乌鲁木齐市大气污染物NO_(2)输送路径及潜在源分析

为深化对乌鲁木齐市大气污染物NO_(2)的传输路径和潜在来源的研究,文章利用2017—2022年OMI遥感监测对流层NO_(2)垂直柱浓度(VCD)数据分析了乌鲁木齐市NO_(2)浓度的大气污染特征,运用后向轨迹模型、潜在源区贡献分析法和浓度权重轨迹分析法,揭示了不同季节NO_(2)潜在源区及其对研究区NO_(2)VCD的贡献变化趋势。结果表明:五年来,乌鲁木齐市NO_(2)VCD波动下降,各区NO_(2)VCD在2020年春夏季变幅最大,降幅介于18.45%~35.25%之间;空间上高污染区范围持续缩小至人口基数较大的中心城区;乌鲁木齐市大气NO_(2)污染的气团轨迹受山盆体系的地形影响较大,春、秋、冬三季来自哈萨克斯坦境内的长距离气流频率持续提高(2022年占比分别为25.74%、21.11%、41.83%);影响NO_(2)污染的潜在源区呈现显著季节变化特征,秋冬季源区分布广、贡献度高,而春夏季源区分布狭窄、贡献度低。潜在源区主要为本地源和西部源区,本地源区作为重度污染源区出现在秋冬季,对NO_(2)污染的贡献逐渐增强,源区范围逐渐收缩至乌鲁木齐市沙依巴克区和达坂城区;西部源区主要为中度污染区,近年来向西扩展至伊犁哈萨克自治州西南部、阿克苏地区以及巴音郭楞蒙古自治州等区域。

新疆“乌-昌-五”城市圈对流层NO_(2)、SO_(2)时空变化特征

文章利用多轴差分吸收光谱仪(MAX-DOAS)在2017-2018年对"乌鲁木齐-昌吉-五家渠"("乌-昌-五")城市圈进行市中心定点监测和城际车载移动监测,研究对流层NO_(2)、SO_(2)VCD时空分布规律及影响因素,结果表明:(1)"乌-昌-五"城市圈2017-2018年NO_(2)、SO_(2)VCD均值呈现下降趋势,表现为乌鲁木齐、昌吉NO_(2)VCD呈增加趋势,五家渠略有下降;昌吉和五家渠SO_(2)VCD依然增加,乌鲁木齐显著下降;季节变化为冬秋季高于春夏季。污染浓度在空间上出现层次结构,具有多个高值区,由市区向外围逐渐降低,并在城市圈下风向出现污染聚集。(2)NO_(2)、SO_(2)VCD的污染重心各季节都处于乌鲁木齐东南部的商业区,低值区处于昌吉和五家渠;从转移距离来看,NO_(2)和SO_(2)不同污染等级区中基本上都是在春季-夏季间转移距离最长,扩散强度最大,说明在春季-夏季污染扩散最强。不同季节NO_(2)高污染扩散强,污染范围广,而SO_(2)扩散较弱,污染范围小。后向轨迹表明冬春季气流散乱,不利于大气污染的扩散,夏秋季气流轨迹长、速度快,对污染物搬运稀释作用强。(3)通过回归分析发现,在人文方面第二产业和机动车保有量对污染的贡献较大,其对NO_(2)、SO_(2)VCD的贡献解释度分别为32.1%和38.6%,38.1%和35.1%。气温和风速是影响污染物聚集、扩散的主要因素,其对NO_(2)、SO_(2)VCD的贡献解释度分别40.9%和61.1%,40.2%和49.4%。三面环山的喇叭口地形,使得污染物由南到北扩散。

克拉玛依市NO_(2)和SO_(2)垂直柱浓度特征分析

为研究新疆克拉玛依市NO_(2)和SO_(2)污染状况,了解其时空分布特征及影响因素,2018年利用地基多轴差分吸收光谱仪(MAX-DOAS)在克拉玛依市进行固定点监测和车载移动环城监测获取NO_(2)和SO_(2)垂直柱浓度数据。研究表明:1)克拉玛依市NO_(2)和SO_(2)气体的日变化规律呈“U”型变化特征,NO_(2)垂直柱浓度一般在9:00~11:00、17:00~19:00浓度值较高,11:00~17:00浓度值较低;SO_(2)垂直柱浓度一般在11:00~13:00、15:00~17:00浓度值较高,13:00~15:00浓度值较低。即早晚高中午低。2)季节变化规律:NO_(2)和SO_(2)浓度皆表现为冬季>秋季>春季>夏季的变化特点。整体上同一时段内NO_(2)垂直柱浓度比SO_(2)垂直柱浓度值偏大。3)克拉玛依市NO_(2)和SO_(2)垂直柱浓度与风向风速密切相关,表现出风速越大污染范围越大。又由于特殊的地理条件和气象要素导致污染物的聚集,难以及时向外扩散。4)后向轨迹分析表明,克拉玛依市污染物主要源于外地。在外来区域传输影响中,克拉玛依市主要受到西北方向气团(占比为51.12%~75.83%)远距离传输和偏东方向气团(占比为14.0%~26.37%)近距离传输的影响。

基于多轴差分光学吸收光谱测量北京地区对流层NO_(2)的研究

由于二氧化氮(NO_(2))在大气的物理和化学机制进程中有着十分重要的作用,并且对环境、气候以及人体健康产生影响,合理、有效地监测和控制大气中NO_(2)浓度已成为十分重要的课题。地基多轴差分吸收光谱(MAX-DOAS)仪是利用太阳散射光的被动DOAS仪器,相较于小范围测量的点式仪器、利用光源和反射装置的主动DOAS仪器,具有时间分辨率高、高灵敏度、测量范围广和不受搭建平台制约等优势特点。2018年在北京中国气象科学研究院(116.32°E,39.95°N)开展了基于地基MAX-DOAS的对流层NO_(2)全年连续观测,采集得到原始吸收光谱并运用光谱处理软件QDOAS进行反演得到NO_(2)斜柱浓度(SCD),选择较为简单的几何近似方法计算求出大气质量因子(AMF),从而将NO_(2) SCD转换为垂直柱浓度(VCD),据此研究分析了北京地区NO_(2) VCD月均值和季节均值变化、季节的日平均变化以及一周内日平均变化的特征。结果表明,北京地区对流层NO_(2) VCD随季节变化较为明显,呈现冬季最高而夏季最低的趋势,其中冬季季节均值达到2.94×10^(16) molec·cm^(-2),为夏季的1.6倍,不同季节的日均变化一般在下午表现出明显的差异,最大相差为2.17×10^(16) molec·cm^(-2)。一周内每日的浓度变化有一定规律性,周日平均浓度较其他时间降低17%左右,出现了一定程度的周末效应。通过将地基MAX-DOAS观测结果和地面国控站点官园监测站(116.339°E,39.929°N)2018全年数据结果进行对比,显示出两者变化趋势具有好的一致性,相关系数r可达0.81。研究表明,地基MAX-DOAS不仅可以对区域污染气体如NO_(2)的实时快速监测及变化规律的研究分析提供一种有效手段,也可以对其他数据来源进行校验。

中国能源金三角NO_(2)时空格局及其驱动因子

利用臭氧监测仪(OMI)提供的大气污染监测数据,结合产业结构、汽车保有量、国家政策措施等,通过城乡NO_(2)浓度差异的排放源分析方法提取能源金三角(EGT)地区2005~2019年对流层NO_(2)垂直柱浓度时空变化特征并探讨影响区域大气NO_(2)浓度驱动因素.结果表明,EGT煤炭化工源NO_(2)浓度与第二产业产值增速的相关系数为0.71(P<0.05),说明本文方法所提取的长时序煤炭化工源NO_(2)浓度能有效地指示产业结构调整和政策措施变化.NO_(2)浓度从2005~2011年的90.56molc/m^(2)增加至2012~2015年的720.77molc/m^(2),再下降至2016~2019年的247.36molc/m^(2),反映EGT经济发展模式经历了从小规模、中污染的点模式逐步发展成大范围、重污染的粗放模式,再到大范围、低污染的精工模式.与京津冀、华中、长三角等地区相比,EGT交通和工业排放对城市源NO_(2)污染贡献的变化特征进一步反映城镇化水平的发展和产业结构的优化.与OMI相比,高分辨率对流层观测仪(TROPOMI)能在短时序上提供丰富的影像细节信息,且随着观测时长的增加,有望增强长时序大气NO_(2)污染的精准监测.

乌鲁木齐北部郊区NO_2柱浓度特征研究

郊区是NO_2不可忽视的排放源。基于地基多轴差分吸收光谱技术(Multi-Axis Different Optical Absorption Spectroscopy,即MAX-DOAS),分析乌鲁木齐北部郊区(农业区)对流层NO_2垂直柱浓度(vertical column densities,即VCD)特征,以了解其变化规律和分布特点。研究表明:观测期间,每天NO_2柱浓度高度不同,但是每天的变化趋势基本相同,早上NO_2柱浓度比较高,11:00左右达到第1峰值;2017年3月3—16日NO_2平均柱浓度11.58×10^(15)molec/cm^2;5月8—19日的日变化趋势更显著,第1峰值出现在10:00左右,比3月份要早,NO_2柱浓度平均值为7.42×10^(15)molec/cm^2;3月份和5月份乌鲁木齐郊区(农业区)NO_2柱浓度变化整体趋势相当,符合双峰的变化,3月份NO_2柱浓度大于5月份NO_2柱浓度。

中国二氧化硫的时空分布及主要排放来源研究

随着城市化进程的加快和经济的快速发展,中国已成为世界第三大二氧化硫(SO_(2))排放国,人类健康和社会经济的可持续发展面临着严峻的挑战.基于OMSO_(2)e产品分析了2005~2020年中国区域大气SO_(2)柱浓度的时空格局变化,并利用MEIC排放数据和社会经济数据探讨影响中国10大经济分区SO_(2)变化的主要因素.结果表明:16年间SO_(2)呈现波动下降的趋势,新疆和青藏高原地区略微增长,其余地区均呈现显著降低的趋势.SO_(2)年际变化较大,整体呈现东高西低的空间分布格局,北部沿海和黄河中游地区年均值和变异系数最高.SO_(2)与工业源、居民源、电力源、交通源及第二产业占GRP比重呈现正相关,与人口密度、工业废气治理设施和工业废气治理费用呈现负相关.排放源的变化直接影响了SO_(2)的变化.本研究为各地区制定相关的减排政策和生态环境保护提供了理论依据和参考.

宁夏银川地区临水RC柱腐蚀性病害成因研究

为了调查宁夏银川地区临水RC柱的服役现状,为其剩余寿命预测以及混凝土耐久性设计提供参考。对该地区服役期临水RC柱进行了实地调研,分别采用水质分析仪、XRD以及回弹法,对水源的成分、水面以上病害混凝土的成分以及未腐蚀和腐蚀混凝土强度进行了测定。结果发现银川地区临水RC柱水面以上50cm范围内的混凝土发生了从表面结晶、坑蚀、混凝土保护层脱落到核心混凝土溃散、柱侧移的不同程度病害。通过分析水源和水面以上病害混凝土物理和化学成分发现,硫酸钠和硫酸镁的结晶及其结晶水是混凝土病害的主要原因。研究还发现,临水RC柱水面以上混凝土病害程度的影响因素从大到小依次是:SO_(4)^(2-)浓度>服役年限>混凝土设计强度。

基于EMI-Ⅱ的火山区域二氧化硫反演研究

利用差分吸收光谱技术(DOAS)反演了我国第二代星载大气痕量气体差分吸收光谱仪(EMI-Ⅱ)的SO_(2)斜柱浓度(SCD),并通过辐射传输模型SCIATRAN建立了SO_(2)大气质量因子(AMF)的查找表,经去条带处理后获得SO_(2)的垂直柱浓度(VCD)。以2021年10月底拉帕尔马岛火山区域为研究对象,基于EMI-Ⅱ数据反演的SO_(2)VCD与国外同类型载荷TROPOMI的结果一致,相关性系数R分别为0.89、0.90、0.92。此外,还将汤加海底火山的SO_(2)反演结果与TROPOMI的监测数据进行对比,结果表明,EMI-Ⅱ观测结果与TROPOMI一致,都观测到此次SO_(2)羽流的自东向西的传输过程。结合风场数据,计算了2022年1月14—15日汤加海底火山爆发产生的SO_(2)排放通量,结果表明,利用EMI-Ⅱ载荷反演的火山区域SO_(2)VCD可靠性高,可实现全球火山爆发预警。