汾渭平原空气质量及气象要素对其日变化和年际变化的影响

汾渭平原因其封闭的地形条件以及煤炭为主的能源结构,大气污染问题一直存在,并于2018年被列入大气污染防控的重点区域。文章利用2015年以来PM₁₀、PM_2.5、SO₂、NO₂、CO、O₃质量浓度的观测数据和空气质量指数（Air Quality Index,简称AQI）,分析了汾渭平原AQI及大气污染物质量浓度的时空分布特征;使用多元线性回归模型研究了气象条件对冬季PM_2.5和夏季O₃浓度日最大8 h滑动平均值（MDA8_O₃）日变化和年际变化的影响。研究发现,汾渭平原的空气质量在2015～2017年间逐年变差,在2018～2019年有所好转,污染较重的城市为西安、渭南、咸阳、临汾、运城、三门峡、洛阳,集中在汾河平原与渭河平原交界处。汾渭平原的首要大气污染物多为PM_2.5、PM₁₀或O₃,三者占比之和约90%。重污染时期主要集中在天气条件不利及污染物排放量大的冬季供暖期,但夏季O₃浓度的升高趋势使得汾渭平原夏季污染情况越来越严重。影响汾渭平原冬季PM_2.5浓度和夏季MDA8_O₃日变化最主要的气象要素都是2 m高度气温（简称T2M）,相对贡献分别是45.5%、35.3%,都表现为正相关;第二主要的气象要素都是2 m相对湿度（简称RH2M）,相对贡献分别是41.5%（正相关）、25.4%（负相关）。影响汾渭平原冬季PM_2.5浓度年际变化最主要的2个气象要素是T2M和RH2M,其相对贡献分别为43.6%、31.9%,且都呈正相关,2015～2019年汾渭平原冬季气象条件的变化会导致PM_2.5浓度上升,部分削弱了人为减排导致的下降趋势（?8.3 μg m?3 a?1）。影响汾渭平原夏季MDA8_O₃年际变化最主要的2个气象要素是T2M（正相关）和850 hPa风速（WS850,负相关）,其相对贡献分别为71.7%、16.3%。2015～2019年汾渭平原夏季气象条件的变化导致O₃污染呈上升趋势（1.2 μg m?3 a?1）,但O₃污染的总上升趋势（8.7 μg m?3 a?1）中,人为排放变化的贡献更大（7.5 μg m?3 a?1）。本研究表明,汾渭平原大气污染形势严峻,其颗粒物污染问题尚未解决,还面临着新的臭氧污染的挑战,汾渭平原内的11个地级市分属陕西、山西、河南三省管辖,三省交界处又是重污染区域,所以需要三省联合防治防控,协同改善汾渭平原的空气质量。     

佛山市近地面O_3变化特征及与气象因素的关系

利用佛山市2014至2018年8个环境国控站观测的近地面6种污染物质量浓度数据,结合同期气象数据,采用多种统计方法,分析佛山近5年来近地面O_3质量浓度日、周、月的变化特征,同时探讨了主要影响因子和气象要素阈值。结果表明:(1)佛山市O_3污染天数和浓度均呈现增加趋势;(2)日变化表现为单峰分布,峰值出现在15:00前后,出现时间和其它城市较一致,其前体物CO、NO_2则在15:00前后出现谷值;(3)O_3前体物质量浓度休息日高于工作日,O_3质量浓度周末低于工作日,和广州表现较为一致;(4)当日均气温高于26℃、相对湿度介于40%～70%、气压低于1 010 hPa、日均风速低于2 m/s、日照时数大于6.5 h时,有利于O_3生成并造成臭氧超标;(5)佛山O_3质量浓度与PM_(10)、PM_(2.5)、SO_2质量浓度呈正相关。     

2015-2017年中国近地面O3污染状况与影响因素分析

利用2015-2017年环保部发布的近地面臭氧(O_3)和其他3种污染物[粒径小于2. 5μm的颗粒物(PM_(2.5))、一氧化碳(CO)、二氧化氮(NO_2)]小时浓度数据和美国国家气候资料中心收集的气象要素监测数据,分析了中国近地面O_3污染状况,并用逐步回归方法分析了影响O_3重污染区域夏季近地面O_3浓度的因素。结果表明,2015-2017年我国O_3日最大8 h滑动平均浓度(O_3MDA8)年平均值分别为83.02±16. 79,87. 05±14. 32和94. 70±13. 89μg·m~(-3)。O_3MDA8浓度逐年增长(增长率14. 07%),其中冬季增长最快(增长率范围14. 67%～34. 32%),夏季增长最慢(增长率范围2. 32%～14. 16%)。京津冀、长三角、山东半岛、川渝和中原地区近地面O_3污染较重,影响这5个区域近地面O_3浓度的主要因素为温度、相对湿度和PM_(2.5),除此之外京津冀和川渝地区的近地面O_3浓度受NO_2影响明显,中原地区的近地面O_3浓度受CO影响明显。     

汾渭平原夏季近地面臭氧统计预报方法

运用2017—2020年5—8月城市空气质量数据和地面气象数据,筛选出对O3日最大8 h滑动平均质量浓度（以下用C8h(O3)表示）影响较大的气象因子,建立了近地面C8h(O3)主要气象条件判定标准——高质量浓度O3潜势指数（IHPP）,进一步拟合得到汾渭平原夏季C8h(O3)多元逐步回归预报方程,并进行效果检验。结果表明：汾渭平原IHPP由日最高气温（Tmax）、日均相对湿度（HR）、日照时数（t）、日主导风向（WD）和降水量（P）5个气象因子构成,其值介于-1～6之间,值越大则该日近地面O3超标可能性越大;经检验,C8h(O3)多元逐步回归方程预报结果与实况较吻合,汾河平原（特别是运城）预报效果总体较好,临汾、吕梁和西安等级预报效果有待改进;预报检验时段咸阳和晋中等级预报准确率较国家气象中心的指导预报分别上升79%和289%,说明预报方程具有一定的业务应用可行性。     

汾渭平原PM2.5-O3复合污染特征及气象成因分析

PM_2.5和O₃已经成为汾渭平原城市最主要的污染物,两者之间相互影响,在暖季经常同时出现构成污染,其污染程度与气象条件密切相关。利用2015—2021年汾渭平原12个城市逐日PM_2.5和O₃浓度、地面气象观测数据以及ERA5高空再分析数据等资料,分析了汾渭平原PM_2.5和O₃的时空变化特征以及复合污染发生时PM_2.5和O₃的关系,并研究了局地气象条件和天气形势对复合污染的影响。结果显示,该地区年均PM_2.5和日最大8小时O₃浓度分别在2017年和2018年开始持续下降,复合污染日数也在2019年后开始持续下降;复合污染主要发生在3—9月,在汾渭平原东部城市出现次数较多,多出现在高温、低湿的环境下;最后利用T-PCA算法(正交主成分分析)将复合污染的天气环流形势分为4种类型,主要呈现出以高空西北气流或偏西气流、低层为暖区偏南风或微风为主的天气特征。研究结果对汾渭平原的大气...     

基于卫星遥感和地面观测资料的汾渭平原空气污染分析

选取中国汾渭平原地区作为研究对象,利用MODIS、OMI和CALIPSO多源卫星遥感资料,同时结合环境监测国控站点污染6要素等逐小时地面环境监测数据以及能见度、霾天气现象记录等地面气象要素资料,综合分析了2013—2018年秋冬季汾渭平原空气质量状况、气溶胶的组分,探讨了卫星遥感气溶胶光学厚度（Aerosol Optical Depth,AOD）与地面污染物浓度的关系,并结合中国气象局化学天气预报系统-EMI评估模式（CUACE-EMI）资料对气象条件和污染减排影响进行评估。结果表明：11个代表城市中有6个城市秋冬季有接近或超过一半的时刻处于污染状态,且污染发生时,各代表城市大多数时刻处于中度及其以上污染级别;三门峡、临汾、运城和西安是霾和重度霾高发的城市,其重度霾爆发频率高达11.63%—14.78%;汾渭平原秋冬季首要污染物为PM_2.5和PM₁₀,以污染沙尘、沙漠沙尘和烟尘为主,出现频率分别为36.24%、25.14%和22.96%;MODIS AOD与空气质量指数（Air Quality Index,AQI）、PM_2.5、PM₁₀质量浓度之间的相关系数分别为0.72、0.70和0.64;汾渭平原2018年气象条件的变化使PM_2.5浓度较2013年、2014年、2015年、2016年和2017年同期上升了17.06%、1.58%、4.34%、11.25%和5.75%,减排措施使PM_2.5浓度较2013年、2014年、2015年、2016年和2017年同期分别下降了8.74%、28.01%、4.93%、3.16%和42.62%。     

山西省夏季近地面O_3体积分数变化特征及影响因素

利用2012年夏季山西省太原、大同、临汾3个温室气体观测站的近地面O_3及相关前体物NOx、NO2、NO、CO观测数据及同期气象观测资料,分析山西省夏季O_3体积分数与污染状况、O_3的时间变化特征及O_3与其前体物体积分数的相关性,同时分析气温、相对湿度、风速、降水和日照时数等气象因素对O_3体积分数的影响。结果表明:山西太原、大同、临汾3个城市的O_3小时体积分数与日最大8 h平均体积分数都有超标情况发生,夏季O_3污染以临汾最严重、大同相对最轻;一日内O_3小时体积分数最大值出现在15:00左右,最小值出现在06:00左右,日变化呈单峰型分布,其中临汾O_3小时体积分数的昼夜变化振幅最大、大同最小;各城市NOx、NO2、NO、CO等前体物体积分数均呈现白天低、夜间高的日变化过程,与O_3日变化呈负相关;气温是影响夏季O_3体积分数的最重要因素,其次为相对湿度,风速贡献最小,夏季O_3体积分数高值多在高温低湿的午后,且太原、临汾O_3体积分数受局地气象因素影响比大同显著。     

近地面O3变化化学反应机理的数值研究

利用中尺度气象模式（MM5）及区域化学模式（RADM）对中国地区近地面O3变化化学反应机理进行了数值模拟研究。主要研究了近地面O3变化与其主要前体物NMHC（非甲烷烃）、NOx、CO等之间复杂相互作用关系。主要结论为:（1） 污染地区近地面O3变化主要受光化学作用控制;而清洁地区地面O3变化主要受大气背景O3浓度影响。（2）NMHC和NOx的变化对HO2和OH自由基的影响是十分复杂的,O3的反馈作用对自由基的影响是不可忽视的。（3）在高NOx污染地区的地面上空可能出现高O3污染。（4）在O3光化学反应机理中同样存在线性相关关系。     

内蒙古乌兰察布市集宁区O_3污染特征及影响因子

利用2015—2017年内蒙古乌兰察布市集宁区空气质量数据和常规气象观测资料,对集宁地区O_3污染现状、时间变化特征及其影响因子进行统计分析。结果表明:集宁地区O_3污染日数逐年增加,已经成为该地首要污染物。O_3质量浓度变化具有明显的季节性,污染易发于春末和夏季; O_3质量浓度日变化呈单峰型,午后达到峰值,傍晚前后开始衰减,一直持续至第二日清晨。O_3质量浓度的变化与气象要素关系密切,较高的气温易提升光化学反应速率;低云量的多少也影响O_3质量浓度增长率和下降率;偏南风和适中的风速利于O_3前体物及O_3的输送和累积。集宁地区的NO_2和CO是重要的O_3前体物,NO_2对O_3质量浓度变化的影响更直接和显著,CO作为初始"燃料"为O_3的生成提供基础条件。     

复杂地形气象场对污染物浓度空间分布影响的研究

利用WRF模式与多尺度空气质量模式(CMAQ)系统模拟了试验期间(2005年1月30-2月2日)兰州市城区SO2的地面浓度,并根据模拟结果进一步分析了兰州市冬季污染物的空间分布特征。研究结果表明西固区和城关区各有一处污染物高浓度区域;受排放源空间分布和气象场的综合影响,夜间SO2地面污染范围小于日间,夜间污染物地面最大浓度明显高于日间,夜间模拟区域平均值低于日间;水平流场和山谷风环流形成的垂直运动均对污染物地面浓度有明显影响。     

基于卫星遥感和地面观测资料的汾渭平原一次空气污染过程分析

利用MODIS和CALIPSO卫星资料、地面空气质量监测资料和地面气象要素资料,分析了汾渭平原2018年11月26日—12月3日持续性的重空气污染过程的形成、特征及污染物的可能来源。结果表明:此次污染过程中汾渭平原以中度以上污染为主,首要污染物为PM2.5和PM10;11个代表城市在11月20日—12月7日期间AQI连续超过100的天数除吕梁外均达到或超过10 d,西安、咸阳和渭南污染持续天数和严重污染天数均最多;污染发生时,地面至3 km以内的AOD与总AOD柱的比值为81%,沙漠沙尘和污染沙尘气溶胶出现频率最高,分别为60.18%和25.72%;26日12时BT左右沙尘自西向东传输,受秦岭的阻挡作用,同时低层以偏东风或者静风为主,大气静稳,无明显冷空气活动和降水产生,静稳和高湿的天气持续以及偏东风的阻挡和传输使得该次过程以沙尘和霾混合为主。     

气象因素对西安市西南城区大气中臭氧及其前体物的影响

利用西安市2015年连续观测的O_3及其前体物NO、NO_2和CO质量浓度数据,分析其随时间变化的污染特征,结合气象要素进行相关性分析并拟合方程。结果表明:受局地光化学反应的影响,西安市夏季O_3浓度最高,且因O_3-8h造成的污染占总污染天数的1/3。冬季光化学反应减弱,但前体物排放源增强,NO、NO_2和CO出现最大浓度值。O_3浓度日变化呈单峰型,最高值出现在16:00左右,夜间维持较低水平。NO、NO_2和CO的日变化呈现白天低,夜间高的双峰型。O_3与温度、风速呈正相关,与相对湿度呈负相关,NO、NO_2和CO与风速呈负相关。受上风向污染源的影响,在东北、偏北和偏东气流控制下,易出现O_3浓度高值。夏季O_3质量浓度与气象要素的拟合度较好,可利用常规气象要素对O_3浓度趋势进行预测分析。     

冬季乌鲁木齐市低层大气O3垂直分布观测的个例分析

为了揭示乌鲁木齐冬季边界层O_3垂直分布特征,利用系留气艇于2008年1月11-13日在乌鲁木齐市区进行了边界层O_3观测试验。利用本次观测试验的数据并结合相关气象资料,对观测期间边界层O_3的垂直分布特征及其影响因子进行了分析。结果表明:白天近地面500～800 m高度以下O_3浓度较低,该高度以上存在O_3高浓度分布区,夜间整个观测高度范围内O_3浓度均较低;O_3浓度分布与太阳辐射、温度层结、风、相对湿度等因子密切相关,O_3高浓度分布区出现在逆温层底以上,且O_3浓度与相对湿度呈显著的反相关分布;近地面的NO_x对O_3浓度有着重要影响。由此表明乌鲁木齐冬季低层大气O_3的分布在各种因素的影响下具有明显的时空变化。     

江苏臭氧污染特征及其与气象因子的关系

本文利用2013—2017年江苏70个环境监测站资料和13个国家气象观测站常规观测资料,研究江苏臭氧污染特征及其与气象因子的关系。结果表明:江苏臭氧质量浓度和超标率逐年增长,其空间分布特征由东部沿海城市大于西部内陆城市逐渐转为东西部城市差异不明显,南部城市超标率总体高于北部;4—9月臭氧质量浓度处于较高水平,夏季超标占一半以上;日变化呈"单峰单谷"型,15时(北京时间)前后超标率最大,O_(3-8 h)较O_(3-1 h)峰值推后3—4 h;O_3对空气质量不达标的贡献率呈逐年上升趋势;臭氧质量浓度与颗粒物和前体物NO_x日变化呈反相关,且存在"周末效应"。江苏地区臭氧质量浓度总体与气温正相关,相对湿度负相关,气温高于25℃、相对湿度30%～50%区间、风速低于4 m·s~(-1)以下易出现高浓度臭氧;苏南的城市主要在东南风向对应较高的值,而苏北城市多在西南风向对应的较高臭氧质量浓度值。     

气象因素对汕头市大气O3污染的影响

利用2014年到2016年汕头市O_3的逐日浓度资料,分析了O_3污染的时间变化特征,并结合汕头市国家基准气象观测站的同期地面气象资料,分析了风、混合层厚度、降水、大气环流等气象因素对O_3污染的影响,同时探讨了影响污染物浓度变化的原因。结果表明:不同于北方多数城市夏季O_3污染严重,汕头市的O_3污染秋季(9—11月)最严重,初夏(6月)污染较小,这与汕头的地理位置和气候条件有关。O_3浓度呈单峰型日变化,午后15:00左右浓度最高,夜间浓度较低。风速对O_3既有扩散作用,又有混合作用,当日均风速为1.7 m/s时O_3的平均浓度最大;O_3日均浓度与14时混合层厚度呈显著正相关,午后混合层厚度对O_3日内峰值有很大影响;O_3平均浓度在相对湿度60%时达到最大,高相对湿度不利于O_3体积分数的积累;降水对O_3的去除效果随着降水量级的增大而增大,汛期降水的去除效果与总体去除效果基本一致,而非汛期强降水(中雨以上)去除效果更加显著;出现轻雾时O_3浓度接近平均,出现霾时O_3浓度较高,出现大雾时不利于O_3的生成;当汕头市地面为冷高压脊、850 hPa为东北风场、500 hPa为副热带高压控制时,有利于光化学反应,易造成O_3污染。     

利用FY-4A卫星光学数据对中国近地面PM2.5浓度的估算和检验分析

对FY-4A卫星的气溶胶光学厚度（AOD）产品进行检验,并根据卫星相关观测资料,通过改进后的PMRS方法,反演得到中国近地面PM_2.5质量浓度网格化分布。结果表明,FY-4A卫星反演不同站点AOD与地基观测网（AERONET）观测结果吻合较好,但存在一定的低估或高估现象,相关系数区间为0.54—0.87。将细粒子比（FMF）以0.4为界进行划分,FMF＞0.4时,拟合结果较FMF≤0.4时更接近于AERONET观测结果;但FMF≤0.4时,卫星反演的AOD稳定性优于FMF＞0.4时。通过引入AOD的大小,改进FMF＞0.4时对细粒子柱状体积消光比（VE_f）的估算算法,并通过改进后的PMRS方法对中国近地面PM_2.5浓度进行逐时反演,其反演结果和地面观测结果相关较好,其中,乌鲁木齐、石家庄和徐州观测点的相关系数均高于0.7,但数值上仍存在高估或低估,误差结果由多种因素决定。空间分布中,卫星反演的中国2019年近地面PM_2.5浓度月均值与近地面观测的结果有较好的对应关系,二者逐月演变趋势基本一致,基本可以反映出中国近地面大气细粒子的空间分布,特别是秋、冬季京津冀周边区域、汾渭平原等污染高值区均与地面观测对应较好。      

汾渭平原CUACE模式空气质量预报性能的检验订正及环境评估

利用2019年1—6月地面环境监测资料和PM_2.5气象条件评估指数，结合滚动偏差订正方法，对汾渭平原CUACE空气质量预报产品进行了检验订正，并对气象条件和污染减排影响进行了评估。结果表明：CUACE模式对空气质量指数(AQI)、PM_2.5和SO₂浓度预报值较接近观测值，PM₁₀、CO和NO₂预报值小于观测值，O₃预报值大于观测值；对首要污染物O₃和PM_2.5及重度和严重等级污染的预报的TS评分最高，漏报率和空报率最小，预报偏差最接近1；滚动偏差订正方法对改善CUACE空气质量预报效果较为明显，尤其是对PM₁₀、O₃和NO₂改善最为明显；汾渭平原2019年上半年气象条件变化使PM_2.5浓度较2018年同期和过去5年同期分别上升了18.26%和11.18%，减排措施使PM_2.5浓度较2018年同期和过去5年...     

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。     

我国臭氧污染时空分布及其成因研究进展

近年来,我国城市臭氧(ozone, O_3)污染日益严重,O_3污染特征及其来源分析和防治工作引起了普遍重视。我国O_3污染高值区出现在华东、华北,且污染在典型城市群聚集;污染事件主要集中在夏、秋季,冬季污染较少,大部地区O_3浓度逐年上升;人为排放的挥发性有机化合物(volatile organic compounds,VOCs)和氮氧化物(nitrogen oxides,NOx)是O_3污染产生的重要原因,不同区域对两者敏感性不同;高温、低湿度、低风速条件有利于O_3污染维持和发展;全球气候变暖影响局地对流层O_3浓度,对流层O_3污染也反作用于气候变化。     

河北石家庄市近地层臭氧浓度特征及气象条件分析

利用2016年3月至2018年2月河北石家庄市环境监测站O_3及其前体物质量浓度逐时和逐日观测资料,以及气象站逐日气象观测数据,分析石家庄市近地层O_3质量浓度的时间变化特征及其与前体物NO_2、CO和气象条件的关系。结果表明:石家庄市O_3污染2017年比2016年严重,2017年比2016年O_3超标日数增加30 d,超标率上升8%,O_3年平均质量浓度上升17μg·m~(-3)。O_3质量浓度具有明显的季节变化特征,自夏季、春季、秋季、冬季依次降低,5—9月O_3质量浓度较高,平均值超过160μg·m~(-3),6月达到峰值208μg·m~(-3)。O_3质量浓度的日变化表现为单峰型分布,最低值出现在07:00左右,峰值在14:00—16:00。太阳辐射强、气温高、日照时数长、能见度好、无降水和相对湿度较低的条件下,石家庄市易出现O_3浓度超标天气。前体物NO_2、CO与O_3质量浓度之间夏季呈现显著正相关,而冬季则呈显著负相关。