新冠肺炎疫情管控期间乌鲁木齐市空气质量变化及原因分析

为研究新型冠状病毒肺炎疫情防控期间乌鲁木齐市空气质量变化特征及其影响因素,选取了2020年乌鲁木齐市两次疫情严格防控期间(2020年1月26日至3月21日和7月20至8月29日)及疫情前后,以及2019年相同时期地面观测站的逐小时空气质量指数(AQI)、颗粒污染物(PM_2.5、PM₁₀)和气态污染物(SO₂、NO₂、CO、O₃)的数据进行对比分析,探究了气态污染物对颗粒污染物二次合成的贡献,并利用地理探测器对影响空气质量的因子进行了定量探测。结果表明：与2019年同期相比,2020年乌鲁木齐市两次疫情防控期间,除O₃外,PM_2.5、PM₁₀、SO₂、NO₂和CO浓度都呈现下降趋势,分别减少了36%、55%、10%、18%和49%;而同疫情严格防控期相比,2020年疫情前后期的AQI、颗粒污染物浓度及气态污染物浓度都要高。说明疫情防控措施在一定程度上减少了乌鲁木齐市颗粒污...     

基于OMI及地面监测的贵州省污染气体浓度时空差异研究

贵州省属于典型的喀斯特山区,受地势和气候影响,省内不同区域污染气体浓度具有明显的时空差异。因此,利用交互式数据语言(IDL)+遥感图像处理平台ENVI、地理信息系统软件Arc GIS等,基于臭氧层监测仪(OMI)的L3 V003柱浓度数据和地面环境监测站数据,从时间和空间两个方面在区域尺度上评估分析了贵州省3种主要污染气体的浓度变化差异和时空演变特征。结果表明：(1) 2019年,贵州省二氧化氮(NO₂)、二氧化硫(SO₂)、臭氧(O₃)柱浓度较2005年呈下降趋势,且两种方法监测的NO₂、SO₂季节特征均表现为“秋冬高、春夏低”,受太阳辐射和天气过程影响,两种方法监测的O₃均表现为“春夏高、秋冬低”的季节特征;(2)对比分析表明,遥感方法反演的NO₂柱浓度极大值和SO₂柱浓度极小值较地面监测结果在时间上存在滞后性,但滞后时间较短,没有出现跨季节差异,总体上空间差异性大于时间差异性,且SO₂...     

中国区域PM2.5浓度估算以及影响因素解析

基于2018年中国逐日PM_2.5数据,选用随机森林方法构建了高精度PM_2.5浓度估算模型,并在季节和区域尺度上验证了其时空适用性,进一步利用特征重要性方法系统阐释了各影响因子对PM_2.5浓度变化的重要程度,最后利用偏依赖技术探究了不同影响因素的交互作用对PM_2.5浓度变化产生的综合影响。结果表明：(1)相比于多元线性回归与极端梯度提升树模型,利用多源数据构建的随机森林模型精度最高,可准确模拟出PM_2.5的浓度,且在季节和区域尺度上也有良好的适用性;(2) PM_2.5浓度估算模型的特征重要性排序分析发现,对2018年全国日均PM_2.5浓度影响显著的因子主要是时空、大气边界层高度等全局性因素,表明大气污染防治应把握PM_2.5传输机制,强化区域联防联控;(3)偏依赖交互效应研究发现温度和相对湿度以及年积日、纬度、温度和大气边界层高度的组合对PM_2.5浓度变化会产生显著影响,说明提升空气质量要从多因...     

湘潭市PM2.5 中二次水溶性无机离子及其 气态前体物的污染特征

2013年12月3日至2014年1月14日, 在湘潭市2个功能区(交通、商业、居民区和工业区) 采样点对大气PM2.5进行了采集, 并同步采集了SO₂、NO₂; 进而利用离子色谱法对PM2.5中二次水溶性无机离子(SO₄²⁻、NO₃⁻ 和 NH₄⁺ ) 的浓度进行测试分析。通过分析不同空气质量级别下硫、氮氧化速率(SOR 和 NOR) , 探讨了PM2.5中硫酸盐和硝酸盐的来源、形成机制和影响因素等。结果表明, 采样期间湘潭市PM2.5及其二次水溶性无机离子(SO₄²⁻、NO₃⁻ 和 NH₄⁺ ) 的质量浓度分别为148.34、56.19 g/m3, 其中 SO₄²⁻、NO₃⁻ 和 NH₄⁺分别占PM2.5 浓度的15.26%、14.06% 和8.57%, 三者累计值占PM2.5质量浓度的37.88%。随着PM2.5 浓度增加, 二次水溶性无机离子及其气态前体物SO₂、NO₂ 的浓度也逐渐增加, 且“重度”污染时SO₄²⁻、NO₃⁻ 和 NH₄⁺ 浓度较“良”时分别上升了1.93、2.41、2.03倍。不同空气质量级别下PM2.5中的SO₄²⁻、NO₃⁻ 主要以NH₄NO₃ 和(NH₄)₂SO₄ 的形式存在, 但在“轻度”和“ 中度”污染时可能存在其它的硫酸盐和硝酸盐。采样期间SOR 和NOR 的平均值分别为0.18和0.17, 不同污染级别下二者均在0.15 以上(大于0.1), 表明湘潭市PM2.5中的硫酸盐和硝酸盐主要是经转化形成的二次污染物。大气PM2.5中NO₃⁻ /SO₄²⁻ 为0.89, 不同空气质量级别下二者比值分别为0.78、0.99、0.82、0.97(均小于1), 表明湘潭市冬季PM2.5污染以燃煤源排放为主。     

激光雷达观测淮南大气SO2和NO2浓度廓线实例分析

为了初步探究淮南地区大气SO₂及NO₂的不同时空分布特征,采用自研的差分吸收激光雷达系统测得某地（淮南地区）部分月份大气SO₂及NO₂气体浓度分布廓线,并选取其中典型实例从气体水平浓度日变化、垂直浓度变化以及水平浓度月变化3个方面分析了SO₂及NO₂分布特点。结果表明,同一天夜晚时刻,SO₂及NO₂气体浓度大于下午时刻的气体浓度;SO₂及NO₂气体垂直浓度随高度增加呈递减趋势;SO₂及NO₂气体水平浓度月变化变现为冬季月份气体浓度最大,夏季月份气体浓度最小,春、秋季月份次之。SO₂及NO₂浓度变化特征是人群活动和气象条件变化共同作用的结果。     

基于QCL吸收光谱的SO2,SO3同步测量技术

介绍了基于中红外吸收光谱的高温条件下SO₂和SO₃同步测量技术。在该测量实验系统中,SO₃由SO₂与O₂在钒基催化剂作用下高温反应得到,并且在SO₂催化氧化过程中同步测量SO₂和SO₃的浓度,进而计算得到了该催化氧化反应的转化率随温度（550～1000 K）和压力（3～20 kPa）的变化关系。通过对SO₂和SO₃高温吸收光谱模型的修正,将测量的混合气体的耦合光谱成功解耦,分别得到SO₂和SO₃各自的吸收光谱和气体浓度。同时,在实验系统中还设计有冷却分离装置,将反应后的高温SO₃气体冷却吸收后测量剩余SO₂浓度,并对比验证同步测量得到的SO₂浓度的准确性。实验发现,当温度低于590 K时,无SO₃生成,但SO₂在催化剂...     

基于SSA-LSTM模型的空气质量预测研究

为提高PM_2.5浓度的预测精度,提出了一种结合麻雀搜索算法(SSA)和长短期记忆神经网络(LSTM)的组合预测模型。以2023年5月至8月期间长沙市PM_2.5浓度数据为基础,构建了SSA-LSTM模型并与其他模型进行了对比实验。实验结果显示,SSA-LSTM模型的预测结果在拟合优度(R²)上相较于单一LSTM、PSO-LSTM和WOA-LSTM模型分别提升了45.93%、31.55%、19.12%,同样在均方根误差(RMSE)和平均绝对误差(MAE)的结果上也表现更优,表明该模型在PM_2.5浓度预测方面具有高准确性和有效性,可为制定PM_2.5相关预防措施提供一定的参考价值。     

广州亚运期间对流层NO2和SO2地基多轴差分吸收光谱仪测量研究

亚运期间利用多轴差分吸收光谱仪（MAX-DOAS）对广州市的大气污染物进行了实时监测,分别对重要大气常规污染物NO₂和SO₂的日变化特征进行了探讨和分析,并通过结合气象条件和周围的重要污染源综合监测结果分析研究了广州市周围的区域污染输送,结果发现位于市东南部的工业区对于市区的污染存在较大的影响,其中以SO₂尤为明显。分析NO₂廓线结果表明,污染物主要位于1 km以下,高污染层主要位于0.5 km以下。     

基于NDIR的多组分危险气体在线监测系统设计

在冶金、石化、化工等工业领域生产过程中会产生大量易燃易爆、有毒有害的多组分危险气体(CO、CO₂、SO₂、NO、NH₃等),这些有害气体容易引发事故。而现有的在线测量预警系统不能满足高集成、低干扰、高灵敏的要求。本文针对影响检测结果的微弱信号、光源调制、气体信号交叉干扰、温度控制等因素,设计了相应的电路和算法,并进行了实验验证。实验结果表明,本文提出的基于锁相放大器电路的微弱信号提取技术、基于MOS管驱动电路的PWM波调制技术、基于融合算法的浓度反演模型,能够实现对五种危险气体(CO、CO₂、SO₂、NO、NH₃)的在线监测,检出限达到0.01%,避免了多种气体之间的交叉干扰,适用于工业生产危险气体在线分析及预警系统,具有广阔的应用前景。     

基于OMI数据2005～2012年中国区域SO2时空变化特征研究（英文）

利用OMI传感器获取了2005²012年中国区域内的SO₂柱浓度变化数据,并基于MODIS传感器获取了中国区域内的下垫面土地利用类型数据.应用空间分析的方法,分别分析了中国区域内的SO₂柱浓度与时间的空间关联特征,以及与土地利用类型的空间关联特征.通过研究发现,从空间和时间区域来说,乌鲁木齐、京津冀、长江三角洲、四川盆地和珠江三角洲为SO₂高浓度区;北方地区SO₂浓度冬高夏低且峰值呈现逐年上升的趋势,南方地区则呈现SO₂浓度夏高冬低的特点.从土地利用来说,城市和耕地上空的SO₂浓度较高,森林、草地和裸地上空的浓度较低.研究结果表明,人类活动在行星边界层SO₂分布和浓度变化中起关键作用.     

基于傅立叶变换红外光谱技术的烟气超低排放监测系统应用研究

中国的大气环境污染形势严峻,地域性大气问题严重,以燃煤为主的火力发电厂、燃煤锅炉等是最主要的SO₂、NO_x排放源。现行的燃煤烟气排放标准做了严格规定,从而对烟气连续排放在线监测技术提出更苛刻的要求。基于傅立叶变换红外光谱技术与伴热式多次反射池技术,研究燃煤电厂SO₂、NO污染气体超低浓度检测系统。针对SO₂、NO的分子吸收光谱特征, 采用SiC作为光源,选择测量波段1900~2600 nm;采用傅立叶变换红外光谱技术对测量光谱进行处理,与现场两台设备的测量数据进行分析, SO₂、NO气体的相关性良好,满足超低排放烟气监测需求。     

基于CFD技术的GIS设备中SO2扩散效应

通过检测SF₆分解物可发现GIS设备故障,但设备内部分解物扩散效应会影响检测的故障特征组分气体含量,从而导致判断设备故障存在不足,因此文中针对典型SF₆分解物SO₂在GIS设备内部的扩散效应和影响因素进行研究。文中基于CFD技术,仿真模拟SO₂在设备内部的扩散效应,在压力为0.4 MPa条件下,研究了10种初始浓度对SO₂扩散的影响,拟合得到了初始浓度与扩散均匀时浓度的函数关系式,为判断故障的严重性提供理论依据。保持初始浓度不变,在压力分别为0.4 MPa、0.5 MPa、0.6 MPa、0.7 MPa和0.8 MPa的条件下,得到SO₂扩散达到均匀的时间分别为3 940 s、3 850 s、3 740 s、3 630 s和3 550 s,结果表明SF₆气体的压力环境对SO₂扩散有一定的影响,压力越大,SO₂扩散均匀所需要的时间越短。文中综合讨论了压力和初始浓度共同作用对SO₂     

火山SO2排放速率反演

SO₂紫外相机因在时间分辨率、空间分辨率、探测灵敏度以及探测精度等诸多方面均具有显著优势而成功应用于火山活动监测及其动力学研究。为解决紫外相机反演SO₂排放速率容易受烟羽湍流及图像低对比度影响等问题,提出了融入神经网络的光流算法。首先,基于大气紫外辐射传输特性,阐述了SO₂紫外相机的工作机理及SO₂浓度图像的反演方法;其次,将神经网络融入光流算法,实现了火山烟羽图像中SO₂排放速率的精确反演;最后,与传统光流法进行对比,论证了神经网络光流算法的科学性及优越性与精确性。实验结果表明：在图像低对比度及烟羽湍流效应的双重影响下,神经网络光流法可以把边缘反演的误差从94%降低至5%,显著提高了SO₂排放速率反演的精确性。     

利用车载DOAS技术探测污染气体区域分布和输送

采用安装在汽车上的被动DOAS系统对所测城区和污染源进行连续测量。通过DOAS拟合方法处理采集的太阳天顶散射光谱,获得测量点上的污染气体柱密度。通过对重庆城区及重庆某电厂区域的观测实验,获得了重庆市区及所测电厂的SO₂、NO₂的分布信息和输送情况。在西南、东南风场影响下,所测电厂区域向重庆主城区的SO₂平均输送通量分别为:0.37 kg/s、0.36 kg/s,NO₂平均输送通量分别为:0.29 kg/s、0.27 kg/s。实验结果表明车载DOAS的光学遥测方法为区域污染气体分布和输送快速测量提供一种有效的手段。     

气氛环境下Au/CeO2催化剂烧结行为的原位电镜研究

气氛环境下原位研究催化剂的烧结行为,能够为理解催化剂在预处理以及反应条件下的烧结机理和高稳定催化剂的设计提供重要的实验依据。本文以Au/CeO₂模型纳米催化剂为研究对象,利用环境透射电子显微镜原位观察其在O₂与CO气氛下的高温动态烧结过程。实验发现,负载在CeO₂上的Au纳米颗粒在O₂与CO气氛环境中表现出不同的烧结行为,其在O₂气氛下具有较高的烧结速度,同时存在颗粒迁移与聚集长大(particle migration and coalescence, PMC)和奥斯特瓦尔德熟化(Ostwald ripening, OR)两种烧结过程;在CO气氛下烧结速度较慢,烧结过程以OR为主。对比不同气氛环境下烧结后催化剂的表面结构可知,CO增加了CeO₂表面台阶的数量以及表面氧空位浓度,增强了载体对Au颗粒的锚定作用,从而提升Au/CeO₂催化剂的稳定性。     

MoSe2纳米球结构的制备及其对NO2的气敏性能

通过水热法制备了纳米球状MoSe₂结构。使用扫描电子显微镜(SEM)对该材料的结构和形貌进行了表征。MoSe₂纳米球状结构形貌均匀,其直径为200～300 nm。同时,利用叉指电极制作了基于MoSe₂的气体传感器,并测试了其气敏性能。测试结果显示：在室温条件下,MoSe₂传感器具有优异的气敏性能,能检测到极低体积分数的NO₂,对体积分数6×10^-8的NO₂的响应为1.006 4,在空气中也能完全恢复。此外,该传感器还具有良好的响应/恢复特性、重复性、长期稳定性与选择性。最后结合电子转移理论,分析了MoSe₂气体传感器对NO₂气体的气敏机理。     

基于OMI数据的中国中部平原地区NO2对流层柱浓度2007～2014年时空变化特征分析

利用OMI（Ozone Monitoring Instrument）NO₂ 2级数据产品通过采用面积权重得到OMI NO₂对流层柱浓度网格化分布,研究了中部地区3个代表性区域（工业集中区域,黄河流域,以及农业区域）2007²014年NO₂柱浓度时空分布特征.结果表明,NO₂对流层柱浓度年均值在2009年最小,2013年最大,2014年相对2013年降低大于25%.同时分析了典型时间段（中国农历新年2月以及秸秆焚烧6月）内3个区域NO₂柱浓度变化特征,2月期间3个区域柱浓度都有不同程度的下降,6月农业区NO₂柱浓度上升约80%.NO₂柱浓度相对变化率进一步反映了3个区域NO₂柱浓度近8年内的变化特征,2008年年中至2009年年中工业区域以及沿河流域NO₂柱浓度相对往年同期都有高于15%的下降而农业区没有体现,但2014年以后3个区域NO₂柱浓度都出现明显下降,下降比例都在20%以上.     

多参数空气质量检测系统设计与实现

针对空气质量监测问题,文章提出一种基于STM32的多参数环境监测系统。该系统用STM32F103作为主控芯片,并由温湿度传感器模块、PM_2.5模块、气体检测模块、数据显示模块、无线通信模块、云平台数据上传模块和手机端数据显示模块构成,基于I2C协议、串口传输、PWM脉冲捕获、模数转换等方法实现数据检测、处理及传输功能。试验结果表明,该系统能够准确检测空气中的温度、湿度、PM_2.5、一氧化碳、二氧化氮5种参数的变化数据,并将监测数据实时显示在检测终端、手机端和电脑端,具有实时监测多参数和远程监控的特点。     

基于可调谐二极管激光吸收光谱技术的SO3气体测量参数优化

三氧化硫(SO₃)是大气中二次颗粒物形成的关键前体物,其排放会导致雾霾加剧,形成酸雨。针对燃煤电厂烟气SO₃污染物的排放监测需求,基于可调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAS)对SO₃气体测量的参数优化展开研究。采用波长7.323μm附近的SO₃吸收谱线进行光谱数值仿真,通过优化测量系统压强参数,抑制SO₂和H₂O气体吸收谱线的干扰。考虑到SO₃的化学性质,综合分析H₂O存在时,温度对SO₃光谱吸收率的影响。研究发现在0.06 atm(1 atm=1.01×10⁵ Pa)负压环境和340℃伴热条件下,系统抑制干扰和测量SO₃光谱吸收率效果较好。该参数优化研究结果对于SO₃气体测量仪器开发和工业现场应用具有重要的理论参考意义。     

被动多轴差分吸收光谱技术监测O4斜柱浓度误差修正方法研究

O₄斜柱浓度的准确获取,对气溶胶廓线反演具有重要意义。介绍了基于被动多轴差分吸收光谱仪（MAX-DOAS）监测O₄斜柱浓度的误差修正方法,用于准确获取O₄斜柱浓度。通过对比30°仰角O₄斜柱浓度MAX-DOAS测量结果和大气辐射传输模型模拟结果,获得修正系数,利用修正系数修正各个角度的斜柱浓度值,消除O₄吸收截面不准确造成的反演结果误差,提高了O₄斜柱浓度精度。研究方法应用于合肥地区O₄斜柱浓度的准确监测,为下一步气溶胶廓线精确反演提供了数据支持。