【摘 要】
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随着经济的高速发展与城市化进程的不断加快,河南省的大气污染情况不容乐观,冬季PM2.5污染问题尤为突出。本研究以WRF-CMAQ三维空气质量模型为主体,将2017年1、4、7和10月作为研究时间,对河南省PM2.5及其组分的分布情况、区域来源、传输特征和典型城市的污染情况进行了精细化解析。以期为长期持续改善该区域的大气环境工作和建立PM2.5重污染过程应急反应机制提供参考和支持。研究工作如下:首先
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随着经济的高速发展与城市化进程的不断加快,河南省的大气污染情况不容乐观,冬季PM2.5污染问题尤为突出。本研究以WRF-CMAQ三维空气质量模型为主体,将2017年1、4、7和10月作为研究时间,对河南省PM2.5及其组分的分布情况、区域来源、传输特征和典型城市的污染情况进行了精细化解析。以期为长期持续改善该区域的大气环境工作和建立PM2.5重污染过程应急反应机制提供参考和支持。研究工作如下:首先,对河南省区域PM2.5污染状况进行了长时间模拟,模拟结果显示,河南省PM2.5污染主要分布于北部和东部地区。豫东北地区的一次PM2.5质量占PM2.5质量的比例较高,而豫西和豫南地区的二次PM2.5质量占PM2.5质量的比例较高PM2.5及其组分的浓度均值为:冬季＞秋季＞春季＞夏季。夏季一次PM2.5质量占PM2.5质量的比例较高,而春秋冬3个季节二次PM2.5质量占PM2.5质量的比例较高。其次,对河南省18个城市的排放清单进行分别标注后,采用CTM模块对各城市PM2.5及其组分的区域来源及传输特征进行分析。由于生成机制和污染特征的不同,相比于一次PM2.5,二次PM2.5受省外传输及天然源的影响更大。河南省东部和东北部区域的PM2.5及其组分的浓度受省外传输和天然源的影响较大。省外传输的污染物由四周向河南省中部蔓延,同时影响程度也逐渐减弱。河南省中部和北部区域的PM2.5及一次PM2.5的浓度受省内排放影响较大,而中部偏东区域的二次PM2.5的浓度受省内排放影响较大。本地排放和省内传输对各市二次PM2.5的浓度贡献整体较低,各季节变化不大,因此受本地排放及省内传输的影响河南省各市PM2.5浓度的季节性变化与一次PM2.5更为相近,为冬季最高,夏季最低。从省内城市相互间的传输结果来看,污染较严重且相邻城市较多的区域更容易成为多个城市的污染物主要来源城市。行政区划面积越小的城市越容易受到周围城市大气环境的影响。豫北地区的城市对周边区域PM2.5的贡献更为显著,尤其是对一次PM2.5的影响更大于其他区域,而河南省中部偏东北区域的城市对周边区域二次PM2.5的贡献更大。基于传输矩阵模型确定的各季节河南省PM2.5的主要传输通道显示,由于气候风向、浓度分布和地势高低的影响,河南省PM2.5在秋冬季多由东北向西南、西北向东南传输,春季多由西向东传输,夏季多由西南向东北传输。此外,本研究选取河南省乃至全国PM2.5污染较为严重的城市之一郑州市为典型城市探讨污染状况的具体演变过程。结果表明,郑州市3种PM2.5的二次组分中,硝酸盐组分的传播影响较远且较广泛,而硫酸盐的输送距离较近,对本地的浓度影响更为显著。冬季,周围六个城市中对郑州市PM2.5传输通量较大的城市主要分布于郑州的北部,而郑州则对其东部特别是东南部城市PM2.5的传输通量较大。典型冬季PM2.5重污染过程前后郑州市均为PM2.5污染输出城市,但是污染过程中郑州市转为污染输入城市,PM2.5净输入通量的急剧增加是当地污染物浓度快速上升的主要原因。
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