济南市冬季大气污染时空分布特征及潜在污染源区分析.pdf
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1、山 东 科 学 第 卷 第 期 年 月出版.:./.【环境与生态】收稿日期:基金项目:山东省重点研发计划()泉城产业领军人才支持计划(创新团队)作者简介:王治非()男工程师硕士研究方向为环境监测和大气预报:.通信作者王在峰()男高工硕士研究方向为环境监测和大气预报:.济南市冬季大气污染时空分布特征及潜在污染源区分析王治非王在峰吕晨付华轩边萌孙凤娟张文娟(山东省济南生态环境监测中心山东 济南)摘要:利用 年冬季济南市大气主要污染物和气象监测数据对大气污染特征及潜在源区进行分析 结果表明:年冬季济南市环境空气中可吸入颗粒物 和细颗粒物.分别占首要污染物的.和.轻度污染以上天数占总天数的.冬季高质量
2、浓度.导致年均值增加./从空间分布来看 与.空间分布为天桥区、槐荫区及平阴县质量浓度较高则为商河县和济阳区质量浓度偏高和 为济阳区、天桥区和槐荫区质量浓度较高研究期间、.的质量浓度呈正相关性相关系数均在.以上推断交通源、工业燃烧源、燃煤是颗粒物的主要来源济南市冬季的气团输送为偏南、西北、偏北和偏东 个方向偏南和偏东气团为影响济南市冬季大气污染主要输送路径 进一步研究潜在源区贡献及浓度权重表明济南地区大气污染物主要受本地及周边区域影响当前大气污染呈现跨区域交叉污染特征应建立区域联防机制统筹研究解决区域大气环境污染突出问题关键词:大气污染物污染特征潜在源区贡献浓度权重轨迹济南市中图分类号:文献标志
3、码:文章编号:()开放科学(资源服务)标志码():()./.第 期王治非等:济南市冬季大气污染时空分布特征及潜在污染源区分析 .()()()(.).随着我国城市化进程持续加快大气污染已成为严重影响人类健康和生存环境的重要因素 研究表明当前以、等主要一次污染物和 为代表的二次污染所造成的大气污染问题突出以细颗粒物.污染为特征的区域性大气污染明显区域间的相互传输影响凸显大气污染总体呈现了区域性和复杂性日趋显著的特征 济南市是山东省省会地势南高北低呈浅碟状容易导致污染物的集聚和积累 近年来针对济南市大气污染开展了大量研究主要包括大气污染区域性特征、与气象要素关系、污染物组分分析及来源解析等方面 邱粲
4、等、张亚茹等研究了济南市空气质量监测数据与气象因素关系 魏小锋等分析了济南市重污染天气的颗粒物化学组分特征指出、质量浓度及百分占比与颗粒物质量浓度同步增加二次无机离子和二次有机碳是导致重污染的主因 等、等研究得出机动车尾气、燃煤和二次污染是济南地区大气颗粒物的主要来源 大气污染具有区域性不仅受本地污染排放影响还在一定程度上受区域传输的影响以往研究在分析济南市区域间污染传输影响时仅简单基于局地观测的风速风向等缺乏评估污染物外来传输源区有效手段 因此本研究利用相关性分析、后向轨迹聚类和潜在源区贡献等方法结合 年冬季的污染物监测数据以及美国国家环境预报中心()全球再分析资料研究济南市冬季大气污染特征
5、、与气象因子关系、主要气团传输路径识别出对冬季大气污染贡献突出的潜在污染源区以期为济南市大气污染防治提供科学依据 资料与方法.资料来源空气质量分析所用数据采用从山东省济南生态环境监测中心获得的 年冬季(月、月和 月)空气站(个国控、个省控、个区县见表)监测结果监测设备为美国 颗粒物(、.)监测仪美国 气态污染物(、)监测仪时间分辨率为 后向轨迹气象资料采用 提供的全球资料同化系统()数据通过:/./网站获得表 济南市空气站点分布情况 序号站点区县点位属性序号站点区县点位属性机床二厂槐荫区国控点位淮海御墅平阴县区县点位农科所槐荫区国控点位平阴城区平阴县区县点位济阳城区济阳区区县点位商河城区商河县
6、区县点位济阳区政府济阳区区县点位油区管委会商河县区县点位建工学院历城区省控点位科干所市中区国控点位省种子仓库历城区国控点位山东鲁能市中区省控点位山 东 科 学 年表(续)序号站点区县点位属性序号站点区县点位属性东城逸家小学历下区省控点位北园社区天桥区省控点位开发区历下区国控点位济南四建天桥区国控点位经济学院历下区省控点位东山小学章丘区区县点位泉城广场历下区省控点位章丘开发区章丘区区县点位商职学院历下区省控点位长清大学城长清区省控点位市监测站历下区国控点位长清党校长清区国控点位.分析方法.后向轨迹及聚类分析后向轨迹使用美国国家海洋和大气管理局()共同研发的 模型开展气团来源和轨迹变化分析 选取济
7、南市监测站(.)为起始点逐小时模拟结合大气污染物(、.、)的大气化学寿命计算时长 高度设为 利用基于 模型的 软件建立污染轨迹区域网格网格大小设置为.采用角距离分类算法作为聚类分析的方法.潜在源区贡献法和浓度权重轨迹分析法潜在源区贡献法()是一种通过条件概率函数为基本理论来识别可能污染源位置的方法该方法将气团轨迹与污染物浓度结合通过在研究区域构建一定分辨率的网格()利用设置浓度阈值对超过阈值的轨迹定义为污染轨迹可以一定程度识别污染源区对受体污染贡献 浓度权重轨迹分析法()则是一种定量计算潜在源区气团轨迹权重浓度的方法突破了 不能区分相同网络对受体点影响程度的缺点可以分析出不同轨迹和潜在污染源区
8、的污染程度 结果与分析.冬季大气污染物浓度变化特征 年冬季济南市、.、(臭氧最大 平均)质量浓度平均值分别、.、/其中、.、的质量浓度分别超过国家二级标准的.、.、.倍其他污染物未超标轻度污染以上天数为 占总天数的.大气污染严重 如图 所示 年冬季环境空气首要污染为颗粒物和 其中 和.分别占.和.污染天数逐年下降污染天数逐年上升这是因为伴随济南钢铁集团搬迁、煤改气/电等大气污染整治措施的持续开展济南市产业结构产生变化导致 年济南市、.、的质量浓度月均值呈 型变化(图)表现为夏季浓度较低冬季浓度较高质量浓度在春季也较高与邱粲研究结果相同这是因为一方面济南市冬季属采暖季本地燃煤排放量增大另一方面逆
9、温和静稳等不利气象条件频发污染物易于累积 质量浓度则呈现出相反的月变化特征这是由于 的产生与太阳光照强度、气温等因素有关冬季太阳辐射较弱气温低抑制了光化学反应 经计算 年济南市冬季.质量浓度平均值对.质量浓度年均值的贡献为.使得年均值增加./将 年济南市冬季污染物小时质量浓度进行统计(图)发现、.、质量浓度日变化整体呈双峰型分布:呈现质量浓度上升然后逐渐下降至:达到最低值随后逐步上升日变化特征主要原因是大气层结变化和人为活动 冬季日出前气温较低大气层结较为稳定易出现逆温边界层高度较低污染物质量浓度偏高随着气温缓慢回升空气对流加快边界层高度增加污染第 期王治非等:济南市冬季大气污染时空分布特征及
10、潜在污染源区分析物质量浓度开始下降在:左右出现低值随后伴随上班交通早高峰人为源排放增多污染物质量浓度在:左右达到第一个峰值接着大气持续回温大气对流和湍流活动增强扩散条件好转导致污染物质量浓度逐渐下降:开始由于下班交通晚高峰到来气温逐步下降边界层高度降低污染物质量浓度逐步升高 质量浓度日变化与其他污染物为负相关呈单峰分布:质量浓度持续较高最高值出现在:左右与之前研究结果相同 此外 年冬季 质量浓度(/)明显高于、年(、/)这是因为在 年起济南市逐步开展了“煤改气/电”、“煤炭清洁利用”和“电厂深度治理”等煤炭管控措施使得 质量浓度逐年下降明显 由于 年 月 日起济南市正式实施济南市禁止燃放烟花爆
11、竹的规定 年春节期间(月 日)比 年(月 日)、年(月 日 月 日)污染物质量有所降低图 年冬季首要污染物分布情况.图 年六项主要空气污染物平均质量浓度月变化特征曲线.图 年济南市冬季污染物时序变化.统计研究期间济南市各区县污染物质量浓度均值(表)各项污染物质量浓度呈现不同的分布特征空间分布为天桥区、槐荫区及平阴县 质量浓度较高这可能是研究期间天桥区、槐荫区及平阴县辖区内建筑工地、道路密集施工有关.质量浓度分布整体与 相似其中平阴县.最高为 /这与当地碳素产业园区和钢铁企业等排放较大的产业布局有很大关系 则是商河县、济阳区质量浓度较高冬季多以燃煤取暖方式散煤燃烧导致 较高 和 分布较为一致为济
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