曹妃甸采暖期和非采暖期PM2.5中不同重金属元素污染特征及健康风险评价

为探讨曹妃甸采暖期和非采暖期PM_2.5中Cr、Pb、As和Cd元素的污染特征、来源及健康风险,以华北理工大学曹妃甸校区为研究地点,于2017年12月—2018年10月采集98份PM_2.5样品.利用重量法测定空气中PM_2.5浓度,使用电感耦合等离子体质谱仪分析PM_2.5中4种重金属元素(Cr、Pb、As和Cd)的浓度;采用Wilcoxon Mann-Whitney U检验比较采暖期与非采暖期,以及PM_2.5超标日与非超标日各元素含量的差异,利用Kruskal-Wallis H检验法比较不同PM_2.5浓度分级下4种金属元素浓度差异,用PMF(正定矩阵因子分解)模型对4种重金属元素的来源及贡献率进行解析,并用美国环境保护局推荐的人体暴露健康风险评价模型进行健康风险评估.结果表明:①曹妃甸采暖期PM_2.5及Pb、As和Cd浓度均高于非采暖期,而Cr浓度略低于非采暖期.②PM_2.5超标日Pb、As和Cd浓度均高于非超标日,不同PM_2.5浓度级别下Pb、As和Cd浓度有所差异,且Pb、As和Cd浓度随PM_2.5浓度的增加而增加.③PMF模型源解析表明,燃煤源及交通源是曹妃甸采暖期PM_2.5金属元素主要来源,二者贡献率分别为50.4%和31.7%;工业源及交通源是非采暖期PM_2.5金属元素的主要来源,二者贡献率分别为47.4%和37.0%.④健康风险评价结果表明,采暖期和非采暖期4种重金属元素的非致癌风险值均小于1.采暖期3种致癌性重金属(Cr、As和Cd)对成年男性、成年女性和儿童青少年的致癌风险均高于人类可接受风险水平(1×10-6);非采暖期Cr和As对成年男性、成年女性和儿童青少年的致癌风险均高于人类可接受风险水平;重金属非致癌风险(Cr、Pb、As和Cd)和致癌风险(Cr、As和Cd)指数高低均呈成年男性>成年女性>儿童青少年的特征.研究显示,在采暖期和非采暖期曹妃甸PM_2.5中Pb、As和Cd浓度随PM_2.5浓度的增加而增加,燃煤源和工业源是其主要来源,Cr、As和Cd对人群存在一定的致癌风险.      

大气PM2.5载带重金属的区域污染特征研究

PM_2.5载带的重金属元素对人体健康具有重要影响,为了明确PM_2.5中重金属的污染水平以及区域性污染特征,收集并总结近30年中国不同地区大气重金属污染的研究成果,对PM_2.5载带的As、Zn、Cr（Ⅵ）、Pb、Cd、Mn以及Ni等7种重金属元素的区域污染特征进行分析.研究显示:①我国对部分重金属〔Pb、Cd、Hg、As、Cr（Ⅵ）〕的质量浓度增设限值规定,但未涉及Ni和Mn等有毒重金属.②全国范围来看,不同背景点PM_2.5中重金属质量浓度相差较大,自然背景点重金属质量浓度低于乡村背景点和近城市背景点的40.7%~97.6%.大气PM_2.5重金属区域污染高值区主要集中在华北、华东、华南等经济发达地区.《大气污染防治行动计划》等政策的实施使PM_2.5中重金属质量浓度明显下降,2013年前（1980—2013年）与2013年后（2013—2018年）相比,全国大气PM_2.5中ρ〔Cr（Ⅵ）〕、ρ（Ni）、ρ（Pb）、ρ（Mn）和ρ（As）均有所下降,但ρ（Zn）、ρ（Cd）略有上升.③典型城市PM_2.5中重金属污染特征各不相同.北京市需考虑Cd、As排放情况,强化对燃煤源的管控;上海市和广州市应关注Cr（Ⅵ）和Ni的排放,加严工业污染治理,加强对港口的排放管控.研究显示,对于大气颗粒物中重金属的治理,建议进一步关注对As、Cr（Ⅵ）排放的控制,同时对不同区域的大气重金属污染需要选择差异化的污染控制措施.      

天津市春季道路降尘PM2.5中重金属污染特征及健康风险评价

为研究天津市春季道路降尘PM_2.5中重金属污染特征及健康风险,于2015年3月22日-5月23日用降尘缸采集天津市主干道、次干道、支路、快速路道路两侧道路降尘样品,利用再悬浮系统将道路降尘中PM_2.5悬浮至滤膜上,并用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）测定了PM_2.5中7种重金属（Ni、Pb、Cd、As、Mn、Cu和Zn）的质量分数.结果表明:道路降尘PM_2.5中Ni、Pb、Cd、As、Mn、Cu和Zn质量分数平均值分别为37.05、82.50、1.73、25.65、380.18、201.08和736.43 mg/kg;I_geo（地累积指数）显示,Cd属于强污染,Zn和Cu属于中到强污染,Pb属于中度污染,As属于轻度污染,Ni和Mn属于无污染;健康风险评价显示,手-口摄入是道路降尘PM_2.5中重金属进入人体的主要途径,儿童的暴露剂量和非致癌风险均高于成人,总非致癌风险次序为As > Pb > Mn > Cu > Zn > Cd > Ni,其中儿童手-口途径As的暴露风险商（HQ_ing）及非致癌总风险（HI）均为1.23,大于限值（1）,对儿童存在非致癌风险;其他重金属非致癌总风险均低于限值,对人体无非致癌风险;道路降尘PM_2.5中Ni、As和Cd通过呼吸途径对人体均无致癌风险.      

山西介休焦化区PM2.5重金属污染特征、关键毒性组分与来源

在对介休焦化区和方山对照区大气PM_2.5样品中11种重金属元素污染特征进行分析的基础上,结合正定矩阵因子(PMF)源解析,借助健康风险评价法和体外细胞毒性测试实验对可能会威胁人体健康的关键毒性组分及其来源进行了判识.结果表明,介休焦化区PM_2.5及其负载的重金属元素污染超标严重,且均是冬季>秋季>夏季>春季,所有元素的总非致癌和致癌风险分别是方山的2.80及2.10倍.介休焦化区除Cr的年均污染浓度低于方山对照区外,Pb、Cd、Zn、As、Mn、Sb的浓度分别是方山的15.9,9.80,9.00,7.40,7.00和4.20倍,其中Mn、As、Cd、Pb等元素具有较高的非致癌风险,Pb同时具有较高的致癌风险.介休焦化区重金属元素共有5大主要来源,燃煤及焦化源的贡献最大(37.7%),其次为其他工业源(29.6%)和钢铁冶炼源(20.4%).燃煤及焦化源对非致癌和致癌风险的贡献高达38.8%和44.9%,且是唯一1种与细胞氧化应激和炎性因子指标(ROS、TNF-α和IL-1β)均有显著正相关关系的污染源.方山对照区除As外所有...     

乌鲁木齐市大气颗粒物中重金属的污染特征及风险水平评价

为了解乌鲁木齐市新疆农业大学大气颗粒物（TSP、PM₁₀、PM₅、PM_2.5）中Cu、Mn、Zn、Pb、Cr、Cd 6种重金属元素的分布特征及其经呼吸摄入方式带来的健康风险,采用崂应2050型大气综合采样器于2018年春季、夏季、秋季、冬季分别进行样品采集,使用TAS-990原子吸收分光光度计测定颗粒物中的重金属元素.结果表明:①新疆农业大学2018年四季ρ（TSP）、ρ（PM₁₀）、ρ（PM₅）、ρ（PM_2.5）范围分别为93.17~257.14、70.57~202.29、57.58~147.96、48.71~147.46 μg/m3.②各季节重金属平均质量浓度在不同大气颗粒物中均呈ρ（Zn）> ρ（Cu）> ρ（Pb）> ρ（Cr）> ρ（Mn）> ρ（Cd）的趋势.③不同大气颗粒物中重金属非致癌总风险均呈儿童高于成人的特点,HI（非致癌风险总值）均小于限值（1）,Cd、Cr经呼吸途径产生的ILCR（终身增量致癌风险）为3.07×10-6~2.36×10-5.④I_geo（地累积指数）结果表明,大气颗粒物中Mn的I_geo平均值为-2.43,表现为无污染;Cr的I_geo平均值为0.78,表现为无-中污染;Cu和Pb的I_geo平均值分别为4.53、4.33,表现为重-极重污染;Zn和Cd的I_geo平均值分别为5.68、7.18,表现为极重污染.研究显示,新疆农业大学大气颗粒物中Cd、Cr对人体无致癌风险,但Zn与Cd的污染较重,应及时对乌鲁木齐市实施相应管控措施.      

阜新市秋冬季节PM2.5中无机元素污染特征及来源

为研究阜新市秋冬交替期间大气PM_2.5无机元素污染特征及来源,于2017年10月、12月对城区4个点位采集样品,利用ICP-MS、AFS-8900、ICP-AES测定18种元素含量,结合气象参数,分析秋、冬两季PM_2.5污染特征,运用富集因子法（EF）、主成分分析法（PCA）及聚类分析法解析PM_2.5元素污染特征及来源.结果表明,阜新城区冬季PM_2.5质量浓度（56.5μg/m³）是秋季的1.5倍,秋、冬两季PM_2.5平均质量浓度为47.5μg/m³;冬季PM_2.5与SO₂、NO₂的同源性表现强于秋季;冬季PM_2.5中V、Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Pb、As、Cd、Hg、Mg、Ti 12种典型人为源标识性元素总质量百分比（8.78%）是秋季的1.45倍,表明城区冬季PM_2.5显著受到人为活动影响.富集因子分析显示EF值大于100的元素为Cd、Hg、Zn,冬季EF（Cd）高达532.34,可能与城南3km公里处露天矿坑大量残煤自燃排烟有关;冬季EF（Cr）比秋天增高了7.9倍.源解析结果表明,燃煤与工业烟尘、机动车尾气、生物质燃烧及土壤风沙扬尘是阜新PM_2.5无机元素的主要来源.秋季表现出明显的来源复合性,第一主因子解释了变量总方差的77.013%,聚类分析第1类包含了Cd、Hg、Mn、Ni、As、V、Cr、Cu、Pb、Zn、Ti和Mg 12种元素;冬季则表现出明显的来源广泛性,表明冬季PM_2.5来源相对复杂,应强化冬季PM_2.5污染综合防治与管控.     

阜新市秋冬季节PM2.5中无机元素污染特征及来源

为研究阜新市秋冬交替期间大气PM_2.5无机元素污染特征及来源,于2017年10月、12月对城区4个点位采集样品,利用ICP-MS、AFS-8900、ICP-AES测定18种元素含量,结合气象参数,分析秋、冬两季PM_2.5污染特征,运用富集因子法（EF）、主成分分析法（PCA）及聚类分析法解析PM_2.5元素污染特征及来源.结果表明,阜新城区冬季PM_2.5质量浓度（56.5μg/m³）是秋季的1.5倍,秋、冬两季PM_2.5平均质量浓度为47.5μg/m³;冬季PM_2.5与SO₂、NO₂的同源性表现强于秋季;冬季PM_2.5中V、Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Pb、As、Cd、Hg、Mg、Ti 12种典型人为源标识性元素总质量百分比（8.78%）是秋季的1.45倍,表明城区冬季PM_2.5显著受到人为活动影响.富集因子分析显示EF值大于100的元素为Cd、Hg、Zn,冬季EF（Cd）高达532.34,可能与城南3km公里处露天矿坑大量残煤自燃排烟有关;冬季EF（Cr）比秋天增高了7.9倍.源解析结果表明,燃煤与工业烟尘、机动车尾气、生物质燃烧及土壤风沙扬尘是阜新PM_2.5无机元素的主要来源.秋季表现出明显的来源复合性,第一主因子解释了变量总方差的77.013%,聚类分析第1类包含了Cd、Hg、Mn、Ni、As、V、Cr、Cu、Pb、Zn、Ti和Mg 12种元素;冬季则表现出明显的来源广泛性,表明冬季PM_2.5来源相对复杂,应强化冬季PM_2.5污染综合防治与管控.     

隧道环境PM2.5载带重金属污染特征与健康风险

在南京富贵山隧道开展机动车排放的颗粒物浓度及其载带重金属元素对人群健康的影响研究,对PM_2.5的浓度水平与变化特征、载带重金属元素组分进行分析,并通过美国环保局（US EPA）的健康风险评价模型对重金属的健康风险进行了评价.结果表明,工作日隧道进口和出口处的PM_2.5质量浓度为（78.67±24.58）μg/m³和（164.2±45.13）μg/m³,非工作日颗粒物浓度略低于工作日.采样期间隧道出口处PM_2.5载带的Zn、Cu和Mn元素的浓度质量较高,受机动车污染影响较大.富集因子结果显示,隧道进出口处,Cd、Sb、Sn、Zn、Cu、Mo、Pb和As等元素的EF>10,受人为污染源排放影响,Co、Mn、Cr、Ni、V和Tl等元素EF<10,在隧道中几乎没有富集.健康风险评价结果表明,对于儿童,测试期间隧道进出口处的非致癌风险危险指数（HI）均大于1,具有非致癌风险,对于成人,测试期间隧道进出口处的非致癌风险危险指数（HI）均小于1,非致癌风险在安全范围内.但颗粒物载带的Cr和As元素致癌风险均超过EPA推荐的可接受风险阈值（10^-6）,具有明显的致癌效应.     

天津市采暖季不同气团来向PM2.5中重金属污染特征及健康风险评价

为了解天津市采暖季PM_2.5中重金属的污染特征及健康风险,使用Xact-625重金属在线分析仪于2020年11月至2021年3月对PM_2.5中的重金属元素进行连续采样,分析10种重金属元素(Pb、 Cd、 Cr、 As、 Zn、 Mn、 Co、 Ni、 Cu和V)的污染特征,利用HYSPLIT模型分析重金属元素的时空分布特征,并结合美国EPA健康风险评价模型对重金属健康风险展开研究.结果表明,采样期间天津市10种重金属元素的总浓度平均值为(261.56±241.74)ng·m^-3,Cr[折算Cr(Ⅵ)]和As元素高于《环境空气质量标准》(GB 3095-2012)的年平均限值.后向轨迹分析表明,天津市主要受到来自西北部中距离气团(1号)、西北部长距离气团(2号)、西南部气团(3号)和东北部气团(4号)的影响.不同气团来向重金属元素呈现不同的污染特征和健康风险,3号气团PM_2.5浓度、10种重金属元素总浓度和5种重金属元素经呼吸途径暴露的终身致癌风险值之和均最高,2号气团10种重金属元素经呼吸途径暴露...     

郑州市冬季大气PM2.5金属元素来源及健康风险评价

以郑州市2019年12月大气PM_2.5为对象,分析其中Ca、 Fe、 K、 Mg、 Sb、 Na、 As、 Cu、 Pb、 Zn、 V、 Co、 Cr和Ni含量,运用地累积指数(geo-accumulation index,I_geo)和正定矩阵因子模型（positive matrix factorization, PMF）分析元素污染程度和来源,采用美国EPA健康风险评价模型对重金属元素的健康风险进行评价.结果显示,采样期间日均ρ(PM_2.5)为108μg·m^-3,金属元素中ρ（Ca）最高(5.9μg·m^-3).地累积指数结果表明,Sb污染程度最高,Sb、 As和Cu造成极重污染,PMF解析结果表明,采样期间研究区域金属元素来源有冶金工业源、交通移动源、固体废物焚烧源和燃煤与扬尘混合源.不同污染水平下儿童所受非致癌风险更高而成年人所受致癌风险更高,各金属元素对人体的非致癌风险总体上在人体可接受范围,而As造成的致癌风险超出可接受范围.各类源HQ值均小于1,非致癌风险可忽略不计,...     

广州市交通干线附近细颗粒污染特征

利用中山大学大气环境监测平台数据,对广州市交通干线附近的ρ(PM_2.5)和ρ(PM₁)进行了统计学分析,以研究交通干线附近细颗粒污染特征及变化规律. 结果表明:2008—2012年广州市PM_2.5超标严重,但ρ(PM_2.5)有所下降. 受季节性污染源及气象因素影响,广州市夏季ρ(PM_2.5)平均值为42μg/m3,明显低于春、秋、冬三季. ρ(PM_2.5)在工作日与周末差异明显,周末明显高于工作日,而ρ(PM₁)在工作日与周末差异不明显. ρ(PM_2.5)与ρ(PM₁)日变化趋势基本一致,整体上呈白天低、夜晚高,上午低、下午高的特征. ρ(PM_2.5)日变化呈单峰,19:00左右达到最大值(53μg/m3);而ρ(PM₁)呈双峰变化,在20:00左右达到高峰值(43μg/m3),上午09:00左右也有一小峰值(37μg/m3). ρ(PM_2.5)和ρ(PM₁)的相关性较好,R(相关系数)为0.94,PM₁是PM_2.5的主要构成颗粒,所占比重平均值为0.65. ρ(PM_2.5)和ρ(PM₁)均与交通流量存在相关性,在白天和夜晚变化趋势相一致,但交通流量白天与ρ(PM_2.5)更为密切,夜晚则与ρ(PM₁)更为密切.      

银川市冬季PM2.5重污染特征、来源与成因分析

近年来银川市冬季重污染过程频发,为明确银川市冬季PM_2.5重污染的特征,分析其主要来源及成因,于2016年12月-2017年1月在银川市选取3个采样点开展PM_2.5的样品采集与化学组分分析,利用CMB（化学质量平衡）模型对银川市冬季PM_2.5进行来源解析,对比分析了重污染日与非重污染日污染特征的差异.结果表明:①银川市冬季重污染日ρ（PM_2.5）[（181±33.6）μg/m3]是非重污染日的2.1倍;重污染日和非重污染日的ρ（NO₃-）/ρ（SO₄2-）均小于1,表明燃煤仍是银川市冬季PM_2.5的重要来源.银川市冬季PM_2.5中ρ（SOC）为（14.4±7.34）μg/m3,约占ρ（OC）的65.2%.②与非重污染日相比,重污染日人为源无机元素As、Pb、Cd和Zn质量浓度在ρ（PM_2.5）中的占比分别升高33.2%、18.4%、9.8%和2.9%,表明银川市冬季重污染主要受人为源贡献影响.③源解析结果表明,燃煤源、机动车尾气源、二次离子源和扬尘源是银川市PM_2.5的主要污染源,与非重污染日相比,重污染日机动车尾气源的贡献率明显降低.研究显示,银川市冬季重污染受人为源污染物排放的影响较大,燃煤源是银川市冬季PM_2.5的重要来源.      

亚青会期间南京大气PM_(2.5)中重金属来源及风险

为探究亚青会期间南京奥体中心附近大气PM2.5中重金属来源及潜在的健康风险,于2013年8月3~28日对PM2.5中重金属元素V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Sn、Sb和Pb进行了观测分析.结果表明:受亚青会污染源调控和气象要素影响,亚青会前、中、后不同时期重金属浓度存在差异,亚青会期间各重金属的浓度均值低于亚青会前期.富集因子分析显示Cu、Zn、Cd、Sn、Sb和Pb为重度富集元素,污染程度为CdCuZnPbSbSn.聚类分析表明工业排放、燃煤、道路尘和机动车尾气排放是这些重金属的主要来源.亚青会期间,PM2.5中各重金属通过呼吸途径对运动员造成的非致癌风险均小于1,5种致癌重金属的风险指数均低于致癌风险阈值范围.     

深圳市大气中PM2.5载带金属污染特征及健康风险

于2020年3月～2021年2月对深圳市道路环境空气中PM_2.5载带的15种金属元素的质量浓度进行时间分辨率为1h的全年在线观测.结果显示,深圳市道路环境空气中PM_2.5载带金属元素的总平均浓度为(1062.3±434.6) ng/m³,其中Fe、Al、K、Ca和Zn为主要贡献元素,在金属元素中总贡献达到95.5%.Fe的浓度较高,受到与道路扬尘和机动车排放的强烈影响.金属浓度存在着显著的季节性差异,冬季浓度最高(1709.3ng/m³),夏季最低(644.1ng/m³).Mn、Fe、Cr、Zn和Ca元素呈现明显的双峰日变化分布,与机动车流量高峰一致.昼夜浓度分布结果显示,夜间船舶排放V和Ni的浓度高值得关注,而Mn、Zn和Ca的浓度白天较夜晚高,与白天机动车流量较高有关.高污染日总金属日间浓度和夜间浓度均为全年日间和夜间平均浓度的1.9倍.成年人与儿童暴露于深圳市道路环境空气的非致癌风险均低于阈值1,但是总致癌风险(6.5×10^-6)超过阈值10     

长株潭城市群秋季大气颗粒物及其重金属元素污染特征

为研究长株潭城市群大气颗粒物及典型元素污染特征,于2011年11月在长沙、株洲、湘潭三地采集TSP和PM₁₀样品,同期在北京进行采样,以分析颗粒物及其中重金属元素(Cr、Cd、Hg、Pb和As)质量浓度的分布特征. 结果表明:秋季长沙、株洲、湘潭三地的ρ(TSP)均低于北京,背景点(长沙沙坪站)最低,为(110±48)μg/m3. 株洲ρ(PM₁₀)与北京相近,略高于湘潭和长沙,但背景点ρ(PM₁₀)仍为最低. ρ(PM₁₀)/ρ(TSP)在70.26%~95.80%之间,平均值为85.90%. 长株潭城市群的ρ(Cr)、ρ(Hg)、ρ(As)、ρ(Cd)和ρ(Pb)在TSP中分别为37.7~60.7、0.2~1.5、22.7~92.0、4.2~36.8和142.9~508.3ng/m3,在PM₁₀中相应分别为20.4~33.5、0.1~1.0、20.6~74.2、3.8~31.9和126.1~432.4ng/m3. 长株潭城市群各采样点Cd在TSP和PM₁₀中的富集因子均最大,分别为475.8~4690.7和840.5~7489.8;其次为Hg、Pb和As;Cr的富集因子在TSP和PM₁₀中分别为7.8~33.3和9.1~33.6,均为最小.      

北京市2014年10月重霾污染特征及有机碳来源解析

2014年10月北京市出现了多次重霾天气,与此同时,通过全国秸秆燃烧卫星遥感监测发现,北京周边河南、河北等地区恰存在一定规模的秸秆燃烧活动. 对2014年10月4—27日北京市大气PM_2.5中的水溶性离子、金属、OC(有机碳)、EC(元素碳)和有机物示踪物等化学成分进行了分析,对霾天和非霾天PM_2.5中化学成分进行了比较,并使用CMB(化学质量平衡)模型对PM_2.5中有机物的来源进行了解析,采用后向轨迹模拟和卫星遥感图像定量评估生物质燃烧(秸秆燃烧等)对重霾污染的影响. 结果表明:霾天ρ(PM_2.5)〔(229.0±96.3)μg/m3〕是非霾天的5.0倍,水溶性离子总质量浓度〔(125.3±59.3)μg/m3〕是非霾天的6.5倍,ρ(SO₄2-)、ρ(NO₃-)和ρ(NH₄+)分别是非霾天的6.1、8.6和7.1倍,ρ(OC)〔(81.8±39.5)μg/m3〕是非霾天的7.8倍,ρ(EC)〔(6.7±3.4)μg/m3〕是非霾天的4.2倍;霾天生物质燃烧的示踪物——左旋葡聚糖和K+的质量浓度平均值分别是非霾天的9.1和3.3倍. 生物质燃烧、机动车排放以及二次污染物对有机细颗粒物的贡献率分别为18.9%、36.9%和41.9%;二次细颗粒物质量浓度增加了1倍左右;气象条件同样在很大程度上促进了霾的形成. 常规的源解析方法仅可对生物质燃烧的一次污染贡献进行定量,但对重霾污染贡献的全面评价尚需进一步探讨.      

秋季嘉兴PM2.5质量浓度特征分析

利用膜采样、颗粒在线称重方法和维萨拉气象仪对2004和2006年秋季嘉兴大气中ρ(PM_2.5)及气象因子进行了分析.结果表明:2004和2006年秋季ρ(PM2.5)分别为(84.7±62.4)和(89.0±61.5) 　μg/m3;ρ(PM2.5)占ρ(PM₁₀) 比例为42%～69%;ρ(PM_2.5)日均值变化大(16.7～345.7 μg/m3),晴天ρ(PM_2.5)约为阴雨天的2倍.ρ(PM_2.5)日变化分析表明,晴天呈双峰双谷现象,晚高峰(16:00—20:00)ρ(PM_2.5)大于早高峰(06:00—10:00),阴雨天日变化不明显.PM_2.5与相对湿度无显著相关性,但在不同相对湿度下PM_2.5与能见度呈显著的负指数关系.东北风和西北风是观测期内当地的主导风向,ρ(PM2.5)高值出现在西南风方向,重污染天气过程形成原因复杂.      

京津冀典型城市一次重污染过程特征及边界层结构变化对其影响

为探究典型重污染过程的污染特征与大气边界层结构演变规律,基于PM_2.5采样数据、气象观测数据及WRF-Chem模式,以北京市和石家庄市2016年12月27日—2017年1月10日一次重污染过程为研究对象,对气象要素、PM_2.5化学组分、天气背景场、边界层结构演变特征,以及大气边界层结构变化对ρ(PM_2.5)及其主要化学组分的影响进行分析.结果表明:①研究期间,北京市和石家庄市ρ(PM_2.5)分别为(165.63±110.89)(247.67±95.22)μg/m3,石家庄市污染程度高于北京市;高空纬向环流和地面弱高压控制的天气背景场,低于1.75 m/s的风速以及超过75%的相对湿度是造成北京市与石家庄市重污染的不利气象条件.②重污染时段北京市与石家庄市SNA(SO₄2-、NO₃-、NH₄+三者的统称)与碳质组分(OC、EC)占比之和超过76%,是PM_2.5中的两大主要组分;重污染时段ρ(SNA)占比明显上升,北京市与石家庄市ρ(SNA)占比由非重污染时段的42.23%、45.93%分别升至重污染时段的58.87%、59.62%;北京市与石家庄市ρ(OC)/ρ(EC)分别为5.13、3.51,表明在重污染时段两城市存在明显的二次有机气溶胶污染.③WRF-Chem模式模拟结果表明,PM_2.5污染严重时北京市与石家庄市在300~500 m处均出现明显的逆温,垂直风场主要表现为低层偏南风顺时针向上切变为偏西风,切变高度在400~1 000 m,逆温层结与明显垂直风切变的边界层特征共同抑制了污染物的湍流与扩散.④北京市与石家庄市重污染时段的PBLH(Planetary Boundary Layer Height,大气边界层高度)日均值与非重污染时段相比分别下降了202、128 m,PBLH每下降100 m,北京市与石家庄市ρ(PM_2.5)分别上升18.81、29.85 μg/m3,PBLH下降是导致两城市ρ(PM_2.5)快速上升的重要因素.北京市与石家庄市的PBLH与PM_2.5组分质量浓度之间的相关性不同,北京市PBLH与ρ(SNA)的相关性高于与碳质组分质量浓度的相关性,石家庄市PBLH与ρ(EC)相关性最高,表明此次重污染过程中北京市PM_2.5污染特征以二次形成为主,而石家庄市以一次排放为主.研究显示,北京市与石家庄市此次重污染过程与大气边界层结构变化密切相关.