邯郸市PM2.5-O3复合污染来源解析与协同防控研究

作     者：骆慧晓 

作者单位：河北工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：汪庆;张晓辉

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：复合大气污染 细颗粒物 臭氧 本地源 潜在源 协同防控 

摘      要：PM2.5和O3复合污染问题已普遍出现在中国多个地区，PM2.5与O3具有共同的前体物且在大气中相互影响，因此研究掌握大气O3、PM2.5的污染特征及贡献来源是有效控制大气复合型污染的前提，当前对于京津冀区域PM2.5和O3复合污染的研究主要集中在污染物浓度、气象因素等方面，然而，对于复合污染来源及PM2.5与O3协同减排贡献的研究涉及较少。本文阐明了PM2.5和O3复合污染特征、浓度关系及气象因素，解析了复合污染本地来源及区域来源，并提出PM2.5与O3协同控制路径。 首先，基于邯郸市空气质量数据，通过统计PM2.5-O3复合污染数据，研究了浓度特征、相互关系和气象条件等内容。结果表明邯郸市 PM2.5-O3复合污染主要出现在3~10月，PM2.5和O3日变化浓度呈现相反的变化趋势;与单O3污染相比， PM2.5-O3复合污染时的O3峰值浓度和平均浓度较高，维持时间较短。大气复合污染时期，地面风向以南风为主，风速较低且温度为19.1~25.7℃，湿度为32%~63%，由于邯郸地区位于高压后部，长时间高压系统控制不利于污染物垂直扩散，更易导致污染物累积。 其次，基于VOCs物种数据，利用最大增量反应活性法和气溶胶生成系数法计算邯郸地区大气中各 VOCs 组分的 O3 和二次有机气溶胶（ Secondary Organic Aerosols，SOA）的生成潜势，并应用正定矩阵因子模型（Positive Matrix Factorization， PMF）对邯郸复合污染时期VOCs的本地源进行解析。研究发现复合污染下VOCs本地来源主要为柴油车排放（9.8%）、植物源（30.7%）、生物质燃烧（8.4%）、溶剂使用源（13.8%）、油气挥发源（5.2%）、汽油车排放（17.5%）以及工业过程源（14.6%）。结合O3和SOA的生成潜势，汽油车排放、生物质燃烧、柴油车排放和工业过程源为PM2.5-O3复合污染的主要来源。 此外，采用后向轨迹法模拟了邯郸污染时期的传输路径，利用潜在源贡献因子模型（ Potential Source Contribution Function ， PSCF ）和浓度权重轨迹模型（Concentration Weighted Trajectory，CWT）对邯郸市潜在贡献源和浓度权重轨迹进行分析。研究发现邯郸市大气污染传输主要来自河南、山东、山西、安徽、江苏等区域;相较于单O3污染，复合污染时期O3的潜在源区有所降低，但2017、2018、2020年河北、山西、河南的贡献率仍在0.4以上，浓度贡献均在100 μg/m3以上;相比于单 PM2.5污染，复合污染时期 PM2.5的主要潜在源区贡献率有所降低，但2017—2019年主要潜在源区贡献率仍在0.6以上，主要分布在河南，河北，山东，山西、安徽等地，浓度贡献均在80 μg/m3以上。 本文对邯郸市大气复合污染的发展阶段和发生规律进行了研究，并对复合污染期间PM2.5和O3污染本地源及潜在源进行分析，以期为邯郸复合污染控制提供科学支持和理论依据。