北京奥运期间的碳黑气溶胶观测研究

2008年7～8月在北京市奥体中心的遥感所站点连续实时监测碳黑气溶胶(BC),研究其在北京奥运期间的变化特征和来源.奥运会前BC平均质量浓度约为4.58μg/m3,而奥运会期间其平均浓度约为3.07μg/m3,下降比约为33.0%,这说明减排措施有效降低了BC的排放总量.同步监测的可吸入颗粒物(PM10)与BC一致性较好,相关系数为0.86,BC约占PM10的1.9%.比对2007年同期BC浓度数据,也证实了北京地区在实行各项减排措施后,BC的污染情况有较大好转.     

APEC期间京津冀地区污染物变化特征分析

利用中国环境监测总站发布的2013年11月1日~2014年12月12日污染物实时浓度数据,分析了京津冀地区污染物变化特征。结果显示：PM2.5、PM10、SO2、NO2和CO浓度年平均值分别为95.3, 163.9, 54.7, 48.9 μg/m3, 1.5 mg/m3;五种污染物浓度都表现出冬季高夏季低的季节变化特征,但不同污染物在不同的月份又有其特殊的变化特征。APEC期间京津冀地区PM2.5、PM10、SO2、NO2和CO平均浓度分别为66.1, 123.7, 33.2,、48.5 μg/m3, 1.2 mg/m3。APEC期间京津冀地区PM2.5浓度是APEC前后一个月的60.1%、59.4%;APEC期间气态污染物CO、SO2、NO2浓度与APEC前一个月相当,但APEC后急剧增加。减排措施使京津冀地区PM2.5浓度削减40%左右,PM10削减35%左右,NO2削减10%左右,CO削减15%左右。     

奥运期间北京SO2、NO2、O3以及PM10污染水平及变化特征分析

结合遥感所、云岗镇、燕山石化及首都机场4个站点2008年6月至9月期间SO2、NO2、O3以及PM10的监测结果,对北京奥运期间主要污染物浓度水平和变化特征进行分析.PM10为北京市的主要污染物,各时段市区站点PM10均明显高于市郊站点,城郊差异从7月1日至7月19日以及7月20日至8月24日时段的50%减少至8月8日至8月24日以及9月6日至9月17日时段的25%左右.城郊各阶段PM10日变化的差异主要表现在凌晨至11:00前后的时段.一次污染物SO2和NO2均达到国家大气环境质量二级标准,随着减排措施的实施,降幅均超过14%.从日变化曲线来看,各站点NO2基本呈双峰型特征,SO2在燕山石化和云岗镇站点表现出双峰态.O3作为光化学烟雾的指示剂,各站点O3呈现出白天高、夜晚低的日变化特征.云岗镇和燕山石化的O3日变化表现出明显的双峰型.4个站点O3在实施减排措施的初始阶段呈现出升高的趋势, 7月20日后的统计数据表明后期O3浓度持续下降,平均日变化最大值和最小值的比值减小.各个污染物浓度在8月8日至8月24日时段下降最为显著.相比于7月1日至7月19日减排措施实施的起始阶段,各站点在7月20日至8月24日奥运期间SO2、NO2、O3和PM10降低幅度分别为14%～33%,15%～61%,2.5%～14%和10%～12%.     

北京城区奥运期间大气细粒子谱分布与变化特征研究

随着工业经济的迅速发展,颗粒物已经逐步成为我国大气污染的首要污染源,考虑到对人体的健康危害,大气颗粒物的数浓度值可能比质量浓度值更重要,因而对大气细粒子谱分布的研究也就越发显得重要.利用安徽光学精密机械研究所研制的大气细粒子谱分析仪,对北京城区奥运期间的大气细粒子实现从纳米到微米颗粒物的原位、快速、在线、宽范围粒径谱测量,并对奥运期间各粒径段内粒子日平均数浓度及实时变化规律进行分析.同时,结合地面能见度信息,对奥运赛事期间北京大气气溶胶细粒子谱分布特征及其与能见度的相关性进行了定性分析.结果表明,核模态粒子(5～20 nm)主要受气相成核过程的影响,其数浓度呈单峰值结构;爱根核模态(20～100 nm)受人为源及核模态粒子影响较大,其数浓度呈典型的三峰值结构;积聚模态(100 nm～1 μm)数浓度日变化不大,但受大风、降水等天气影响较大,且数浓度的高低将直接影响大气能见度.     

基于卫星数据和深度学习方法预测京津冀地区地表 NO2浓度

二氧化氮 (NO2) 对人类健康和气候变化有着诸多负面影响, 随着中国城镇化和工业化进程加速, NO2污染成 为人们日益关注的问题。相关研究表明传统的单个站点监测结果只能代表数平方公里内的污染物水平, 无法提供大 尺度的污染物分布信息。相比于站点监测, 卫星遥感可以提供大尺度且时空连续的数据, 为研究大气污染提供了新 的角度。基于哨兵5P卫星的NO2柱浓度数据和气象、人口密度等其他辅助数据, 构建了对地表NO2进行预测的深度神 经网络 (DNN) 模型。并使用两种交叉验证方法对该模型进行验证。在基于样本的验证中, 模型的决定系数 R2、均方 根误差 (RMSE) 和平均预测误差 (MAE) 分别为0.80、7.72 μg/m3和 5.31 μg/m3;在基于站点的验证中, 模型的R2、RMSE 和MAE分别为 0.74、8.95 μg/m3和6.01 μg/m3, 两种验证结果都表明DNN模型具有较好的整体预测能力和空间泛化 性。此外, 与经典的地学统计和机器学习算法对比结果表明DNN预测性能优于其它方法。最后用训练好的模型获得 了京津冀地区 0.1° 的NO2分布图。     

NO2差分吸收激光雷达技术研究进展

二氧化氮(NO2)是一种重要的大气污染物,严重危害人体健康以及生态系统,实现NO2浓度空间分布探测对大气环境监测与治理具有重要意义.作为一种主动式光学遥感探测技术,差分吸收激光雷达(DIAL)技术可实现大气痕量气体水平和垂直空间分布探测、高架源排放气体监测等,在大气环境监测领域具有重要应用价值.DIAL技术通过可调谐激...     

2014年APEC会议期间北京地区气溶胶成分遥感研究

大气气溶胶成分的改变对空气污染以及气候变化都有重要影响。遥感能在不破坏气溶胶自然状态的前提下探测气溶胶的成分特性。基于OPAC（optical properties of aerosols and clouds）模型对黑碳（BC）、水溶成分（WASO）、不可溶成分（INSO）、沙尘（DUST）四种气溶胶成分的微物理和光学特性的描述,利用太阳-天空辐射计获取的地基遥感观测,对2014年北京APEC会议前、会中、会后的气溶胶各成分含量及其光学厚度进行定量反演研究。结果显示,APEC会前、会中、会后的光学厚度（440 nm）平均值分别是0.72、0.25、0.57,会中的气溶胶光学厚度明显小于会前和会后,其中INSO成分的光学厚度贡献占主导地位。APEC会前BC、WASO、INSO、DUST质量浓度分别为0.8 μg/m3、139.6 μg/m3、184.2 μg/m3、194.3 μg/m3,APEC会中四种成分质量浓度分别为1.1 μg/m3、56.4 μg/m3、40.3 μg/m3、7.8 μg/m3,APEC会后质量浓度分别为1.0 μg/m3、126.6 μg/m3、157.1 μg/m3、30.9 μg/m3,除了BC成分在会议期间没有显著变化外,会中WASO、INSO、DUST成分的质量浓度数值明显低于会前和会后,,这说明APEC会议期间北京地区采取的保障措施对空气质量提升起到了较好的作用。利用AE-51黑碳仪对反演的BC质量浓度进行验证,发现遥感反演的BC质量浓度与在位观测具有良好的一致性,相关系数R2=0.68。     

北京2014年冬季边界层高度与颗粒物浓度的相关性研究

拉曼激光雷达已经广泛应用于大气气溶胶、大气温度和水汽的空间分布及时间演变特征测量。为了获取北京污染期间大气气溶胶边界层的特征,2014年11月~2015年1月期间在中国科学院大学雁栖湖校区利用拉曼激光雷达进行连续观测。使用梯度法处理激光雷达观测数据得到边界层高度,同时与国家环保部提供的当地颗粒物浓度数据进行对比。观测期间灰霾天共出现15天,污染天出现27天,干净天出现24天。灰霾天、污染天和干净天三种情况下的平均大气边界层高度范围分别为0.6~0.9、0.9~1.3、1~1.9 km;PM2.5的质量浓度范围分别为143~203、77~90、17~34 g/m3;PM10的质量浓度范围分别为170~271、103~153、33~78 g/m3。研究结果表明:北京地区大气边界层高度对近地面颗粒物浓度具有明显的负相关影响。干净天、污染天和灰霾天下的PM2.5和PM10的质量浓度变化率随大气边界层高度降低而依次增大。灰霾天大气边界层高度引起的PM2.5质量浓度平均变化率为-242.4 gm-3/km,约为污染天（-114.8 gm-3/km）的两倍,干净天（-77.4 gm-3/km）的三倍;灰霾天大气边界层高度引起的PM10质量浓度平均变化率为-224.2 gm-3/km,约为污染天（-117.6 gm-3/km）的两倍,干净天（-90.4 gm-3/km）的两倍。     

合肥地区2013年春节期间PM2.5质量浓度演变特征

利用2013年2月8～19日合肥地区获取的大气颗粒物和常规气象观测资料,依据烟花爆竹燃放、降水过程、相对湿度 和风速特点,分析了PM2.5质量浓度在不同气象条件下的变化特征。结果表明:合肥春节期间PM2.5质量浓度平 均值为58.3 μg/m3,仅出现两个PM2.5质量浓度污染日;城市居民集中燃放烟花爆竹引起PM2.5质量浓度 急剧增大,但主要排放PM1;降水过程对PM2.5质量浓度具有湿沉降作用,过程降水量越大, PM2.5质量浓 度湿沉降量越大; PM1、PM1～2.5 和PM2.5～10与相对湿度的相关系数分别为0.45、0.26和－0.07,粒径 尺度越小的颗粒物吸湿增长特性越显著; PM2.5质量浓度演变与风速呈负相关,两者的相关 系数为－0.33,风速越大,越利于颗粒物扩散。     

2006-2014年南京都市圈对流层NO2时空变化特征及污染源分析

基于OMI(Ozone Monitoring Instrument, OMI)卫星传感器监测得到的2006年1月-2014年12月南京都市圈对流层NO2柱浓度数据和土地利用类型数据,利用余弦曲线函数和HYSPLIT后向轨迹模型,分析了研究区对流层NO2时空分布特征以及污染物的来源。研究发现,2006-2014年南京都市圈对流层NO2柱浓度呈现出逐年增长的趋势和冬高夏低的季节变化特征;研究区对流层NO2污染物主要来自两个方面：大气气流的输送作用影响了研究区对流层NO2季节性变化;不同的土地利用类型影响了南京都市圈的对流层NO2柱浓度。     

北京奥运期间石化工业区多组分污染气体的开放光程FTIR监测

利用自行研制的开放光程傅里叶变换红外光谱（FTIR）测量系统于2008奥运期间对北京燕山地区大气中的HCHO,CH4,CH3OH,C2H6,C2H4,C2H2和CH3COCH3气体进行了连续监测,介绍了系统的组成及光谱数据处理方法,并对浓度测量结果进行了分析。研究结果显示,7月20日限行措施实施后,除C2H4外,其他气体日平均浓度均有明显下降,平均幅度约29%,奥运期间平均降幅达34%,受局部气象条件引起的本底浓度暂时性波动影响,监测指标物中,C2H4平均浓度分别增加6.09%和19.66%,但其日变化幅度明显下降,表明北京市奥运期间的控制减排措施有效。     

卫星遥感气溶胶光学厚度在北京2008年地面空气质量监测上的应用

利用卫星遥感地面空气质量是近年来随着空间遥感手段的进步而发展起来的一项新技术,如何利用卫星遥感的大气气溶胶光学厚度产品来定量评估地面空气质量是个难题.利用高分辨率的大气气溶胶光学厚度产品,经过垂直分布的订正和湿度影响的订正,分别得到地面气溶胶消光系数和地面"干"气溶胶消光系数.通过与地面PM10质量浓度的相关分析表明,地面气溶胶消光系数具有比大气气溶胶光学厚度更高的相关系数,而经过湿度订正的"干"气溶胶消光系数具有比前两者更高的相关系数.利用华北地区"干"气溶胶消光系数的分布评估了2008年夏季气溶胶变化情况,与往年同期相比,地面气溶胶消光季节平均下降约17%～20%,而华北平原其他城市和地区则没有显著变化,说明北京地区气溶胶浓度的下降与局地减排有直接关系.     

2008年北京奥运期间大气颗粒物激光雷达观测研究

大气区域性污染及其区域输送研究是当前研究的热点问题,2008年北京奥运会的举行为研究北京及其周边大气区域输送提供了机会。主要利用双波长三通道激光雷达和风廓线雷达对颗粒物大气颗粒物区域输送进行研究,介绍了双波长三通道激光雷达的特征及主要参数,讨论了大气颗粒物质量浓度垂直分布的反演方法,并结合风廓线雷达数据论述了颗粒物区域输送的反演,实现了对大气颗粒物输送通量的估算和输送方向的判断。最后,对监测期间典型时间段的大气颗粒物区域输送通量和总量进行估算,并结合SO2实测数据进行了对比分析。     

奥运期间北京对流层NO2柱浓度地基多轴差分吸收光谱仪观测与OMI的对比

利用地基多轴差分吸收光谱仪(multi axis differential optical absorption spectroscopy,MAX-DOAS)在2008年北京奥运期间对奥运场馆附近上空对流层NO2进行监测,并与OMI的测量结果进行对比.结果显示;地基MAX-DOAS的NO2结果比OMI结果高,最高达到了2.4倍;二者在无云条件下得到了比较好的相关性(R=0.64),但在阴雨天气条件下,云的存在使得MAX-DOAS结果与OMI卫星数据产生了很大差别,其相关系数仅为0.19,但与LP-DOAS却有很好的一致性,相关系数为0.92.     

基于MOPITT数据的北京奥运前后CO监测分析

利用MOPITT卫星资料及近地面监测数据,研究了奥运前后北京大气CO柱浓度及近地面质量浓度的分布及变化规律.发现: CO柱浓度反映了区域大气污染水平,而其近地面质量浓度主要受局地污染源排放的影响.大陆背景点瓦里关站CO柱浓度与近地面质量浓度季节变化较为相似,都以春季最高;而北京CO柱浓度与近地面质量浓度季节变化差异较大,CO柱浓度以春季最高,而近地面质量浓度采暖期明显高于非采暖期.2000～2007年8月北京大气CO柱浓度缓慢升高,而其近地面质量浓度呈显著下降趋势.2008年受奥运空气质量保障措施的影响,北京及周边五省市CO排放显著减少,大气中CO柱浓度及近地面质量浓度同时大幅度降低.北京CO柱浓度下降19.3%,而近地面浓度更是下降了46.7%.后者降幅更大,主要源于北京较周边省市采取了更大力度的空气质量保障措施.空气质量保障措施极大地减少了CO的总量排放,但未改变区域大气污染分布格局.     

北京机场奥运期间C2H4变化特性

大气中的挥发性有机物是空气中影响人体健康的重要污染物,它们在光化学烟雾、酸雨、全球变暖等环境问题中也起到重要作用.使用傅里叶变换红外光谱测量了奥运期间首都机场C2H4浓度变化,通过最小二乘法拟合得到C2H4在不同时间段内的浓度值.C2H4/C2H6值的变化趋势是晚上较高,白天较低,受汽车尾气影响.C2H4浓度变化则是受机动车和飞机尾气的共同影响.奥运会期间C2H4浓度变化受飞机影响很大,浓度变化和飞机架次相关性很好.     

空气动力学粒径谱与微量振荡天平颗粒物质量浓度的测量比较

空气动力学粒径谱仪和微量振荡天平法测尘仪的工作原理不同,数据表示形式不同.用APS3321空气动力学粒径谱仪对北京2008年冬、春、夏进行大气颗粒物粒径分布和质量浓度测量,同步使用3台R&P1400a的微量振荡天平法测尘仪分别测量空气中的PM10、PM2.5和PM1.0的质量浓度,对两种方法测量的数据进行相关比较,获得微量振荡天平法测尘仪与空气动力学粒径谱仪的测量数据的相关性,建立了回归方程.