PM10跨界输送模型.该模型以污染输送机制、二次颗粒物生成机制、城市内污染迁移扩散机制、大气自净机制这4个主导动力机制为核心,组建了非线性关联迭代算法.新的自组织动力模型的模拟结果定量地解释了舟山市大气PM10污染浓度的分形幂律统计分布规律的产生根源.同时,本研究结合区域风场等气象因素,深入讨论了大气PM10跨界输送的自组织行为机制.

长三角区域城市间一次污染跨界影响

长三角城市群作为我国三大经济圈之一,高强度的能源消耗致使区域大气污染问题十分突出.为了定量弄清城市之间一次污染传输情况,以长三角15个城市的污染排放清单、MM5气象场为基础,利用CALPUFF空气质量模型,模拟测算了长三角区域内城市间一次污染跨界输送影响.结果显示,环太湖地区的上海、苏州、无锡和常州等地由于自身排放强度大而成为长三角一次污染最严重的地区,在以西北风为主的1月,浙北的嘉兴、湖州、杭州和绍兴等城市易受该地区污染南下传输影响;而在以偏南风为主的7月,该地区的污染物又会北上影响苏中的扬州、泰州和南通等城市.各城市一次污染来源分担结果显示,上海、南京、杭州等城市SO2、NOx和PM10的本地贡献率分别在61%、80%和76%以上;在1月,受外来影响较大的城市有舟山、镇江、嘉兴和绍兴,外来影响的总比例SO2、NOx和PM10分别在56%、40%和44%以上;在7月,舟山、南通、扬州、泰州和湖州受外来一次污染较大,SO2、NOx和PM10外来影响的总比例分别为66%、46%和53%以上.综合上述结果,目前长三角城市间一次污染跨界传输已十分显著,这也为区域二次污染的形成与加重提供了条件,区域尺度的大气污染协同控制显得十分必要和紧迫.

东南亚生物质燃烧对我国春季PM_(2.5)质量浓度影响的数值模拟

为研究东南亚生物质燃烧对我国的影响,利用NAQPMS(嵌套网格空气质量预报模式系统)模拟分析了2013年3月我国及东南亚污染物质量浓度分布,以及东南亚国家生物质燃烧对我国ρ(PM_(2.5))的贡献.结果表明:NAQPMS模式可较好地再现ρ(PM_(2.5))的时空演变规律.在我国西南部分地区,东南亚生物质燃烧贡献与当地人为源相当,并且在ρ(PM_(2.5))较高时尤为明显.东南亚生物质燃烧对我国的影响主要有两个路径:第一个路径是缅甸向云南等地的输送,对云南ρ(PM_(2.5))的月均贡献达到20μg/m^3(贡献率为30%),是云南本地生物质燃烧贡献的2倍左右,日均贡献甚至可达到34μg/m3(贡献率为43%),高于我国人为源贡献(28μg/m3)和贡献率(36%);第二个路径是老挝和越南向云南与广西交界的输送,对南宁ρ(PM_(2.5))的月均贡献为10μg/m3,日均贡献高值区间为20~40μg/m3.我国人为源对东南亚的影响较小,对ρ(PM_(2.5))月均贡献率在10%以内,主要集中在越南和东南亚南部沿海城市.东南亚人为源对我国的影响也较小,ρ(PM_(2.5))月均贡献在2μg/m3以下.研究显示,东南亚生物质燃烧对我国特别是西南地区产生的影响不可忽视.