基于数值模拟天津臭氧污染特征及其气象影响评估分析方法研究

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作者 蔡子颖 郝囝 +6 位作者 张敏 樊文雁 韩素芹 邱晓滨 唐颖潇 杨旭 姚青 《中国环境科学》 北大核心 2025年第4期1810-1819,共10页

针对现有臭氧污染气象条件评估方法缺少边界层指标导致表征能力偏差问题,基于2019~2023年气象和环境观测数据,结合臭氧数值模拟,在实现模式臭氧标记法源追踪和过程速率分析技术嵌入基础上,联合观测数据构建天津臭氧污染气象条件评估指数... 针对现有臭氧污染气象条件评估方法缺少边界层指标导致表征能力偏差问题,基于2019~2023年气象和环境观测数据,结合臭氧数值模拟,在实现模式臭氧标记法源追踪和过程速率分析技术嵌入基础上,联合观测数据构建天津臭氧污染气象条件评估指数(OWI),实现天津臭氧污染气象条件精准评估.研究结果表明:臭氧浓度和气象条件密切相关,基于平均气温、最高气温、相对湿度、日降水量、白天紫外辐射、午间紫外辐射、日照时数、平均风速和风向构建OWI指数,可初步实现气象条件对臭氧浓度影响表征,该指数与O_(3)浓度相关系数0.82,可识别82%的臭氧轻度及以上污染.分析白天和夜间边界层高度对前体物扩散、近地面氮氧化物滴定和臭氧垂直交换影响,针对垂直扩散条件较好时,OWI指数表征O_(3)浓度较实况偏高问题,增加白天和夜间边界层高度指标优化OWI指数.通过臭氧数值模拟,实现水平、垂直输送、对流、化学生成、湍流混合和区域输送对臭氧浓度影响计算,联合模拟结果和观测,优化特定条件下OWI指数,如白天垂直输送大于15μg/(m^(3)·h),白天臭氧化学生成量大于20μg/(m^(3)·h),适当调高OWI指数;区域输送过强时,计算周边臭氧污染气象条件指标,综合判断气象条件对臭氧影响. 展开更多

关键词 臭氧 污染气象条件评估 环境模式 边界层 天津

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基于人体热量平衡模型的天津地区中暑气象风险预报技术研究 被引量：1

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作者 张敏 蔡子颖 +3 位作者 姚青 韩素芹 王晓佳 杨旭 《气象》 CSCD 北大核心 2024年第7期877-886,共10页

基于2016—2020年天津市中暑门诊和住院就诊数据,利用广义相加模型和分布滞后非线性模型对气象要素与中暑就诊率的关系进行了分析,引入人体热量平衡模型和热舒适评价指标(PMV),建立了本地化中暑气象风险预警指标。结果表明:天津地区中... 基于2016—2020年天津市中暑门诊和住院就诊数据,利用广义相加模型和分布滞后非线性模型对气象要素与中暑就诊率的关系进行了分析,引入人体热量平衡模型和热舒适评价指标(PMV),建立了本地化中暑气象风险预警指标。结果表明:天津地区中暑门诊人数和住院人数集中在每年6月下旬到8月上旬,5年中84%的中暑高发事件集中在6次连续过程中,其发生与当日和前一日气象条件相关性最高,当最高气温大于35℃时,中暑人数明显增多。男性比女性更易中暑,老人就诊率显著高于一般人群。中暑就诊率与平均气温、最高气温、相对湿度、太阳辐射强度呈正相关,与平均气温相关性最强,与风速呈负相关。引入人体热量平衡模型,显示PMV与中暑就诊率的相关性高于任何单一气象要素,PMV在评价中暑气象风险方面具备明显优势。并且,以PMV为关键指标形成预报方程。 展开更多

关键词 高温 中暑气象风险预报预警 人体热量平衡模型 热舒适评价指标(PMV)

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气溶胶辐射效应对气象和环境影响的观测与模拟研究 被引量：4

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作者 杨健博 蔡子颖 +3 位作者 杨旭 邢蕊 孟丽红 李英华 《中国环境科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期38-51,共14页

选取2015年和2019年不同代表年份,结合外场观测和数值模拟,分析了天津地区不同季节不同天气(晴天、多云、霾)下,气溶胶辐射效应对整层大气透过率和地表入射太阳辐射的影响,以及这种影响在不同年份的差异.借助WRF-Chem模式模拟分析了重... 选取2015年和2019年不同代表年份,结合外场观测和数值模拟,分析了天津地区不同季节不同天气(晴天、多云、霾)下,气溶胶辐射效应对整层大气透过率和地表入射太阳辐射的影响,以及这种影响在不同年份的差异.借助WRF-Chem模式模拟分析了重污染期间气溶胶辐射效应对垂直方向上气象要素廓线、边界层结构以及PM_(2.5)浓度的反馈机制.结果表明:霾污染可导致大气透过率明显下降,春、秋、冬不同季节,霾污染导致中午大气透过率分别下降0.09,0.11和0.09.全年平均霾污染可导致大气透过率降低约15.5%.云量的增多也可导致大气透过率明显下降,多云天气下大气透过率相比晴天减小约22.4%.霾和云对大气透过率的影响还与太阳高度角有关,当太阳高度角>60°时,霾污染导致大气透过率下降8.6%.随污染等级提高,气溶胶对太阳辐射的衰减作用也越强,天津地区空气质量分别为Ⅰ~Ⅰ级时,中午地表入射短波辐射呈稳定下降趋势,依次为484,446,439,342,328和253W/m^(2).重污染期间,气溶胶辐射效应导致大气低层(250m以下)降温(0.8℃)增湿(3.8%),而中高层(300~1900m)增温(0.5℃)降湿(2.4%),边界层逆温趋势增强,大气垂直扩散能力减弱,最终形成气溶胶-辐射-边界层-污染正反馈机制,极端情况下可使得近地面PM_(2.5)浓度进一步升高约40μg/m^(3),且这种反馈效应在午后16:00最明显.随大气污染防治行动持续深入,天津空气质量明显改善,与2015年相比,2019年天津年均PM_(2.5)浓度下降27.1%,污染超标天数减少43.8%,受此影响,气溶胶对太阳辐射的衰减作用减弱,2019年冬季霾污染导致中午大气透过率减小0.05,Ⅳ级以上污染天气地表入射短波辐射通量下降85.3W/m^(2),但重污染期间,气溶胶辐射反馈机制仍可通过改变垂直温度层结,对污染的加剧(约20μg/m^(3))产生不容忽视的影响. 展开更多

关键词 气溶胶辐射效应 大气透过率 重污染天气 大气边界层 反馈机制

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基于环流指数研究天津长序列细颗粒物大气污染气象条件演变规律 被引量：4

4

作者 蔡子颖 韩素芹 +7 位作者 邱晓滨 姚青 汪靖 樊文雁 杨旭 郝囝 唐颖潇 张敏 《中国环境科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期993-1001,共9页

基于国家气候中心气候系统监测指数集和天津环境模式细颗粒大气污染气象条件指数,建立基于环流指数的天津细颗粒物大气污染气象条件评估方法,研究1951~2021年天津气象和气候条件变化对PM2.5稀释、扩散和清除影响.结果表明,与天津春季大... 基于国家气候中心气候系统监测指数集和天津环境模式细颗粒大气污染气象条件指数,建立基于环流指数的天津细颗粒物大气污染气象条件评估方法,研究1951~2021年天津气象和气候条件变化对PM2.5稀释、扩散和清除影响.结果表明,与天津春季大气污染气象条件高相关的环流指数有东大西洋遥相关型指数、热带北大西洋海温指数、斯堪的纳维亚遥相关型指数;夏季大气污染气象条件与副高位置密切相关,高相关环流指数为印度副高北界位置指数和南海副高北界位置指数;秋冬季亚洲纬向环流指数和亚洲经向环流指数高低对大气污染气象条件有较好指示意义,北极涛动指数和北半球极涡强度指数反映了影响我国秋冬季冷空气强度和频次,与秋季天津大气污染气象条件指数相关系数为0.45,与冬季天津大气污染气象条件相关系数为0.66.基于环流指数和基于数值模式构建天津细颗粒物大气污染气象条件相关系数为0.80,由此数据分析,1951~2021年天津细颗粒物大气污染气象条件年际变化平均波动在2.56%,极端峰谷值与平均值相差7%~8%,20世纪80年代最差,20世纪50年最优,21世纪10年代优于历史平均1.61%. 展开更多

关键词 环流指数 大气污染气象条件 天津

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临汾市臭氧污染时期VOCs来源解析研究 被引量：1

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作者 段丽琴 吴雨彤 刘保双 《中国环境科学》 北大核心 2025年第1期78-92,共15页

本文通过基于光化学年龄的参数方法,估算了山西临汾市2021年4月18日~7月31日在线监测的VOCs初始体积分数数据,矫正其光化学损耗影响;然后利用正定矩阵因子分解(PMF)模型进行了其来源解析.结果表明,研究期间临汾市环境总VOCs(TVOCs)的平... 本文通过基于光化学年龄的参数方法,估算了山西临汾市2021年4月18日~7月31日在线监测的VOCs初始体积分数数据,矫正其光化学损耗影响;然后利用正定矩阵因子分解(PMF)模型进行了其来源解析.结果表明,研究期间临汾市环境总VOCs(TVOCs)的平均体积分数为17.1×10^(-9);其中白天TVOCs的平均初始体积分数为27.2×10^(-9),其化学损耗达到10.6×10^(-9),化学损耗率约为39.0%.相比与其它VOCs类别,烯烃化学损耗率最高(66.0%),其中异戊二烯(3.16×10^(-9))、1,3-丁二烯(1.27×10^(-9))和乙烯(1.19×10^(-9))的化学损耗明显高于其它物种.臭氧污染时期TVOCs化学损耗达到15.1×10^(-9),是非臭氧污染时期的1.6倍.臭氧污染时期烯烃的化学损耗率最高(81.7%),其中异戊二烯、1,3-丁二烯、反-2-丁烯和反-2-戊烯的化学损耗分别达到5.05×10^(-9)、1.85×10^(-9)、1.59×10^(-9)和1.10×10^(-9),显著高于其它物种.基于初始体积分数的PMF来源解析(IC-PMF)结果发现,石化相关企业排放(36.4%)、天然气(17.2%)、柴油车排放和溶剂使用混合源(12.9%)、汽油车排放(9.6%)、液化石油气(8.6%)、植物排放(8.6%)和燃烧源(6.7%)是研究期间临汾市环境VOCs的主要贡献源类.相比于基于观测体积分数的PMF解析结果(OC-PMF),植物排放贡献被低估了83.3%,其被低估量明显高于其它源类;其次是柴油车排放和溶剂使用混合源以及石化相关企业排放,分别被低估了22.2%和19.7%.同时,IC-PMF结果表明臭氧污染期间贡献较高的源类是石化相关企业排放和植物排放,分别达到24.1%和21.7%.基于IC-PMF的解析结果,利用臭氧生成潜势(OFP)模型的估算结果表明,石化相关企业排放是臭氧生成潜势(OFP)最高的贡献源类,其对总OFP贡献率达到50.7%,其次为植物排放以及柴油车排放和溶剂使用混合源,其对总OFP的贡献率分别达到24.8%和10.4%;其中臭氧污染期间对于OFP的贡献较高的源类为植物排放和石化相关企业排放,分别达到52.6%和27.8%. 展开更多

关键词 临汾 挥发性有机化合物 光化学损耗 初始体积分数 源解析

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基于天津255m气象塔对近年天津近地面风和气温变化特征的研究 被引量：11

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作者 刘敬乐 姚青 +4 位作者 蔡子颖 韩素芹 李英华 杨健博 郝囝 《气象》 CSCD 北大核心 2020年第9期1235-1244,共10页

通过分析2010-2018年天津气象塔风、温度资料,对近年来天津城市边界层粗糙度、大气稳定度和逆温特征进行研究。结果表明:随着城市发展,气象塔周边各方向粗糙度和零平面位移明显增高,气象塔周边建筑物对80 m高度以下风场的影响较为明显... 通过分析2010-2018年天津气象塔风、温度资料,对近年来天津城市边界层粗糙度、大气稳定度和逆温特征进行研究。结果表明:随着城市发展,气象塔周边各方向粗糙度和零平面位移明显增高,气象塔周边建筑物对80 m高度以下风场的影响较为明显。受湍流强度日变化影响,各季节中气象塔高层和低层风速日变化特征差异明显。通过温差-风速法计算大气稳定度发现稳定类层结多出现在秋冬季的夜间,稳定层结条件下逆温情况多发,其逆温强度、逆温层厚度和贴地逆温比例也明显高于不稳定和中性层结。天津城市热岛强度的时间分布表现出夜间强于白天,秋冬季强于春夏季的特征。城市热岛强度与大气稳定度时间分布具有一定相关性。 展开更多

关键词 粗糙度 大气稳定度 逆温 气象塔 天津

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2019-2020年天津市津南区多环芳烃和有机磷阻燃剂气固分配特征及健康风险评价 被引量：14

7

作者 薛倩倩 魏扬 +1 位作者 田瑛泽 冯银厂 《环境科学研究》 CAS CSCD 北大核心 2022年第1期30-39,共10页

多环芳烃(PAHs)及有机磷阻燃剂(OPEs)种类繁多且具有易挥发性,通过气固分配行为完成气态和颗粒态的转化.为准确评估天津市津南区PAHs、OPEs和各组分气固分配行为及风险评价,选择16种PAHs及7种OPEs作为研究对象,利用色谱质谱联用技术测定... 多环芳烃(PAHs)及有机磷阻燃剂(OPEs)种类繁多且具有易挥发性,通过气固分配行为完成气态和颗粒态的转化.为准确评估天津市津南区PAHs、OPEs和各组分气固分配行为及风险评价,选择16种PAHs及7种OPEs作为研究对象,利用色谱质谱联用技术测定2019—2020年天津市津南区大气环境中的PAHs和OPEs浓度水平,利用气固分配实测及预测模型研究PAHs及OPEs分配行为,并通过健康风险评价模型对其健康风险进行评估.结果表明:①天津市津南区2019—2020年ΣG-PAHs(气态PAHs总和)年均浓度为36.7 ng/m^(3),PM2.5中ΣP-PAHs(颗粒态PAHs总和)年均浓度为7.3 ng/m^(3);ΣG-OPEs(气态OPEs总和)年均浓度为5142.0 pg/m^(3),PM2.5中ΣP-OPEs(颗粒态OPEs总和)年均浓度为2752.0 pg/m^(3).②研究期间,PAHs气固分配机制受吸收和吸附机制共同影响,低分子量、高分子量PAHs分别受吸附机制、吸收机制影响,而OPEs则主要受有机物吸收机制影响.③颗粒态的2~3环PAHs、4环PAHs和5~6环PAHs的非致癌风险值占比分别为0.01%~8%、1%~31%和62%~98%,颗粒态的2~3环PAHs、4环PAHs和5~6环PAHs的致癌风险值占比分别为0.2%~1.5%、3%~71%和70%~99%,颗粒态的TNBP(磷酸三丁酯)、TCEP〔三-(β-氯乙基)磷酸酯〕、TCPP〔三(异氯丙基)磷酸盐〕、TPHP(磷酸三苯酯)和TDCPP〔三(1,3-二氯异丙基)磷酸盐〕的非致癌风险值占比分别为36%(范围为10%~58%)、40%(范围为11%~72%)、45%(范围为13%~67%)、51%(范围为38%~75%)和49%(范围为37%~60%).研究显示,OPEs的健康风险远低于PAHs,气态OPEs和颗粒态PAHs对人体健康的影响较显著. 展开更多

关键词 多环芳烃(PAHs) 有机磷阻燃剂(OPEs) 气固分配 健康风险评价

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地面PM_(2.5)和气溶胶激光雷达联合变分同化对天津冬季一次重污染过程数值模拟改进研究 被引量：1

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作者 杨旭 樊文雁 +3 位作者 蔡子颖 朱玉强 唐颖潇 董琪如 《中国环境科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期5188-5197,共10页

针对输送型重污染过程,大气化学模式垂直模拟偏差较大,地面观测同化对污染垂直初始场改进不明显,高空输送模拟偏低的问题,以2023年1月5~6日天津地区一次重污染过程为例,通过PM_(2.5)地面观测和气溶胶激光雷达垂直观测联合应用,发展相应... 针对输送型重污染过程,大气化学模式垂直模拟偏差较大,地面观测同化对污染垂直初始场改进不明显,高空输送模拟偏低的问题,以2023年1月5~6日天津地区一次重污染过程为例,通过PM_(2.5)地面观测和气溶胶激光雷达垂直观测联合应用,发展相应的气溶胶变分同化技术,改进大气化学模式污染垂直模拟效果,服务重污染天气预报预警和成因解析.研究表明:此次重污染过程由于大气化学模式垂直模拟能力不足,导致S1发展阶段地面PM_(2.5)增长速率和S2维持阶段的峰值浓度明显低估,垂直分布上污染层高度模拟偏低200~300m,白天输送阶段高空PM_(2.5)浓度高于地面、夜间稳定边界层以上污染高值特征均未能有效反映;通过同化地面PM_(2.5)观测有效实现PM_(2.5)空间分布模拟优化,过程期间上游城市石家庄和衡水的模拟误差分别下降35.3μg/m^(3)和77.3μg/m^(3),天津地面PM_(2.5)质量浓度模拟误差下降39.7μg/m^(3),但地面同化对垂直分布模拟改进有限,尤其是对于输送型污染过程中PM_(2.5)垂直分布的复杂变化,基本无法准确反映;通过增加气溶胶激光雷达PM_(2.5)垂直观测同化,模式PM_(2.5)垂直模拟效果进一步提升,450m左右均方根误差减小幅度最大,约19.8μg/m^(3).在同化时刻及临近2~3h正效果明显,后续时效中S2阶段表现更优,夜间稳定边界层以上污染高值得到有效模拟,污染层高度模拟差异减小至50~100m,低于未同化CTRL试验(200~300m)和地面同化DASFC试验(100~200m);S1阶段随着时效延长垂直模拟偏差明显增加,但同化的正作用依旧存在,污染层高度模拟误差比DASFC试验降低幅度不低于50m. 展开更多

关键词 气溶胶同化 三维变分 激光雷达 数值模拟

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天津地区气溶胶光学特性及直接辐射强迫研究

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作者 刘敬乐 史静 +3 位作者 姜明 蔡子颖 姚青 韩素芹 《中国环境科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第12期6590-6599,共10页

利用2021年天津地区太阳光度计观测数据分析获得AOD、AE、FMF、体积谱分布、复折射指数及直接辐射强迫变化特征,结果表明,受春季沙尘天气和夏季气溶胶吸湿增长及二次转化生成影响,春、夏季AOD值分别为0.64和0.61,明显高于秋、冬季,AE季... 利用2021年天津地区太阳光度计观测数据分析获得AOD、AE、FMF、体积谱分布、复折射指数及直接辐射强迫变化特征,结果表明,受春季沙尘天气和夏季气溶胶吸湿增长及二次转化生成影响,春、夏季AOD值分别为0.64和0.61,明显高于秋、冬季,AE季节变化在0.99~1.29.气溶胶粒子体积谱分布呈双峰型特征,粗、细模态粒径谱的峰值分别在春、夏季达到最高,值分别为0.07和0.05μm^(3)/μm^(2).当AOD>0.4时,细模态粒子峰值浓度明显升高并与粗模态粒子峰值浓度接近.夏季SSA达到0.93,复折射指数实部为1.43,虚部为0.07.冬季AAOD值为0.10,AAE为1.15.较强消光能力的气溶胶粒子集中在AAE为1.0~1.2,SSA为0.90~0.95的范围内.天津地区气溶胶类型主要为混合吸收型粒子,占比为40%,其次为细模态吸收性粒子,占比为33%.气溶胶散射消光能力与相对湿度和FMF增长有直接关系,相对湿度高于60%情况下,气溶胶多为第Ⅲ~第Ⅵ类,当气溶胶为第Ⅶ类时,FMF<0.4;为第Ⅴ类时,FMF为0.4~1.0;为第Ⅰ~第Ⅲ类时,FMF为0.8~1.0.地面、大气层顶和大气中的气溶胶直接辐射强迫均值分别为-71.9,-14.9和57.1W/m^(2).气溶胶直接辐射强迫与AOD和SSA密切相关,增加单位AOD值,大气层顶、地面和大气中气溶胶直接辐射强迫分别变化-28.4,-99.4和70.9W/m^(2),其与SSA的相关系数分别为-0.85、0.89和-0.93.随着SSA增大,地面和大气的直接辐射强迫效率绝对值减小,大气层顶直接辐射强迫效率从加热效应逐步转变为冷却效应.对2021年3月9~16日一次雾霾-沙尘天气过程的分析,发现雾霾天气中以城市-工业型气溶胶类型的细粒子污染为主,气溶胶粒子吸湿增长导致细粒子的粒径随污染物的积累增长,同时增强气溶胶的散射能力及其对近地面的冷却作用,对边界层发展起到抑制作用,造成污染物与边界层之间的正反馈机制. 展开更多

关键词 气溶胶 光学特性 直接辐射强迫 太阳光度计 天津

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天津黑碳气溶胶潜在来源分析与健康风险评估 被引量：10

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作者 姚青 郝天依 +2 位作者 蔡子颖 王晓佳 韩素芹 《中国环境科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第12期5221-5228,共8页

采用2010~2013年BC连续在线观测资料,分析天津地区BC的季节分布、潜在来源及其健康效应.结果表明,2010~2013年BC气溶胶浓度平均值为(4.49±3.26)μg/m3,秋季浓度最高,为6.31μg/m^3,冬季和夏季次之,春季最低,为2.59μg/m3.各季节BC... 采用2010~2013年BC连续在线观测资料,分析天津地区BC的季节分布、潜在来源及其健康效应.结果表明,2010~2013年BC气溶胶浓度平均值为(4.49±3.26)μg/m3,秋季浓度最高,为6.31μg/m^3,冬季和夏季次之,春季最低,为2.59μg/m3.各季节BC浓度的日变化特征类似,均呈早晚双峰分布,早间峰值高于晚间,且夜间高于日间.混合层高度和近地层风从垂直和水平两方面影响BC的时空分布,各季节作用强度并不相同.浓度权重轨迹分析表明天津高浓度BC的主要贡献区域为河北、山东、河南等华北平原地区.此外,秋季内蒙古中部和山西北部等西北区域也会影响天津.天津城区各季节成人和儿童的致癌风险(CR)均高于EPA给定的可接受风险水平(10^-6),非致癌风险水平较低,秋季因高浓度BC引发的呼吸系统死亡率相对风险为1.118,需要引起高度关注. 展开更多

关键词 黑碳 潜在来源 健康风险 天津

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2001—2020年天津市大气污染特征的演变与防治历程 被引量：19

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作者 王雪涵 张文慧 +5 位作者 毕晓辉 戴启立 吴建会 肖致美 张裕芬 冯银厂 《环境科学研究》 CAS CSCD 北大核心 2022年第4期945-955,共11页

近20年来,随着经济社会的快速发展与污染防治工作的不断深入,我国大气污染特征发生显著变化,特别是京津冀及周边城市空气质量显著改善,大气污染特征与来源构成出现结构性变化,十分有必要对这20年来大气污染的演变历程加以梳理总结.本文... 近20年来,随着经济社会的快速发展与污染防治工作的不断深入,我国大气污染特征发生显著变化,特别是京津冀及周边城市空气质量显著改善,大气污染特征与来源构成出现结构性变化,十分有必要对这20年来大气污染的演变历程加以梳理总结.本文选取北方特大工业城市——天津市为研究对象,基于20年来连续监测数据与相关统计学方法,结合天津市历年大气颗粒物源解析结果,总结了该地区大气污染特征的演变过程.结果表明:天津市环境空气质量在过去20年出现明显好转,大气污染类型由燃煤扬尘为主的一次混合型逐渐演变为O_(3)与PM_(2.5)为代表的二次复合型.历年源解析结果表明,天津市2020年秋冬季二次硫酸盐贡献率比2011年同期减少了74.1%,燃煤贡献率则下降了31.6%;扬尘和机动车尾气尘贡献率分别从2011年的17.7%和19.9%降至2020年的15.8%和18.2%;而2020年二次硝酸盐贡献率比2011年增长了63.3%.过去20年天津市重大污染防治措施的有效性分析表明,能源结构调整和“双散”替代使煤炭消耗量减少,PM_(2.5)浓度下降与煤炭消耗量减少呈显著相关[偏相关系数(R)=0.879,P<0.05];粗颗粒(PM_(2.5~10))浓度下降与绿化覆盖率增加呈显著相关[偏相关系数(R)=-0.859,P<0.05];大规模取缔中小燃煤锅炉及脱硫除尘等重大举措的实施,使得SO_(2)浓度显著下降[秩相关系数(r_(s))=-0.9586,P<0.05].研究显示,近20年来大气污染防治减排措施的实施使得天津市环境空气质量明显改善,未来要紧密结合国家“双碳”战略,进一步优化产业与能源结构,实现空气质量的持续改善. 展开更多

关键词 天津市 大气污染 污染特征 防治历程

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基于两种受体模型的太原市大气降尘来源解析及季节变化特征 被引量：11

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作者 张忠诚 谢宇琪 +7 位作者 张智杰 高岗栓 许博 田霄 徐晗 卫昱婷 史国良 冯银厂 《中国环境科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第6期2577-2586,共10页

于2019年11月至2020年12月期间在典型工业城市太原市开展了降尘采样和降尘化学组分分析.采样期间,太原市平均降尘量约为7.9t/(km^(2)·30d),并呈现在4~6月较高.在选取的8个监测区域中,清徐和巨轮的平均降尘量较高,分别为10.7t/(km^(... 于2019年11月至2020年12月期间在典型工业城市太原市开展了降尘采样和降尘化学组分分析.采样期间,太原市平均降尘量约为7.9t/(km^(2)·30d),并呈现在4~6月较高.在选取的8个监测区域中,清徐和巨轮的平均降尘量较高,分别为10.7t/(km^(2)·30d)和10.6t/(km^(2)·30d).降尘化学组分质量中地壳元素(Ca、Si、Al)占比较高,巨轮和桃园监测区域的降尘中Fe元素的质量显著高于其他监测区域.将降尘量和化学组分分析结果分别纳入正定矩阵因子分解(PMF)和偏目标转换-正定矩阵分解(PTT-PMF)两种受体模型中对太原市降尘进行了定量来源解析.通过比较两种受体模型的拟合性能和解析的因子谱发现:PTT-PMF受体模型相较于PMF能够更好地区分出降尘中城市扬尘源和建筑尘源这两类相似的尘源.结果表明,太原市降尘主要有六种来源:城市扬尘源(PMF:35%,PTT-PMF:35%)、建筑尘源(PMF:29%,PTT-PMF:28%)、钢铁工业源(PMF:14%,PTT-PMF:14%)、燃煤源(PMF:13%,PTT-PMF:12%)、二次无机盐(PMF:5%,PTT-PMF:6%)、机动车尾气排放源(PMF:4%,PTT-PMF:5%).两种受体模型得到的平均来源贡献结果相似,而建筑尘源和钢铁工业源的季节变化趋势则有一定的差异.粗粒径源类(城市扬尘源和建筑尘源)是太原市降尘的主要来源,两者对降尘的贡献率超过了60%,并在春季贡献率(4~6月)较高. 展开更多

关键词 大气降尘 受体模型 偏目标转换-正定矩阵分解模型(PTT-PMF) 来源解析 城市扬尘

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天津市脑卒中高住院风险的气象原因探析 被引量：9

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作者 郝天依 韩素芹 +3 位作者 姚青 王晓佳 樊文雁 辛江龙 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第3期392-402,共11页

气象条件的剧烈变化可增加脑卒中危险人群的患病几率。本研究收集天津市2016—2020年脑卒中日住院数据以及气象数据,采用脑卒中日住院人数累积概率分布进行住院风险等级划分,通过相关分析确定高影响气象因子,并利用分布滞后非线性模型... 气象条件的剧烈变化可增加脑卒中危险人群的患病几率。本研究收集天津市2016—2020年脑卒中日住院数据以及气象数据,采用脑卒中日住院人数累积概率分布进行住院风险等级划分,通过相关分析确定高影响气象因子,并利用分布滞后非线性模型与半参数广义相加模型开展高影响气象因子不同时间尺度变化、滞后以及累积效应对脑卒中住院风险的影响研究。结果表明:天津市脑卒中年住院人数约为22.5万,最高月住院人数可达2.1万,日均住院人数为623。男、女住院人数比为8:5,50岁以上人群为易患脑卒中疾病的高危人群。深秋(10—11月)、初冬(12月)和春季(3—5月)为天津市脑卒中住院高风险期。6℃以上的月变温和24 h负变温相叠加可加大脑卒中住院风险,且月变温为负变温时,脑卒中住院风险最高。30℃以上高温和-5℃以下低温均可引起脑卒中住院高风险,低温带来的脑卒中住院风险高于高温,低温效应在滞后2—3 d达到最强。24 h负变温的住院风险高于正变温,且变温幅度越大住院风险越高,7℃以上24 h负变温在滞后3—5 d的住院风险最高。天津市脑卒中高住院风险的气象原因主要是月尺度和日尺度温度剧烈变化的叠加,其次为极端温度及其24 h剧烈变化的影响。 展开更多

关键词 脑卒中 气象因素 住院风险 滞后累积效应 天津市

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典型区域传输过程关键源区减排对天津无机气溶胶及PM2.5的影响研究 被引量：2

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作者 卢苗苗 韩素芹 +5 位作者 唐晓 吴倩 孔磊 丁净 刘可欣 王自发 《气候与环境研究》 CSCD 北大核心 2023年第6期583-598,共16页

利用嵌套网格空气质量数值预报模式NAQPMS探究一次典型区域传输过程关键源区气态前体物减排对天津无机气溶胶(IA)及PM2.5的影响。大尺度区域高精度的IA模拟数据显示,华北平原地区生成了高浓度的IA,向华东地区传输后,按顺时针方向又返回... 利用嵌套网格空气质量数值预报模式NAQPMS探究一次典型区域传输过程关键源区气态前体物减排对天津无机气溶胶(IA)及PM2.5的影响。大尺度区域高精度的IA模拟数据显示,华北平原地区生成了高浓度的IA,向华东地区传输后,按顺时针方向又返回华北平原地区。这一往返式区域传输过程导致天津出现两次污染时段。利用耦合在NAQPMS中的在线污染物来源追踪方法量化了不同源区对天津IA的贡献,识别出华北平原地区是关键源区,日均贡献为57.6%~100%。在天津污染前1天和污染天对华北平原地区SO_(2)、NH3和NO_(x)减排30%分别开展敏感性试验,研究表明NH3减排导致天津IA和PM2.5最大下降率分别为30.8%和13.3%,是SO_(2)减排对IA和PM2.5最大下降率的16倍和26.6倍,是NO_(x)减排情景对IA和PM2.5最大下降率的7倍和6.4倍,成为降低天津污染水平最显著的前体物。SO_(2)减排造成天津硝酸盐浓度上升,最大增长率为3.5%,根据热动力学平衡原理,SO_(2)减排导致生成的硫酸铵减少,气态NH3增加又引起更多的HNO_(3)被中和,生成硝酸盐。NO_(x)减排对华北平原不同地区硝酸盐产生增加/降低两种效应,双效应沿着传输路径依次向下游传播,造成天津硝酸盐、IA及PM2.5浓度先降低后增加。研究结果高度强调了在污染传输过程,关键源区正效应的传播会加快降低气溶胶浓度,但负效应的传播会增加大气污染联防联控的难度。 展开更多

关键词 无机气溶胶 PM2.5 前体物减排 数值模拟 区域传输

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基于气溶胶三维变分同化天津PM_(2.5)数值预报研究 被引量：7

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作者 杨旭 唐颖潇 +5 位作者 蔡子颖 韩素芹 董琪如 杨健博 朱玉强 樊文雁 《中国环境科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第12期5476-5484,共9页

基于气溶胶三维变分同化技术,建立天津空气质量数值模式气溶胶同化模块,通过天津地区两次重污染过程同化模拟敏感性试验,分析了观测资料范围对同化结果的影响,并结合一个月的滚动预报试验,分析了气溶胶同化对天津地区PM_(2.5)数值预报... 基于气溶胶三维变分同化技术,建立天津空气质量数值模式气溶胶同化模块,通过天津地区两次重污染过程同化模拟敏感性试验,分析了观测资料范围对同化结果的影响,并结合一个月的滚动预报试验,分析了气溶胶同化对天津地区PM_(2.5)数值预报效果的影响,以期为提升天津空气质量预报能力提供支撑.结果表明:气溶胶同化各控制变量背景误差水平相关系数的衰减尺度约50km,垂直方向上400m高度与模式底层的相关系数衰减至0.6左右;观测资料范围对同化结果影响显著,仅采用天津地区观测数据进行同化,对重污染过程期间天津地区PM_(2.5)浓度模拟的影响时效约12h,采用模拟区域内所有观测数据进行同化影响时效可持续24h以上,且模拟效果更优;采用三维变分同化技术,实现地面PM_(2.5)观测资料同化,天津地区PM_(2.5)数值预报效果显著提升,预报值和实况值之间的相关系数由0.74增加到0.87,均方根误差由32.3μg/m^(3)减小为22.4μg/m^(3),平均相对误差由39.9%减小为27.1%;同化对模式初始时刻的改进效果最明显,随时间同化效果衰减,14h内改进效果最佳,对24h PM_(2.5)浓度预报也有明显改进. 展开更多

关键词 气溶胶 资料同化 三维变分 数值预报

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能见度观测同化对天津地区雾霾低能见度数值预报影响研究

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作者 杨旭 樊文雁 +3 位作者 蔡子颖 朱玉强 唐颖潇 董琪如 《中国环境科学》 2025年第11期5959-5968,共10页

以天津地区两次典型雾霾低能见度过程为例,通过发展适用于雾霾能见度观测的资料同化方法,实现PM_(2.5)浓度、相对湿度及雾水含量等影响要素的模拟优化,提升模式能见度数值预报效果.研究表明,典型霾过程能见度变化主要受PM_(2.5)浓度影响... 以天津地区两次典型雾霾低能见度过程为例,通过发展适用于雾霾能见度观测的资料同化方法,实现PM_(2.5)浓度、相对湿度及雾水含量等影响要素的模拟优化,提升模式能见度数值预报效果.研究表明,典型霾过程能见度变化主要受PM_(2.5)浓度影响,最低值1km左右,随相对湿度日变化幅度为2~3km,雾霾混合过程相对湿度高,夜间雾显著影响导致局地能见度低于50m,能见度日变幅大、过程极值低是其典型特征;通过能见度观测资料同化应用,雾霾低能见度模拟效果有显著提升,两次过程的能见度均方根误差分别由7km和4km减小至2km左右,间隔6h同化可以及时修正模拟偏差,部分时段提升效果更优;通过同化实现PM_(2.5)浓度和相对湿度模拟优化,霾能见度模拟偏差下降幅度最大达到6~8km;通过增加雾水含量修正,结合相对湿度同化改进,能够进一步改善雾霾混合过程夜间雾水含量考虑不足的问题,能见度模拟偏差由1~2km减小至300~500m,低能见度影响程度、影响范围均有明显提升;一个月模拟试验显示,低于10km的能见度模拟均方根误差由4.4km减小至3.2km. 展开更多

关键词 雾霾 能见度 资料同化 三维变分 数值预报

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六类餐饮源排放PM2.5化学成分谱 被引量：7

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作者 李林璇 程渊 +4 位作者 杜鑫 戴启立 吴建会 毕晓辉 冯银厂 《环境科学研究》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期71-78,共8页

大气颗粒物源成分谱可以表征源排放颗粒物的理化特征,为受体模型开展来源解析研究提供基础数据.餐饮油烟排放是室内外环境大气污染的来源之一,当前餐饮源排放PM2.5的化学成分谱仍然缺乏.该研究分别在成都市、武汉市和天津市采集了29组6... 大气颗粒物源成分谱可以表征源排放颗粒物的理化特征,为受体模型开展来源解析研究提供基础数据.餐饮油烟排放是室内外环境大气污染的来源之一,当前餐饮源排放PM2.5的化学成分谱仍然缺乏.该研究分别在成都市、武汉市和天津市采集了29组6种餐饮源(居民烹饪、火锅店、烧烤店、职工食堂、中餐馆、商场综合餐饮)排放的PM2.5样品,分析无机元素、离子、碳、多环芳烃(PAHs)等化学组分,并构建了餐饮源排放颗粒物化学成分谱.结果表明:①餐饮源排放PM2.5化学成分中的主要组分为OC(有机碳)、EC(元素碳)、Ca、Al、Fe、NH 4+、SO 4^2-、NO 3^-、Na^+、K^+、Mg ^2+和Cl^-,其中w(OC)最高,为41.67%~57.91%.②餐饮源排放PM2.5的PAHs中,3环和4环占比较高,其中芴(Flu)、菲(Phe)、荧蒽(Fla)、芘(Pyr)的质量分数相对其他物质较高.研究显示:餐饮源排放PM2.5中OC EC约为15.99~67.61,在一定程度上可以用来表征餐饮源排放;Fla(Fla+Pyr)和InP(InP+BghiP)多集中在0.45~0.55之间,或可作为标识餐饮源的特征比值. 展开更多

关键词 餐饮源 PM2.5 化学组成 源成分谱 多环芳烃(PAHs)

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城市尺度高空间分辨率VOCs组分排放清单构建方法与应用 被引量：8

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作者 舒秦 宋立来 +4 位作者 贺靖贻 毕晓辉 李森 熊海伦 冯银厂 《环境科学研究》 CAS CSCD 北大核心 2023年第6期1083-1094,共12页

挥发性有机物(VOCs)是影响大气复合污染形成的关键前体物,来源众多且化学组成差异较大.为满足城市尺度VOCs精准管控需求,本文基于“自下而上”的人为源活动水平数据与植被遥感资料,并与文献调研和实测VOCs源谱信息相耦合,采用排放因子... 挥发性有机物(VOCs)是影响大气复合污染形成的关键前体物,来源众多且化学组成差异较大.为满足城市尺度VOCs精准管控需求,本文基于“自下而上”的人为源活动水平数据与植被遥感资料,并与文献调研和实测VOCs源谱信息相耦合,采用排放因子法构建了城市尺度高空间分辨率VOCs组分清单的编制方法,并以河南省驻马店市为研究区域开展应用.结果表明:①本文构建的清单编制方法能够获取城市尺度高空间分辨率的VOCs组分排放清单,根据现阶段可获取的活动水平分辨率,清单分辨率可在1km×1km及以上.②驻马店市烯烃组分排放量最高,其次是烷烃和含氧VOCs(OVOCs),其中排放量较高的物种为异戊二烯、苯乙烯和乙酸乙酯等;对于臭氧生成潜势(OFP),烯烃和OVOCs是主要贡献者,OFP贡献较高的物种为异戊二烯、乙烯、乙醛和甲醛等;在空间分布上,研究区域VOCs排放空间分布呈明显差异,林地茂密、工业企业密集、人口和路网密度较大的区域VOCs排放量较高.③将清单结果与受体模型解析结果对比发现,二者在主要源类的识别上基本一致,印证了所构建清单的可靠性.对比PMF解析因子谱和清单参考源谱发现,清单参考源谱中燃烧源以及工艺过程和溶剂使用源适用性较好,移动源谱适用性较低.研究显示,驻马店市VOCs总量及组分排放空间特征明显,高空间分辨率清单可为城市差异化管理提供基础. 展开更多

关键词 挥发性有机物(VOCs) 排放清单 高空间分辨率 源成分谱 评估

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机器学习耦合受体模型揭示驱动因素对PM_(2.5)的影响 被引量：7

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作者 许博 徐晗 +5 位作者 赵焕 张忠诚 高洁 李岳 冯银厂 史国良 《环境科学研究》 CAS CSCD 北大核心 2022年第11期2425-2434,共10页

PM_(2.5)主要受排放源、大气化学、气象条件等驱动因素的非线性影响,了解驱动因素对PM_(2.5)浓度的影响十分重要.本研究基于南开大学大气环境综合观测超级站的逐时在线观测数据,耦合机器学习方法和受体模型,揭示了驱动因素的重要性以及... PM_(2.5)主要受排放源、大气化学、气象条件等驱动因素的非线性影响,了解驱动因素对PM_(2.5)浓度的影响十分重要.本研究基于南开大学大气环境综合观测超级站的逐时在线观测数据,耦合机器学习方法和受体模型,揭示了驱动因素的重要性以及对PM_(2.5)浓度的影响.结果表明:①2018年11月—2020年10月观测地点的PM_(2.5)浓度范围为3.21~291.80μg/m^(3),采暖季PM_(2.5)浓度和化学组分均高于非采暖季.②使用受体模型解析PM_(2.5)的来源及其贡献,发现观测期间二次源的贡献率(44.7%)最高,其他依次为燃煤源(23.6%)、机动车排放源(11.0%)、扬尘源(9.9%)、生物质燃烧源(7.2%),工业源的贡献率(3.6%)最小.③利用随机森林-SHAP模型量化排放源、大气氧化能力、气象条件等驱动因素对PM_(2.5)浓度的影响,发现观测期间排放源对PM_(2.5)浓度的影响程度为54.3%,高于其他驱动因素;气象条件对PM_(2.5)浓度的影响程度次之,为32.4%;大气氧化能力对PM_(2.5)浓度的影响程度相对较低,为13.3%.在采暖季和非采暖季,各驱动因素对PM_(2.5)浓度的重要性在排序上没有变化,然而驱动因素对PM_(2.5)浓度的影响程度有所不同.采暖季排放源对PM_(2.5)浓度的影响程度高于非采暖季,采暖季大气压对PM_(2.5)浓度的影响程度低于非采暖季.研究显示,排放源对PM_(2.5)的影响相对较大,气象条件和大气氧化能力对PM_(2.5)浓度的影响也不容忽视. 展开更多

关键词 颗粒物 受体模型 随机森林 驱动因素 影响

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京津冀区域臭氧时空分布特征及其背景浓度估算 被引量：35

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作者 姚青 马志强 +5 位作者 郝天依 樊文雁 杨旭 唐颖潇 蔡子颖 韩素芹 《中国环境科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第11期4999-5008,共10页

为研究京津冀区域臭氧时空分布特征,并估算区域传输贡献,对2017~2019年京津冀区域68个国控站点资料进行主成分分析,并采用TCEQ法估算京津冀区域及细分的次区域内O_(3)背景浓度.结果表明,京津冀区域O_(3)浓度整体上呈现南高北低态势,地... 为研究京津冀区域臭氧时空分布特征,并估算区域传输贡献,对2017~2019年京津冀区域68个国控站点资料进行主成分分析,并采用TCEQ法估算京津冀区域及细分的次区域内O_(3)背景浓度.结果表明,京津冀区域O_(3)浓度整体上呈现南高北低态势,地理位置的差异及其距离对于各城市臭氧浓度的均匀性分布影响较大.经最大方差法旋转后,主成分分析结果可将京津冀区域划分为河北省中南部、京津冀北部以及渤海西岸地区等3个稳定的次区域.对3个次区域分别采用TCEQ法估算O_(3)背景浓度,计算得到3个次区域本地生成O_(3)浓度依次为71,60,59μg/m^(3),区域背景浓度占O_(3)日最大8h浓度的比值依次为34.3%,39.4%,42.2%.京津冀区域O_(3)本地生成占主导,区域传输也不容忽视. 展开更多

关键词 臭氧 背景浓度 京津冀 主成分分析 TCEQ方法

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