乌鲁木齐冬季大气细颗粒物水溶性离子特征及来源

为了探讨乌鲁木齐冬季大气细颗粒物的污染水平及其水溶性离子的特征,于2013年1-3月采集大气PM_2.5样品,并利用离子色谱仪分析其中的水溶性离子,采用硫转化率、离子相关性分析及后向轨迹模型对其可能来源进行了讨论。结果表明:观测期间采样点PM_2.5平均质量浓度为170.13±51.39 μg·m^-3,水溶性离子总浓度平均值为53.47±23.76 μg·m^-3,其中3种二次离子(SO₄^2-、NO₃^-和NH₄⁺)是水溶性离子的主要组分;不同天气类型下PM_2.5和离子浓度差异较大,雾、霾天气二次离子浓度占总浓度的81.99%和86.24%,硫转化率均大于0.1;春节期间由于燃放大量的烟花爆竹,使得PM_2.5可溶性离子K⁺和Cl^-浓度急剧上升;NH₄⁺与SO₄^2-、NO₃^-相关系数分别为0.975和0.748,(NH₄)₂SO₄、NH₄HSO₄和NH₄NO₃是细颗粒物水溶性组分的可能结合方式,Cl^-和K⁺的相关性显著,说明两者具有同源性;固定排放源仍然是乌鲁木齐大气污染物的主要来源,局地大气输送会使大气污染加重。     

乌鲁木齐大气颗粒物的时空分布规律

依据峡口城市乌鲁木齐市2013-2016年6个环境监测站逐时的6类污染物数据,分析大气污染物的时空分布规律。总体来看,乌鲁木齐市以颗粒物污染为主,即PM₁₀、PM_2.5污染严重。从季节上来看,乌鲁木齐污染物浓度大多冬季高、夏季低,春秋季次之。春、夏、秋、冬PM_2.5的浓度依次为59.8、40.5、67.8、139.6 μg·m^-3,而PM₁₀则是148.6、119.7、146.4、209.4 μg·m^-3,粗细粒子浓度在春秋季的细微变化凸显在春季沙尘天气的影响。从日变化方面来看,污染物多呈现为双峰型结构。PM₁₀、PM_2.5春夏秋3个季节都是在子夜1：00时浓度最高,9：00～10：00时次之,但是冬季日最高值则出现在17：00时左右,次峰值出现在21：00～22：00时。从空间分布来看,颗粒物浓度总体上是中心城区低、四周高的分布格局;从PM_2.5浓度占PM₁₀浓度比重分析来看,冬季比重最高,达70%,以城区及城北最为明显,达73%,日变化分布则主要集中在下午至夜间,且冬季比重达71%。     

基于风廓线雷达的北京春季一次“先霾后沙”空气污染过程分析

利用NCEP再分析资料、逐小时污染物浓度数据、风廓线雷达及地面常规观测资料，对北京2018年3月26—29日一次“先霾后沙”的空气污染过程进行了分析。结果表明：霾污染期间PM_2.5峰值浓度为242 μg·m^-3，PM_2.5/PM₁₀值为0.86。受蒙古气旋影响，PM₁₀浓度出现爆发性增长，增长速率达到912 μg·m^-3·h^-1，PM_2.5/PM₁₀值下降至0.11。霾主要影响时段边界层内以西南风为主，平均通风量为15 907 m²·s^-1，大气边界层以稳定的弱上升或下沉运动为主；而沙尘影响时段平均通风量为9 226 m²·s^-1，沙尘天气爆发前边界层明显的下沉运动先于地面污染物浓度的变化。基于后向轨迹模式和潜在源贡献分析方法PSCF计算结果，霾影响时段河北中南部、山西中部等地对北京PM_2.5贡献较多；而沙尘影响时段，北京地区的PM₁₀主要来源于内蒙古中部和辽宁西部。     

乌鲁木齐市近几年大气颗粒物中重金属的浓度特征

采用重量法对2014年、2015年、2017年采暖期乌鲁木齐市新疆农业大学大气颗粒物TSP、PM₁₀、PM_2.5进行采集，使用TAS-990型火焰原子吸收分光光度计、PF3型原子荧光光谱仪、石墨炉原子吸收分光光度计测定颗粒物中5种重金属元素的质量浓度，利用富集因子法分析重金属元素的富集程度及来源。结果表明：该采样点采暖期大气颗粒物TSP、PM₁₀的质量浓度在近几年均呈现出下降趋势，PM_2.5的质量浓度变化趋势为：2017年＞2015年＞2014年；重金属元素As的质量浓度在不同粒径大气颗粒物中均为最高值，且采暖期大气颗粒物中除Cr以外的重金属含量、重金属元素的富集程度近几年均呈现明显的下降趋势；重金属As、Cr、Zn、Hg元素更易富集于细颗粒物中。     

沙尘天气对榆林市环境空气质量的影响

基于2013—2018年榆林市沙尘天气和环境空气质量逐日数据,定量分析了沙尘天气对榆林市空气质量指数（AQI）、可吸入颗粒物（PM₁₀）和细颗粒物（PM_2.5）的绝对贡献和相对贡献率。结果表明：沙尘天气对榆林市AQI的贡献率为0.7%—11.1%（平均值±标准差6.4%±3.8%）;对PM₁₀的绝对贡献为1.0—13.1 μg·m^-3（平均8.2±5.4 μg·m^-3）,相对贡献率5.4%±3.5%;对PM_2.5的绝对贡献为-0.4—3.5 μg·m^-3,沙尘天气对PM_2.5的影响小于对PM₁₀。沙尘天气对榆林市空气质量的影响季节差异很大,春季贡献最大,秋冬季贡献较小。沙尘天气对榆林市区和郊区的影响程度不同,这可能与局部气象条件和地形条件等因素有关。     

陕西省榆林市秋冬季黑碳观测研究

利用2011年秋冬季榆林大气成分站黑碳浓度、颗粒物质量浓度、大气能见度、地面气象资料,计算边界层高度、气溶胶吸收系数、大气消光系数,导出单次散射反照率,并对其进行分析讨论。结果表明：（1） 榆林秋冬季平均黑碳浓度为2.6 μg·m^-3。（2）黑碳占颗粒物质量浓度PM_1.0比值为10.6%,黑碳与颗粒物质量浓度PM_1.0、PM_2.5、PM₁₀相关系数分别为0.91、0.91、0.72。（3）黑碳浓度受边界层高度影响,沙漠风场对黑碳的堆积输送起主导作用。（4） 榆林地区气溶胶吸收系数与大气消光系数比值为16.8%。（5）单次散射反照率平均值为0.72。     

沙尘对兰州市大气环境质量的影响

利用1951-2010年甘肃省气象局地面观测站沙尘气象资料和2006-2010年兰州环保局PM₁₀、SO₂、NO₂质量浓度资料,分析了兰州市沙尘天气时间变化特征及其对SO₂、NO₂、PM₁₀等大气污染物浓度的影响。结果表明:近60年来兰州市沙尘天气总体上呈现振荡性减少的趋势,沙尘暴、扬沙和浮尘年变化倾向率分别为-0.15 d、-0.72 d和-0.97 d,这与上游沙尘源区沙尘天气振荡性减少有关。沙尘对兰州地区SO₂和NO₂质量浓度影响不大,对PM_2.5质量浓度和PM_1.0数浓度的变化有一定的贡献,但对PM₁₀质量浓度影响非常大,沙尘对春季PM₁₀质量浓度的贡献率在18.4%～43.1%。对2007年5月10日一次强沙尘天气过程研究发现,随着沙尘天气的侵入,兰州市不同粒径气溶胶的浓度陡然上升,然后达到较高的浓度水平,之后由于沙尘天气的减弱、消退或离境,不同粒径气溶胶浓度也逐渐降低并缓慢恢复到正常水平。     

2017—2019年中天山北坡城市群大气污染及污染天气类型特征

利用2017—2019年中天山北坡城市群（乌鲁木齐市、昌吉市、石河子市、五家渠市）逐时大气污染物监测数据及气象数据,分析了大气污染物年内变化和污染天气类型特征。结果表明：（1） 中天山北坡4座城市6类大气污染物中PM_2.5超标日数最多（年均94~104 d）,年均浓度介于64~73 μg·m^-3,且五家渠市>乌鲁木齐市>石河子市>昌吉市。采暖期PM_2.5浓度在100~118 μg·m^-3之间,是非采暖期的4.00~5.00倍,靠近山前地带的城市PM_2.5浓度日变化大体呈现“双峰双谷型”。（2） 4座城市污染天气类型主要分为静稳型、沙尘型和特殊型,其中静稳型占86.2%~93.6%、沙尘型占5.8%~13.2%。静稳型污染天气多出现在冬季,沙尘型主要出现在春、秋季节。静稳型污染天气中Ⅴ-Ⅵ级污染级别占比45.8%~56.6%,沙尘型污染天气中Ⅴ-Ⅵ级污染级别占比14.9%~29.4%。（3） 静稳型和沙尘型污染天气下PM_2.5和PM₁₀浓度都存在显著的线性相关,前者PM₁₀浓度是PM_2.5的1.26倍,而后者达3.16倍,此倍数可以作为区分静稳型和沙尘型污染天气的判据。     

喀什地区PM10输送路径及潜在源区

基于HYSPLIT模型和2019年9月至2020年8月喀什地区大气颗粒物逐时数据,利用聚类分析、潜在源贡献因子法（PSCF）和浓度权重轨迹法（CWT）分析喀什地区四季PM₁₀传输路径与潜在源区,揭示研究期间喀什地区不同季节PM₁₀的潜在源分布及其贡献水平。结果表明：喀什地区PM₁₀、PM_2.5年均值分别为237.3±268.3、89.3±82.3 μg·m^-3,大气颗粒物以PM₁₀为主;喀什地区气流输送路径主要来自中亚西风气流,其次是来自中国新疆南部;PM₁₀秋季主要贡献源区分布在中亚部分地区以及中国新疆南部区域,贡献水平为250—450 μg·m^-3;冬季主要贡献源区与秋季相似,贡献水平为150—300 μg·m^-3;春季重点贡献源区主要分布在新疆南部塔克拉玛干沙漠区域,贡献水平为250—500 μg·m^-3;夏季主要贡献源区与春季相似,贡献水平为150—250 μg·m^-3。喀什地区重点防范应是塔克拉玛干沙漠沙尘气溶胶的影响,其次是中亚西风气流携带的大气颗粒物远距离输送。     

蒙古高原风蚀颗粒物空间过程数值模拟及预报

基于WRF-IWEMS耦合模型对2016年3月1~9日发生在蒙古高原的强沙尘天气过程进行数值模拟,着重模拟了尘源、粉尘传播路径以及粉尘扩散过程中浓度变化和影响范围,并采用卫星影像、站点监测数据与模型结果进行对比分析。结果表明：此次风沙天气过程的尘源分布在新疆哈密地区、阿拉善高原、中蒙边境戈壁地区以及浑善达克沙地部分地区,粉尘自源区分别沿河西走廊、贺兰山区、张家口等地扩散至华北和京津地区。蒙古高原土壤风蚀可使华北地区来自自然源的大气颗粒物PM₁₀、PM_2.5浓度分别达到1 000 μg·m^-3、200 μg·m^-3以上,还可使华北地区大气颗粒物浓度高于200 μg·m^-3的天气持续48 h以上。     

乌鲁木市PM2.5浓度与MODIS气溶胶光学厚度相关性分析

选择西北干旱区城市乌鲁木齐市为研究区,利用MODIS气溶胶产品（AOD）数据和地面监测站PM_2.5浓度数据进行相关性分析,结果表明：二者相关性良好,对AOD数据进行垂直订正和湿度订正后,发现相关性进一步提升（0.49～0.80,p<0.01）。对订正后AOD数据与地面PM_2.5浓度进行建模并选取最优模型,结果均为一元三次模型且模型R²在0.27～0.69之间,其中春秋两季模型R²较高,夏季较低。对模型精度进行验证结果,显示春季与秋季模型精度良好,夏季较差,说明MODIS气溶胶光学厚度数据可以用于反演干旱区地面PM_2.5浓度值,对卫星遥感在干旱区地面空气监测应用提供了新的方法和思路。     

乌鲁木齐地区雪和雨对气溶胶湿清除能力的比较研究

根据2002年乌鲁木齐地区逐日逐时SO₂、NO₂和PM₁₀粒子浓度监测资料,针对冬季固态降水、夏季液态降水对三种气溶胶颗粒物的湿清除能力进行了统计分析。粗略得出乌鲁木齐地区冬季微量降水日,气溶胶颗粒物浓度呈现增加趋势;而夏季微量降雨能够减小气溶胶颗粒物浓度。超过微量降水量的日子里,在冬季三种颗粒物的浓度明显高于夏季的情形下,每1 mm降雪量对气溶胶的清除率大于夏季每1 mm雨的清除能力。同时拟合结果表明降水日气溶胶浓度的改变量与其前一日气溶胶浓度值存在较好的相关特性。     

沙尘天气过程对中国北方城市空气质量的影响

2014年4月23-25日中国北方地区经历了一次大范围的强沙尘天气过程.利用13个城市的空气质量和气象数据结合后向轨迹模式和MODIS deep-blue气溶胶光学厚度数据,研究沙尘天气过程对中国北方城市空气质量的影响,特别是对PM_2.5质量浓度的贡献。结果表明:来源于塔克拉玛干沙漠及其周边地区的沙尘途经甘肃西北部和内蒙古中西部的沙漠区进而影响下游城市。MODIS deep-blue气溶胶光学厚度的空间分布能够较好地反映出沙尘的水平运动特征。沙尘天气过程可以使中国北方城市PM_2.5和PM₁₀质量浓度分别增加7.5%～1 141.2%和344.0%～2 562.1%,可以有效地降低SO₂、NO₂和CO气体污染物的浓度,而对O₃的浓度影响较小。银川、大同和库尔勒沙尘天气过程期间平均SO₂、NO₂和CO浓度较非沙尘天气过程期间降低最明显,分别降低约80.0%、78.7%和62.1%。