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基于激光雷达观测的青岛市暖季臭氧污染垂直分布特征

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环境科学研究 2024年第7期37卷 1513-1523页

作者：孟赫张淼王桂霞张玉卿马艳薛莲许杨山东省青岛生态环境监测中心山东青岛266003 山东省生态环境监测中心山东济南250101 青岛市气象局山东青岛266003

为探究暖季臭氧(O_(3))污染垂直分布特征及其影响因素,利用差分吸收臭氧激光雷达和相干多普勒测风激光雷达等对青岛市沿海地区2023年6−9月大气边界层2000 m以内O_(3)浓度和边界层风场开展长期连续观测,并基于O_(3)输送通量垂直分布揭示... 详细信息

为探究暖季臭氧(O_(3))污染垂直分布特征及其影响因素,利用差分吸收臭氧激光雷达和相干多普勒测风激光雷达等对青岛市沿海地区2023年6−9月大气边界层2000 m以内O_(3)浓度和边界层风场开展长期连续观测,并基于O_(3)输送通量垂直分布揭示可能的污染来源。结果表明:①观测期间共发生O_(3)污染日24 d,O_(3)-8 h浓度(O_(3)日最大8 h平均浓度)平均值为(183±24)μg/m^(3);清洁日共98 d,O_(3)-8 h浓度平均值为(118±30)μg/m^(3)。O_(3)污染过程多与升温过程密切相关,在较强太阳辐射和低相对湿度条件下更容易发生O_(3)污染。②垂直方向上O_(3)主要分布在1000 m以下。清洁日各高度层日间和夜间O_(3)浓度变幅较小,污染日各高度层O_(3)浓度单峰型日变化特征显著,且日变化特征随高度升高而逐渐减弱。清洁日日间、夜间以及污染日夜间O_(3)浓度垂直廓线均存在峰值,峰值浓度分别为(115±3)(112±2)和(130±3)μg/m^(3),峰值高度范围为400~650 m,可能与近地面NO滴定效应等消耗O_(3)有关,也可能是残留层储存的日间高浓度O_(3)或残留层O_(3)水平输送导致,但污染日日间垂直廓线呈随高度上升而O_(3)浓度逐步下降的特征,表明近地面前体物光化学生成是O_(3)污染的主要来源。③当西北风和西南风更替、低空暖平流和较强下沉气流等大气条件发生时,有利于污染物累积和O_(3)生成,从而引发O_(3)污染。清洁日低空(近地面至600 m高度)受较为清洁的海洋气流影响,污染日受内陆方向气流影响。④污染日凌晨至上午受来自偏西、西南或西北上风向O_(3)水平输送影响,高空O_(3)伴随下沉气流向下混合,与本地排放前体物在日间高温、强太阳辐射等气象条件下生成的O_(3)叠加,从而加剧地面O_(3)污染,午后高浓度O_(3)在较高水平风速影响下也可能向下风向地区输送。研究显示,O_(3)污染防治不仅要做好本地前体物的精准管控,还要加强区域联防联控,从而实现空气质量持续改善。

关键词： O_(3) 垂直分布输送通量边界层风场激光雷达

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湘南地区土壤重金属污染分布特征及特定源-生态风险评估

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环境科学 2024年

作者：甘杰邹霖陈贝贝冉洪珍刘建利陕西省环境监测中心站湖南省生态环境监测中心

为探究湘南地区土壤重金属污染分布规律与生态风险综合情况，于湘南地区采集了362个表层土壤样品，通过多元统计分析、地理信息系统（GIS）和正定矩阵因子分解（PMF）模型耦合综合生态风险指数法研究了土壤重金属Cd、Hg、As、Pb、Zn、Ni... 详细信息

为探究湘南地区土壤重金属污染分布规律与生态风险综合情况，于湘南地区采集了362个表层土壤样品，通过多元统计分析、地理信息系统（GIS）和正定矩阵因子分解（PMF）模型耦合综合生态风险指数法研究了土壤重金属Cd、Hg、As、Pb、Zn、Ni、Mn、Tl和Sb含量的空间分布规律、污染来源及各污染源对生态风险的贡献率。结果表明，研究区土壤重金属污染较为突出，其含量平均值均超过湖南省土壤元素背景值；尤其是Cd、Hg、Pb和Sb污染严重，且呈高度变异，其含量分别达湖南省土壤元素背景值的8.30、9.00、5.09和2.79倍。土壤中重金属含量区域分布特征明显，主要聚集在郴州西部，且呈现从聚集区向周边区域扩散的趋势；重金属含量高值聚类区也主要分布在该区域，即黑色金属冶炼和延展加工类企业和有色金属采选业企业周边。主成分分析（PCA）结合PMF模型结果显示，研究区土壤重金属污染源贡献率依次为黑色金属矿冶活动工业源（29.06%）、大气沉降源（22.05%）、有色金属采选源（20.65%）、其他工业和交通混合源（14.73%）和自然来源（13.50%）。特定源-生态风险评价模型分析结果表明，黑色金属冶炼与延展加工等工业活动和大气迁移源为研究区土壤生态风险优先控制污染源，Cd和Hg为优先控制元素。上述研究结果为湘南地区土壤重金属环境污染风险防控提供了重要的理论依据。

关键词：土壤重金属空间分布源解析生态风险

秋冬季不同天气类型PM_(1)中金属元素污染来源及健康风险评估——以青岛市为例

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中国环境科学 2024年第8期44卷 4179-4192页

作者：杜金花陶文鑫张宜升刘子杨杨建立张苏凡王超龙崔杉杉薛莲张厚勇孙英杰青岛理工大学环境与市政工程学院山东青岛266520 暨南大学环境与气候研究院广东广州511400 山东省青岛生态环境监测中心山东青岛266003 山东省济南生态环境监测中心山东济南250102

于2018年~2022年秋冬季(每年11月至次年1月)开展大气PM_(1)逐日采样和20种金属元素分析,分析了不同天气类型下金属元素污染特征及来源,并评估了其健康风险.结果表明,沙尘日金属元素含量(2022.88±2298.00ng/m^(3))高于其他天气,霾日、... 详细信息

于2018年~2022年秋冬季(每年11月至次年1月)开展大气PM_(1)逐日采样和20种金属元素分析,分析了不同天气类型下金属元素污染特征及来源,并评估了其健康风险.结果表明,沙尘日金属元素含量(2022.88±2298.00ng/m^(3))高于其他天气,霾日、污染雾日分别为清洁日的2.06倍和1.70倍.致癌金属元素(Ni、Cd、As、Cr、Co、Pb)和非致癌金属元素(Mn、Zn、Cu、V、Al、Ba)在霾日和污染雾日富集程度更高.正定矩阵因子模型结果表明,PM_(1)中金属元素主要来自机动车源、煤/生物质燃烧源、海盐源、地壳源、工业源和船舶源,其中雾日和霾日来自机动车和煤/生物质燃烧源的贡献达72.1%以上,清洁雾日船舶源贡献比上升至1.9%.后向气流轨迹分析表明霾日主要受西北向中长距离污染气团传输影响.污染雾日受海陆环流下本地排放和高污染气团长距离输送共同影响,沙尘日以西北向长、中距离沙尘气团输送为主导,同时受近距离沙尘气团二次回流影响.PM_(1)中金属元素经呼吸途径的非致癌风险可忽略,但As和Cr的终生致癌风险高于10^(-6)的阈值但低于10^(-4),且污染雾日和霾日风险概率最高,建议继续加强燃煤、冶金和电镀等工业过程As和Cr污染控制,重点防控秋冬季重污染事件中的污染雾日、霾日等天气.

关键词：金属元素来源解析健康风险评估 PM_(1) 青岛

港口城市工业源VOCs排放特征及二次污染物生成贡献——以青岛市为例

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环境科学学报 2024年第8期44卷 48-58页

作者：薛莲和慧李瑞芃张玉卿孟赫韩矗代玮刘雅静褚春莹方渊山东省青岛生态环境监测中心青岛266003 青岛市环境保护科学研究院青岛266071

为研究港口城市工业源VOCs排放特征及对二次污染物O_(3)和SOA的生成贡献,以青岛市为例,2018—2022年选取11个典型行业78家企业进行现场调研和产污环节106种VOCs采样.研究表明,青岛市工业源VOCs排放平均浓度为15.54 mg·m^(-3),OVOCs占... 详细信息

为研究港口城市工业源VOCs排放特征及对二次污染物O_(3)和SOA的生成贡献,以青岛市为例,2018—2022年选取11个典型行业78家企业进行现场调研和产污环节106种VOCs采样.研究表明,青岛市工业源VOCs排放平均浓度为15.54 mg·m^(-3),OVOCs占比最高,达56.77%,超出排放总浓度的1/2;即墨区VOCs排放浓度最高,超出全市均值82.64%.VOCs排放浓度较高的行业为石油加工、橡胶和塑料制品、钢铁制造,浓度范围在20.87~31.21 mg·m^(-3)之间,以烷烃、OVOCs和芳香烃组分为主,且对O_(3)和SOA生成贡献均较高.从工艺过程来看,铁路和船舶制造的喷涂、石油加工的污水处理和催化裂化、钢铁制造的焦化环节对O_(3)和SOA生成贡献较大,应优先控制.

关键词：工业源 VOCs 排放特征 O3生成潜势 SOA生成潜势

青岛市雾日PM_(1)中金属元素来源及健康风险评估

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中国环境科学 2024年第4期44卷 1945-1956页

作者：陶文鑫杜金花杨建立谭玉冉王超龙薛莲隋浩新张厚勇刘晓环张宜升青岛理工大学环境与市政工程学院山东青岛266520 山东省青岛生态环境监测中心山东青岛266003 山东省济南生态环境监测中心山东济南250102 中国海洋大学环境科学与工程学院山东青岛266100

为了解青岛市雾日PM_(1)中金属元素的污染程度及其来源,并评估其对人类健康的危害,依据能见度及湿度数据对雾日进行划分,结合正定矩阵因子分解法(PMF)源解析模型和健康风险评价模型研究青岛市雾日亚微米颗粒物(PM_(1))中金属元素的来源... 详细信息

为了解青岛市雾日PM_(1)中金属元素的污染程度及其来源,并评估其对人类健康的危害,依据能见度及湿度数据对雾日进行划分,结合正定矩阵因子分解法(PMF)源解析模型和健康风险评价模型研究青岛市雾日亚微米颗粒物(PM_(1))中金属元素的来源和健康风险.结果表明,清洁雾日PM_(1)浓度略高于清洁日,而污染雾日PM_(1)浓度是霾日PM_(1)的1.11倍,清洁日的3.07倍.秋冬季雾日金属元素受人为源影响,K元素含量最高;夏季雾日的主要贡献元素是典型的地壳元素Ca、Fe、Al及海盐Na元素.PMF结果表明秋冬季雾日PM_(1)中金属元素主要来自煤/生物质燃烧、机动车源、地壳源、海盐源、船舶源和工业源;夏季雾日PM_(1)中金属元素主要来自煤/生物质燃烧、机动车源、地壳源、海盐源、船舶源和工业源.夏季采样点位临海,海雾频发,海盐源为夏季雾日金属元素的重要贡献.健康风险评估结果表明,成年人与儿童暴露于青岛秋冬季雾日PM_(1)的非致癌风险均低于阈值.成人和儿童呼吸途径Mn的非致癌风险最高,儿童手口摄食As的非致癌风险(HQAS=0.50)最高.As(3.1×10^(-6))和Cr(1.9×10^(-6))的致癌风险均已超过致癌风险阈值,建议加强含Mn、As、Cr排放源的管控.

关键词： PM_(1) 金属元素雾日来源健康风险

残留层臭氧向下混合对地面臭氧的影响——以胶东半岛沿海地区秋季典型臭氧污染过程为例

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中国环境科学 2024年

作者：孟赫王威张淼代玮马艳许杨山东省青岛生态环境监测中心中国环境监测总站国家环境保护环境监测质量控制重点实验室山东省生态环境监测中心青岛市气象局

基于差分吸收臭氧激光雷达和相干多普勒测风激光雷达垂直观测资料等，结合地面站污染物浓度和气象要素数据，以胶东半岛沿海城市青岛市为例，研究2023年10月16—26日在胶东沿海地区出现的典型臭氧(O3)污染过程的气象成因，探究污染过程... 详细信息

基于差分吸收臭氧激光雷达和相干多普勒测风激光雷达垂直观测资料等，结合地面站污染物浓度和气象要素数据，以胶东半岛沿海城市青岛市为例，研究2023年10月16—26日在胶东沿海地区出现的典型臭氧(O3)污染过程的气象成因，探究污染过程期间O3浓度垂直演变及垂直风场的影响，评估残留层O3向下混合对地面O3浓度的影响。结果表明：观测期间青岛市共发生了2次O3轻度污染过程，17—18日（过程Ⅰ）和22—25日（过程Ⅱ），其中18日、23—25日为污染日，O3-8h浓度分别为197、171、179和169 μg·m-3。2次污染过程发生均与850hPa位势高度场升温过程相关，太阳辐射较强，夜间多有接地逆温，稳定边界层高度多低于200 m，日均大气边界层高度相对较低，气象条件有利于O3生成和污染物累积。污染过程结束均与冷空气北风降温等影响有关。O3本地生成是造成胶东沿海地区O3污染的核心原因，在持续升温、较高的太阳辐射和不利于污染物扩散的大气环流形势影响下，可诱发连续性O3区域污染过程，同时西南低空急流作用下的残留层O3输送可加剧地面O3污染，影响范围可达400～500 km。残留层O3向下混合主要发生在早间至上午边界层高度抬升阶段，观测期间7:00—12:00边界层内O3垂直输送通量范围为-20.2～-36.0 μg·m-3·s-1，残留层O3垂直混合对地面O3贡献率均值为26.4% （15.1%～43.2%），其中9:00贡献率最大，污染过程Ⅱ垂直混合对地面O3的贡献率均值为23.8% （15.4%～36.5%），污染日和清洁日没有明显差异。研究结果表明，O3污染防治首先应做好本地污染减排工作，其次还需要加强区域联防联控。

关键词：胶东半岛臭氧垂直分布激光雷达残留层

富氨对常州PM_(2.5)理化性质与二次反应的影响

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环境科学 2024年第8期45卷 4493-4501页

作者：余益军庄旻王振李锴基杨卫芬江苏省常州环境监测中心常州213004

NH_(3)是PM_(2.5)重要前体物,并影响其理化性质.基于2021年12月至2022年2月江苏常州NH_(3)、SO_(2)、NO_(2)、PM_(2.5)及其水溶性离子在线观测,结合热力学平衡模型计算气溶胶酸度和气溶胶含水量(AWC),分析了富氨条件下NH_(3)-NH_(4)^(+... 详细信息

NH_(3)是PM_(2.5)重要前体物,并影响其理化性质.基于2021年12月至2022年2月江苏常州NH_(3)、SO_(2)、NO_(2)、PM_(2.5)及其水溶性离子在线观测,结合热力学平衡模型计算气溶胶酸度和气溶胶含水量(AWC),分析了富氨条件下NH_(3)-NH_(4)^(+)转化对AWC、酸度及二次反应的影响.结果表明,2021年冬季常州为富氨,富余程度随PM_(2.5)浓度升高而加强,NH_(4)^(+)以NH_(4)NO_(3)和和(NH_(4))_(2)SO_(4)为主,多数时段有少量NH_(4)Cl.气溶胶呈中等酸度,pH均值4.2±0.4,与大气NH_(3)浓度正相关,pH值变幅随污染升级收窄趋中至4~5之间;AWC随湿度和颗粒物二次离子浓度升高而指数级攀升,主要由NH_(4)NO_(3)、(NH_(4))_(2)SO_(4)和NH_(4)Cl吸湿贡献,占比分别为58.5%、18.4%和8.3%,污染条件下NH_(4)NO_(3)主导颗粒物吸湿增长.NH_(3)-NH_(4)^(+)促进SO_(2)非均相反应和NO_(3)^(-)均相反应生成.因富氨环境,需降低30%以上NH_(3)方可影响pH值和含水量等理化性质.该结果对理解二次反应影响、支撑当地空气质量改善提供了参考.

关键词：氨(NH_(3)) 铵(NH_4~+) 气粒转化气溶胶含水量(AWC) 气溶胶酸度

结合长时序遥感监测和机器学习算法预测藻类增殖风险时空变化

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湖泊科学 2024年第3期36卷 670-684页

作者：时晨燚刘凤祝铠张媛刘海湖北大学资源环境学院武汉430062 湖北省生态环境监测中心站武汉430071

饮用水源地藻类增殖监测和预测对于改善水生态系统环境和保护人类健康具有重要意义。利用多源遥感数据能够获取高时空分辨率的藻类动态信息,结合长时序遥感监测与机器学习算法能够适应藻类生长复杂的影响机制和非线性特征,实现藻类增殖... 详细信息

饮用水源地藻类增殖监测和预测对于改善水生态系统环境和保护人类健康具有重要意义。利用多源遥感数据能够获取高时空分辨率的藻类动态信息,结合长时序遥感监测与机器学习算法能够适应藻类生长复杂的影响机制和非线性特征,实现藻类增殖风险时空变化的预测。本文利用Landsat与MODIS长时间序列卫星遥感数据,采用FAI与NDVI两种方法提取20002020年丹江口水库藻类浓度的时空变化信息,在此基础上分析藻类增殖对气象因子(气温、气压、相对湿度、风速和累计日照时间)的时间滞后效应。利用支持向量机、朴素贝叶斯与随机森林3种机器学习算法预测藻类增殖风险,并对3种算法的预测性能进行评价和对比。结果表明:丹江口水库藻类浓度年际变化呈现出先增后降的趋势,呈现出明显的季节性周期变化,春末夏初是藻类快速增殖时期。空间上入库支流和库湾等局部地区藻类浓度相对较高,为藻类增殖高风险区,丹江口水库藻类增殖风险预测模型能够较为准确地确定藻类增殖高风险区位置并反映短期内的空间变化情况,3种算法的预测结果呈现出整体上的一致性,其中支持向量机与朴素贝叶斯算法表现出更高的精度,提前4~5天是最佳预测时间。

关键词：遥感监测空间分布预测藻类增殖风险丹江口水库

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大气环境中氧化基体对VOCs测定的影响

环境化学 2024年

作者：曹方方石敬华钟琪陈烨张凤菊由希华梁宵许秀艳李红莉许杨山东省生态环境监测中心中国环境监测总站

大气中挥发性有机物（volatile organic compounds,VOCs）种类多，活性强，部分VOCs在采样、分析过程中会与大气中的氧化基体发生反应.为研究大气中氧化基体对VOCs测定的影响，选择苏玛罐与KI小柱联用，采集去除氧化性基体的样品，与未... 详细信息

大气中挥发性有机物（volatile organic compounds,VOCs）种类多，活性强，部分VOCs在采样、分析过程中会与大气中的氧化基体发生反应.为研究大气中氧化基体对VOCs测定的影响，选择苏玛罐与KI小柱联用，采集去除氧化性基体的样品，与未去除氧化性基体的样品比较，探讨大气中氧化性基体对VOCs测定的影响.结果表明，去除氧化性基体的样品定性检出的化合物种类多，共定性检出110种化合物，未去除氧化基体样品定性检出的化合物种类少，共定性检出40种化合物；氧化基体的存在影响VOCs的浓度和组成，去除氧化基体的总挥发性有机物（TVOCs）平均浓度为144.8 nmol·mol-1，其中烷烃为体积分数最大的组分，占81.9%，其次是卤代烃、烯烃、芳香烃和含氧有机物，分别占7%、6.5%、3.2%和1.4%，未去除氧化基体TVOCs平均浓度为32.5 nmol·mol-1，其中烷烃、氯代烃占比最高，分别占38.9%和37.5%，其次是芳香烃、烯烃和含氧有机物，分别占11.5%、6.5%和5.6%.大气中氧化性基体影响臭氧生成潜势（ozone formation potential,OFP）理论计算值及对OFP贡献优势物种的判断，去除氧化性基体样品的OFP高(平均值254.1μg·m-3)，各物种对OFP贡献大小的顺序为烷烃（67.5%）>烯烃（22.8%）>芳香烃（9.5%）>含氧有机物（0.2%）；未去除氧化性基体样品的OFP值低(平均值44.6μg·m-3)，各物种对OFP贡献大小的顺序为芳香烃（40.0%）>烯烃（30.6%）>烷烃（28.7%）>含氧有机物（0.8%）；去除氧化基体样品的OFP高于臭氧实测浓度，且与臭氧浓度具有很好的一致性，未去除氧化性基体样品的OFP值低于臭氧浓度，去除氧化性基体后采集的样品更符合大气VOCs的真实状态，未来大气VOCs监测，采样时应考虑联用KI小柱去除大气中存在的氧化基体.

关键词：苏玛罐采样大气VOCs 强氧化性基体臭氧 OFP