北京地区大气污染物源区特征及与重污染过程的关系

探讨影响北京市区的大气污染潜在源区(印痕)。采用WRF气象模式,对北京地区的气象场进行15年(2000—2014年)长期模拟分析。利用印痕模式,计算15年的逐时印痕分布,统计分析污染物源区的多年平均特性和季节变化。根据空气污染指数API,筛选13年(2000—2012年)秋冬季的实际重污染事例,统计分析其与污染物源区的关系。结果表明:1)逐日平均印痕的形态和分布变化极大,说明影响北京的污染物源区是随时间而动态变化的;2)多年平均的污染物源区大致呈三角形分布,偏西南的一角最强,另外一角偏东,一角大致偏北,北京处于三角形中心以北的位置;3)源区多年的平均形态和分布随季节变化,夏秋季(7月和10月)偏南和西南方向的源区范围扩大;4)根据局地风向频率来判断污染物来源方向是不可靠的,印痕模式包含污染物累积等过程和机制,可以获得合理的污染物源区;5)实际重污染过程与其平均印痕的关系显示,西南方向从石家庄到北京,再往东到唐山这一宽阔山前弧形地带是影响北京大气的最重要污染物源区。

天津市夏季臭氧污染特征及来源的模拟分析

利用Models-3/CMAQ模式系统和高阶去耦合直接技术(HDDM-3D),对天津市2014年7月的臭氧(O3)污染进行模拟,分析臭氧生成的前体物控制区分布规律,量化天津市及周边地区排放的影响。研究结果表明,天津市臭氧浓度分布从中心城区向外部郊区逐渐增高,东南部临海的滨海新区浓度水平最高。天津全市7月的臭氧生成以VOCs控制为主,中部地区(中心城区、北辰区、东丽区、滨海新区)95%以上天数的臭氧处于VOCs控制区,北部远郊(蓟县、宝坻区、宁河区、武清区)以及中部津南区有2/3以上天数受VOCs控制,南部郊区(西青区、静海区、大港区)的VOCs控制区与共同控制区出现的比例相近。山东省排放是天津市夏季臭氧的主要来源,平均贡献占比约为1/4,对天津东南沿海地区的影响尤为突出;河北省排放平均贡献占比约为1/6,主要影响天津西部区县的臭氧水平;天津排放贡献则主要分布在北部的宝坻和蓟县。

基于洛杉矶–北京迁徙人群的大气污染暴露相关急性健康效应标志物的代谢组学研究

采用定组设计,以14名洛杉矶加州大学–北京大学交换学生为受试者,建立基于气相色谱–质谱联用的尿液非靶向代谢组学方法,采用包括(正交)偏最小二乘回归判别分析在内的多种统计方法识别差异物质,并基于色谱–质谱信息进行结构鉴定。通过固定站点监测数据评价研究期间两地的大气污染物暴露,采用混合效应线性模型探索污染物与指征氧化损伤的生物标志物间的关联。结果表明,两地的暴露变化与人体能量代谢、氧化损伤、肠胃菌群、蛋白质与RNA代谢(可能涉及细胞凋亡)等通路变化之间可能存在关联,受试者尿液中的尿囊素、胱氨酸和假尿嘧啶水平在北京显著上升。当以尿囊素作为指征机体急性氧化损伤的标志物时,其变化与0～96小时的PM_(2.5)、0～24小时的CO、24～48小时的NO_2、48～72小时的O_3以及24～72小时的SO_2暴露有较强的相关性。结果表明北京与洛杉矶间大气污染物暴露的差异可能导致受试者体内氧化损伤负担发生变化,同时体内可能产生抗氧化损伤的生理活动,例如通过调动能量代谢通路抵御氧化还原失衡造成的氧化损伤负担。

保定市夏季臭氧污染来源及大气传输影响研究

运用Models-3/CMAQ模式和源排放情景分析扰动法,对河北省保定市2014年7月的臭氧污染来源进行模拟与量化,分析大气传输对保定市臭氧污染特征和来源组成的影响。保定市臭氧浓度分布呈现西部山区低、中部和东部平原区高的特点。研究期间,保定市臭氧污染主要受偏南气团、东南气团和偏东气团的传输影响,污染日中3类传输条件出现的比例分别为28%,39%和17%。在保定市最大8小时臭氧浓度中,跨区域背景的臭氧占比近半。在京津冀及周边地区对保定臭氧的贡献中,河北省贡献最大(约占区域总贡献量的2/5),河南省、山东省和江苏省源排放也有重要影响(均占区域贡献的1/10左右)。在上午,河北中部排放贡献的快速增大以及来自河南和山东的臭氧通过垂直混合向地面输送,导致保定臭氧浓度快速升高;除河北中部地区外,其余地区的贡献变化总体平缓,导致保定午后臭氧高值持续时间长,呈现宽峰型的单峰日变化特征。

成都市夏季臭氧污染的环流分型与来源分析

为探究大尺度环流对成都市O_(3)污染的影响,基于四川盆地700 hPa位势高度场,采用T-PCA方法,将2015—2019年夏季(6—8月)各日的大气环流归纳为5类环流型,并对不同环流型下的成都市O_(3)污染特征与污染来源进行分析。5类环流型中,东北高压型(NEH)和高压底部型(UNF)条件下,四川盆地气温较高,湿度和云量相对较低;对比过去24小时的变温,UNF下四川盆地增温显著,NEH下变化不明显,另外三类环流型(即东南高压型、西北低压型和西北高压型)下则出现不同程度的降温。NEH和UNF下的气象条件更有利于四川盆地O_(3)的光化学生成。研究时段内,NEH和UNF下成都市O_(3)浓度水平和O_(3)超标日比例明显高于另外三类环流型,是夏季发生O_(3)污染的主要环流型。成都市O_(3)污染较重的月份具有较高的NEH和UNF环流型占比。通过对成都市夏季O_(3)来源的模拟分析,发现O_(3)污染主要来自四川盆地内的污染源排放(占55.0%),以成都本地贡献为主(31.6%),其他重要贡献城市包括德阳(5.4%)、重庆(4.0%)、资阳(3.9%)和眉山(2.2%)。然而,不同环流型下成都市的O_(3)来源具有不同特点,NEH下成都平原内部污染传输影响较强,德阳市O_(3)贡献显著增加(占14.9%);UNF下成都市O_(3)污染呈现很强的局地性污染特征,成都市排放的O_(3)贡献占比接近一半(46.8%)。

石家庄市秋冬季大气环流型下的气象和PM_(2.5)污染特征

根据石家庄市2013-2018年秋冬季(当年11-12月和次年1-2月) 11种大气环流型天气条件下的地面和垂直气象特征,归纳出5类大气环流条件,并结合气团传输轨迹和PM_(2.5)浓度监测数据,探讨大气环流条件与石家庄PM_(2.5)污染的关系。在5类大气环流条件中,第Ⅰ类(NW型和N型,天数占16%)的扩散条件最好以西风和西北风为主,风向比较稳定,风速大,边界层高度高;第Ⅱ类(NE型,天数占9%)和第Ⅲ类(E型和SE型,天数占12%)的扩散条件次好,近地面风向分别以北风和东北风为主,风速较大,前者边界层高度中等,后者边界层高度低;第Ⅳ类(A型,天数占37%)的扩散条件较差,近地面风速较低,同时边界层高度低第V类(UM型、C型、S型、SW型和W型,天数占26%)的扩散条件最差,近地面风速很小,风向变化大边界层高度低,低层大气逆温明显。不同大气环流条件下气团的传输路径存在差异,对石家庄地区PM_(2.5)污染产生潜在影响的区域随之不同。石家庄市秋冬季的PM_(2.5)污染与不同环流型的扩散条件密切关联,第Ⅴ类大气环流条件下最易发生PM_(2.5)污染,污染发生频率在78%~96%之间,重度及以上级别污染发生频率均在55%以上;第Ⅳ类大气环流条件下的污染状况变化相对缓慢,但连续的第Ⅳ类大气环流天气多带来PM_(2.5)污染持续累积;第I类大气环流条件下发生污染的频率最低。

PM_(2.5)浓度湍流特征和通量获取的实验研究

利用PM_(2.5)质量浓度测量仪E-Sampler的1 Hz高频采样功能,采用涡动相关法,计算山东省德州大气环境实验站2018年12月27日至2019年1月7日多次污染事件的PM_(2.5)浓度脉动和湍流通量,探讨PM_(2.5)浓度湍流特征。结果表明,实验观测期间PM_(2.5)浓度湍流通量均值为0.026μg/(m^(2)·s);不同污染过程中PM_(2.5)浓度湍流通量传输方向不同,表明不同污染过程的污染源汇属性不同。随着湍流统计特征量(如湍流动能、水平风速标准差、垂直风速标准差、水平风速、动量通量和感热通量)增大,PM_(2.5)湍流垂直通量呈现指数型减小的趋势,即先急剧减小,然后随各变量的增长变化不大。随着PM_(2.5)浓度增大,其湍流通量绝对值呈现增加趋势,因此PM_(2.5)浓度湍流通量的大小与PM_(2.5)浓度和湍流强弱有关。不稳定条件下,PM_(2.5)浓度归一化标准差与稳定度参数ζ=z/L遵循−1/3幂次关系,即σ_(c)/C*=6.7(‒ζ)^(‒1/3);稳定条件下,实验结果相对离散。另外,PM_(2.5)浓度脉动方差谱曲线在高频段满足−2/3幂指数率,PM_(2.5)浓度脉动与垂直速度脉动的协方差谱曲线在高频段满足−4/3幂指数率。研究结果表明,利用E-Sampler的PM_(2.5)浓度1 Hz高频采样功能可以得到连续且有效的PM_(2.5)浓度湍流通量。

松弛涡旋累积法获取甲烷湍流通量的实验研究

基于2015年11月至2016年11月华东地区农田下垫面大气湍流和大气环境观测实验资料,采用松弛涡旋累积法(REA)获取农田下垫面甲烷(CH4)湍流通量,并与涡动相关法(EC)获取的甲烷通量进行对比验证。观测期内,REA法获取的温度、水汽、二氧化碳和甲烷湍流通量的经验系数分别为0.59,0.59,0.59和0.58。经验系数b的中位数随归一化采样阈值H_(REA)的增大而减小,HREA=0.8时各物理量的b值离散性最小。以温度T作为代理变量,用REA法获取的CH4湍流通量与EC法的结果具有较好的一致性,说明REA法适用于获取CH_(4)湍流通量。

苏州大气颗粒物PM_(2.5)和PM_(10)质量浓度异常“倒挂”现象的成因及影响分析

为深入研究PM_(2.5)和PM_(10)质量浓度异常“倒挂”现象的成因及影响,在苏州市相城区国控点开展比对监测分析,回顾性分析了2016—2020年苏州全部国控点颗粒物浓度数据。苏州市相城区国控点PM_(2.5)浓度的比对分析结果表明:该国控点频繁出现PM_(2.5)浓度高于其他国控点PM_(2.5)浓度和高于该站点PM_(10)浓度(“倒挂”率高达34%)的“双高”现象,PM_(2.5)平均浓度比其他9个国控点高12.5%~37.2%,比位于同一站点的备用监测仪器(“倒挂”率为0)高38.1%。2016—2020年,苏州全部国控点“倒挂”时间的总体趋势都是逐年递增,且集中发生在相对湿度较高的20:00至次日07:00。这5年间各国控点PM_(2.5)浓度异常偏高导致的异常“倒挂”现象对全市年均浓度产生的正误差分别为1.6%、2.8%、6.0%、6.2%和4.1%,基本呈现出逐年递增的趋势。上述结果表明:苏州PM_(2.5)浓度偏高是由动态加热系统的自身固有缺陷或缺少定期维护引起的除湿效果不稳定导致的,进而造成异常“倒挂”的问题。这种现象及其背后的原因具有一定的隐蔽性,却极具普遍性,在全国PM_(2.5)浓度连年降低的背景下,需要高度重视并采取措施杜绝这一问题的发生及其对监测数据的影响。

民用燃煤含碳颗粒物的排放因子测量

通过烟尘罩稀释通道系统采样,实验室模拟民用燃煤的燃烧方式,获取了不同成熟度的散煤、蜂窝煤的PM2.5、EC和OC的排放因子.民用燃煤的排放与煤炭成熟度有很大相关,不同煤种排放因子差距很大.在6种实验煤炭中,烟煤散烧的排放因子较大,其中S3煤种的排放因子最大,其PM2.5、EC和OC的实测值分别为11.06、3.51和5.39g·kg-1;无烟煤散烧排放因子较少,S1煤种的排放因子最小,其PM2.5、EC和OC分别为0.78、0.02和0.49g·kg-1;蜂窝煤的颗粒物以及OC排放因子与相似成熟度的散煤燃烧相当,但是EC排放相对散煤较低.EC、OC源清单工作需要对民用燃煤源进行更详细的分类,结合相应的排放因子,才能更加准确的估计这一重要排放源的贡献率.

Models-3/CMAQ和CAMx对珠江三角洲臭氧污染模拟的比较分析

运用Models-3/CMAQ和CAMx两个区域空气质量模式同时对珠江三角洲2004年10月的臭氧污染进行模拟,利用监测网12个站点的观测数据对两个模式的臭氧模拟效果进行统计评估,并应用过程分析技术,量化各种大气物理、化学过程对臭氧浓度变化的影响,探讨两个模式结果偏差产生的主要原因.CMAQ与CAMx均能较好地模拟出珠江三角洲大多数站点的臭氧浓度水平和变化趋势,与监测值的相关系数分别为0.73,0.74,标准化平均偏差分别为-8.5%、8.8%、标准化平均误差分别为36.7%和37.9%;两个模式的模拟结果具有很高的相关性(相关系数R为0.92)和较为一致的空间分布,但CMAQ的臭氧模拟浓度总体上较CAMx的结果偏低约17%.两个模式对珠江三角洲不同地区、不同类型站点的模拟结果一致性不尽相同.在干沉降、化学反应参数、垂直输送等方面处理方法上的差异共同造成了两个模式对珠江口沿岸站点臭氧模拟结果上的差别;细网格边界浓度差异是造成上风向区域站点CAMx模拟浓度比CMAQ结果偏高的主要原因.CAMx有必要提供更多干沉降的算法供选择,改善光解速率等计算方法可能改善CMAQ臭氧模拟结果.

城市大气中挥发性有机化合物监测技术进展

挥发性有机物(VOCs)是臭氧及二次有机颗粒物(SOA)的主要前体物。近年来,我国逐步将VOCs纳入大气污染物控制体系。准确可靠的监测技术是大气VOCs研究及控制的重要前提保障。按照采样方法、分析方法 2个方面介绍并讨论了城市大气中VOCs的现有监测方法,较为详细地介绍了几类广泛采用的离线及在线监测技术,简要讨论了目前VOCs监测中存在的一些问题,展望了今后的发展趋势。

城市大气中甲醛来源分析的示踪技术

甲醛是城市大气中浓度水平最高的含氧挥发性有机物。甲醛在城市地区主要来自机动车尾气排放等一次来源及大气光化学反应二次来源。然而,目前识别甲醛一次和二次来源的研究开展得较少。基于大气一次污染和二次污染示踪物的统计分析方法,是大气甲醛来源分析的新进展。作者介绍了采用示踪物估算城市大气甲醛来源贡献的技术方法和初步结果,并针对示踪物的特点讨论了该方法的适用性。

基于多元地统计和GIS的珠江三角洲典型区域土壤有机氯农药残留状况及其空间分布研究--以惠州市为例

选取位于珠江三角洲的惠州市为研究区域,对该市土壤进行了系统采样分析,测定了42个表层土壤样品中的17种有机氯农药的含量。利用多元地统计和GIS相结合的方法,研究了17种有机氯农药的残留状况及空间分布情况。结果表明,17种有机氯农药在42个土壤样品中均有不同程度的检出,其中p,p′-DDE检出率为100%,3种有机氯农药检出率在90%以上,6种有机氯农药的检出率在80%以上。其中六六六和滴滴涕残留较普遍,但并未达到污染水平。分析显示,近期可能仍有新的六六六输入土壤环境,而滴滴涕则主要来自过去施用农药的残留。与国内其他地区比较,惠州市土壤HCH和DDT含量处于较低水平。主成分分析显示上述17种有机氯农药可以由5个主成分反映,分别对应于工业HCH的使用、自然因素、林丹的使用以及七氯和艾氏剂等农药的使用。采用克里格插值法对有机氯农药在研究区的空间分布进行了研究,结果表明不同有机氯农药在研究区分布存在很大差异。

大气颗粒物采样器的设计与应用

自行开发设计大气颗粒物双通道采样器,通过更换粒径切割器实现对大气总悬浮颗粒物(TSP)、可吸入颗粒物(PM10)或细颗粒物(PM2.5)样品的采集。该仪器通过流量传感器、比例阀和流量控制板精确控制每个通道的采样流量,控制系统还可实时采集大气环境温度、压力、湿度、风速和风向5个气象参数,并根据环境温度、压力的变化对采样的体积流量进行补偿计算,以确保进样口体积流量恒定,保证粒径切割准确。在2011年深圳大学生运动会期间(8月12—23日)和后期(8月24日至9月4日),利用该仪器进行了大气环境野外观测实验,并对该仪器和Thermo2300采样器的结果进行了平行性分析和对比分析,其平行结果和对比结果相关系数均大于0.99。

利用单颗粒气溶胶质谱仪研究南黄海气溶胶的变化特征

2012年11月在南黄海首次使用单颗粒气溶胶质谱仪(SPAMS)采集和分析两个平行航测断面上的气溶胶,以研究不同气团影响下海洋气溶胶的理化特征。断面1受从海到陆的海风及海洋气团影响,断面2则受从陆到海的陆风及陆地气团影响。结果表明,断面2的气溶胶颗粒数约为断面1的3.5倍,主要由陆地气团传输导致,其次是断面2的高风速影响。主要组分为SO_4^(2-),NO_3^-,NH_4^+,OC和EC气溶胶的颗粒数在断面1和2(断面2除NO_3^-外)上分别逐渐减少58%~74%和34%~53%,在断面1的减少量高于断面2。断面1和2上含量最高的分别是海盐气溶胶(>30%)和二次气溶胶(42%)。二次气溶胶和其他人为源气溶胶(包括生物质燃烧、Soot-like气溶胶和含铅气溶胶)对两个断面的贡献显著,因此人为源对南黄海气溶胶的贡献不容忽视。

基于MODIS反演数据的河套地区荒漠化研究

基于2001—2013年MODIS遥感反演数据，通过对土地覆盖类型、叶面积指数（LAI）、归一化植被指数（NDVI）和增强植被指数（EVI）4个方面的分析，研究河套地区的荒漠化情况及其季节变化特点。结果表明，2001--2013年，河套地区整体植被覆盖转好，其中，耕地面积从2001年的4218km^2增大到2013年的20470km^2，LAI平均值从2003年的0．130～0．335增大到2013年的0．182～0．405，平均NDVI和EVI逐年总体增大，分别从2001年的0．142和0．095增大到2013年的0．193和0．116，而且，单位面积上的植被生长质量也在加强。此外，归一化植被指数季节分布特点显示，河套地区北部巴彦淖尔盟2013年左右开始大面积种植一年两季粮食作物。但是，研究结果表明河套地区植被覆盖指数仍较低，北部和西南部荒漠化情况加剧，若不采取有效措施，极易出现“沙进人退”的生态环境问题。

基于物种间浓度相关法估算2012年中国HCFC-142b排放量

利用北京大学定点较高时间频率浓度监测数据,甄选HCFC-22为估算HCFC-142b排放量适宜的参考物质,分析认为以往基于背景地区数据的研究中普遍采用的参考物质CO不适用于利用城市地区大气样品进行物种间浓度相关法研究。根据全国四城市（北京、杭州、兰州和广州）四季的HCFC-142b及其参考物质浓度监测数据,通过物种间浓度相关法计算2012年中国HCFC-142b排放量为16.24（13.90~18.58）kt,相当于1.06 ODP kt和37 Tg CO2-eq,占2012年中国HCFCs排放总量的9.78%（ODP）,占全球HCFC-142b排放总量的30.57%。中国HCFC-142b的减排淘汰工作将在未来中国和全球成功履约中占据重要地位。

基于离轴积分腔输出光谱对泰州大气NH 3浓度观测与分析

氨(NH 3)是大气中活性氮最主要的还原形式,是形成二次无机铵盐的重要气态前体物。在中国极度污染的条件下,这些铵盐可占PM 2.5质量的40%~60%。NH 3污染不仅影响全球的光辐射强度,而且会加剧大气光化学污染。目前,城市地区氨气来源仍存在一定争议。为研究泰州地区NH 3污染情况,并深入了解NH 3的来源。2018年6月6日至15日,基于离轴积分腔输出光谱技术,开展了夏季泰州地区大气NH 3浓度的连续观测。其他污染物浓度(如NH3,NOx,CO,NH4^+)同步进行测量。观测点位距离交通枢纽300 m,观测期间NH 3的平均浓度为25.1±4.5μg·m^-3,相比国内外其他城市,该地区NH3污染处于较高水平。白天与夜间NH 3浓度均值无明显差异,但总体呈现白天降低夜晚升高的趋势。夜间温差大,大气边界层较为稳定,是污染物得以累积的原因之一;晨间NH3浓度急剧升高,主要考虑为夜间沉积在水汽中的NHx(气态NH3与颗粒态NH4^+)的蒸发所带来。随着光照进一步增强,环境水汽中NH x的蒸发逐渐结束,光化学反应过程逐渐占据主导,NH3浓度上涨速度缓慢,逐渐趋于平衡,并在之后出现迅速下降。在湿度较大的夜间,NH x的沉积过程更加明显。结合观测期间的气象参数以及与常规污染物的相关性,讨论了泰州地区的污染物变化趋势及污染水平。结果表明,大部分日期交通排放对泰州地区NH 3浓度影响较小,仅6月7日早高峰期NH3与NOx,CO相关性较好,R^2分别为0.740与0.911,推测当日交通排放影响较大,交通源是NH 3的重要局地源。进一步进行了后向轨迹分析,比较了观测期间不同气团所导致的污染物浓度变化。结合观测结果分析可知,观测点西北方向工业园区污染排放可能是导致6月10日夜间污染事件的重要原因。

大气中挥发性有机物(VOCs)对二次有机气溶胶(SOA)生成贡献的参数化估算

大气中二次有机气溶胶(SOA)是PM2.5中的重要组成部分,挥发性有机物(VOCs)的光化学氧化是其主要来源之一.从VOCs转化生成SOA的过程非常复杂,参数化方法是一种相对简化的估算方式,可以用于区分不同VOCs物种对SOA生成的贡献.本文介绍了基于二产物和基于挥发性分级两种常用的参数化估算方法,并总结分析文献报道的SOA估算结果.文章中也指出现在的参数化估算还存在一些问题,如何准确量化VOCs向SOA的转化过程将是大气化学未来的重要研究工作.