空气细颗粒物污染的来源、危害及控制对策

 近年来由空气细颗粒物(PM_2.5)引起的大气污染现象频发,成为全社会广泛关注的环境问题.结合国内外研究,综述了PM_2.5污染的来源、危害及控制对策的相关研究进展.研究表明,人类活动排入大气中的一次颗粒物、一次颗粒物与大气中的气态污染物相互作用形成的二次颗粒物是PM_2.5的主要来源.长期暴露在PM_2.5环境中,会对人体的呼吸系统、心脑血管系统、神经系统及免疫系统的健康造成伤害.PM_2.5还会导致大气能见度下降,影响正常的生产、生活.针对中国PM_2.5的污染现状,提出了PM_2.5污染的控制对策及建议.     

基于GIS技术与嵌套网格的大气PM2.5污染最优集成预报方法

为了提升城市空气质量的预报准确率,分析大气PM_2.5污染物各尺度污染变化情况,提出基于GIS技术与嵌套网格的大气PM_2.5污染最优集成预报方法.基于大气污染扩散模拟情况,利用GIS技术的前、后期数据处理以及结果显示输出,处理大气PM_2.5污染数据,可视化展示污染扩散情况;采用嵌套网格空气质量预报模式系统(NAQPMS),模拟大气PM_2.5污染物各尺度污染变化,完成污染预报;基于观测、预报资料结合多种集成方法组建集成预报,经评价获取评分最高集成预报方法,完成大气PM_2.5污染最优集成预报.以安阳市为例,应用该方法进行空气质量预报实验.结果表明：该方法的PM_2.5质量浓度预报值与实际观测值更加接近,有效提升了大气污染预报准确率,以PM_2.5为代表的细颗粒物和以扬尘为主要源的粗颗粒物污染突出,需加强企业烟尘污染物的管控.     

中国PM2.5污染现状及其对人体健康的危害

 当前,中国大气中PM_2.5污染形势严峻。2013 年,在全国纳入监测范围的74 座城市中,接近92%的城市的PM_2.5年均浓度未达到国家标准,其中,京津冀、长三角和珠三角等重点区域PM_2.5污染尤为严重。PM_2.5中含有的多种有毒有害物质可直接危害公众身体健康。已有的研究结果显示,PM_2.5污染会直接影响人体的呼吸系统、心血管系统,与肺癌的发生率和死亡率密切相关,但需从PM_2.5毒理学及暴露-反应关系等影响机制方面做深入研究。中国对大气中PM_2.5污染的治理任重道远,强化PM_2.5的健康风险研究,科学评价PM_2.5污染对中国不同人群疾病发生的负担率等应是认真思考的问题。     

上海市大气环境中PM2.5/PM10时空分布特征

针对上海市颗粒物的污染和防治问题,利用2014年4月14日—2015年3月24日10个国控监测点的PM_2.5和PM₁₀小时数据及对应的气象因素资料,以PM_2.5质量浓度占PM₁₀质量浓度的比例为研究对象,使用聚类分析和相关性分析PM2.5/PM₁₀的时空分布特征. 结果表明:P_2.5和PM₁₀的季节高低为冬>春>秋>夏,PM_2.5/PM₁₀的季节分布在不同区域存在差异性. PM_2.5/PM₁₀的日变化呈现双峰型趋势,峰值出现在05:00和14:00左右,上午PM_2.5/PM₁₀高于下午. 颗粒物质量浓度及PM_2.5/PM₁₀具有明显的“周末效应”,这与车辆通行政策与人类作息时间变动相关. 在空间分布上,颗粒物质量浓度及PM_2.5/PM₁₀均表现为背景站>浦西站>浦东站.     

基于CMAQ-ISAM模型的长三角典型城市PM2.5来源解析

大气细颗粒物(PM_2.5)是影响长三角地区空气质量的关键污染物．近年来随着各项环保举措的实施,PM_2.5的来源特征也发生了变化,为了制定切实有效的PM_2.5治理方案,考察PM_2.5的主要来源及其贡献至关重要．本研究使用CMAQ-ISAM模型,定量分析了2018年长三角内4个典型城市(上海、杭州、南京和合肥)PM_2.5的主要来源．表明了上述4个城市PM_2.5的最主要来源:冬季为长三角外的远距离传输(38.5%~52.6%);秋季为各城市的本地排放(43.0%~50.9%);在春季和夏季,本地排放是上海、杭州和合肥PM_2.5的主要来源(春季37.1%~53.3%,夏季44.1%~64.7%),而南京则是周边区域传输 (春季38.5%,夏季46.3%)．针对冬季不同时期的来源解析表明,相较于清洁时期,4个城市在污染时期来自周边区域传输的贡献占比增大,上海、杭州、南京和合肥的增大幅度分别为10.0%、1.5%、8.1%和4.9%,因此开展长三角大气污染区域联防联控具有重要意义．      

燃煤电厂电除尘PM10和PM2.5的排放控制III:电除尘电源及小分区改造与PM10和PM2.5的排放(以4×330 MW机组为例)

 讨论了4 台典型电除尘改造和细颗粒物(PM_2.5)排放控制,对四电场电除尘器通过本体小分区和电源改造实现了颗粒物(PM₁₀)和细颗粒物(PM_2.5)的超低排放控制.仅对五电场电除尘器进行电源改造,即可实现PM₁₀和PM_2.5的超低排放,电除尘出口PM₁₀和PM_2.5可分别控制在15 和2 mg/m³以下.脱硫塔对PM₁₀有较好的捕集效果,但对PM_2.5的去除几乎没有效果.电除尘振打引起的二次飞扬过程及烟气温度也影响PM₁₀和PM_2.5的排放,当烟气温度从150~160℃降低到约110℃时,电除尘出口及脱硫塔出口的PM_2.5均在2 mg/m³以下.     

公园绿地及周边环境PM2.5浓度特征及影响因素

【目的】评价城市公园对降低大气PM_2.5质量浓度的作用,同时探讨环境因素对PM_2.5质量浓度的影响。【方法】以北京市北小河公园为研究对象,通过PM_2.5质量浓度监测仪测定公园绿地内、公园附近建筑室内及公园道路旁(开敞空间)的PM_2.5质量浓度,对公园及其附近建筑室内与道路旁PM_2.5浓度做差异对比分析,同时监测温湿度、风速及气压、车流量,以分析环境因素对PM_2.5质量浓度的影响。【结果】①公园及其附近建筑室内与道路旁PM_2.5浓度日变化趋势基本一致,呈现双峰单谷型,即早晚高、白天低。②无污染或轻度污染时,公园绿地PM_2.5质量浓度均低于道路旁及附近建筑室内,PM_2.5质量浓度分别降低了5.7%和6.9%,说明公园绿地对PM_2.5有一定的滞留作用; 中度污染天气条件下,公园内PM_2.5浓度同样低于道路旁与建筑室内,降幅分别为3.6%和7.3%,公园绿地对PM_2.5仍有一定的滞留作用; 重度污染质量条件下,公园内PM_2.5质量浓度略低于道路旁,降幅仅为0.3%,而比建筑室内升高了5.5%。③公园绿地PM_2.5质量浓度与温度、风速呈负相关关系,与相对湿度、气压呈正相关关系; 道路旁PM_2.5质量浓度与车流量呈正相关。【结论】在中度污染及以下环境空气质量条件下,公园绿地对PM_2.5有一定的滞留作用,说明公园绿地对PM_2.5滞留作用的发挥受一定的环境空气质量条件的制约。     

西安市秋季大气颗粒物散射特征及其影响因素

 为研究污染条件下西安市秋季大气颗粒物的散射特征及其影响因素, 于2012 年11 月监测大气颗粒物散射系数并采集PM_2.5样品。探讨了大气颗粒物的散射日变化特征, 通过实验分析PM_2.5中水溶性离子(Na⁺、NH₄⁺、K⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、F^-、Cl^-、NO₃^-和SO₄^2-)和含碳物质(有机碳和元素碳)的污染水平, 并讨论它们的来源及对散射系数的影响。结果表明, 颗粒物的散射系数均值为(579±387)Mm^-1, 夜间高日间低。PM_2.5质量浓度与散射系数呈现出较强的线性关系(相关系数为0.85), 通过回归方程得到PM_2.5散射效率为3.09 m²·g^-1。在PM_2.5化学组分中, 有机物对消光系数的贡献最大, 占52.3%;其次是NH₄NO₃和(NH₄)₂SO₄, 贡献率分别为16.2%和13.7%。     

泰州市区空气重金属污染的多重监测研究

近年来,我国频繁发生的雾霾事件引起了人们对城市空气污染的广泛关注,大气颗粒物中含有的重金属与人类呼吸系统疾病发病率以及呼吸系统的损伤具有一定的相关性。笔者对泰州市区大气颗粒物PM_2.5(颗粒物直径小于2.5 μm)和PM₁₀(颗粒物直径小于10 μm)、道路灰尘、活藓和藓袋中Cd、Cr、Cu、Pb、Ni、Zn的含量与污染特征进行了分析。结果表明,粒径最小的PM_2.5中重金属浓度最高,可以作为空气重金属污染分析的最佳监测对象; 活藓法测得的数据与PM₁₀和道路灰尘测定值相接近,具有一定可靠性。污染指数分析结果表明,现阶段泰州市区Cd、Cu、Zn污染较严重,分别达到了土壤背景值的18.86、3.54和3.15倍,其他重金属污染不严重。     

源头防控与综合治理相结合改善室内PM2.5污染状况

 我国细颗粒物(PM_2.5)导致的大气污染形势日趋严峻,复杂的室内污染源以及人类更久的室内停留时间,使得室内PM_2.5污染对人类健康的危害更明显,更持久.开展一次和二次PM_2.5污染治理工作,方可改善大气空气质量和人居环境.     

夏季干旱半干旱城市公园绿地空气负离子与空气颗粒物变化特征

【目的】观测北方干旱半干旱城市公园绿地不同植被结构空气负离子浓度与空气颗粒物浓度,并评价影响因素及其交互影响,为北方城市居民选择游憩时间及公园建设提供科学依据。【方法】于2020年7—8月,同步观测呼和浩特市敕勒川公园5种植被结构及对照点空气负离子浓度、空气颗粒物浓度,分析空气负离子与空气颗粒物变化特征及其影响因素。【结果】不同植被结构空气负离子浓度基本呈“V”形变化特征,空气颗粒物浓度最高值出现在早晨,最低值出现在下午;不同植被结构空气负离子浓度均值均高于对照点,且复层植被结构产生的负离子浓度要高于单层植被结构,不同植被结构对空气颗粒物浓度的调控存在着削减和集聚并存的效应;气象因子是影响空气负离子和空气颗粒物浓度的主要因素,风速与空气负离子浓度间显著负相关,温度与空气负离子浓度、总悬浮颗粒物(TSP)和PM₁₀浓度间显著负相关,相对湿度与空气负离子浓度、TSP和PM₁₀浓度间显著正相关,露点温度与PM_2.5和PM_1.0浓度间显著正相关;空气负离子浓度与PM_1.0浓度间显著负相关。【结论】复层植被结构较单层植被结构对提高空气负离子浓度有更加显著的作用,疏密适当的植被对减少空气颗粒物浓度起到积极作用;依据观测结果,建议城市周边居民开展休闲娱乐活动的最佳时间选择在9:00—10:00和14:00—17:00。     

基于夜间灯光影像的能源消费与PM2.5时空关系研究

利用能源消费统计数据与夜间灯光影像对陕西省能源消费进行空间化处理,结合PM_2.5遥感数据,基于双变量空间相关性分析等方法,研究了陕西省能源消费与PM_2.5的时空关系,并利用随机森林回归模型探讨了影响ρ(PM_2.5)变化的能源消费因素．结果表明:1）2001—2013年陕西省ρ(PM_2.5)先增大后减小,最高值达到28.5 μg·m?3,省内PM_2.5分布的空间异质性较强,其中关中地区的ρ(PM_2.5)最高;2）陕西省能源消费量逐年上升,在空间上的分布与ρ(PM_2.5)类似,关中地区的能源消费量最多;3）陕西省能源消费量与ρ(PM_2.5)的Moran’s I达到了0.289,表明二者之间有着明显的空间正相关性,即高能源消费的区域有着高质量浓度的PM_2.5分布;4）人口密度、路网密度与能源消费总量是陕西省ρ(PM_2.5)变化的重要驱动因素．      

城市慢行道路中交通颗粒物的时空分布

为了捕捉城市慢行道路中空气污染的高时空分辨率特征, 构建了基于微型传感器的骑行测量平台, 通过收集福州市西三环快速路沿侧慢行道亚微米颗粒物(PM_1.0)和黑碳 (black carbon, BC) 的质量浓度样本, 可视化解析交通污染的时空变化及原因. 研究表明: 慢行道的颗粒物质量浓度整体呈现小区侧大于沿江侧, 交通早、晚高峰大于中午; 早高峰 BC 稳定聚集但 PM_1.0 波动较大, 晚高峰则相反; 慢行道颗粒物的质量浓度下降与临近主干道的距离、植被丰度正相关; 颗粒物冷点距离干道远且四周植被覆盖高, 热点多分布在施工与拥堵的复杂交通环境中; BC 热点与复杂路况同步, 但 PM_1.0 热点还与周围环境相关. 因此, 有必要聚焦道路交通排放的主要构成, 并结合局部地形、空间、环境等因素来改善慢行道空气质量, 从而提升健康出行品质.     

基于实际大气颗粒物环境的口罩防护作用研究

选取5种口罩对北京市不同污染程度的真实环境中4种大气颗粒物的防护作用进行分析,研究颗粒物粒径、口罩种类、吸气流速和环境大气PM2.5浓度对口罩防护作用的影响.结果表明,4种因素均对口罩防护作用具有显著影响.口罩的颗粒物防护作用呈现随颗粒物粒径增加而升高的趋势.4种KN95或KN90 口罩对实际大气颗粒物的防护作用可以达...     

基于多机器学习模型的逐小时PM2.5浓度预测对比

【目的】比较分析XGBoost模型、LightGBM模型、随机森林模型(RF)、K最近邻模型(KNN)、长短期记忆神经网络(LSTM)、决策树模型(DT)共6个PM_2.5浓度预测模型,以准确、及时预测环境PM_2.5浓度。【方法】基于重庆市合川区2020年全年空气质量监测数据和气象数据,通过最大相关最小冗余算法(MRMR)进行数据降维选择最优特征子集,作为模型的输入,逐一进行PM_2.5浓度预测;考虑到不同季节PM_2.5浓度差异较大,故分季节预测了PM_2.5浓度;为了探究各模型预测性能,计算了各模型运行时间和内存占用,并基于PM_2.5与特征变量的相关性和特征变量的重要性探讨了模型预测性能季节性差异原因。【结果】模型总体预测精度从高到低排序为 XGBoost、RF、LightGBM、LSTM、KNN、DT模型;预测性能方面,6个模型均表现为秋冬季节预测精度高于春夏季节;LightGBM模型可在保证模型精度的情况下,大幅减少模型训练时间和内存占用;特征重要性显示PM₁₀浓度、气温和气压的重要性高,O₃浓度、风向和NO₂浓度重要性相对较弱。【结论】采取MRMR方法进行数据降维选取的最优特征子集能较好地预测PM_2.5浓度;相比较而言,XGBoost、RF、LightGBM、LSTM模型在PM_2.5浓度预测上具有较优性能,其中综合性能较好的为LightGBM模型。