长江三角洲西部地区PM_(2.5)输送轨迹分类研究

长三角4个省会(直辖市)城市(上海、南京、合肥、杭州)中,合肥与南京的PM_(2.5)浓度演变有较高的一致性。应用聚类分析的方法对2013—2015年合肥非降水日(日降水量低于10 mm)100 m高度(代表近地层)和1000 m高度(代表边界层中上部)的72 h后向轨迹进行分类,结合合肥2013—2015年PM_(2.5)日均浓度资料,探讨近地层和边界层中上部输送轨迹与长三角西部PM_(2.5)浓度的关系。近地层和边界层中上部分别得到7组和6组不同的后向轨迹;不同输送轨迹对应的PM_(2.5)浓度、重污染(重度以上污染,PM_(2.5)日均浓度大于150μg/m3)天数、能见度、地面风速、相对湿度等都有显著不同,尤其是在近地层。100 m高度,平均长度最短、来向偏东的轨迹组对应的PM_(2.5)浓度均值最高(约是组内均值最低值的2倍)、重污染天数最多,且占比最高(30%),重污染日对应的气流在过去72 h下降高度均值仅28 m,明显低于其他PM_(2.5)污染等级日;来向偏西北、长度较短的轨迹组,PM_(2.5)浓度均值和重污染天数为第2高,这一类轨迹占比14%,气流到达本地前存在明显的下沉运动,反映了远距离输送加剧本地PM_(2.5)重污染的特征。这两类轨迹常对应PM_(2.5)日均浓度的上升。PM_(2.5)平均浓度最低的2个轨迹组分别是来自东北和西南的较长轨迹组,所占比例分别为6.4%和10.3%,这2类轨迹往往对应着PM_(2.5)日均浓度下降。1000 m高度的结果与100 m高度结果类似,但PM_(2.5)平均浓度的组间差异不及100 m高度,与2001—2005年PM10浓度与输送轨迹的关系不同。对3 a中84个重污染日两个高度的后向轨迹进行聚类,近地层和边界层中上部各得到7类和6类PM_(2.5)重污染日的天气形势。近地层92%的重污染日对应的海平面气压形势场上,从华北到华东属于均压区,气压梯度小,轨迹来向以偏东到偏北方向为主,垂直方向延伸高度在950 hPa以下。1000 m高度,77%的重污染日属于相对较短的轨迹组,对应的850 hPa高度场特征为从中国西北(新疆)到东南受高压控制,长三角或位于高压底部,或位于两高压之间的均压区。这对PM_(2.5)浓度预报有较好的指示意义。     

长江三角洲西部地区PM2.5输送轨迹分类研究

长三角4个省会（直辖市）城市（上海、南京、合肥、杭州）中,合肥与南京的PM_2.5浓度演变有较高的一致性。应用聚类分析的方法对2013-2015年合肥非降水日（日降水量低于10 mm）100 m高度（代表近地层）和1000 m高度（代表边界层中上部）的72 h后向轨迹进行分类,结合合肥2013-2015年PM_2.5日均浓度资料,探讨近地层和边界层中上部输送轨迹与长三角西部PM_2.5浓度的关系。近地层和边界层中上部分别得到7组和6组不同的后向轨迹;不同输送轨迹对应的PM_2.5浓度、重污染（重度以上污染,PM_2.5日均浓度大于150 μg/m³）天数、能见度、地面风速、相对湿度等都有显著不同,尤其是在近地层。100 m高度,平均长度最短、来向偏东的轨迹组对应的PM_2.5浓度均值最高（约是组内均值最低值的2倍）、重污染天数最多,且占比最高（30%）,重污染日对应的气流在过去72 h下降高度均值仅28 m,明显低于其他PM_2.5污染等级日;来向偏西北、长度较短的轨迹组,PM_2.5浓度均值和重污染天数为第2高,这一类轨迹占比14%,气流到达本地前存在明显的下沉运动,反映了远距离输送加剧本地PM_2.5重污染的特征。这两类轨迹常对应PM_2.5日均浓度的上升。PM_2.5平均浓度最低的2个轨迹组分别是来自东北和西南的较长轨迹组,所占比例分别为6.4%和10.3%,这2类轨迹往往对应着PM_2.5日均浓度下降。1000 m高度的结果与100 m高度结果类似,但PM_2.5平均浓度的组间差异不及100 m高度,与2001-2005年PM₁₀浓度与输送轨迹的关系不同。对3 a中84个重污染日两个高度的后向轨迹进行聚类,近地层和边界层中上部各得到7类和6类PM_2.5重污染日的天气形势。近地层92%的重污染日对应的海平面气压形势场上,从华北到华东属于均压区,气压梯度小,轨迹来向以偏东到偏北方向为主,垂直方向延伸高度在950 hPa以下。1000 m高度,77%的重污染日属于相对较短的轨迹组,对应的850 hPa高度场特征为从中国西北（新疆）到东南受高压控制,长三角或位于高压底部,或位于两高压之间的均压区。这对PM_2.5浓度预报有较好的指示意义。     

运城盆地秋冬季PM2.5传输特征和源区分析

利用2017-2019年空气质量监测数据，采用HYSPLIT后向轨迹模式、聚类分析、潜在源贡献因子分析法（PSCF）和浓度权重轨迹分析法（CWT），对运城市秋冬季大气PM2.5传输路径、对应重污染的天气形势和潜在源区进行分析。结果表明：（1）运城近地层盛行偏东风时污染频率高，弱的偏东风和西南风时，污染物浓度较大。秋冬季PM2.5后向轨迹西北方向最多达53.53%，偏东方向最少为11.25%，偏西方向和西南方向介于两者之间，分别为16.61%和12.06%。（2）不同轨迹对应天气形势不同，西北和偏西轨迹下，500 hPa高度场上为两槽一脊或偏西气流，700～850 hPa受脊前西北气流影响，地面为高压前底部型或均压场型；西南轨迹下，500 hPa高度场上为偏西气流，700～850 hPa运城处于槽前西南气流，地面气压场为高压前底部（底部）或均压场。（3）运城PM2.5潜在源区主要位于陕西南部、四川东部和新疆东南、甘肃的东南部等地区，说明影响运城秋冬季PM2.5的浓度除了来自汾渭平原西南部的颗粒物区域输送，来自西北方向新疆、甘肃的远距离颗粒物传输也是重要来源。     

长江三角洲地区四省会城市PM10污染特征

对长江三角洲地区四省会城市(上海、南京、杭州、合肥)2001-2005年逐日大气污染指数资料进行统计分析,并采用HYSPLIT轨迹模式,分析了各城市中度以上大气污染过程的输送特征。结果表明:2002年以后,四省会城市的大气质量都有好转的趋势;大气污染发生频率最高的季节是春季(南京)和冬季(其他城市);11月和3月是大气污染出现频率最高的月份。上海PM10与NO2和SO2浓度之间存在非常显著的正相关,合肥PM10与NO2和SO2浓度之间的相关性比上海略差。两城市都是PM10与NO2之间的偏相关系数远大于与SO2之间的偏相关系数。各城市的PM10浓度都与另外三个城市之间存在显著的正相关,尤其是3,4月份。后向轨迹分析表明,造成本地区中度以上大气污染的气团以西北来向为主。     

兰州春季沙尘过程PM10输送路径及其潜在源区

将2001-2008年分为沙尘天气相对多年和相对少年,计算兰州市春季逐日4个时次的4d气团后向轨迹。通过聚类分析得到春季到达兰州市区的主要气团轨迹组,结合可吸入颗粒物PM10日均质量浓度资料,通过计算潜在源贡献因子PSCF（potential source contribution function）和浓度权重轨迹CWT（concentration-weighted trajectory）,得到影响兰州市春季PMlo质量浓度的潜在源区以及不同源区对兰州市春季PM10质量浓度贡献的差异。结果表明,在沙尘天气相对多年,西路径和西北路径发生比例最高,分别占总轨迹的33％和19．4％,其中有50％以上为污染轨迹,是造成兰州市春季高质量浓度PM10污染的主要输送路径。沙尘天气相对少年的主要输送路径是西路径,其次是北路径,分别占23．6％和18％。影响兰州市春季大气PM10质量浓度的潜在源区分布在新疆塔里木盆地、吐鲁番盆地、青海柴达木盆地、甘肃河西走廊、内蒙古中部和西部的沙漠戈壁地区。     

瓦里关及西宁PM_(10)和多环芳烃谱分布的观测研究

为了研究青海瓦里关和西宁PM10中多环芳烃污染特征及其来源,于2007年5月24日～6月1日在青藏高原东北部的瓦里关大气本底站和青海气象台进行了观测并各采集7组气溶胶样品,分析了PM10质量浓度、粒径分布和多环芳烃谱分布特征。结果表明,瓦里关PM10日均浓度为24.85μg.m-3,粒径分布呈三模态;西宁PM10日均浓度为65.25μg.m-3,呈明显双模态。瓦里关积聚态颗粒物质量百分比大于西宁观测点。瓦里关PM10中多环芳烃含量远低于同季节西宁地区,浓度值为8.38ng.m-3;高分子量的PAHs主要集中在细颗粒上,而粗颗粒上低分子量PAHs相对较多。两地区高分子量多环芳烃均为单峰分布。后向轨迹分析表明,瓦里关PM10中PAHs污染与西宁市以及黄河河谷工业带方向的输送密切相关。     

太原市一次重污染天气过程的成因分析

针对2016年12月29日—2017年1月6日山西省太原市内发生的一次重污染天气过程,通过分析常规天气条件,SO2、PM2.5和PM10的排放清单以及后向轨迹模式,探讨本次重污染事件的成因。结果表明:本次污染事件持续时间长,重度染污持续将近5 d,多种污染物浓度严重超标,细粒子是污染过程的主要贡献;太原市处于冷空气较弱和水汽条件较好的大尺度大气环流形势下,为冷高压持续稳定,近地面风速小、风力弱地面形势下,形成了大范围、长时间的静稳天气;在污染期间太原地区主要受到来自西北和西部共四种气流输送类型的控制,其中来自西北的气流输送轨迹对应的污染物浓度明显小于其他三条轨迹对应的污染物浓度,输送轨迹的输送高度可能是造成轨迹对应污染物浓度之间差异的一个原因,结合污染物排放源分布发现这次污染事件的形成受本地源和长/近距离输送的共同影响,其中本地源的贡献更为显著。     

宁波秋冬季空气污染变化特征及污染物后向轨迹分析

统计分析2012—2013年宁波空气质量及污染物浓度,得出秋冬季宁波市空气质量最差,AQI均值92,首要污染物主要为PM2.5、SO2、PM10,其中,PM10、PM2.5的浓度超过了国家二级标准。2013年空气质量下降、污染程度明显加重主要表现为秋冬季空气污染加重。应用HYSPILT4模式计算输送轨迹并聚类分析,表明大气污染是可以通过中远距离输送影响到下风向的地区;外来污染源对宁波空气质量影响明显。宁波秋季轨迹比较复杂,共有7条轨迹,主要来自津京冀、黄海南部、浙江西南地区和东海,共占72%;冬季有4条轨迹,主要来自浙北和津京冀,共占81%。由此可见,宁波空气污染受其特定的地理环境和大气环流背景影响,存在远、近不同距离的污染物输送问题,西北方向的输送轨迹对宁波空气质量有明显影响,其AQI、PM2.5、PM10、NO2、SO2平均浓度分别可达104、72.9μg·m-3、122.8μg·m-3、54.1μg·m-3、37.8μg·m-3,远高于其它轨迹。特别是秋季来自京津冀、黄海南部以及冬季来自浙江北部、山西河北的轨迹,造成宁波重度或严重污染的重要原因之一。在重污染天气预报预警中,预报员需要密切关注PM2.5浓度变化。大气污染的防治除政府相关部门继续进行能源结构调整、交通源排放控制外,还需要更大范围区域乃至全国的协作才能从根本上改善城市的空气质量。     

基于GRAPES模式的广州地区大气输送扩散参数及其对PM2.5预报的应用

利用2010年11月—2011年11月广州地区PM2.5逐时监测资料以及GRAPES模式计算的四种大气输送扩散参数预报值,分析评估模式描述四种大气输送扩散参数的性能及其预报广州地区PM2.5浓度的可行性,结果表明:GRAPES模式不同时刻起报的地面通风系数、平均通风系数和湍流动能的预报稳定性与一致性较好,而垂直交换系数相对较差。垂直交换系数、地面通风系数、平均通风系数和湍流动能的量级分别为101、103、103和10-1～100。PM2.5浓度与大气输送扩散参数呈显著负相关,其中PM2.5与14时起报的垂直交换系数相关性最好。使用临界成功指数CSI对PM2.5浓度进行预报检验,得到垂直交换系数对PM2.5的预报稳定性较好,垂直交换系数能大概判别PM2.5为“污染”与“清洁”情况,临界成功指数部分可达70%。垂直交换系数与PM2.5浓度存在显著的超前滞后相关,预报PM2.5浓度是否为“污染”与“清洁”可同时参考原序列及滞后序列的预报效果。      

2014—2015年上海地区冬夏季大气污染特征及其污染源分析

利用上海地区冬、夏季空气质量数据和常规地面观测数据,分析了2014—2015年冬、夏两季大气污染特征,并通过聚类分析法和后向轨迹模式对污染物输送路径进行统计分析。结果显示：上海市冬、夏两季空气质量均以优良为主,首要污染物分别以PM2.5和O3;来自夏季的西北输送路径对应PM2.5和O3浓度最高,分别为62.8和130.2 μg·m-3,来自冬季的西北和西南方向的输送路径对应PM2.5浓度较高;进而基于潜在源区贡献和污染源排放强度等要素建立了传输指数。总体而言,江苏中南部、浙江中北部以及安徽中南部等地对上海地区夏季空气质量影响较为显著,而冬季周边区域的传输指数范围有所扩大,主要包括河北南部、河南中东部、山东、安徽、湖北中东部、江苏以及浙江中北部等地。     

基于PSCF与CWT方法的赣江新区大气污染物潜在源区个例分析

利用TrajStat软件和GDAS全球同化气象数据,对江西省赣江新区2011—2020年四季72 h气团后向轨迹进行聚类分析,并结合PM2.5和O3逐小时浓度数据,运用潜在源贡献因子分析法（PSCF）和浓度权重轨迹分析法（CWT）分析了2016年12月2—10日一次污染天气过程中大气污染物输送对赣江新区上空污染物浓度的贡献。结果表明,赣江新区2011—2020年四季气团后向轨迹中占比最大的均为短支气流,其中春季的短支气流来源于东侧,其他季节均来源于东北方向的安徽省,夏季和冬季的长支气流与季风的季节性变化一致。在2016年12月2—10日的污染天气过程中,赣江新区的PM2.5潜在源区主要分布于江西省北部、湖北省东南部,O3潜在源区主要分布于江西省北部、湖北省南部和湖南省东北小部分地区;同时天气形势显示,赣江新区处在槽后脊前,湖北省东南部存在偏强西北风,为大气污染物向赣江新区的输送创造了条件。     

通辽市可吸入颗粒物质量浓度变化监测分析

文章基于通辽市2011年6月至2013年5月可吸入颗粒物质量浓度(PM10)资料数据,统计结果表明:(1)PM10年均质量浓度为85.92μg·m-3,未达到国家环境空气质量二级标准;(2)PM10季均质量浓度特征是春季冬季秋季夏季,PM10月平均质量浓度与季节分布基本一致;(3)PM10质量浓度在一周中呈现出单峰变化的特点,不同季节PM10质量浓度周变化不同;(4)PM10质量浓度日变化呈现双峰型分布。PM10浓度峰值从夏季到冬季逐渐推迟,这主要与日出日落时间和其他气象条件,以及上下班交通高峰相关;春季峰值还与沙尘天气发生时间有关。     

泰山PM10及其中化学成分变化特征

为研究华北平原区域背景气溶胶成分及其变化特征,2010年6月至2011年7月在泰山顶采集了64个PM10滤膜样品,分析了样品的PM10及其中无机盐离子和有机碳（OC）、元素碳（EC）的质量浓度,并对各成分相关性等进行了分析。泰山PM10年均质量浓度约为68.4 mg/m³,其中无机盐离子约占总质量的64.8%,碳气溶胶约占17.4%。无机盐离子的质量浓度从春季逐渐增大,夏季达到峰值,秋季下降,冬季最小;OC质量浓度从春季至秋季逐渐增高,冬季最低,EC变化类似,但夏秋两季差别不大。二次有机碳（SOC）与OC的比值四季均在50%以上,年均值约为58.5%。通过后向轨迹聚类分析发现,在经过城市的较短轨迹以及南方较短混合轨迹的影响下,泰山PM10质量浓度较高,而西北长距离传输气团PM10浓度均较低。     

利用MODIS光学厚度遥感产品研究北京及周边地区的大气污染

对2001年在北京地区利用太阳光度计观测的气溶胶光学厚度和NASA发布的MODIS气溶胶产品进行了比较,验证了这一卫星遥感产品的可靠性;比较了2001年MODIS气溶胶光学厚度(AOD)产品和由空气污染指数(API)计算的每日平均可吸入颗粒物(PM10)浓度,得到了比较高的相关系数,证实该气溶胶产品可用于污染分析.将北京地区AOD与气象能见度观测资料进行比较,得到了不同季节的气溶胶"标高".利用统计的不同季节的气溶胶标高,从光学厚度的季节分布得到了能见度(能见距离)的季节分布.气溶胶光学厚度图像的个例分析表明,除局地排放外,周边区域(主要为西南和南向)的输送对北京市区的空气污染贡献份额较大.卫星遥感气溶胶可以比较直观地再现污染物的区域分布和输送,不仅为研究全球气候变化也为研究区域环境的空气质量提供了一种有效手段.     

Regional meteorological patterns for heavy pollution events in Beijing

The present study investigates meteorological conditions for the day-to-day changes of particulate matter (PM) concentration in Beijing city during the period 2008–2015. The local relationship of PM concentration to surface air temperature, pressure, wind speed, and relative humidity displays seasonal changes and year-to-year variations. The average correlation coefficient with PM₁₀ in spring, summer, fall, and winter is 0.45, 0.40, 0.38, and 0.30 for air temperature; –0.45, –0.05, –0.40, and –0.45 for pressure; 0.13, 0.04, 0.53, and 0.50 for relative humidity; and –0.18, –0.11, –0.45, and –0.33 for wind speed. A higher correlation with wind speed is obtained when wind speed leads by half a day. The heavily polluted and clean days, which are defined as the top and bottom 10% of the PM values, show obvious differences in the regional distribution of air temperature, pressure, and wind. Polluted days correspond to higher air temperature in all the four seasons, lower sea level pressure and anomalous southerly winds to the south and east of Beijing in spring, fall, and winter, and a northwest–southeast contrast in the pressure anomaly and anomalous southerly winds in summer. Higher relative humidity is observed on polluted days in fall and winter. The polluted days are preceded by an anomalous cyclone moving from the northwest, accompanied by lower pressure and higher air temperature, in all four seasons. This feature indicates the impacts of moving weather systems on local meteorological conditions for day-to-day air quality changes in Beijing.     

Characteristics and source of black carbon aerosols at Akedala station, Central Asia

Black carbon concentration and weather data were online monitored continuously from March 2008 to February 2009 at the Akedala regional atmosphere station in the arid region of Central Asia. We present the daily, monthly and seasonal variations of BC concentration in the atmosphere and discuss the possible emission sources. Black carbon concentration in this region varies in the range of 43.7–1,559.2?ng/m³. A remarkable seasonal variation of BC in the aerosol was observed in the order of winter?>?spring?>?autumn?>?summer. The peak value of BC appeared at 10:00–13:00 while the lowest one at 7:00–9:00 each day. Air masses backward trajectories show the potential emission sources in the northwest from spring to autumn. Through back trajectory also revealed that BC in winter might be attributed to the emission from the anthropogenic activities, including domestic heating, cooking, combustion of oil and natural gas, and the medium-range transport from those cities in northern slope of Tianshan Mountains and Siberia. Some BC aerosols from the arid region of Central Asia were transported to the Pacific Ocean by the Westerlies.     

用TSI天气分型方法分析上海环境空气质量

基于主成分分析和聚类分析的TSI天气分型方法,把2003-2005年上海市的气象资料按季节分型,对比分析上海市四季不同天气类型下的空气污染指数,结果发现：四季API最大值的天气类型为冬季Ⅷ型、春季Ⅲ型、夏季Ⅰ型、秋季Ⅱ型;不同天气类型下同一污染物指数冬季差别最显著,春秋季节次之,夏季最不显著;冬季污染物指数最大,春季次之,夏季最小;各季节各天气类型下,均以PM10污染指数最大。     

吐鲁番市颗粒物浓度变化特征及与气象要素的关系

依据吐鲁番市2015年3月—2016年2月的PM_(10)、PM_(2.5)和气象资料,利用统计分析,探讨吐鲁番市PM_(10)和PM_(2.5)浓度的变化特征及其与气象要素的关系。结果表明:冬季PM2.5与PM10浓度的平均值最高(106 ug/m3、184 ug/m~3),春季次之(63 ug/m~3、163 ug/m~3),夏季最低(33 ug/m~3、95ug/m~3),且冬季二者浓度的平均值比夏季分别高大约69%、48%。11月至次年2月,每个月中PM_(2.5)和PM_(10)的污染程度在轻度污染以上的天数相比其它月份较多。PM_(10)与PM_(2.5)的日变化曲线特征呈现"双峰双谷"的特点;PM_(2.5)与PM_(10)的比值在冬季达到了60%~80%,这说明吐鲁番冬季主要以PM2.5污染为主;PM_(2.5)和PM_(10)与能见度之间存在极其显著的相关性,相关系数分别为-0.904、-0.792,与单一气象要素(如相对湿度、风速、温度等)的相关性不明显,但不同气象要素的共同作用对其有显著影响。     

Trans-boundary and in-country transport of air pollutants observed in Kobe,Japan by high frequent filter pack sampling method

The seasonal intensive sampling of gases and particulate matter in ambient air was conducted at the site established in urban area of Japan to study the seasonal difference of the temporal variation of gases and particulate matter concentrations in urban atmosphere as well as to illustrate the different transport regimes that impacts air pollutants. The sample was collected by the four-stage filter-pack method with 6-h interval for one week in four seasons (spring, summer, autumn and winter). The trans-boundary transport of air pollutants with high concentration was characteristically observed in the spring sampling. On the other hand, we could successfully detect the in-country transports of air pollutants in the summer sampling. Four-season’s intensive survey considered, we could show the characteristic transport of air pollutants to provide the episodic high concentration for ambient air in the urban area of Japan, and successfully illustrate the seasonal-dependent transport regimes to impact on air pollutants.