城市区域颗粒物污染特征及来源解析分析方法研究

作     者：段鹏飞 

作者单位：西安理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：华灯鑫;闫庆;蔡惠文

授予年度：2022年

学科分类：07[理学] 070602[理学-大气物理学与大气环境] 0706[理学-大气科学] 

主      题：PM2.5污染特征 雾霾时段 气象条件 污染来源 

摘      要：近年来,随着经济和工业的蓬勃发展,大气环境污染已经对人们的身体健康、农业生产、工业生产以及生态环境的可持续发展造成了极大的威胁。为了结合本地污染物特征探索其时空分布变化,研究气象因素对于不同污染天气的影响以及雾雹天气形成机理,为本地政府制定环境治理措施,为城市科学治霾提供有力参考依据,论文提出一种城市区域颗粒物污染特征及来源解析分析方法,并以西安市污染较为严重的高陵地区为研究对象开展研究。论文主要研究工作如下:分析了西安市近年来颗粒物污染特征与来源,确定了污染较为严重的高陵区为研究对象,详细分析了各类探测仪器及数据的特点及来源,分析了污染物来源解析常用的方法,提出了具体的城市区域污染特征和来源解析的分析方案。以环境质量国家标准为依据,统计分析了西安市高陵区2017-2020年PM2.5质量浓度超标情况及该地区PM2.5污染季、月和日变化特征,该地区污染以冬季最高,月变化和日变化分别呈“U型和“单峰单谷特征;同时分析了温度、湿度、风速和风向等气象要素对PM2.5质量浓度变化的影响,建立了PM2.5污染特征与污染气象要素之间的相关性,PM2.5质量浓度与风速和温度呈负相关,与相对湿度呈正相关,低温高湿的静稳天气更容易造成污染物的聚集。根据PM2.5质量浓度季变化特征,选取该地区污染最为严重的冬季作为研究时段,利用Meteolnfo软件和GDAS数据开展此时间段的后向轨迹聚类分析及潜在源分析,获得了冬季区域传输对高陵区PM2.5浓度的影响程度以及潜在源区分布情况,分析结果表明该地区的污染来源以周围地区的短距离输送为主、西北方向的长距离输送为辅,集中在关中地区、陕南地区、山西运城地区、甘肃庆阳地区以及河南西部部分地区。以2021年冬季高陵区的三次典型重污染过程为研究对象,融合地面站点、激光雷达、无线电探空仪和风廊线雷达探测数据对典型污染时段开展成因和来源的个例分析,探讨地面气象要素、垂直气象要素以及污染源对大气污染成因的影响,获得了高陵区冬季重污染天气的成因,验证了分析方法的可行性。分析结果表明:三次雾霾污染过程整体以低温高湿的静稳天气为主;重度污染前100米以下接地逆温占绝大多数;气溶胶均集中在1.5 km高度以下,边界层高度与PM2.5浓度大小呈负相关,垂直方向上以下沉气流为主,水平方向上风速整体偏低;污染来源主要集中在甘肃庆阳东南部、咸阳市东部、铜川市西南部、渭南市西部部分区域以及西安本地部分区域,且疫情静态管理期间污染仍较为严重,进一步验证了高陵区冬季的污染成因主要为“气象要素+外源性输入。