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A meteorologically adjusted ensemble Kalman filter approach for inversing daily emissions:A case study in the Pearl River Delta,China

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Journal of Environmental Sciences 2022年第4期34卷 233-248页

作者： Guanglin Jia Zhijiong Huang Xiao Tang Jiamin Ou Menghua Lu Yuanqian Xu Zhuangmin Zhong Qing’e Sha Huangjian Wu Chuanzeng Zheng Tao Deng Duohong Chen Min He Junyu Zheng School of Environment and Energy South China University of TechnologyUniversity Town CampusGuangzhou 510006China Institute for Environmental and Climate Research Jinan UniversityGuangzhou 511486China Institute of Atmospheric Physics Chinese Academy of SciencesBeijing 100029China Faculty of Social and Behavioural Sciences Utrecht UniversityUtrechtCH 3584the Netherlands Guangzhou Institute of Tropical and Marine Meteorology China Meteorological AdministrationGuangzhou 510640China State Environmental Protection Key Laboratory of Regional Air Quality Monitoring Guangdong Environmental Monitoring CenterGuangzhou 510308China Department of Environmental Science and Engineering College of Architecture and EnvironmentSichuan UniversityChengdu 610065China

The conventional Ensemble Kalman filter(EnKF),which is now widely used to calibrate emission inventories and to improve air quality simulations,is susceptible to simulation errors of meteorological inputs,making accurate updates of high temporal-resolution emission inventories challenging.In this study,we developed a novel meteorologically adjusted inversion method(MAEInv)based on the EnKF to improve daily emission estimations.The new method combines sensitivity analysis and bias correction to alleviate the inversion biases caused by errors of meteorological inputs.For demonstration,we used the MAEInv to inverse daily carbon monoxide(CO)emissions in the Pearl River Delta(PRD)region,China.In the case study,60%of the total CO simulation biases were associated with sensitive meteorological inputs,which would lead to the overestimation of daily variations of posterior emissions.Using the new inversion method,daily variations of emissions shrank dramatically,with the percentage change decreased by 30%.Also,the total amount of posterior CO emissions estimated by the MAEInv decreased by 14%,indicating that posterior CO emissions might be overestimated using the conventional EnKF.Model evaluations using independent observations revealed that daily CO emissions estimated by MAEInv better reproduce the magnitude and temporal patterns of ambient CO concentration,with a higher correlation coefficient(R,+37.0%)and lower normalized mean bias(NMB,-17.9%).Since errors of meteorological inputs are major sources of simulation biases for both low-reactive and reactive pollutants,the MAEInv is also applicable to improve the daily emission inversions of reactive pollutants.

关键词： Emission inversion Daily emissions Meteorological adjustment Ensemble Kalman filter

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垃圾填埋场覆土中的甲烷氧化与反硝化特性

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农业工程学报 2013年第15期29卷 207-214页

作者：龙焰钟庄敏尹华林志勇叶锦韶何宝燕暨南大学环境工程系广州510632 暨南大学广东省高校水土环境毒害性污染物防治与生物修复重点实验室广州510632 华南理工大学环境科学与工程学院广州510640

垃圾填埋场的CH4和渗滤液氮是两大污染因子。填埋覆土中因能进行CH4氧化而具有削减填埋场CH4排放的功能。同时,CH4可作为碳源促进反硝化。为此,该文研究了填埋场覆土中的CH4好氧氧化-反硝化耦合(AME-D)特性,以期为填埋场同步强化控制CH... 详细信息

垃圾填埋场的CH4和渗滤液氮是两大污染因子。填埋覆土中因能进行CH4氧化而具有削减填埋场CH4排放的功能。同时,CH4可作为碳源促进反硝化。为此,该文研究了填埋场覆土中的CH4好氧氧化-反硝化耦合(AME-D)特性,以期为填埋场同步强化控制CH4排放和氮污染提供依据。结果表明:CH4、O2和NO3--N均显著影响填埋覆土中的CH4去除(pO2>NO3--N,且CH4和O2具有交互作用(p<0.05);CH4去除量随着初始CH4、O2体积分数的增大而增加,且与O2体积分数呈正相关关系(n=144,r=0.786,p<0.01)。CH4、O2和NO3--N明显影响CO2产生(p<0.01),且CH4和O2、O2和NO3--N均对CO2产生有交互作用(p<0.01)。CH4和O2对N2产生有明显影响(p<0.01),且两者有交互作用(p<0.01),NO3--N质量分数对N2产生影响不明显,但NO3--N和O2对N2产生有交互作用。低O2体积分数下(<5%),添加NO3--N能促进N2产生,高O2体积分数下(≥10%),NO3--N对N2产生影响不明显。C/O比对AME-D的影响与CH4和O2体积分数有关,比较合适的C/O比为0.5～1。该试验条件下,当CH4和、O2的体积分数分别为20%,NO3--N质量分数为100mg/kg时,耦合效果最佳。该文可为垃圾填埋场CH4排放生物控制提供参考。

关键词：甲烷氧化反硝化填埋场覆土

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广东省夏秋季臭氧污染与台风的关系分析

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环境科学学报 2023年第1期43卷 152-160页

作者：沈劲李婷苑廖彤赵文龙陈瑶瑶陈多宏钟庄敏王伯光杜晓光广东省生态环境监测中心国家环境保护区域空气质量监测重点实验室广东省环境保护大气二次污染研究重点实验室广州510308 广东省生态气象中心(珠三角环境气象预报预警中心) 广州510640 浙江省生态环境监测中心杭州310007 暨南大学环境与气候研究院广州511443 北部战区空军参谋部沈阳110000

分析了广东省2015—2021年的臭氧浓度特征,选取2018—2020年台风相对活跃的夏秋季(7—10月)作为研究时段,研究了广东省臭氧污染与台风之间的关系.结果表明,2015—2021年,广东省臭氧浓度经历了先升后降的变化过程,2019年,广东省臭氧第90... 详细信息

分析了广东省2015—2021年的臭氧浓度特征,选取2018—2020年台风相对活跃的夏秋季(7—10月)作为研究时段,研究了广东省臭氧污染与台风之间的关系.结果表明,2015—2021年,广东省臭氧浓度经历了先升后降的变化过程,2019年,广东省臭氧第90百分位数浓度达到了有监测数据以来的最高值,但仍未超过国家二级标准限值.广东省在春季与秋季臭氧超标天数较多,且近年来冬春季臭氧超标情况在加剧,秋季臭氧超标情况有所好转.7—10月,广东省约81%的臭氧污染与周边台风活动有关,在受台风影响的污染天中,有约80%发生在台风距离广东2500 km范围内.深圳与汕尾臭氧污染与台风活动关系最密切,夏秋季,超过9成的污染天与台风活动相关;汕头、珠海、中山、茂名、阳江、江门等沿海城市夏秋季臭氧污染天中超过8成与台风活动相关.内陆城市臭氧污染与台风的关联性相对较小,梅州臭氧污染与台风活动关联最小.与在东南亚、我国海南或广东登陆的台风相比,北上的台风更容易导致广东地区出现臭氧污染.在台风外围下沉气流的影响下,珠三角中部等主要大气污染物排放区域及周边容易出现大范围晴热高温天气;水平风速低,水平扩散条件不利;下沉气流导致垂直扩散条件不利;风向的转换易造成珠三角中部的臭氧与其前体物向下风向城市输送,从而导致下风向城市也会在珠三角中部城市出现污染后发生较严重的臭氧污染.

关键词：广东臭氧夏秋季台风

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基于观测和机器学习的珠三角臭氧污染季节特征演变及成因分析

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环境科学学报 2023年第8期43卷 214-225页

作者：袁鑫黄志炯陆梦华贾光林段嘉浩沈劲钟庄敏陈多宏郑君瑜暨南大学环境与气候研究院广州511486 广东省生态环境监测中心国家环境保护区域空气质量监测重点实验室广东省环境保护大气二次污染研究重点实验室广州510308 延安大学石油工程与环境工程学院延安716000 华南理工大学环境与能源学院广州510006

受前体物排放和气象因素变化的综合作用,臭氧污染时空特征呈现出明显的演变态势.本文利用2013-2021年广东省国控站监测数据,结合观测长时间趋势分析和机器学习等多种手段,分析了珠三角地区臭氧污染的季节特征演变、季节特征演变的空间... 详细信息

受前体物排放和气象因素变化的综合作用,臭氧污染时空特征呈现出明显的演变态势.本文利用2013-2021年广东省国控站监测数据,结合观测长时间趋势分析和机器学习等多种手段,分析了珠三角地区臭氧污染的季节特征演变、季节特征演变的空间差异以及导致其季节演变的原因.结果显示,2013-2021年珠三角地区臭氧污染呈明显的上升态势,其MDA8年平均浓度每年平均上升1.80μg·m^(-3).秋季是珠三角臭氧污染的频发季节,但不同季节臭氧上升态势存在差异,其中春季臭氧上升趋势最明显(3.1μg·m^(-3)),冬季(2.4μg·m^(-3))和秋季(2.1μg·m^(-3))其次,夏季最低(0.98μg·m^(-3)),使得珠三角臭氧污染有向春冬两季扩散蔓延的趋势.不合理的NO_(x)/VOCs减排是导致珠三角臭氧整体往春冬延伸的主导因素.呈现出明显春冬延伸特征的站点多处于珠三角腹部地区,在秋、冬、春季节,珠三角腹部地区多为VOCs控制区.进一步分析还显示,ΔO_(3)/ΔNO_(2)与臭氧上升趋势呈现显著的负相关,表明VOCs控制区越强烈的地区,秋、冬、春季臭氧上升趋势越明显.部分站点的臭氧污染向春冬蔓延扩散并不明显,这些站点大多处于沿海地区,其臭氧形成相比腹部地区站点更容易受到气象条件变化的影响.

关键词：珠三角地区臭氧季节特征机器学习

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广东省居民生活直接能源消费大气污染物与温室气体排放趋势研究

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环境科学学报 2022年第7期42卷 84-93页

作者：郭嘉文徐媛倩沙青娥黄志炯吴莉莉刘慧琳张雪驰陈籽希李圳钟庄敏郑君瑜暨南大学环境与气候研究院广州511486 广东省生态环境监测中心广州510308

居民生活直接能源消费是重要的大气污染物和温室气体排放来源,识别其历史排放趋势是科学制定管控策略的基础.然而目前我国尚缺乏省级尺度居民生活能源消费排放趋势的研究.以广东省为研究对象,通过广泛收集居民生活直接能源消费数据和排... 详细信息

居民生活直接能源消费是重要的大气污染物和温室气体排放来源,识别其历史排放趋势是科学制定管控策略的基础.然而目前我国尚缺乏省级尺度居民生活能源消费排放趋势的研究.以广东省为研究对象,通过广泛收集居民生活直接能源消费数据和排放因子,建立了2006—2017年广东省居民生活直接能源消费大气污染物和温室气体排放清单,并采用情景分析法量化了能源结构变化对居民生活直接能源消费大气污染物与温室气体排放的影响.结果表明:①2006—2017年居民生活直接能源消费排放的大气污染物和温室气体均呈下降趋势,CO、PM_(2.5)、BC、OC、CH_(4)、CO_(2)和N_(2)O排放量分别下降70%、59%、59%、66%、77%、30%和73%;②城乡贡献上,乡村居民生活直接能源消费是大气污染物和温室气体排放的主要来源,排放分担率分别在70%和60%以上;③空间分布上,2017年广东省居民生活直接能源消费大气污染物和温室气体排放主要集中在粤东、粤西传统燃料消费量较高的地区,以及广州、东莞和深圳等人口密度较大的城市地区;④能源结构清洁化所致的2006—2017年广东省居民生活直接能源消费大气污染物和温室气体减排比例为38%~88%;⑤以2025年为目标年,居民生活能源结构持续清洁化发展能够进一步降低居民生活直接能源消费大气污染物和温室气体排放,尤其对CO、PM_(2.5)、BC、CH_(4)和N_(2)O的减排比例均在80%以上.

关键词：居民生活直接能源消费大气污染物温室气体排放趋势减排潜力广东

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