长三角地区主要大气污染特征与数值模拟

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长三角地区经济发展迅猛,污染排放剧增,以臭氧和颗粒物为主的大气污染日益严重。研究该区臭氧和颗粒物污染特征及影响因素,可为改善该区空气质量提供科学依据。本文对2016年33个城市环境监测站六项污染物小时浓度及4个省会城市气象数据进行统计分析,研究了该地区大气污染物的时空分布特征及其影响因素。并利用WRF-Chem模式对8月臭氧和12月颗粒物开展了数值模拟,分析了高浓度臭氧的分布特征、生消过程及典型颗粒物污染特征。结果表明:(1)长三角地区O3年平均浓度在5073μg·m-3之间,平均为61μg·m-3;除芜湖和宣城外,其余31城市均存在不同程度的超标状况,超标率在0.3418.86%之间,平均为5.68%。O3在5月和9月达到浓度高值;四季O3日变化呈单峰型,峰值出现在15:00,夏季O3峰值浓度最高值为157μg·m-3。O3浓度沿海城市整体高于内陆城市;夏季宿迁-淮安-滁州片区O3污染较重。O3与NO2、CO显著负相关,且与NO2相关性较强;O3与气温、日照时数显著正相关,与相对湿度、降水呈负相关。NO2和CO年平均浓度分别在2051μg·m-3和0.661.33mg·m-3之间。NO2年超标率在0.347.41%之间。徐州、铜陵、马鞍山CO月均浓度整体高于该区平均水平。两者四季日变化均呈双峰型;NO2峰值出现在08:00和19:0020:00,CO在08:00和22:00达到峰值;两者与气温、风速显著负相关。SO2年平均浓度为840μg·m-3,徐州、铜陵月均浓度远高于其余城市;与气温、相对湿度、降水显著负相关。PM2.5和PM10年平均浓度分别在2562μg·m-3、42121μg·m-3范围内;各城市均出现PM2.5超标,滁州PM2.5超标率最大,为23.91%。除舟山和丽水外,其余城市均出现PM10超标状况;徐州超标率最大,为22.9%。颗粒物在3月和12、1月达到浓度峰值;其日变化呈双峰型,在09:0010:00和22:0023:00达到峰值。冬季徐州PM2.5和PM10浓度最高,分别为102μg·m-3和175μg·m-3。颗粒物与NO2、CO、SO2显著正相关,与气温、风速、降水负相关。(2)模拟方面,模式能合理再现长三角地区气象场的演变规律及臭氧和颗粒物的浓度水平和变化趋势。分析高浓度臭氧事件,发现该区O3浓度水平及分布昼夜差别较大,空间分布主要受前体物、太阳辐射强度及风场影响。风场辐合导致局地臭氧污染;气流输送使高浓度臭氧向下风区域发展。对该区典型颗粒物污染过程分析,发现12月1日长三角地区经历的短时污染由江苏北部及无锡、苏州及湖州等地的高浓度颗粒物在偏北风作用下向南传输导致。4日锡常镇等地高浓度颗粒物在风场传输下移至上海和江苏,5日江苏北部及苏州、南通地区的高浓度颗粒物在气流输送下,先后影响江苏中南部、上海、安徽等地;4、5日偏北偏南风来回切换,风场的转变使污染物难以输出该区,导致该区颗粒物污染。颗粒物污染水平和分布受本地排放源、大气污染输送以及局地风场变化的影响。
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