论文部分内容阅读
近年来我国经济的快速发展消耗了大量化石燃料。巨大的能源消耗排放的污染物不但造成了严重的大气污染问题，影响居民的身体健康，而且也让我国的环境外交面临巨大压力。为了解决日益严重的大气污染问题，2017年9月国家启动了《大气重污染治理攻关项目》，重点对京津冀地区“2+26”个通道城市的大气污染问题进行综合整治。目前针对人口聚集的大城市的大气污染研究很多，特别是京津冀地区，而对于典型工业城市的大气污染问题研究较少。焦作市位于太行山南麓，特殊的地理环境、不利的气象条件和不合理的能源结构导致焦作市大气污染问题十分严峻。本研究通过分析焦作市大气污染特征与PM2.5潜在来源，为焦作市加强大气环境质量管理，实施相应的预防措施提供更有效的理论依据和科学支撑。
本文基于太行山南麓六个通道城市（郑州市，安阳市，鹤壁市，洛阳市，新乡市和焦作市）2016年1月至2018年12月大气污染物(PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO和O3)监测数据，从AQI指数、首要污染物和大气污染物浓度简要分析了各城市大气污染总体情况，从不同污染等级天数和大气污染物浓度分析了焦作市大气污染物的时间变化特征，从三个国控站点（高新区站点、马村区站点和市环保局站点）的气象条件（温度、相对湿度）、大气污染物浓度和污染玫瑰图分析了焦作市大气污染物的空间分布特征，基于焦作市边界站2017年9月至2018年8月PM2.5及其化学组分（水溶性离子和碳组分）监测数据，从不同季节和不同污染天（清洁天、轻度污染、中度污染、重度污染、严重污染）PM2.5的酸碱性、水溶性组分的相关性、NO3-/SO42-、硫氮转化率、OC、EC、二次有机碳(SOC)和2017年冬季两类污染个例分析了PM2.5化学组分的特征与成因，利用后向轨迹聚类分析、PSCF和CWT方法分析了PM2.5的外来源区。研究结果表明:
(1)2016-2018年，太行山南麓主要通道城市空气质量好转，洛阳市空气质量改善最显著。AQI指数具有明显的季节变化特征，冬季AQI指数最高，夏季或者秋季最低。大气污染以PM2.5、PM10和O3污染为主。安阳市大气污染形势最严峻，郑州市NO2污染较其他城市更严重。
(2)焦作市以PM2.5污染为主。在时间分布上，PM2.5、PM10、SO2、NO2和CO浓度呈冬高夏低的“U型”季节特征，O3浓度呈夏高冬低的“倒U型”季节特征。SO2和CO的季节变化趋势呈较宽的“U型”特征，NO2较其他污染物呈更窄的“U型”特征。大气污染物质量浓度日变化具有明显的季节变化特征。PM2.5和PM10呈“弱双峰型”特征，春季和夏季平均浓度早峰值高于晚峰值，秋冬季相反。NO2日变化趋势呈明显的“U型”特征，春夏季较秋冬季呈更宽的“U型”。SO2、CO和O3日变化呈“单峰型”特征。在空间分布上，焦作市本地一次污染排放主要来自市区工地扬尘，西南地区交通源和东部污染点源。
(3)观测期间，焦作市冬季PM2.5平均质量浓度为108.0μg/m3，是GB3095-2012《环境空气质量标准》日均二级标准限值(75μg/m3)的1.5倍，表明焦作市冬季PM2.5污染严重。NO3-、NH4+、SO42-、OC和EC是PM2.5的主要化学组分。NO3-是PM2.5中相对更重要的二次无机气溶胶，在今后的污染管控中应更聚焦于NO3-前体物NO2的排放源，如机动车尾气等。PM2.5中水溶性组分具有季节差异，秋冬季K+浓度较高。NO3-、NH4+和SO42-的相关性具有明显的季节差异，夏季和冬季相关性极强，春季NH4+和NO3-几乎不相关(R=-0.07)，秋季NH4+和SO42-中度相关(R=0.45)。严重污染天更有利于PM2.5中NH4+、NO3-和SO42-的相互结合。冬季PM2.5中的铵盐气溶胶主要以(NH4)2SO4和NH4NO3的形态存在。
(4)焦作市PM2.5受移动源的影响较固定源更大，在春季和冬季轻度污染天更明显。NOR和SOR具有季节差异，夏季NO2和SO2二次转化程度最高，秋冬季较低。随着污染程度加重，NO2的二次转化越明显。中度污染天SO2的二次转化程度最高。SOR和NOR随相对湿度的增加而增加，表明相对湿度较高时有利于NO2和SO2的二次转化。焦作市冬季PM2.5浓度持续增长的污染过程可能受本地源的影响较大，PM2.5浓度呈爆发式增长的污染过程可能受区域传输的影响较大。
(5)焦作市后向轨迹和PM2.5潜在源区具有明显的季节差异。春季主要受来自西南方向气流传输的影响，夏季和秋季主要受东向气流的影响。PSCF和CWT的结果显示，焦作市PM2.5主要潜在源区主要集中在焦作市本地和周边城市，因此焦作市本地污染源的管控和减排以及周边区域污染的联防联控十分必要。
本文主要基于观测数据研究了焦作市大气污染特征与PM2.5潜在来源，焦作市大气污染较严重，本地一次排放、二次转化和区域输送是焦作市PM2.5的主要来源。在数值模型研究方面还存在不足。下一步将利用嵌套网格空气质量模式(NAQPMS)进一步研究焦作市PM2.5的本地及区域输送贡献，建立PM2.5与本地特征行业排放响应关系，为焦作市本地污染源的管控和减排以及周边区域污染的联防联控提出更有针对性的建议。
本文基于太行山南麓六个通道城市（郑州市，安阳市，鹤壁市，洛阳市，新乡市和焦作市）2016年1月至2018年12月大气污染物(PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO和O3)监测数据，从AQI指数、首要污染物和大气污染物浓度简要分析了各城市大气污染总体情况，从不同污染等级天数和大气污染物浓度分析了焦作市大气污染物的时间变化特征，从三个国控站点（高新区站点、马村区站点和市环保局站点）的气象条件（温度、相对湿度）、大气污染物浓度和污染玫瑰图分析了焦作市大气污染物的空间分布特征，基于焦作市边界站2017年9月至2018年8月PM2.5及其化学组分（水溶性离子和碳组分）监测数据，从不同季节和不同污染天（清洁天、轻度污染、中度污染、重度污染、严重污染）PM2.5的酸碱性、水溶性组分的相关性、NO3-/SO42-、硫氮转化率、OC、EC、二次有机碳(SOC)和2017年冬季两类污染个例分析了PM2.5化学组分的特征与成因，利用后向轨迹聚类分析、PSCF和CWT方法分析了PM2.5的外来源区。研究结果表明:
(1)2016-2018年，太行山南麓主要通道城市空气质量好转，洛阳市空气质量改善最显著。AQI指数具有明显的季节变化特征，冬季AQI指数最高，夏季或者秋季最低。大气污染以PM2.5、PM10和O3污染为主。安阳市大气污染形势最严峻，郑州市NO2污染较其他城市更严重。
(2)焦作市以PM2.5污染为主。在时间分布上，PM2.5、PM10、SO2、NO2和CO浓度呈冬高夏低的“U型”季节特征，O3浓度呈夏高冬低的“倒U型”季节特征。SO2和CO的季节变化趋势呈较宽的“U型”特征，NO2较其他污染物呈更窄的“U型”特征。大气污染物质量浓度日变化具有明显的季节变化特征。PM2.5和PM10呈“弱双峰型”特征，春季和夏季平均浓度早峰值高于晚峰值，秋冬季相反。NO2日变化趋势呈明显的“U型”特征，春夏季较秋冬季呈更宽的“U型”。SO2、CO和O3日变化呈“单峰型”特征。在空间分布上，焦作市本地一次污染排放主要来自市区工地扬尘，西南地区交通源和东部污染点源。
(3)观测期间，焦作市冬季PM2.5平均质量浓度为108.0μg/m3，是GB3095-2012《环境空气质量标准》日均二级标准限值(75μg/m3)的1.5倍，表明焦作市冬季PM2.5污染严重。NO3-、NH4+、SO42-、OC和EC是PM2.5的主要化学组分。NO3-是PM2.5中相对更重要的二次无机气溶胶，在今后的污染管控中应更聚焦于NO3-前体物NO2的排放源，如机动车尾气等。PM2.5中水溶性组分具有季节差异，秋冬季K+浓度较高。NO3-、NH4+和SO42-的相关性具有明显的季节差异，夏季和冬季相关性极强，春季NH4+和NO3-几乎不相关(R=-0.07)，秋季NH4+和SO42-中度相关(R=0.45)。严重污染天更有利于PM2.5中NH4+、NO3-和SO42-的相互结合。冬季PM2.5中的铵盐气溶胶主要以(NH4)2SO4和NH4NO3的形态存在。
(4)焦作市PM2.5受移动源的影响较固定源更大，在春季和冬季轻度污染天更明显。NOR和SOR具有季节差异，夏季NO2和SO2二次转化程度最高，秋冬季较低。随着污染程度加重，NO2的二次转化越明显。中度污染天SO2的二次转化程度最高。SOR和NOR随相对湿度的增加而增加，表明相对湿度较高时有利于NO2和SO2的二次转化。焦作市冬季PM2.5浓度持续增长的污染过程可能受本地源的影响较大，PM2.5浓度呈爆发式增长的污染过程可能受区域传输的影响较大。
(5)焦作市后向轨迹和PM2.5潜在源区具有明显的季节差异。春季主要受来自西南方向气流传输的影响，夏季和秋季主要受东向气流的影响。PSCF和CWT的结果显示，焦作市PM2.5主要潜在源区主要集中在焦作市本地和周边城市，因此焦作市本地污染源的管控和减排以及周边区域污染的联防联控十分必要。
本文主要基于观测数据研究了焦作市大气污染特征与PM2.5潜在来源，焦作市大气污染较严重，本地一次排放、二次转化和区域输送是焦作市PM2.5的主要来源。在数值模型研究方面还存在不足。下一步将利用嵌套网格空气质量模式(NAQPMS)进一步研究焦作市PM2.5的本地及区域输送贡献，建立PM2.5与本地特征行业排放响应关系，为焦作市本地污染源的管控和减排以及周边区域污染的联防联控提出更有针对性的建议。