合肥市高新区大气SO2与O3和NO2污染特征及来源分析

采用长光程差分吸收光谱系统对合肥市高新区大气SO₂,O₃,NO₂进行连续观测，分析气体污染特征和可能存在的污染源.日变化显示，夜间SO₂质量浓度较高，日间质量浓度低.NO₂呈单峰单谷型，交通晚高峰对NO₂质量浓度有一定影响，全日质量浓度持续偏高(35～45μg/m³)且变化较小，存在其他重要的氮氧化物排放源.O₃有明显的日变化，日间质量浓度高，在午后16:00出现最大值；夜间质量浓度低，凌晨出现最低值.冬季大气边界层低，不利于污染扩散，NO₂和SO₂质量浓度保持较高水平，而夏季光解反应剧烈，湿沉降明显，污染物质量浓度较低，O₃质量浓度表现为春夏季高于秋冬季.污染源分析表明，SO₂高值主要与观测点西北面农村居民生活燃煤及东南侧制药公司和涂料厂的无组织排放有关.低风速下NO₂高质量浓度受观测点附近望江西路的机...     

城市建筑物对城市边界层三维结构影响的数值模拟

设计了一个考虑城市建筑物动力作用和人为热量影响的城市边界层参数化方案(UBP),并将之耦合到新一代中尺度模式WRF中。利用WRF/UBP模式对北京地区夏季晴空下边界层结构进行了数值模拟分析,并与不考虑建筑物及人为热源影响的MYJ方案的模拟结果进行对比。结果表明, UBP方案模拟的边界层结构反映了城市下垫面作用下的边界层结构特征,近地面层风场和温度场的模拟与自动气象站的观测结果更为接近。人为热源使得城市热岛效应增强,诊断分析显示由于夜间为稳定边界层,而白天边界层发展,湍流输送加强,热岛效应的日变化与人为热源的日变化有明显的反相关。另外,对湍流动能和边界层高度也进行了对比分析,发现城市建筑物使得湍流动能增加,夜间边界层高度有明显升高。研究表明,考虑了建筑物影响的UBP方案大大改善了模式对于城市近地面要素的模拟能力,对城市边界层的描述更为合理。     

提高再生气中H2S浓度的方案研究

对以生物质热解气为原料的低温甲醇洗工艺进行模拟和研究,热解气主要成分为CO₂、H₂、CO、H₂S、COS和水等。采用Aspen plus对低温甲醇洗工艺进行全流程模拟,通过对比分析可知,模拟结果与实际值基本吻合。针对原工艺H₂S浓度低的问题,提出两个改进方案以提高H₂S的浓度：①提高气提塔的N₂流量;②在气提塔后添加一个闪蒸罐,气提塔塔底的甲醇溶液经过加热和闪蒸后再进入甲醇再生塔。结果表明改进方案可以大大提高再生气中H₂S的浓度。     

CALMET时空分辨率对CALPUFF模拟浓度场的影响

采用WRF输出的逐小时1 km分辨率预报风场作为CALMET诊断模式的输入, 生成不同时空分辨率的CALMET诊断风场, 耦合 CALPUFF得到逐分钟50 m分辨率浓度场, 在此基础上分析CALMET气象场时空分辨率对浓度场的影响, 并统计不同气象时空分辨率方案的计算耗时。结果表明, 当风向稳定且风速较大时, 较粗的时空分辨率亦能得到满意的风场和浓度场; 当风向转变且风速较小时, 时空分辨率对诊断风场和浓度场影响显著, 不同气象方案的浓度场差异可以高达40%; 风场转变期间, 当CALMET的时间步长大于30 min时, 加密气象网格会降低浓度场的模拟精度, 时间步长越长, 浓度场偏离越显著。综合考虑计算耗时和浓度场模拟准确性, 推荐在大气污染事故应急预警中采用10 min时间步长和400 m网格距的CALMET气象方案。     

大涡模拟在华北地区一次冬季辐射雾过程中的应用

利用WRF V3.5.1,对2013年1月21日18:00华北地区突发的大范围辐射雾过程进行模拟,对不同水平分辨率的WRF边界层方案以及大涡模拟(LES)进行对比,讨论中尺度模式对此次事件预报的可能性。结果表明:WRF边界层方案对这次辐射雾有一定的模拟能力,但模拟的发生时间有3小时的延迟,而LES方案能很好地模拟出此次大雾过程的出现时间和雾区位置;提高水平分辨率可以改善LES模拟的结果,使得雾的形成时间和雾区范围更接近实况。进一步的分析表明,LES实验模拟相比边界层方案,地面的气温更低,水汽更多,相对湿度更大,逆温层出现更早。因此对于这个个例而言,LES可以明显提高中尺度模式对华北地区辐射雾的预报技巧。     

北京地区PM10质量浓度与边界层气象要素相关性分析

对北京市2007年观象台观测站PM₁₀质量浓度资料、观象台气象自动站资料、风廓线资料和探空资料进行了数据分析。结果表明, 在污染物源强一定的条件下, 污染物的积累、稀释、扩散和清除主要取决于气象条件。近地面风速、温度、湿度、气压和边界层高度等气象条件对于可吸入颗粒物的污染程度有着很重要的影响: PM₁₀质量浓度与地面风速、温度、湿度、气压和大气边界层高度呈显著相关性, 并且相关性随季节变化明显。其中, 6月PM₁₀质量浓度与地面风速和大气边界层高度呈负相关性, 而与温度呈正相关, 11月则与温度成负相关; 风速与PM₁₀质量浓度之间的相关性可以用二次多项式来描述, 二者呈“U”形变化。另外由11月份PM₁₀质量浓度资料的分析表明, 当月PM₁₀质量浓度最小值对应的风速为4.1 m/s。     

基于PCA-BP神经网络的PM2.5季节性预测方法研究

【目的】分季节预测PM_2.5浓度值,利用PCA方法对数据进行降维,分析季节及气象因素对PM_2.5的影响,在提高预测准确率的同时降低时间复杂度。【方法】以合肥市2014—2017年的PM₁₀、SO₂、CO₂、CO、O₃浓度值,以及同时段的气象因素值,对PM_2.5浓度进行预测。数据分析中发现PM_2.5在不同季节浓度差异较大,故本研究选择分季节进行预测;为了提高预测准确率,加入如风力、温度、湿度、气压等气象因素进行预测,同时采用主成分分析(PCA)的方法进行数据降维,将降维后的数据再输入BP神经网络模型进行预测。【结果】实验采用3组实验进行对比:5种污染物指标(PM_2.5-5)预测PM_2.5、加入气象因素的综合12项指标(PM_2.5-12)预测PM_2.5、对综合指标进行PCA处理后的(PM_2.5-PCA)预测PM_2.5。实验结果表明:4个季节的PM_2.5浓度值有较大变化,均方根误差(RMSE)的差值较大;采用PM_2.5-PCA的方法,在任何季节的RMSE均有降低,相关系数(r)均有所提高。【结论】PM_2.5浓度具有季节性特征,采用季节性预测方法可以提高预测准确率;同时采用PCA方法进行降维,可以在保证准确率的同时降低预测时间复杂度。     

山东省大气环境污染时空特征及其原因分析

 利用大气例行监测数据,分析了2014年山东省大气污染进行时空特征。从空间看,淄博、济南、枣庄等是山东省大气污染最严重的城市,日照、青岛、威海等城市的污染最轻,东部沿海城市的污染程度明显轻于内陆城市;各地市SO₂的达标情况较好,超过50%,其余污染物的达标率均较低,PM_2.5甚至出现各地市均超标的现象。从时间看,污染物冬季浓度高夏季浓度低;PM₁₀和NO₂浓度在3月有小高峰;8月份,SO₂、NO₂浓度略有升高;从全年来看,NO₂污染物排放浓度变化不大。通过灰色关联法分析可知,能源消费与污染物空间分布相关性最大,风速与污染物时间分布相关性最大。     

湍流动能闭合对区域气候模拟效果影响的机理研究

利用湍流动能(TKE)闭合改进了RegCM2中原高分辨的边界层参数化方案,并用1998年夏的NCEP/NCAR气候资料对TKE闭合方案影响区域气候模拟效果的机理作了探讨.研究表明,在区域气候模式中采用TKE闭合的边界层方案可以将垂直扩散直接与湍流变化联系起来,改善地表通量及各层垂直扩散项的计算,使地表通量和垂直扩散的日变化及各层分布更为合理,从而改进模式对各预报量及降水的模拟,提高模式的模拟能力     

中央环保督察与地方大气质量改善——基于多期双重差分法的检验

 采用2014-2018年中国225个地级市的面板数据,以各地市当年PM_2.5、PM₁₀、NO₂、SO₂、CO、O₃的年均浓度作为被解释变量,通过多期双重差分的方法检验了中央环保督察制度在改善地方大气质量方面的政策效果及其持续性。研究发现：中央环保督察对PM₁₀、SO₂和CO的浓度改善具有显著作用;在政策效果持续性上,相比PM₁₀,中央环保督察对地方SO₂、CO浓度的改善更具有持续性。建议进一步常态化中央环保督察制度以持续推动地方大气环境质量改善,关注移动源、建设工程扬尘与二次污染物防治以推动多类大气污染物的减排,实现空气质量的综合提升。     

京广地区大气过氧化物浓度测定及影响因素分析

利用高效液相色谱测定了北京和广州地区大气过氧化物浓度,并分析了相关因素对过氧化物浓度变化的影响。北京地区在5月、6月和9月3个监测时段中H₂O₂的平均浓度分别为2.33×10^-9、0.338×10^-9和0.148×10^-9;广州11月H₂O₂的平均浓度为0.168×10^-9(V_H2O2/V_air)。植物排放对有机过氧化物的生成有一定贡献,有机过氧化物浓度变化与H₂O₂浓度变化具有较好的一致性。过氧化物浓度与O₃和甲醛浓度表现出较好的正相关性,而与SO₂浓度则表现出负相关性。     

天津WRF-Chem模式空气污染浓度预报误差时空分析

分析2019—2021年天津WRF-Chem模式日预报结果与实况对比的误差时空特征，得出以下结论：(1)模式预报结果与O₃浓度的相关性最好(0.90)，与PM₁₀(0.59)的最差；(2)模式预报结果对污染物浓度的高估现象更显著，PM₁₀、PM_2.5和O₃浓度的预报绝对误差明显高于其他3种污染物；(3)模式预报的相对误差大小排序为O₃22102.5，且夏季最高，秋冬近似，春季最小，夏秋冬三季相对误差都为PM_2.5最大，春季则为PM₁₀最大；(4)从2种主要污染物浓度预报相对误差的空间分布特征来看，PM_2.5为蓟州、中心城区、大港偏大，PM₁₀为中部地区西青、武清、塘沽、宝坻偏大；(5)经综合衡量，模式预报效果最差的是PM     

利用傅里叶红外光谱研究SF6中SO2含量

在SF₆作为绝缘物质的设备中,SF₆中SO₂含量的精确测定,有助于预测设备中SF₆的纯度.利用傅里叶红外光谱仪测试SF₆标样中不同SO₂含量的吸收光谱,构建SO₂体积分数与特征峰吸光度之间的关系,得到标准工作曲线.为了提高实验精度,选用能够多次反射的气体样品池.结果表明,该实验装置和方法可以应用到实际生产中电力开关设备内SF₆的监测.     

利用探空资料建立北京地区水汽廓线的参数化方案

利用 2008年探空资料分析了北京地区水汽廓线的分布特征, 提出不同边界层状况下水汽廓线的参数化方案。 在稳定边界层或浅对流边界层条件下, 水汽廓线的参数化方案可以用q=q₀e^z/2624(q₀为地面水汽比湿)表示。在对流边界层条件下, 水汽垂直分布受大气边界层影响非常显著, 参数化方案可以采用: 1) 对流边界层内(0≤z0; 2) 对流边界层高度附近(|z-PBL|<200), q=q₀(A-B(z-PBL)); 3) 对流边界层高度之上(PBL+200≤z), q=Cq₀(z-5000-PBL) (z和PBL分别为距地面高度和对流边界层高度, 单位均为m)。参数分别为A=0.72, B=1.4×10^-3m^-1, C＝-9.17×10^?5m^-1。在对流边界层下, 水汽廓线的参数化方案如果仅采用e指数分布会低估10%的水汽总量, 而新提出的参数化方案能更好地给出水汽的垂直分布。     

基于EKC曲线的北京市绿地生态服务价值研究

【目的】提出城市绿地生态服务价值社会属性概念,为其评估过程引入社会发展因素提供参考。【方法】以北京市为例,通过运用环境库兹涅兹曲线(EKC)和Wolfram Alpha知识引擎,探究一定环境污染和社会发展水平条件下,城市绿地生态服务价值的经济影响系数,从而对北京市绿地生态服务功能进行价值评估。【结果】①人均碳排放量、区域环境噪音、二氧化硫(SO₂)排放量、氮氧化物(NO_x)排放量、烟尘排放量与人均GDP具有显著相关性,而废水排放量和化学需氧量与人均GDP不具有显著相关性。人均碳排放量、区域环境噪音、SO₂排放量和NO_X排放量与人均GDP模拟的方程具有较高的拟合度,决定系数R²均大于0.7。人均碳排放量与人均GDP关系呈倒“U”形,区域环境噪音和SO₂浓度与人均GDP的关系均呈倒“N”形,三者均有“y=0”的污染零值; ②人均GDP对人均碳排放量、区域环境噪音和SO₂浓度的影响系数分别为0.67、0.68、0.91; ③2010年北京市城市绿地固定二氧化碳(CO₂)、释放氧(O₂)、减少噪音和吸收SO₂的生态服务价值依据传统的计算方法分别为806 415.74、628.73、119 349.13、1 669.01万元; 基于经济因素核算下的生态服务价值分别为540 298.55、421.25、81 157.41、1 518.80万元。【结论】北京市绿地生态价值中仅固碳释氧、降低噪音和吸收SO₂有明显的经济影响系数,受人均GDP影响较大,说明城市绿地生态服务价值具有社会属性,价值大小因城市的经济发展水平而不同。     

蒙西地区不同边界层参数化方案的近地层风场预报效果评估

利用中尺度WRF(Weather Research Forecast)模式和GSI(Gridpoint Statistical Interpolation)同化系统,通过改变边界层参数化方案对蒙西地区进行了7组回报试验,并基于70个国家级地面站和18座风塔观测对试验结果进行多方面检验。结果表明:模式的预报可以抓住实际风速风向的演变和位相变化。各边界层参数化方案的10 m和70 m风向较观测有轻微顺偏;各方案对有效风速(3~15 m/s)的预报效果最好,对满发风速(15~25 m/s)的效果次之,对无效风速(0~3 m/s)的预报效果最差;各方案都能模拟出风速风向的日变化特征,表现为白天风速随时间增大和风向的顺转,傍晚到夜间风速的减小和风向的逆转;各方案对10 m风场的预报差异较70 m的更为明显,且模拟的风速偏大,YSU方案对10 m风速的预报效果最好,ACM2对70 m风速预报效果最好;TEMF、YSU以及ACM2方案对风切变指数的预报较好;大气层结的稳定性对低层风场的模拟有比较重要的影响。     

中尺度天气预报模式边界层参数化方案以及近地层方案对苏州东山冬季近地层气象要素模拟的影响

运用WRF3. 9模式并选取四种常用的边界层参数化方案(YSU、ACM2、MYJ和BL)和两种近地层方案(Eta和MM5)模拟了2015年1月16～25日苏州东山的近地层气象要素,并与东山气象站观测实验数据进行对比,评估了四种边界层参数化方案对近地层气象要素的模拟能力。同时设置了边界层参数化方案与近地层方案耦合的敏感性试验,分析两类方案的耦合对近地层气象要素模拟的影响。结果表明:①白天四种边界层方案对2 m温度的模拟差异较小,两种近地层方案的模拟结果有差异,对流混合较弱时Eta方案模拟较好,对流混合较强时MM5方案较好;夜间四种边界层方案和近地层方案均有影响,但是整个观测期间四种方案的模拟结果统计量差异较小;②无论白天还是夜间,四种边界层参数化方案模拟的2 m相对湿度均高于观测值,BL方案的模拟效果最佳,MYJ方案的模拟偏差最大;③无论白天还是夜间,四种边界层参数化方案对10 m风速的模拟均存在一定程度的高估,MYJ方案的模拟效果最好,四种方案对风向的模拟均优于对风速的模拟,白天的模拟效果整体优于夜间;④选择不同的近地层方案对风速和风向的模拟结果没有明显影响,对2 m气温模拟结果的影响小于对2 m相对湿度模拟结果的影响,BL边界层方案与MM5近地层方案耦合对近地层气象要素2 m气温和2 m相对湿度的模拟效果最好。     

临界理查森数对不稳定状态下边界层模拟的影响

在边界层参数化方案中,临界理查森数可以用来判断湍流状态和计算边界层高度。大部分模式会将临界理查森数设置为常数,但实际上它会发生改变。本文基于WRF（Weather Research and Forecasting）中尺度数值预报模式和YSU（Yonsei University）边界层参数化方案（以下简称WRF/YSU）,以一次夏季的晴好天气过程为背景,研究了当临界理查森数发生变化,会对气象场和边界层湍流产生的影响。结果表明：（1）当临界理查森数增加时,大范围区域的边界层的高度会增加。在时空上能够体现出来。在空间上,边界层高度分布不均。从时间上看,在下午边界层高度受到的影响最大;（2）理查森数的临界值增加,湍流扩散系数也增大,水汽混合比增加,并且地面热通量总体增大,又会进一步使边界层高度增大;（3）YSU方案中湍流扩散方程由一个局部项、一个非局部项和一个夹卷项组成。对于热通量,夹卷项对总热通量的贡献与局部项和非局部项的贡献相当。对于水汽和动量通量,局地项及夹卷通量项在边界层中最大。     

Possibility of Reducing Formations of NOx and SO2 Simultaneously during Coal Combustion

Comparing with other NO_x and SO₂ control technologies, in-bed reducing NO_x and SO₂ simultaneously during coal combustion may lower the investment and operation cost. However, there are several possible contradictions between the reduction of NO_x and the capture of SO₂ during combustion: 1) CO rich atmosphere is favorable for the reduction of NO_x, whereas O_2 rich favorable for the capture of SO₂; 2) higher preheating temperature of coal is favorable for reducing NO_x, but unfavorable for reducing SO₂; 3) sulphation of some minerals may deactivate their catalytic effect on the reduction of NO_x. The attempts to eliminate such contradictions by coating coal granules with thin layer of monometallic oxides and mixed oxides were proposed. Ni₂O₃ and Fe₂O₃ showed high activity on NO_x reduction and CaO and Cr₂O₃ showed good effect on sulfur capture. The mixed metallic oxides, e.g., Fe₂O₃NiO, etc., showed effective for both NO_x reduction and SO₂ retention. It is possible to in-bed reduce NO_x and SO₂ simultaneously if the adhering materials are properly chosen to be difunctional materials of both active catalysts for NO_x reduction reactions and better sorbents for SO₂ retention.     

望都夏季大气细粒子中水溶性无机盐及相关气态前体物的观测研究

采用气态污染物与气溶胶在线测量装置(GAC), 于2014年夏季对保定市望都县大气PM_2.5中水溶性无机盐及其相关气态污染物进行为期30余天的在线测量。结果表明: 观测期间站点为富氨环境,PM_2.5平均质量浓度为68.2 μg/m³, GAC测得的SO₄^2-, NO₃^-, Cl^-, NH₄⁺ 和K⁺分别是12.6, 8.5, 1.4, 11.7 和0.7 μg/m³, 占PM_2.5总组分的51%。上述观测参数均呈现明显的日变化:SO₂, SO₄^2-, NO₃^-, NH₄⁺ 和Cl^-均在早晨出现峰值, HCl 和HNO₃的峰值出现在下午, 而NH₃主要呈现昼夜变化。硫氧化速率(SOR)和氮氧化速率(NOR)的分析结果表明站点大气存在较强烈的二次转化过程, SOR和NOR的平均值分别为0.43 和0.22。SOR与NOR的变化特征显示, 气相氧化和液相反应均对颗粒物无机盐二次转化速率有显著贡献。