安俊琳[1]2003年在《北京城市污染物垂直分布特征研究》文中研究说明本文利用北京325米气象铁塔作为观测平台，分别在2000年和2002年夏季对北京主要大气污染物臭氧及其前体物氮氧化物和气象要素的同步观测。通过对观测资料详尽的分析研究，研究了气象要素与污染物浓度垂直分布的相互关系，估计污染物的湍流输送通量，给出了北京近地层污染物的湍流通量，获得城市近地层中O_3及其主要前体物NO_x垂直分布变化规律。 研究结果表明：首先，边界层内存在明显的O_3浓度垂直差异，白天差异较小，夜晚差异较大。正午前后，垂直方向上多层观测高度比较，120米的高度层存在O_3浓度的最大值。夜晚则由于大气处于稳定边界层，湍流混合较弱，低层NO等还原物质难以向上输送，化学消耗减弱，280米处O_3可维持较高的浓度值。臭氧浓度日变化与温度日变化呈明显正相关，且有1～2小时滞后。白天午后臭氧超标严重，极大值可超过国家叁级标准1.5-2.5倍，臭氧日平均累积超过国家二级标准的时间为3.6小时，这表明北京北郊地区夏季白天低层大气中臭氧污染较为严重。 其次，8米和120米两层，白天(10：00～16：00时)O_3浓度与[NO_2/NO]的比值在晴朗天气下，呈显着的线性关系，即可达到简单的光化学稳定态。8米这一层的比值为2～4，120米高度层的比值为3～5，与数值模式理论模拟结果所得的数值相差较大。进一步分析发现，风速对O_3浓度与[NO_2/NO]比值达到光化学稳定态影响不大，而单一风向是有利于O_3浓度与[NO_2/NO]比值达到化学稳定态的。 最后，稳定度R_i在低层以中性态据多，不稳定态次之，稳定 摘 要态最少，且振幅较小，在－5叶 间变化；而在高层以不稳定态据多，稳定态次之，中性层结最少，振幅较大，在一ongo间变化。03湍流输送通量都呈单峰变化，白天在03前体物和局地光化学反应共同的作用。从而造成在 120m左右处 0。污染最大。
徐宏辉[2]2007年在《北京及周边地区大气气溶胶的质量浓度和无机组分的特征及其来源研究》文中进行了进一步梳理我国多数城市PM10的质量浓度居高不下,是城市大气复合污染中的首要污染物。水溶性离子和金属元素是气溶胶的重要组分成分,它们在不同粒径范围内的质量浓度及分布规律可表明二次粒子的来源及形成规律,可以用于分析研究原生粒子的不同排放源及其化学成分组成特征,研究结果不仅可用于气溶胶粒子对气候和环境变化影响的进一步研究,而且可以用于细粒子对人体健康危害研究的初始科学依据。本研究利用环境颗粒物监测仪(R&P 1400a),2004年3月~8月在北京市区和香河、2004年10月~2006年12月在北京325m气象塔3个不同高度、2006年8月~12月在北京市区和天津市区及区域大气背景站兴隆,对大气中的PM2.5和PM10浓度变化进行了连续观测;2004年9月在北京325m气象塔,利用Andersen大气颗粒物分级采样器分别采集了3个不同高度的气溶胶样品;2006年8月~9月在天津255m气象塔的3个不同高度进行了与北京相同的膜采样;2006年6月1日~30日,在泰山日观峰顶(海拔1536m)对不同粒径的大气气溶胶分昼夜进行了连续30天的采样。样品化学成分分别用离子色谱(IC,美国戴安公司ICS-90)和电感耦合等离子体/质谱仪(ICP/MS,美国安捷仑公司7500a)分析了气溶胶中的水溶性无机离子成分和元素组成。观测期间,北京市区大气中PM10的浓度是背景区域大气的1.6倍。2004~2006年北京市区PM10平均浓度依次为151、144和162μg·m-3,超过国家二级标准44~62%;PM2.5/PM10的年平均比值为46.3%、49.6%、50.5%,高值一般出现在大气光化学反应强烈的夏季,叁年夏季的平均值为70±8%。冬季化石燃料燃烧取暖和秋季的稳定天气过程也往往造成大气中细粒子比例增大,PM2.5/PM10值升高;城市区域与背景区域的大气气溶胶日变化特征明显不同,除受日夜交替引起的大气边界层结构变化影响外,市区的日变化明显受人为活动强度变化的影响,表现出典型的城市特征。背景区域日变化则主要受自然大气物理变化过程的影响。观测结果表明,北京秋季近地层8m~80m大气气溶胶混合均一,但与240m相比浓度有明显分层结构,特别是夜晚,240m高度的PM2.5和PM10分别低于80m观测值的15%和29%。夜晚100m~200m的强逆温层可能是阻碍近地层气溶胶垂直混合的重要原因。水溶性无机盐分析研究结果表明,北京、天津、泰山大气气溶胶粒子中,表征二次粒子化学组成的SO42-、NH4+、NO3-、K+的浓度在空气动力学直径0.43~1.1μm的粒径范围内出现峰值,Ca2+、Mg2+的浓度在4.7~5.8μm的粒径范围内出现峰值,Na+、Cl-的浓度在0.65~1.1μm和4.7~5.8μm的两个粒径范围内出现峰值。表征二次粒子组成的化学成分高值均出现在<1.1μm的超细粒子模态中;北京气象塔观测结果表明,二次粒子峰值出现从“凝结模态”向“液滴模态”移动的趋势,湿度变化可能是驱动液滴模态转变的重要动力。表征二次粒子的化学成分,具有随着高度上升浓度増加的趋势。钙、镁水溶性盐在80m出现高值,而钾、钠、氯离子的垂直分布比较均匀;泰山观测期间,硫酸盐质量浓度高值出现在0.5~0.8μm的中位粒子直径范围,属于“液滴模态”,SO42-、NH4+、NO3-、K+浓度变化剧烈,其它离子浓度变化不大。来自泰山南方的潮湿气团是形成二次粒子高值的原因。北京、天津、泰山大气气溶胶化学元素组成的研究结果表明,Ca、Fe、Al、Mg、Ba、Sr、Zr在3.3~5.8μm的粒径范围出现峰值,K、Pb、As、Cd在0.65~1.1μm的粒径范围出现峰值,Zn、Sn、Cu、Ni在0.65~1.1μm和3.3~5.8μm的粒径范围出现双峰,Na、Mn、V在各粒径分布比较均匀。环境污染型元素也集中出现在粒径<1.1μm的超细粒子中;北京的气象塔梯度观测结果表明,Al、Ca、Fe、Mg等地壳元素的浓度在离地面高度80m处出现高值,K、Pb、As等人为污染源排放的元素浓度垂直分布比较均匀。泰山观测期间,来自北方的干燥气团易造成气溶胶粒子中Mg、Al、Mn、Fe等地壳元素浓度升高,而来自南方的气团易造成Zn、Pb等污染元素的浓度升高。
贾璇[3]2012年在《上海气溶胶光学及其对应的颗粒物化学组成特征研究》文中指出气溶胶是大气的重要组分,对大气辐射传输和气候变化具有重要作用。而作为城市主要大气污染物,大气气溶胶对城市空气质量及人体健康等也会产生重大影响。气溶胶光学特性及其垂直分布,对评估气溶胶辐射强迫及其对城市空气质量的影响非常关键。本文利用星载激光雷达反演资料及地面观测数据对上海地区大气气溶胶的光学性质及对应的颗粒物化学组成特征进行了研究探讨。2009年10月至2011年10月期间上海地区CALIPSO过境个例的气溶胶消光系数(σ)垂直廓线可分为四种类型,分别为Ⅰ：近地面单一非均匀混合气溶胶层结构,σ随高度增大减小；Ⅱ：近地面单一均匀混合气溶胶层结构,σ随高度增大无明显变化；Ⅲ：多气溶胶层垂直结构,σ峰值基本出现在近地面气溶胶层；ⅣV：近地面单一非均匀混合气溶胶层结构,σ峰值通常出现在距地面一定海拔高度处。温度、相对湿度及风均会对σ垂直分布造成影响,对于上海地区而言,温度是叁者中最为重要的影响因素,主要影响方式为逆温。后向轨迹分析表明类型Ⅰ、Ⅱ的近地面气溶胶层污染物主要来源为本地源,类型Ⅲ表现出本地源和外来源污染物的综合作用,类型Ⅳ的垂直分布特征的可能与外来源和本地源污染物混合不均有关。总体来说σ值的频率分布无明显季节变化,高σ值集中出现近地面2km以内,高空气溶胶污染物对上海地区σ值贡献较小2009年11月至2010年10月期间利用太阳光度计MICROTOPS II观测得到的气溶胶光学厚度值(AOD)相对较低,最大与最小月均值分别出现在11月(0.69)与8月(0.24)。AOD与Angstrom常数(α)值均有明显的季节特征。除春季受到沙尘影响外,α月均值基本大于1.30,表明上海地区的气溶胶以细颗粒为主。CALIPSO/CALIOP反演AOD与地面光度计观测值比对结果表现出一定线性相关性：AOD地面观测=AODCALIPSo/CALIOP×0.97+0.08(R2=0.59),CALIPSO/CALIOP反演结果有明显的低估。对2009年10月至2011年10月期间不同高度CALIPSO/CALIOP反演气溶胶光学厚度的研究表明,近地面气溶胶层对整层气溶胶光学厚度的有较重要贡献,并有一定季节特征。不同高度的CALIPSO/CALIOP反演气溶胶光学厚度与颗粒物化学成分的线性相关性研究表明,本地二次气溶胶对近地面气溶胶层光学厚度有重要影响。但随着污染特征逐渐复杂,气溶胶颗粒中水溶性离子浓度及相关痕量气体浓度与不同高度的气溶胶光学厚度的相关性逐渐减小,即对于复杂的污染特征情况而言,利用线性相关分析所能获取的信息量较有限。
刘杰[4]2015年在《北京大气污染物时空变化规律及评价预测模型研究》文中研究说明本论文的研究内容来源于北京市属高等学校高层次人才引进与培养——“长城学者”计划项目(项目编号：CIT&TCD20130320)：《基于无线传感器网络的城市空气环境参数实时监测系统研究》。当前北京面临着较为严重的空气质量问题,而以颗粒物为主的大气污染物则是导致城市污染加剧的关键因素。掌握大气污染物的污染水平及变化规律,探索合理的城市空气质量评价和预测方法,分析污染物的时空变化特征,对于揭示北京市空气质量的演变规律、控制城市大气污染有重要的科学意义。本文以北京市主要大气污染物为研究对象,将研究尺度划分为区域大环境和小气候微环境,研究周期划分为2013年3月～2014年2月的不同季节和时段,深入、系统地进行了大气污染物质量浓度变化的数据挖掘分析和理化实验研究。论文的主要研究工作包括：(1)分析了当前北京市主要大气污染物的变化规律和相互影响程度。构建了多点位、完整时间序列的颗粒物质量浓度数据资料,并应用数理统计分析的手段,对当前北京城六区主要大气污染物质量浓度的频数分布、相关性和逐时变化特征进行分析,研究得出了当前北京主要大气污染物不同季节的污染水平、变化规律、小时及日变化特征。(2)从分类和聚类角度出发,发展并完善了城市空气质量综合评价方法。以AQI单指标评价体系和数据挖掘理论为基础,利用改进的聚类算法、BP和RBF神经网络等数据挖掘理论及算法进行综合评价,得出了当前北京市空气质量的综合评价结果,通过分析并对比各评价结果的异同,探索了以人体健康为核心的综合评价指标。(3)改进了城市大气污染物质量浓度预测模型并提出了新的建模方法。对基于气象因素的机理性建模方法进行了输入因子改进,根据多元线性回归、BP神经网络和支持向量机的建模效果对预测模型进行了优选。提出模糊时序与支持向量机相结合的非机理性建模方式,解决了机理性建模方式中由于影响因素考虑不全而造成的预测结果不稳定。(4)探明了大气颗粒物在北京的时空分布特征。通过颗粒物质量浓度随时间尺度的变化及区域分布污染特征,应用一种便捷、有效的高维空间插值算法,绘制了当前北京地区大气颗粒物平均质量浓度的插值模拟图,模拟颗粒物空间分布及局部污染特征,验证了插值算法的准确性,并在此基础上分析和探讨颗粒物可能的影响因素及污染来源。(5)对微环境下大气颗粒物室内外垂直变化规律进行研究并开展了理化特性实验。讨论不同粒径大气颗粒物随高度的变化规律及室内外相互关系,分析其污染水平和渗透率。通过电子显微镜形貌观察对颗粒物进行分类,利用EDX能谱分析对化学元素进行分析,并在此基础上利用富集分析和聚类分析,鉴别颗粒物的污染来源贡献程度及其可能的化学组分。
靳军莉[5]2016年在《华北典型污染地区对流层NO_2和SO_2柱浓度的MAX-DOAS观测研究》文中进行了进一步梳理对流层NO2和SO2是非常重要的污染气体,它们是引起光化学污染和雾、霾发生的重要气态前体物,对生态、环境和人体健康都有严重危害。华北地区是世界范围内大气污染最为严重的区域之一,被形象地称作“大气污染氧化池”,大气中高浓度的NO2和SO2在污染的形成及化学氧化过程中起着十分重要的作用。因此,在华北典型污染地区开展对流层NO2和SO2的观测研究,对于认识华北地区污染的主要特征、来源和形成机制有着重要意义。本论文利用2008年9月至2010年9月河北固城生态与农业气象试验站(简称“固城”,115o48′E,39o08′N,15.2 m asl,北京西南110 km)多轴差分吸收光谱仪(MAX-DOAS)观测的太阳散射光谱,基于DOAS原理和几何近似法,反演计算了对流层NO2与SO2垂直柱浓度,并结合同期的近地面浓度观测资料和NASA的OMI卫星数据产品,系统地分析了其浓度水平、季节和日变化特征,探讨了华北典型农村污染地区对流层NO2与SO2的垂直分布特征以及排放源分布和不同区域来源输送的影响。观测研究结果显示,固城地区NO2和SO2对流层柱浓度与近地面浓度均具有冬高夏低的季节变化特征。NO2对流层柱浓度与近地面浓度逐月平均的日变化特征均为中午浓度最低的“谷型”特征。固城SO2对流层柱浓度的日变化在冬季为早晚略低、正午最高的“正午峰”特征;在夏季则为“谷型”特征,与夏季SO2近地面浓度的“正午峰”型日变化特征完全不同。使用估算的污染层高度(垂直柱浓度与地面分子数浓度的比值)以及MAX-DOAS观测反演的不同俯仰角度的差分斜柱浓度比值(DSCD3°,trop/DSCD30°,trop比值)对对流层NO2与SO2的垂直分布特征进行定量化研究,结合大气辐射传输模式Mc Artim的模拟研究发现固城地区SO2分布的高度明显高于NO2,另外SO2呈“抬升层”型垂直分布(较高浓度的痕量气体存在于较高高度的大气中)的情况较NO2更多。将MAX-DOAS反演的对流层NO2和SO2柱浓度与五种OMI卫星对流层柱浓度产品进行了对比,评估了华北典型农村污染地区OMI卫星对流层NO2与SO2柱浓度产品的可靠性,并利用McArtim辐射传输模式模拟研究了大气质量因子AMF计算值的不确定性对MAX-DOAS和OMI卫星反演柱浓度的影响。在夏季,MAX-DOAS反演的NO2柱浓度与OMI对流层NO2柱浓度叁级格点滤云产品(OMNO2d)、二级轨道产品(NASA的OMNO2产品和TEMIS的DOMINO产品)的月均值一致性均非常好。但是相对于MAX-DOAS反演结果,冬季OMI对流层NO2柱浓度产品均存在系统性低估。Mc Artim辐射传输模式的模拟研究显示,使用几何近似法计算AMF导致的MAX-DOAS反演误差一般低于20%,因此,OMI卫星产品与MAX-DOAS反演的NO2柱浓度结果之间的差异应该主要由卫星产品对NO2柱浓度的低估造成。通过对卫星的中心、边缘像素数据进行筛选分析,发现固城所在华北典型农村污染地区NO2浓度的水平梯度较弱、即“梯度平滑效应”对卫星反演结果的影响较弱。因此,气溶胶遮蔽效应是导致秋冬季节卫星产品低估NO2柱浓度的重要原因。逐月平均的MAX-DOAS反演的对流层SO2柱浓度与OMI对流层SO2柱浓度叁级格点产品(OMSO2e)具有较好的一致性,均表现出冬季高、夏季低的季节变化特征。逐月平均的MAX-DOAS结果与OMSO2e产品的比值的变化范围为0.82至2.16、总体上在1附近,而且MAX-DOAS反演结果与OMSO2e产品的散点数据的相关性明显较其与OMI叁级NO2柱浓度业务产品OMNO2d的相关性差。MAX-DOAS反演的对流层SO2柱浓度与OMI卫星产品(OMSO2e和OMI二级格点柱浓度产品OMSO2G_PBL)的对比分析无法得出明确的卫星产品低估还是高估对流层SO2柱浓度的结论。辐射传输模式的模拟结果显示,在气溶胶污染较重(可能是雾、霾)的情景下卫星反演SO2的不确定性更大,而这些不确定性对MAX-DOAS反演柱浓度的影响要微弱得多。表明未来应加强利用MAX-DOAS观测反演对流层SO2柱浓度的算法研究,并在卫星对流层SO2柱浓度产品的对比验证和离线订正等方面开展更多的研究工作。
陈云波[6]2016年在《京津冀地区典型大气污染物区域来源解析的数值模拟研究》文中认为本文利用第叁代区域空气质量模式CAMx,对2014年京津冀地区典型季节的典型大气污染物进行了数值模拟。在模拟过程中,利用CAMx模式的颗粒物源示踪技术(PSAT)和过程分析(PA)对京津冀地区重污染时段的颗粒物来源进行了分析,模拟计算了2014年京津冀不同城市的大气污染物区域来源贡献,和北京市冬,夏两季PM2.5重污染期间不同物理、化学过程的贡献。本研究得出的主要结论如下：1.河北北部城市和沿太行山一线城市PM2.5以本地来源贡献为主,贡献率在70%～80%；外地区域来源随着地理位置逐渐靠近外省而增大；北京,天津,本地区域来源比例为55%～50%,；河北东部城市污染物区域来源受外省影响较大。一次排放的污染物本地来源比例较大,贡献率为70%～90%；二次转化的硫酸盐,硝酸盐,则呈现明显的区域分布特征,本地来源比例在30%～50%。区域来源的季节变化中,一次成分的变化不如二次成分明显。不同受体方案在计算污染物源-受体关系时会产生差异。选择区域平均方案计算外地区域来源比例大于选择单点方案,这种计算差异性在一次污染物的源-受体关系上体现的更加明显。2.在重污染期间,北京市PM2.5的化学转化与水平传输对其浓度变化起到了较为重要的作用。在重污染累积阶段,每小时化学转化对ρ(PM2.5)的变化的贡献为5～40μg/m3,而每小时水平方向的输送贡献10～20μg/m3。在冬夏两季重污染期间化学生成与水平传输对ρ(PM2.5)的变化的贡献存在明显不同。冬季每小时的化学转化与水平输送可以贡献超过40 μ g/m3,而夏季由于ρ(PM2.5)较低,化学生成和水平输送的PM2.5的主要贡献较低。在污染累积期间水平输送的贡献对其浓度增长起到了重要作用。3.在重污染累积期间,每小时北京市ρ(PM2.5)可以增长2.5～10 μ g/m3。冬季增长明显大于夏季。区域输送已经在污染累积过程起到了重要作用,主要外来地区域来源有河北,山东地区,对北京的贡献可以达到35～20μg/m3(冬季)和12～17μg/m3(夏季)。在污染累积阶段,随着细颗粒物浓度的升高,距离较远的源区对北京市的贡献逐渐增大,其贡献率可以上升20%。4.重污染期间北京市700hPa-850hPa左右高度一般维持西风或偏西南风,850hPa以下至近地层维持西南风的格局。随着高度的降低,水平风速逐渐减弱。潮湿的水汽对PM25的吸湿增长起到了重要作用。冬夏两季在污染过程中,气象要素的垂直分布存在一定差异,冬季具有明显的逆温现象,边界层高度也相对更低,而夏季高湿的水汽条件则更利于污染物的化学转化。
周焱博[7]2017年在《中国典型地区氨气浓度时空分布研究》文中研究说明NH3是大气中含量最丰富的碱性气体,也是参与大气化学反应最活跃的含氮污染物。大气中的H2SO4和HNO3一旦形成,就会立刻与NH3发生酸碱中和反应,生成硫酸铵和硝酸铵(二次无机气溶胶,贡献我国PM2.5质量浓度约30%)。最新的实验室模拟发现,高浓度NH3是我国北方霾污染形成的关键前体物;但由于外场观测数据的缺乏,霾污染期间NH3浓度的变化特征仍然缺乏科学认识。作为非约束性污染物,我国环保部门尚未对NH3浓度进行例行观测,也未对NH3排放进行控制。美国卫星观测资料显示,我国NH3浓度较高,且在过去十几年呈现缓慢上升趋势。由于缺乏地面观测资料,我国国家尺度NH3浓度的时空格局尚不清楚。系统开展我国NH3浓度研究具有重要科学意义。鉴于此,本文采用英国生态与水文中心研发的微流量主动采样系统(Denuder-based sampling system, DELTA)和意大利空气研究所研发的无动力被动扩散吸收技术(Diffusion adsorption technique),依托中国生态系统研究网络(41个野外站点)和中国科学院大气物理研究所铁塔分部超级站(北京325 m气象铁塔),综合测量了我国典型区域/站点NH3浓度的时空分布和垂直廓线变化特征。取得的主要结果如下:(1) 2015年9月～2016年8月期间,对全国41站点NH3浓度进行了连续12个月的被动观测。结果表明,我国大气NH3浓度的空间差异较大且季节变化明显。青藏高原及周边、西北、东北、中部和江南地区NH3浓度的年均值分别为(2.8±1.4)、(11.2±3.8)、(4.4±2.2)、(7.3±4.9)和(4.9±2.8) μg·m-3。NH3浓度春夏季最高,冬季最低。(2)在北京超级站,利用DELTA系统观测了典型霾污染期间大气氮化合物浓度。观测时段是2016年5月9日～6月7日(春夏之交)和11月23日～12月15 日 (秋冬过渡期)。结果表明,霾污染期间,NH3、HNO3、NH4+和NO3-浓度具有明显的逐日变化,且呈现出随着风向转变而发生周期性波动的典型特征,这些含氮污染物浓度与PM2.5、CO、SO2和NO2的变化规律存在一定的关系,表明它们主要来自人为排放源。(3)通过对2009年2月10～25日在北京325 m气象铁塔10个高度(8、15、47、80、120、160、200、240、280、320m)的观测资料,探索了 NH3 等8种大气污染物浓度在近地层内的垂直分布规律。结果表明,北京城区冬季污染物浓度具有明显的垂直变化特征,污染物浓度从近地面开始逐渐上升,在80 -160m以内的某一高度到达峰值后逐渐下降;200 — 300m范围内,大气污染物浓度的垂直变化幅度相对较小,浓度值与地面接近;200m以下各种污染物浓度的变化比较剧烈,NH3浓度极大值位于160 m。本文的创新性体现在:1)填补了我国NH3浓度在空间分布、时间演变和垂直廓线3个维度上观测资料的缺乏;2)为了解我国NH3浓度的时空分布现状提供了一手资料;3)阐述了霾污染期间NH3浓度的时间演变规律;4)探寻了大气边界层内NH3浓度的垂直廓线特征。相关研究成果为我国未来NH3减排方案的制定提供了一定的参考依据,对于缓解我国频繁发生的霾污染具有现实意义。
高文康, 唐贵谦, 姚青, 刘子锐, 王辉[8]2012年在《天津重污染期间大气污染物浓度垂直分布特征》文中认为利用天津气象局255 m铁塔垂直4层观测平台(高度分别为3、40、120和220 m),对各层大气中的NOx、O3、SO2浓度(均以φ计)和PM2.5浓度(以ρ计)进行了连续观测,结合同步气象要素分析了2010年10月3—11日天津发生的一次重污染事件.结果表明:在此次重污染事件期间,一次及二次污染物浓度的垂直梯度变化差异显着,φ(NO)、φ(NO2)和ρ(PM2.5)随高度上升而降低,φ(NO)在3～120和120～220 m的递减率分别为58.0%和8.5%,ρ(PM2.5)在3～220 m递减率为13.0%;而φ(O3)和φ(SO2)平均值却随高度的上升而增加,其中φ(O3)在3～40、40～120和120～220 m的增长率分别为108.0%、19.1%和56.4%,φ(SO2)在3～220 m的增长率为25.0%.NOx主要来源于局地近地面污染源的排放;SO2主要来源于高架点源的排放,O3则来源于局地光化学过程积累;PM2.5受局地排放源和光化学过程的双重影响,垂直梯度变化最不显着.不利于扩散的气象条件使以局地排放为主的污染物积累升高及其伴随的光化学反应造成了天津此次重污染事件.
薛丽坤[9]2011年在《中国地区低对流层高层大气化学与长距离输送特征研究》文中认为了解低对流层高层空气(海拔约1000～4000米高度)的污染特征及其物理化学变化过程对于认识人类活动对区域甚至全球尺度大气环境的影响具有重要意义。本研究通过在我国西北瓦里关山、华北泰山以及华南衡山开展高山观测,在东北吉林、西北甘肃、华东山东、江苏等地开展飞机航测,对主要的大气污染物进行了测量,并利用多种统计方法和分析手段如大气光化学箱模型、气流轨迹分析和聚类分析等对实验数据进行分析,研究了我国典型地区低对流层高层空气的污染状况、时空变化特征及其相关的大气化学过程与长距离输送特征。基于观测实验所获得的第一手数据,本研究系统掌握了我国上述典型地区低对流层高层大气的污染水平与时空变化特征。作为我国的大气本底,瓦里关的大气污染物浓度普遍较低,但在某种条件下也可受到人为污染长距离输送的影响。主要污染物均呈现春季浓度高、夏季浓度低的季节变化特征和白天浓度低、夜间浓度高的日变化趋势。与之相比,泰山和衡山的大气污染物浓度则显着较高,明显受到了人为污染的影响。尤其是泰山,其主要一次污染物浓度高达瓦里关和部分欧美高山站点的几倍到几十倍,表明华北地区低对流层高层的空气污染已十分严重。受日间边界层发展以及山谷风的影响,泰山和衡山的主要污染物均呈现出下午浓度高、夜间浓度低的日变化特征。研究还发现我国东北吉林地区夏季的高空云水已明显酸化,样品的平均pH值约为4.93。硫酸根和硝酸根为主要的致酸离子,二者的当量比约为2.1。对比同步采集的高空云水和地面降水样品发现,云下冲刷过程可对该地区的降水酸度起到一定的中和作用。此外,通过对比本研究与PEM-WestB和TRACE-P飞机航测实验关于几种关键卤代烃的观测资料发现,1994-2007年间中国-西北太平洋地区自由对流层大气中CH3CCl3、CCl4和C2Cl4的浓度均呈现持续下降的趋势,说明我国加入《蒙特利尔公约》后所采取的控制措施已取得较好效果。通过后向气流轨迹聚类分析,本研究查明了瓦里关夏季大气来源的气候态长距离输送规律,并分析了其年际变化。发现瓦里关夏季来自东部的气流较多,气团在抵达前于低空经过了我国中、东部等人口密集、经济发达的地区；进一步研究发现这些气团具有较高的臭氧生成效率(7.7～11.3 ppbv/ppbv),因此我国东部地区人类活动排放的污染物向西长距离输送对瓦里关乃至整个青藏高原的大气臭氧(及其它微量成分)具有重要贡献。应用MCM光化学箱模式模拟了瓦里关的现场大气光化学反应过程,发现春、夏季的大气光化学反应均可导致03净生成,日间O3的平均生成速率分别约为0.30 ppbv/h和0.26 ppbv/h。HO2与NO反应是导致03化学生成的主要反应,而03的化学消耗则主要来自03的光解反应,其次为O3与自由基OH和HO2的反应。通过对大气总氮氧化物(NOy)及其主要组成物种(包括NO、N02、HN03、aerosol NO3和PAN)进行测量,本研究查明了瓦里关、泰山和衡山大气中反应性氮氧化物的组成特征。上述我国典型地区的大气反应性氮氧化物均主要以硝酸(盐)的形式存在,表明在我国特定的大气环境中氮氧化物的化学转化以参与无机反应生成硝酸(盐)为主。研究也发现上述地区的氮氧化物组成特征各不相同,反映了我国不同地区具有各自独特的大气化学过程。研究同时认识了泰山和衡山典型季节大气气溶胶NO3-的粒径分布特征：泰山春、夏季气溶胶NO3-均呈粗、细双模态分布,且粗、细粒子中的浓度基本相当,而衡山春季气溶胶NO3-主要分布于粗模态中。利用后向气流轨迹聚类分析,本研究还查明了泰山和衡山典型季节的大气长距离输送特征。春季泰山地区主要受到来自华北平原西部和北部地区污染物区域输送的影响；而夏季则主要受来自华北平原西南部以及鲁东胶东半岛地区污染物区域输送的影响。华东(包括华北平原和长叁角)、珠叁角以及衡山北部地区污染物的跨界传输是春季影响衡山地区大气污染的重要来源。此外,夏季华北地区污染物的跨界传输是导致在东北地区自由对流层内观测到严重污染个例的主要原因。本研究获得了我国东北、西北、华东和华北地区典型季节对流层低层二氧化硫(802)和颗粒物光散射系数(Bsp)的垂直分布廓线,也获得了东北地区对流层低层内多种非甲烷烃和卤代烃的垂直分布廓线。大部分组分均呈现地面浓度最高,随高度升高浓度逐渐降低的垂直分布特征。这些廓线将有助于对化学传输模式以及对大气成分卫星遥感产品的验证等。通过对比飞机航测结果与OMI边界层SO2反演产品,本研究初步评估了OMI卫星在我国开展8O2空间遥感的表现,发现OMI二级产品可以较好地区分不同地区的8O2污染状况,但在污染极为严重的山东济南地区,OMI反演产品明显低估了实际的SO2浓度。
孙玉川[10]2012年在《有机氯农药和多环芳烃在表层岩溶系统中的迁移、转化特征研究》文中研究指明表层岩溶泉是我国西南岩溶山区居民的重要饮用水源,开发和利用表层岩溶泉对解决当地人畜用水和农田灌溉用水困难的问题有重要的实际意义。然而,由于岩溶环境本身的脆弱性,以及人类活动的影响,表层岩溶泉水正面临着水质退化的威胁。深入研究表层岩溶泉域中持久性有机污染物的来源、组成、迁移转化特征,以及人类活动对表层岩溶泉水污染的影响都是非常必要的。本文以重庆市南川区表层岩溶泉为例,研究有机氯农药和多环芳烃在表层岩溶系统中的迁移转化特征,以及有机氯农药和多环芳烃在表层岩溶泉泉水中时空变化特征。研究区土壤中OCPs的浓度范围是16.48-731.74ng/g之间,平均值为253.57ng/g,多环芳烃的含量范围是439.19-3329.72ng/g,平均值为1271.49ng/g。土壤中的OCPs检出率为100%,但不同种类有机氯农药含量差异较大。其中HCHs、DDTs、甲氧滴滴涕、灭蚁灵是主要检出物。研究区16种PAHs均有检出,其中后沟泉域土壤中含量最高,柏树湾泉域土壤中含量最低。农业活动对有机氯农药残留分布的影响最大。PAHs(?)的组成特征受地形的控制,随着海拔升高,低环PAHs所占比例升高,高环PAHs比例降低,海拔高度对PAHs的组成起到了分馏作用。HCHs异构体比值表明土壤样品中的HCHs来自于历史上工业品HCHs和林丹的使用,由于环境影响,土壤中HCHs的组成发生了明显变化。DDTs；的异构体比值表明水房泉泉域和柏树湾泉域土壤中的DDTs来自于工业DDTs和叁氯杀螨醇的混合源,而后沟泉和兰花沟泉域土壤中的DDTs可能来自于工业DDTs非法使用,而非叁氯杀螨醇类型的DDT。结合主成分分析方法和PAHs异构体比值法,推断研究区中的PAHs主要来自于煤和生物质以及石油的燃烧,焦炭源也有一定的贡献。结合中国和荷兰的土壤质量标准,后沟泉域土壤中的HCHs和兰花沟泉土壤的DDTs应属于轻度污染,柏树湾泉域土壤中DDTs浓度接近于荷兰土壤质量标准的参考值,后沟泉域土壤中的DDTs污染程度较重,水房泉土壤为无污染土壤。根据Maliszewska-Kordybach制定土壤有机污染标准,后沟泉域土壤、水房泉泉域土壤、兰花沟泉域旱地属于重度污染土壤,兰花沟泉域水田和马尾松林地属于污染土壤,而柏树湾表层泉十壤属于轻度污染土壤。而根据16种PAHs的毒性当量值和7种致癌性PAHs的毒性当量值,后沟泉泉域表土污染程度最重,接下来依次是兰花沟泉域、柏树湾泉域和水房泉泉域土壤。因此在评价土壤中PAHs的污染程度时,不应只考虑PAHs的总量,应结合7种致癌性PAHs含量以及TEQcarc值能才准确评价PAHs的污染水平。研究区土壤剖面的分析结果表明,各剖面土层中均有有机氯农药和多环芳烃成分检出,剖面中有机氯农药含量变化范围是5.74-974.10ng/g,平均含量为88.78ng/g,剖面中多环芳烃含量范围为161.09-3284.71ng/g,平均值为986.78ng/g。HG、LH和LR剖面中OCPs主要集中在0-30cm的表层土壤中,30cm以下的土层中,OCPs的含量变化较小；BSW和SF剖面中,OCPs在整个剖面中分布相对比较均匀。研究区不同土地利用方式土壤剖面中的PAHs含量垂直分布轮廓差异较大,而在土地利用方式相同的马尾松林地剖面中,PAHs含量的垂直分布轮廓相似。在后沟泉域、兰花沟泉域和柏树湾泉域内,PAHs进入表层土壤中的速率要大于PAHs向十壤深部的垂直移动和传输的速率,而在水房泉泉域内,PAHs进入表层土壤中的输入速率要小于PAHs土壤深部垂直移动和传输的速率。不同剖面HCHs和DDTs异构组成差异较大,SF、LR和BSW剖面,γ-HCH是HCHs主要组成成分,p,p'-DDD是DDTs主要组成成分,而HG和LH剖面中,HCHs则以(p+6)-HCH为主,DDTs以p,p'-DDT为主。LR和SF剖面中,PAHs的组成均以低环PAHs为主,HG剖面中以高环ⅠPAHs为主,BSW和LH剖面中,0-2cm表层土壤中以高环PAHs为主,0-2cm以下的土层中以低环PAHs为主。有机氯农药在不同土壤刨面中迁移能力由强到弱依次是：SF>BSW>LH>LR>HG。机氯农药组分中,硫丹类化合物的迁移能力最强,次之是艾氏剂类化合物,DDTs和甲氧滴滴涕的迁移能力最弱,HCHs、CHLS、HCB在不同十壤剖面中,其迁移能力又稍有不同。多环芳烃组分在研究区土壤剖面中的迁移能力有较大差别,低环PAHs的迁移能力要大于高环的迁移能力。对研究区土壤剖面的土壤理化指标和OCPs含量进行多元回归分析,结果表明,兰花沟泉域LR剖面中,影响OCPs含量的因子最多,包括土壤TOC含量、土壤含水量和pH值,次之是柏树湾泉域BSW剖面,影响OCPs含量的因子只有两个,依次是TOC含量和土壤含水量,兰花沟泉域LH剖面和后沟泉域HG剖面中,影响OCPs含量的因子只有一个,为土壤TOC含量,而在水房泉泉域SF剖面中,TOC含量、土壤含水量、pH值和粘粒含量均不是OCPs含量的主要影响因子。土壤理化指标与PAHs含量多元回归分析表明,HG、LR、BSW和LH剖面中,TOC含量均是PAHs含量的主要影响因子,而SF剖面中,TOC含量、土壤含水量、pH值和粘粒含量均不是PAHs含量的主要影响因子。柏树湾泉和兰花沟泉水中24种有机氯农药均有检测到,后沟泉中除p,p'-DDE、水房泉中除氧化氯丹未检出外,其余23种有机氯农药均有检出。16种多环芳烃在表层岩溶泉水中均有检测到。后沟泉、柏树湾泉和兰花沟泉泉水中的OCPs含量均呈现出雨季的含量高于旱季含量的特点,而水房泉泉水中的OCPs含量呈现旱季大于雨季的情况。四个表层岩溶泉中,PAHcarc的含量均表现为雨季大于旱季,而PAHs的含量在旱季与雨季的变化与PAHcarc的并不一致,水房泉与后沟泉类似,均表现为旱季的含量大于雨季的含量,兰花沟泉PAHs的含量在旱季与雨季相差不大,而柏树湾泉则表现为雨季的含量明显大于旱季。水房泉、后沟泉和兰花沟泉中不同月份的有机氯农药组成比较接近,而柏树湾泉水不同月份的有机氯农药组成变化较大。四个表层岩溶泉中,其它OCPs均为有机氯农药的主要组成成分,HCHs和DDTs的比例变化较大。此外四个表层岩溶泉泉水中,PAHs均是以2+3环PAHs为主,对水房泉、后沟泉和兰花沟泉而言,季节变化对泉水中的PAHs组成有很大影响,而柏树湾泉水中的PAHs组成在一年的观测当中变化较小。泉水中的α/γHCH比值表明,HCHs在后沟泉域、柏树湾泉域和水房泉泉域内迁移过程中,发生了明显的转化,其中y-HCH的降解反应最明显,而β-HCH和δ-HCH则没有明显的降解反应发生,兰花沟泉域内HCHs降解不明显。泉水中的Ant/(Ant+Phe)比值和Fla/(Fla+Pyr)比值随季节变化的特点表明Ant、Phe、Fla和Pyr在环境中易于迁移传输,相比Ant/(Ant+Phe)、 BaA/(BaA+Chry)和InP/(InP+BgP)比值,Fla/(Fla+Pyr)比值对源信息的指示更灵敏。研究区四个表层岩溶泉水中的有机氯农药含量均没有超过中国、世界卫生组织和美国所给的饮用水水质标准,这表明本研究的四个表层岩溶泉水中的有机氯农药含量相对较低,对人类的健康风险影响较小。然而四个表层岩溶泉水中的16种PAHs含量在一年的观测期间,有多个月份的含量超过我国饮用水水质标准,致癌能力最强的BaP含量远超出我国饮用水水质标准、荷兰地下水标准和加拿大水质标准,此外还有多个多环芳烃组分的含量超出荷兰地下水水质标准和加拿大水质标准,表明表层岩溶泉已受到了多环芳烃的污染,并且污染程度较重,应引起当地居民和政府有关部门的注意。通过把土壤分层并结合Ⅳ级逸度模型,成功的模拟了后沟泉域γ-HCH浓度在广泛施用以及禁用后随时间的变化趋势。利用实测数据对研究区逸度模型进行了验证,结果表明土壤分层的多介质逸度模型适合于岩溶区多介质环境中有机污染物迁移、转化过程的模拟。1952-1983年间,工业HCHs的施用是研究区环境中y-HCH的主要来源,这一期间,累计输入的y-HCH的量约为183kg。每年随大气平流输入的y-HCH的量为69.86kg,输出的量为70.37kg。0-20cm土壤中的累计降解量为5325g。到1983年,研究区环境中γ-HCH总储量约为4607g,其中土壤中的y-HCH的量占总储量的99.88%。1984年后,大气平流输入为研究区环境中的主要输入源,大气、植物和表层土壤中的y-HCH含量迅速下降,而下部土壤中的y-HCH含量持续上升,一直持续到1993年。预测到2020年,研究区环境中y-HCH的残留量仅有18g,只有1983年最大储量的0.4%。1952-1983年间,由表层岩溶泉上覆土壤土层输入进表层泉水的γ-HCH的量累计为141g,而1984-2020年间,由上覆土层向表层泉水的输入量累计为591g。由模型计算结果可知,γ-HCH在研究区环境中界面间的迁移以从0-20cm土层向下部土壤迁移为主,大气-植物间的交换也占有比较重要的位置。
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[9]. 中国地区低对流层高层大气化学与长距离输送特征研究[D]. 薛丽坤. 山东大学. 2011
[10]. 有机氯农药和多环芳烃在表层岩溶系统中的迁移、转化特征研究[D]. 孙玉川. 西南大学. 2012
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