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汾渭平原吸收性气溶胶时空演化及潜在源区分析

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环境科学 2021年第6期42卷 2634-2647页

作者：刘旻霞李亮于瑞新宋佳颖张国娟穆若兰徐璐西北师范大学地理与环境科学学院兰州730070

在绿色发展理念的带动下,全国多地的空气质量逐渐改善,但汾渭平原大气污染程度逐年走高,颗粒物污染尤为严重.利用OMI/Aura OMAERUV L2气溶胶数据集和PM_(2.5)站点数据,采用空间自相关分析及后向轨迹模型等方法,探索2005~2019年汾渭平原... 详细信息

在绿色发展理念的带动下,全国多地的空气质量逐渐改善,但汾渭平原大气污染程度逐年走高,颗粒物污染尤为严重.利用OMI/Aura OMAERUV L2气溶胶数据集和PM_(2.5)站点数据,采用空间自相关分析及后向轨迹模型等方法,探索2005~2019年汾渭平原吸收性气溶胶的时空演化过程,揭示其高值极主导类型以及污染物传输路径和潜在源区.结果表明:(1)2005~2019年汾渭平原吸收性气溶胶指数(absorbing aerosol index,AAI)年均值波动上升,2006、2013和2017年为汾渭平原AAI高值转折点,年均值均大于0.63;西安和临汾AAI空间稳定性较差为高高聚集极点,在15年间高高聚集区域面积增长15.3%,空间分布更加集中,形成由西安和临汾两极相连的条带状分布区域,占区域总面积的24.2%;低低聚集区域面积锐减6.2%,转变为无特征区域.(2)汾渭平原AAI冬季数值最高、覆盖区域最广,在临汾极和西安极突破0.8,研究区AAI大于0.6的区域占比91.5%,其次为春季(AAI>0.4)、秋季(AAI>0.3),夏季全境低值.汾渭平原AAI高值受大气扩散条件、气温和降水量变化影响显著.(3)利用后向轨迹和潜在源贡献模型得出西安极和临汾极污染物的远距离输送气团来自西北方向,近距离输送气团来自偏东和偏南方向,结合源区下垫面类型确定两个远距离沙尘传输源区(西北风源、北风源)、两个碳质源区(东风源和南风源)和一个沙尘和碳质共同作用源区(黄土高原源).其中西北风源、黄土高原源和南风源对西安极影响显著,东风源和黄土高原源对临汾极影响显著,临汾极虽受一定程度西北风源和北风源沙尘影响,但影响较小,结合CO空间分布和其与AAI相关性系数的空间分布得出,临汾极吸收性气溶胶为碳质主导,西安极为沙尘和碳质共同作用.

关键词：吸收性气溶胶潜在源区后向轨迹时空演化汾渭平原

汾渭平原临汾市2019年春节期间大气污染特征与来源解析

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环境科学 2021年第11期42卷 5122-5130页

作者：刘威杰胡天鹏毛瑶许安苏业旺李星谕程铖石明明梁莉莉邢新丽张家泉祁士华中国地质大学(武汉)环境学院武汉430074 湖北理工学院环境科学与工程学院矿区污染控制与修复湖北省重点实验室黄石435003 中国地质大学(武汉)生物地质与环境地质国家重点实验室武汉430074

近年来汾渭平原冬季雾-霾事件频发,节假日期间尤为明显,除燃煤和工业排放外,区域的地形和气候特征也是导致雾-霾的主要因素.2019年2月春节期间对汾渭平原临汾站点的空气质量进行观测.运用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)对PM_(2.5)中的1... 详细信息

近年来汾渭平原冬季雾-霾事件频发,节假日期间尤为明显,除燃煤和工业排放外,区域的地形和气候特征也是导致雾-霾的主要因素.2019年2月春节期间对汾渭平原临汾站点的空气质量进行观测.运用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)对PM_(2.5)中的13种元素(Li、Be、Ti、Rb、Sc、Y、La、Ce、Zr、V、Tl、U和Sn)进行分析测定,并结合站点的气象数据,运用聚类分析和后向轨迹等方法,分析了污染物的时空分布与潜在源区贡献.结果表明,观测期间SO_(2)的平均浓度为58.39μg·m^(-3),超过了国家环境空气质量标准(GB 3095-2012)24 h一级平均质量浓度限值(50μg·m^(-3)),O_(3)、NO_(2)和CO的均值浓度分别为52.15μg·m^(-3)、29.02μg·m^(-3)和2.29 mg·m^(-3).聚类分析结果表明,La、Ce、Ti、V、Li、Be、Rb、Y、U、Sc和Zr主要受地壳土壤源影响.气态污染物的空间分析结果表明SO_(2)是主要污染物,主要受当地燃煤排放的影响,而高浓度的NO_(2)和CO主要由城区向观测站点扩散造成.受汾渭平原盆地地形的影响,沿汾渭平原传输的气团一直存在,表明当地的地形可能会限制污染物扩散,加剧雾-霾现象.土壤源的潜在源区分析(PSCF)表明:受季风气候影响,陕西北部、甘肃南部和宁夏南部对站点的土壤扬尘源有主要贡献.

关键词： PM_(2.5) 大气污染元素汾渭平原后向轨迹

汾渭平原PM_(2.5)空间分布的地形效应

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环境科学 2021年第10期42卷 4582-4592页

作者：黄小刚赵景波孙从建汤慧玲梁旭琦山西师范大学地理科学学院临汾041004 中国科学院地球环境研究所气溶胶化学与物理重点实验室西安710061 陕西师范大学地理科学与旅游学院西安710119

地形不仅通过制约人口和产业布局作用于污染物排放的空间分布,而且对PM_(2.5)的形成、传输、累积、扩散和沉降有深刻影响,是PM_(2.5)空间分布的重要影响因素,盆地地区表现尤为显著.本文基于栅格数据,利用均值变点法、回归分析、地理探... 详细信息

地形不仅通过制约人口和产业布局作用于污染物排放的空间分布,而且对PM_(2.5)的形成、传输、累积、扩散和沉降有深刻影响,是PM_(2.5)空间分布的重要影响因素,盆地地区表现尤为显著.本文基于栅格数据,利用均值变点法、回归分析、地理探测器和双变量空间自相关分析等方法,从自然和人为因素两方面选取指标,探讨汾渭平原PM_(2.5)浓度分布的地形效应及影响机制.结果表明:(1)汾渭平原地形起伏度总体呈中部低、四周高分布,与海拔分布基本一致.(2)PM_(2.5)分布格局与地形起伏度相反,总体呈中部高、四周低,且随地形起伏度的升高呈对数关系递减.(3)地理探测器分析结果显示,汾渭平原PM_(2.5)分布格局主要由人口、GDP和能源消费等人为因素决定,气象和植被等自然因素对PM_(2.5)分布也有一定的调节作用.(4)地形对人为和自然因素均有显著影响,随着地形起伏度的增加,人口、GDP和能源消费而呈幂函数关系递减,气温呈线性递减,降水量、相对湿度和风速呈线性递增,植被指数呈对数关系递增.

关键词：汾渭平原 PM_(2.5)浓度空间分布地形起伏度地形效应

汾渭平原PM2.5浓度的影响因素及空间溢出效应

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中国环境科学 2019年第8期39卷 3539-3548页

作者：黄小刚邵天杰赵景波曹军骥宋永永陕西师范大学地理科学与旅游学院陕西西安710119 中国科学院地球环境研究所气溶胶化学与物理重点实验室陕西西安710061 山西师范大学地理科学学院山西临汾041004

基于实时监测和遥感反演数据,利用空间自相关分析和空间回归分析等方法,探讨了汾渭平原2015~2017年PM2.5浓度时空变化规律和影响因素,揭示了各因素的空间溢出效应.结果表明:(1)2015~2017年汾渭平原PM2.5浓度逐年上升,主要由采暖期(11月... 详细信息

基于实时监测和遥感反演数据,利用空间自相关分析和空间回归分析等方法,探讨了汾渭平原2015~2017年PM2.5浓度时空变化规律和影响因素,揭示了各因素的空间溢出效应.结果表明:(1)2015~2017年汾渭平原PM2.5浓度逐年上升,主要由采暖期(11月~次年3月)的快速上升引起,非采暖期(4~10月)年际变化不大.(2)PM2.5月均浓度变化曲线呈底部宽缓的U型,采暖期PM2.5污染明显高于非采暖期,超标天数占全年总超标天数比例由2015年的75.0%上升到2017年的83.4%.(3)2015~2017年,除铜川和三门峡外,各城市PM2.5浓度都有不同程度的上升.咸阳至运城间的平原地区和洛阳盆地污染最严重,已形成连片的高污染区域,且区域内城乡差异小.临汾及其上游平原地区其次,但主要分布在城镇,城乡差异较大.(4)空间回归分析表明,汾渭平原PM2.5浓度有显著的空间溢出效应.年均气温、城镇化率、能源消费指数和年均人口不仅与本地PM2.5浓度有显著的正相关,而且会加重邻近地区PM2.5污染.年降水量和地形起伏度则不仅与本地PM2.5浓度有显著的负相关,而且能降低邻近地区PM2.5浓度.风的传输作用能加重本地PM2.5污染,植被覆盖度能消减本地PM2.5浓度,但其间接效应都不显著.

关键词： PM2.5 影响因素时空变化空间回归空间自相关汾渭平原

汾渭平原中长期PM_(2.5)冬季目标约束下的控制情景优化分析

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环境科学研究 2024年第5期37卷 963-974页

作者：李俊宏严沁张众志杜晓惠尉鹏肖婷玉张文杰中国环境科学研究院大气环境研究所北京100012 中国环境科学研究院国家大气污染防治攻关联合中心北京100012

为研究汾渭平原在中长期PM_(2.5)冬季浓度目标约束条件下的最优控制策略及成本效益,本研究基于2015-2022年PM_(2.5)浓度监测数据,结合国内外PM_(2.5)实际改善历程,利用自下而上的计算方法,提出汾渭平原“十四五”“十五五”PM_(2.5)年... 详细信息

为研究汾渭平原在中长期PM_(2.5)冬季浓度目标约束条件下的最优控制策略及成本效益,本研究基于2015-2022年PM_(2.5)浓度监测数据,结合国内外PM_(2.5)实际改善历程,利用自下而上的计算方法,提出汾渭平原“十四五”“十五五”PM_(2.5)年均浓度目标;针对冬季污染突出的问题,建立季节贡献率方法,设计差异化的PM_(2.5)冬季浓度目标;并在此基础上结合ABaCAS-OE模型,以冬季PM_(2.5)浓度目标为第一约束条件进行最优控制情景的模拟与费效分析.结果表明:①情景3(基于2019年汾渭平原PM_(2.5)年均浓度超标比例的分类情景,该情景中PM_(2.5)年均浓度下降比例以3年为周期计算得到)对PM_(2.5)浓度改善幅度最大,在此情景下,2030年汾渭平原区域PM_(2.5)年均浓度为35μg/m^(3),较2019年下降35.2%,2032年实现所有城市达标的目标;冬季情景3(基于情景3,利用季节贡献率方法计算的汾渭平原冬季PM_(2.5)浓度目标情景)对冬季PM_(2.5)浓度改善幅度最大,2030年区域冬季PM_(2.5)浓度为58μg/m^(3),较2019年下降40.8%.②ABaCAS-OE模型模拟的最优控制情景表明,2030年冬季汾渭平原区域内NO_(x)、SO_(2)、PM_(2.5)、NH3和VOCs较2019年冬季分别减排47.0%、43.0%、34.8%、19.0%和45.0%.③最优控制情景的总减排成本为92.9×10^(8)元,改善冬季PM_(2.5)浓度将增加21.6%的避免早逝人数,并取得约553.0×10^(8)元的健康效益,效益与成本比值约6.0,说明在该区域进行冬季PM_(2.5)污染控制与达标工作可以取得的健康效益是减排成本的600%,在健康效益方面为正向收益.研究显示,汾渭平原各城市应采取分类差异化的冬季PM_(2.5)控制目标并加大减排量,且减排能取得的健康效益大于减排成本.

关键词： ABaCAS 汾渭平原 PM_(2.5) 达标成本效益

汾渭平原空气质量的时空特征及其与气象因子的关系

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环境科学学报 2020年第11期40卷 4113-4121页

作者：郑小华李明星刘慧娄盼星陕西省气象台西安710015 中国科学院大气物理研究所北京100029 陕西省气象科学研究所西安710015

汾渭平原是继京津冀和长三角之后环境污染治理的第三大重点区域,为发挥协同作用改善区域大气质量提供更为科学客观的依据,基于2014—2019年汾渭平原11个重点城市的空气质量监测资料和气象数据,利用统计方法分别从空间和时间尺度上揭示... 详细信息

汾渭平原是继京津冀和长三角之后环境污染治理的第三大重点区域,为发挥协同作用改善区域大气质量提供更为科学客观的依据,基于2014—2019年汾渭平原11个重点城市的空气质量监测资料和气象数据,利用统计方法分别从空间和时间尺度上揭示了汾渭平原空气质量指数以及主要污染物特征,及其与气象因子的关系.结果表明:11个城市中有7个城市的年均AQI指数100以上,重度以上天数占6%,重污染聚集区主要集中在关中中东部.从时间尺度看,AQI的年际波动明显且在2017年之后略有改善,冬春季特别是1月污染最为严重且呈现出明显的周末效应.首要污染物的季节差异较大,冬季以PM2.5和PM10为主,而夏季则主要以O3为主,春秋季则分别以PM10和PM2.5为主.从气象影响因子看,年尺度上气压、降水、平均气温以及混合层高度除与O3为正相关外与其它污染物均为显著的负相关,且呈现出明显的季节差异.而降水无论年尺度还是季节尺度上均对空气质量有利,特别是中雨量级以上的降水过程对颗粒物和O3污染的改善作用明显.

关键词：空气质量汾渭平原空气质量指数气象要素

汾渭平原PM_(2.5)和O_(3)污染导致的健康效应及情景预测

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环境科学研究 2024年第4期37卷 696-707页

作者：郝永佩宋晓伟朱晓东王京伟程鹏毕旭山西财经大学资源环境学院山西太原030006 南京大学环境学院污染控制与资源化研究国家重点实验室江苏南京210046

细颗粒物(PM_(2.5))和臭氧(O_(3))已成为主要大气污染物,对人体健康危害较大.本文选取大气污染防控重点区域汾渭平原作为研究区,分析2014-2021年PM_(2.5)和O_(3)浓度变化特征及其健康效应,并估算2030年实现不同减排标准的潜在健康效益.... 详细信息

细颗粒物(PM_(2.5))和臭氧(O_(3))已成为主要大气污染物,对人体健康危害较大.本文选取大气污染防控重点区域汾渭平原作为研究区,分析2014-2021年PM_(2.5)和O_(3)浓度变化特征及其健康效应,并估算2030年实现不同减排标准的潜在健康效益.结果表明:①2014-2021年汾渭平原PM_(2.5)年均浓度呈下降趋势,而O_(3)年均浓度却呈波动上升趋势,PM_(2.5)和O_(3)复合污染天数下降趋势显著.②归因于PM_(2.5)污染的早逝人数和经济损失均呈下降趋势;而归因于O_(3)污染的早逝人数及经济损失均呈上升趋势,2021年归因于O_(3)污染的全因、呼吸系统疾病和心血管疾病早逝人数较2014分别增加了60.36%、11.94%和74.32%,经济损失增加了136.60%、65.18%和157.20%,其中西安市和洛阳市健康风险与经济损失问题相对突出.③若2030年PM_(2.5)和O_(3)年均浓度均达《环境空气质量标准》(GB 3095-2012)二级标准限值,汾渭平原归因于PM_(2.5)和O_(3)的早逝人数较2021年将分别下降15.99%和2.71%,而随着人均可支配收入的逐年增加,健康经济损失将分别增加6.39×10^(8)元(95%CI:5.20×10^(8)~7.56×10^(8)元)和30.05×10^(8)元(95%CI:16.17×10^(8)~43.26×10^(8)元);若进一步将PM_(2.5)和O_(3)浓度降至更低,可进一步避免早逝人数的增加,且带来显著的经济效益.研究显示,汾渭平原PM_(2.5)治理有所成效,但是O_(3)污染问题凸显,其导致的健康死亡人数及经济损失均呈上升趋势,应保证达到现有标准的基础上制定更高目标标准,才能有效改善居民健康状况,并带来显著的经济效益.

关键词：细颗粒物(PM_(2.5)) 臭氧(O_(3)) 汾渭平原健康效益情景预测

汾渭平原空气质量及气象要素对其日变化和年际变化的影响

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大气科学 2021年第6期45卷 1273-1291页

作者：秦卓凡廖宏陈磊朱佳钱静南京信息工程大学环境科学与工程学院/江苏省大气环境监测与污染控制高技术研究重点实验室/江苏省大气环境与装备技术协同创新中心南京210044

汾渭平原因其封闭的地形条件以及煤炭为主的能源结构,大气污染问题一直存在,并于2018年被列入大气污染防控的重点区域。文章利用2015年以来PM_(10)、PM_(2.5)、SO_(2)、NO_(2)、CO、O_(3)质量浓度的观测数据和空气质量指数(Air Quality ... 详细信息

汾渭平原因其封闭的地形条件以及煤炭为主的能源结构,大气污染问题一直存在,并于2018年被列入大气污染防控的重点区域。文章利用2015年以来PM_(10)、PM_(2.5)、SO_(2)、NO_(2)、CO、O_(3)质量浓度的观测数据和空气质量指数(Air Quality Index,简称AQI),分析了汾渭平原AQI及大气污染物质量浓度的时空分布特征;使用多元线性回归模型研究了气象条件对冬季PM_(2.5)和夏季O_(3)浓度日最大8 h滑动平均值(MDA8_O_(3))日变化和年际变化的影响。研究发现,汾渭平原的空气质量在2015~2017年间逐年变差,在2018~2019年有所好转,污染较重的城市为西安、渭南、咸阳、临汾、运城、三门峡、洛阳,集中在汾河平原与渭河平原交界处。汾渭平原的首要大气污染物多为PM_(2.5)、PM10或O_(3),三者占比之和约90%。重污染时期主要集中在天气条件不利及污染物排放量大的冬季供暖期,但夏季O_(3)浓度的升高趋势使得汾渭平原夏季污染情况越来越严重。影响汾渭平原冬季PM_(2.5)浓度和夏季MDA8_O_(3)日变化最主要的气象要素都是2 m高度气温(简称T2M),相对贡献分别是45.5%、35.3%,都表现为正相关;第二主要的气象要素都是2 m相对湿度(简称RH2M),相对贡献分别是41.5%(正相关)、25.4%(负相关)。影响汾渭平原冬季PM_(2.5)浓度年际变化最主要的2个气象要素是T2M和RH2M,其相对贡献分别为43.6%、31.9%,且都呈正相关,2015~2019年汾渭平原冬季气象条件的变化会导致PM_(2.5)浓度上升,部分削弱了人为减排导致的下降趋势(−8.3μg m^(-3)a^(-1))。影响汾渭平原夏季MDA8_O_(3)年际变化最主要的2个气象要素是T2M(正相关)和850 hPa风速(WS850,负相关),其相对贡献分别为71.7%、16.3%。2015~2019年汾渭平原夏季气象条件的变化导致O_(3)污染呈上升趋势(1.2μg m^(-3)a^(-1)),但O_(3)污染的总上升趋势(8.7μg m^(-3)a^(-1))中,人为排放变化的贡献更大(7.5μg m^(-3)a^(-1))。本研究表明,汾渭平原大气污染形势严峻,其颗粒物污染问题尚未解决,还面临着新的臭氧污染的挑战,汾渭平原内的11个地级市分属陕西、山西、河南三省管辖,三省交界处又是重污染区域,所以需要三省联合防治防控,协同改善汾渭平原的空气质量。

关键词：汾渭平原空气质量指数大气污染物气象要素

汾渭平原秋冬季PM_(2.5)化学组分特征及其来源

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环境科学研究 2023年第3期36卷 449-459页

作者：李慧王涵严沁程苗苗李燕丽张文杰中国环境科学研究院环境基准与风险评估国家重点实验室北京100012

汾渭平原是我国空气污染最严重的区域之一,2018年被列为重点区域.本研究针对汾渭平原11城市开展PM_(2.5)化学组分连续观测,分析PM_(2.5)浓度和主要化学组分的时空分布规律,并利用PMF模型解析PM_(2.5)污染来源.结果表明:(1)2018—2019年... 详细信息

汾渭平原是我国空气污染最严重的区域之一,2018年被列为重点区域.本研究针对汾渭平原11城市开展PM_(2.5)化学组分连续观测,分析PM_(2.5)浓度和主要化学组分的时空分布规律,并利用PMF模型解析PM_(2.5)污染来源.结果表明:(1)2018—2019年秋冬季汾渭平原11城市ρ(PM_(2.5))平均值为(101.4±65.4)μg/m^(3),是京津冀及周边地区“2+26”城市的1.1倍.临汾市ρ(PM_(2.5))最高(216.8μg/m^(3)),是汾渭平原的2.1倍.(2)2018—2019年秋冬季汾渭平原PM_(2.5)的主要化学组分是有机物、硝酸根离子、地壳物质和硫酸根离子,其中地壳物质占比是京津冀及周边地区的1.6倍.(3)受污染物排放、气象条件以及地理位置的影响,汾渭平原PM_(2.5)中有机物、硝酸根离子、地壳物质、硫酸根离子、铵根离子和氯离子的空间分布具有明显的差异性.(4)随着污染的加重,硝酸根离子、硫酸根离子和氯离子在PM_(2.5)中的占比均逐渐增加,地壳物质、元素碳、微量元素等与一次排放相关的组分占比随污染加重逐渐减少,表明污染期间燃煤源管控仍需进一步加严,而对扬尘源和机动车等污染源的管控起到了良好的效果.(5)重污染过程期间,相对湿度增加、风速减小是影响PM_(2.5)浓度上升的客观因素,二次组分以及与燃煤源和生物质燃烧源有关的化学组分的增长是影响PM_(2.5)浓度上升的重要原因,二次源和燃烧源是PM_(2.5)的主要来源.研究显示,汾渭平原秋冬季PM_(2.5)污染较重,尤其需要关注燃烧源的管控.

关键词：汾渭平原秋冬季 PM_(2.5)来源化学组分重污染