2014年10月北京市4次典型空气重污染过程成因分析

采用数值模拟与观测资料相结合的方式,对2014年10月北京市4次典型空气重污染过程的大气环境背景、气象条件和形成原因进行了分析. 结果表明,京津冀区域稳定的气象条件是形成空气重污染的主要原因,4次重污染过程大气条件均不利于污染物扩散,表现为大气层结稳定,近地层逆温(平均逆温强度为2.26 ℃/100 m)明显,风速(平均值为1.52 m/s)小,相对湿度(平均值为80.75%)大. 在4次重污染过程中8—11日污染最重,ρ(PM_2.5)日均值平均为264 μg/m3,并且区域输送对北京贡献率最大,平均值为63.75%;24—25日污染程度次之,逆温最强,逆温强度达5.94 ℃/100 m;18—20日重污染中北京ρ(PM_2.5)高值(＞200 μg/m3)区主要集中在该市西北部地区;30—31日污染相对较轻,ρ(PM_2.5)日均值最高只有154 μg/m3. 数值模拟表明,在4次典型重污染过程中,来自南方(包括河北、河南和山西西部等地)的外来污染物输送对北京PM_2.5贡献较大,外来贡献率分别在42.36%~69.12%之间,同时北京本地也存在较强的二次无机盐及有机物转化过程.      

2014年10月太原市一次空气重污染过程分析

采用数值模拟(CAMx)与污染物、气象观测资料相结合的方式,对太原市及周边区域2014年10月6—12日一次典型空气重污染过程的大气环境背景、气象条件和形成原因进行了分析.结果表明:2014年10月8—10日太原ρ(PM_(2.5))日均值平均为175μg·m~(-3),太原城区约1460km~2的国土面积处于重度污染(ρ(PM_(2.5))150μg·m~(-3))之下,而京津冀约20×104km2的国土面积达到重度污染水平;区域稳定的气象条件是形成重污染的主要原因,重污染过程中大气层结稳定,逆温明显(2.14℃/100m)、风速小(1.91 m·s~(-1))、湿度大(68.13%)、负变压(-0.74 h Pa)、正变温(0.92℃).模拟结果显示,8—10日重污染期间区域输送对太原PM_(2.5)的贡献率在17%~24%之间,太原市PM_(2.5)浓度以本地贡献为主;估算的2014年太原城区PM_(2.5)排放量是其大气环境容量的1.4倍,重污染期间大气环境容量的大幅降低又加剧了空气污染的程度.     

2015年12月北京市一次重污染过程中PM_(2.5)特征分析

2015年入冬以来京津冀区域重污染频发,综合分析了2015年12月19—26日京津冀及周边地区发生的一次重污染过程中PM_(2.5)分布特征及成因。监测数据显示,2015年12月北京市重污染日共计13 d,累计月均值为151.8μg/m3。在12月19—26日一次重污染过程中,区域污染面积均超过40万km2,北京市单站PM_(2.5)小时均值超过800μg/m3。污染初期北京市南部地区PM_(2.5)浓度明显偏高,且PM_(2.5)极端高值出现在南部站点。污染输送阶段,北京市PM_(2.5)小时浓度在短时内呈爆发式增长,浓度增值是年均值的2~5倍。污染缓解阶段,偏北风作用,浓度明显下降。除了极端不利的天气形势外,区域散煤排放是造成重污染的重要原因;河北省唐山、保定、廊坊、石家庄等城市区域输送加重了污染程度。     

2014年京津冀地区PM2.5浓度时空分布及来源模拟

采用模式(CAMx)模拟与污染物、气象观测资料相结合的方式,分析了2014年京津冀地区PM2.5时空分布及来源特征.结果表明:PM2.5具有较为明显的时间变化规律,呈秋冬高、春夏低的规律和双峰型分布的日变化特征;重污染日PM2.5高浓度(PM2.5>150μg/m3)主要分布在太行山前的华北平原区,特别是北京、保定、石家庄一线,而太行山、燕山等西部及北部山区PM2.5浓度明显低于平原区;重污染日京津冀地区PM2.5平均浓度在150μg/m3以上的面积约占总面积的73%;重污染日北京、天津、石家庄市的PM2.5外来输送率分别为58%、54%、39%;2014年10月6~12日京津冀地区发生的一次重污染过程中污染物由南向北输送,区域输送对于各地区PM2.5浓度有着十分重要的影响.     

2013年1月北京市一次空气重污染成因分析

采用数值模式与观测资料相结合的方式,对北京市2013年1月9日至15日一次空气重污染过程的大气环境背景、气象条件和形成原因进行了初步分析.结果表明,重污染过程期间10日至14日PM2.5平均值为323μg·m-3;重污染过程与当地气象条件密切相关,稳定的大气环流形势为污染的持续提供了大气环流背景,风速较小、湿度较大、边界层较低、持续逆温是造成重污染的主要原因;重污染过程中区域输送对北京PM2.5贡献率在53%~69%之间且存在明显的二次转化,区域输送起着更为重要的作用;气象条件对持续性重污染的形成和破坏起到了关键性的作用,因此需要加强对重污染预警预报研究,以有效预防和控制空气重污染.     

应用WRF/Chem模拟河南冬季大气颗粒物的区域输送特征

基于WRF/Chem模式,设置多组区域排放源的情景实验定量估算河南、京津冀、山东、山西、安徽和江苏、湖北6个区域人为源排放对河南省2015年12月PM_(2.5)和PM_(10)浓度贡献率,并结合气象资料研究3个代表性城市的污染输送特征.结果表明:河南省冬季PM_(2.5)和PM_(10)主要来源为本省排放,平均贡献率分别为54.83%、61.32%.区域污染输送对河南颗粒物的贡献也占有很大比例,京津冀、安徽和江苏、山东、山西以及湖北对PM_(2.5)平均贡献率分别为11.95%、11.69%、7.95%、7.40%、4.30%,对PM_(10)平均贡献率分别为10.42%、10.03%、7.00%、6.89%、3.80%.PM_(2.5)外来输送率比PM_(10)要高,表明细颗粒物比粗颗粒物更易跨区域长距离输送.冬季长持续时间的污染过程大多受静风或小风控制,省内污染贡献最大,过程结束时伴随着大风,周边区域的污染贡献有所增加.不同城市的颗粒物来源与其地理位置、风速、风向等气象条件密切相关.区域污染来源具有复杂性,改善河南省空气质量是需要整个区域共同面对和解决的问题.     

河南省冬季3次重污染过程的数值模拟及输送特征分析

利用WRF-Chem模式模拟2015年11月27日—12月1日、12月5—14日、12月19—25日河南3次重污染过程,结合空气污染资料和ERA-Interim再分析资料,对比分析了这3次重污染过程的开始、持续和结束及污染物的输送特征.结果表明,静稳天气有利于污染的发展持续,3次重污染过程的结束均是由西路冷空气入侵造成的.第1次重污染过程平均风场上的风速均为小风或静风,从湖北到河南南部风向为偏南风;而第2和第3次重污染过程平均风场分别以偏东和偏北风为主.第2和第3次重污染过程中均存在明显的由北向南的污染物输送过程.3次重污染过程中,河南省本地排放对本省PM_(2.5)浓度的平均贡献率最大,而河南省周边区域对河南PM_(2.5)浓度的平均贡献率在这3次过程中不一样,第1次重污染过程,河南南部主要受偏南风影响,湖北对河南PM_(2.5)浓度的平均贡献率最大,为20.7%;第2和第3次重污染过程主要受偏东风影响,安徽和江苏对河南PM_(2.5)浓度的平均贡献率最大,分别为17.7%和18.5%.3次重污染过程中,安阳的主要污染输送源均不相同,分别来自河北、江苏和安徽、本省.     

基于数据挖掘算法和数值模拟技术的大气污染减排效果评估

近年来,京津冀地区采取了大量污染减排措施进行大气污染治理,如何客观评估减排效果是目前大气环境领域的研究难点.为准确评估大气污染过程的减排效果,本文利用北京地区常规气象资料、国控站PM_(2.5)浓度资料,遴选了北京地区2018年3月11—14日和2013年3月14—17日两次空气污染过程,计算了大气容量系数、静稳指数,并利用KNN数据挖掘算法和WRF-Chem模式,对比分析了有无减排条件下的PM_(2.5)日均浓度.结果表明:两次空气污染过程的天气形势和局地气象条件较相似,就大气热力和动力的垂直结构来看,2018年空气污染过程比2013年空气污染过程的大气稳定性更强、边界层高度更低、环境容量更小,但PM_(2.5)峰值浓度却显著下降,平均浓度明显降低,PM_(2.5)小时浓度的增长趋势相对平缓,重污染持续时间缩短.KNN数据挖掘算法减排评估结果显示,该方法能够较好地预测PM_(2.5)日均浓度的变化趋势,2018年3月11—14日,在减排和不减排情景下PM_(2.5)日均值分别为171和229μg·m~(-3),减排使得污染过程PM_(2.5)平均浓度下降了25.3%.数值模拟结果与KNN数据分析结论吻合,进一步验证了减排措施的有效性.综合看来,2018年空气污染过程中PM_(2.5)浓度相比历史相似气象条件下的污染过程显著降低,这是长期大力度减排效果的体现.     

上海典型持续性PM2.5重度污染的数值模拟

本研究针对2013年1月23~24日的上海PM_(2.5)持续重污染过程,采用WRF-Chem大气化学模式以及PM_(2.5)质量浓度、能见度、气象要素等地面实测资料相结合的方式,揭示了造成上海冬季PM_(2.5)持续性重污染的一类"天气学必要成因",即一次弱冷空气活动过程导致了两种不利污染天气条件——"弱气压场(静稳形势)"和"弱冷空气扩散(输送形势)",两者先后影响上海造成PM_(2.5)浓度持续上升.主要过程如下:首先弱冷空气影响之前,上海处在不利的局地气象扩散条件下,受弱气压场控制10 h后本地PM_(2.5)质量浓度达到重度污染水平,之后夜间稳定边界层(地面静风和低层逆温)使得PM_(2.5)重度污染维持了7h,期间PM_(2.5)平均质量浓度为172.4μg·m~(-3).后期弱冷空气影响上海,虽然改善了局地扩散条件但是同时产生了明显的周边污染物输送,使得本地PM_(2.5)质量浓度升高并达到峰值(280μg·m~(-3)),继续加重污染水平,期间PM_(2.5)平均质量浓度为213.6μg·m~(-3).WRF-Chem模拟结果进一步表明,整个污染过程周边区域输送对上海PM_(2.5)平均贡献率为23%,其中两个阶段周边区域输送的平均贡献率分别为17.2%和32.2%,可见在不同的污染天气条件下周边污染源的贡献存在显著差异,因此可以根据对污染天气类型的预判制定应急减排方案.     

冬季山谷风和海陆风对京津冀地区大气污染分布的影响

为了弄清冬季山谷风、海陆风对京津冀地区大气污染时空分布的影响,利用2016年12月地面加密自动气象站逐时观测数据和中国环境监测总站发布的逐时PM_(2.5)浓度数据,计算平均风矢量场和平均PM_(2.5)浓度场,分析山谷风、海陆风变化规律及其对PM_(2.5)浓度分布的影响.结果表明,在山谷风日,中午至下午谷风将位于河北太行山东部地区的污染物向北输送.傍晚以后,在北京西部、北部,以及河北太行山山前出现的山风与偏南风构成"人字形"辐合线,辐合线的汇聚作用使北京地区、廊坊,以及保定、石家庄、邢台等地大气污染加重.在海陆风日,下午至前半夜,河北中东部沿海地区出现东南向海风,深入内陆到达天津东南部地区,海风前缘区域大气污染加重;通过对中国科学院大气物理研究所铁塔0～325 m风向风速与PM_(2.5)浓度时间变化关系分析,以及利用Cressman法插值得到的地面风向风速和PM_(2.5)浓度二维格点场,分析北京地区重霾污染过程中近地层山谷风和海陆风对大气污染形成的影响:中午至下午,谷风将大气污染物向北京输送.傍晚以后,大气污染物在山风与偏南风形成的辐合线附近汇聚,在北京地区及以南地区形成PM_(2.5)高污染区.凌晨至早晨北京被山风控制,大气污染物被吹离北京、滞留在北京以南至天津西北地区.冬季,山谷风的输送和汇聚作用使大气污染物以日为周期不断循环和累积,对北京地区至北京以南地区、河北太行山东部地区的大气重污染形成起重要作用.     

土壤中元素磷的地球化学

土壤磷素包括无机磷和有机磷。由于生物有效性的不同 ,无机磷和有机磷又可分为各种形态的无机磷和有机磷组分。土壤磷素的生物地球化学行为受多种因素的影响。为此本文概述了土壤中元素磷的地球化学行为及其影响因素。     

水中亚硝酸根的现场测定及在地下水污染调查中的应用

以对氨基苯磺酸为重氮组分,α-萘胺为显色剂,采用便携式分光光度计,建立了环境水体中亚硝酸盐氮的现场快速测定方法,并将其用于玛纳斯河流域地下水污染调查评价。结果表明:亚硝酸盐氮在0.010~0.200 mg/L时有良好的线性关系,方法检出限为0.003 mg/L,加标回收率(n=5)为90.0%~104.0%,相对标准偏差为0.54%~1.27%,测定结果能够准确反映不同位置环境水体中亚硝酸盐的污染程度。该方法测试成本低,操作简便、快捷,尤其适用于地表水及地下水水质污染调查评价及污染事故的应急监测分析等领域。     

京津地区地下水中有机物的研究

本文在大量实验数据基础上,提出运用总峰面积值,特征有机污染物、有机污染物存在几率、有机污染系数及环境水文地质与地下水污染关系等方法,结合实际研究了京津地区地下水中有机物种类、含量和分布规律与特征。     

汞的甲基化研究进展

汞的甲基化是汞生物地球化学循环中的一个重要过程,并且与人类的健康有着密切联系。本文全面总结了汞的甲基化机制及其影响因素的研究进展,包括汞甲基化的主要场所、汞的生物甲基化过程、非生物甲基化过程以及影响汞甲基化的因素。并指出研究低纬度带(热带亚热带)湿地生态系统中汞的甲基化机制及其环境生态影响对汞全球循环的贡献,是今后汞研究的重要方向之一。     

华北地区土壤中硫的赋存特征

主要讨论了华北地区土壤中硫的分布及赋存特征，结果表明华北地区不同省市土壤中硫的含量有差异；土壤中硫的含量与土壤类型及土母质等有一定关系，土壤中不同形态硫的含量结果表明，尽管该地区土壤中总硫在大部分土壤中含量较高，但植物有效硫的含量相对较低，土壤中的硫主要是以难溶无机硫和有机硫形式存在。     

我国垃圾渗滤液处理存在问题及对策分析

分析了垃圾渗滤液的特点以及在垃圾渗滤液管理方面存在的问题。指出了我国垃圾渗滤液处理面临的技术难点。从环境技术管理以及工程技术开发方面进行了分析,以期为我国垃圾渗滤液的管理与控制提供支持。     

黔西北土法炼锌区典型植物体内重金属的积累研究

对黔西北土法炼锌导致的重金属严重污染地区生长茂盛的自然植被及其根部土壤进行了重金属分析测试。土壤重金属形态用连续提取法区分为有效态和强结合态,结果发现植物体内的重金属含量与土壤中有效态的重金属含量成正比。所分析的4种植物体内的Pb、Zn、Cd含量表现为Zn>Pb>Cd。接骨草(SambucusChinensis)和柳叶苦荬菜(Ixerisgracilis)在体内富集、运输重金属元素的能力很强,是对污染区生态重建非常有前景的植物。     

南京城区与郊区秋季大气PM_(10)中水溶性离子的特征研究

对南京市城区与郊区秋季PM10中水溶性离子的浓度水平,变化规律及其相关性进行分析。结果表明:水溶性离子是南京市PM10的重要组成部分,占PM10总量的26.8%～49.5%;NO3-、SO24-为南京PM10中离子的主要成分同时SO24-与PM10的相关性高,在郊区与城区相关系数分别为0.97与0.98;土壤源对Mg2+的贡献多于海洋气溶胶。郊区与城区非海盐Mg2+和Ca2+的比值分别为0.0308～0.0557与0.0314～0.0558,与中国北方沙漠地区相异,说明观测期间南京大气PM10主要受局地源影响;南京城、郊NO3-/SO24-均值分别为0.74和0.80,说明南京市城郊PM10中NO3-与SO24-更多地来自于机动车尾气排放。     

北京地区农业土壤中镍的背景值

本工作为农业土壤、作物中有毒物质背景值协作研究的一部分。作者测定了北京地区129个采样点及32个剖面的农业土壤样品中的镍含量。在对分析数据进行数理统计的基础上,研究了不同土类土样中镍含量的分布类型,检验了剖面表层土(耕作层)同底层土的镍含量之间的差异。最后提出了北京地区农业土壤中镍的背景值。     

北京市大气小颗粒物的污染源解析

１９９２年１１月至１９９３年２月在北京市５个采样点采集了大气小颗粒物样品和总悬浮颗粒物样品，并采用等离子体发射光谱分析小颗粒物的化学成分，半春结果应用于化学质量平衡法解析污染源，主要结果，秋季各污染源的贡献率：尘土为１５．９％，燃煤为２８．３％，燃油为５４．１％，钢铁工业为１．５６％：冬季科污染的贡献率：尘土为１９．２％，燃煤为３７．７％〈燃油为４２．６％，钢铁工业为０．３％。