云南高原清洁大气环境背景下城市空气质量变化及其影响因素的观测与模拟研究

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云南高原位于我国西南偏远地区,呈现出较为清洁的大气环境特征。由于云南紧邻东南亚地区的独特地理位置和近年来西部发展,云南高原城市的大气环境问题渐渐凸显。因此,为保护云南地区良好的生态环境,该区域空气质量变化特征及其影响因素亟待开展研究。本文通过综合分析2016-2018年云南高原城市环境监测站PM2.5、PM10、O3、SO2、NO2和CO大气成分观测资料、利用在线大气化学模式WRF-Chem和大气污染物扩散输送模型HYSPLIT对城市大气环境容量变化和大气污染事件进行模拟分析,估算季风强弱年云南南部边境城市红河州蒙自市大气环境容量差异和模拟西双版纳市一次春季细颗粒物污染过程的东南亚污染物跨境传输影响作用;以期全面认识云南高原城市空气质量变化特征、亚洲季风对云南城市大气环境容量年际变化的影响和东南亚生物质燃烧污染物跨境传输对区域大气污染的影响机制。本文的主要内容如下:1.清洁大气环境背景下近年云南高原城市空气质量变化特征云南高原地区拥有清洁的大气环境,2016-2018年全省各城市优良天数占比均达到95%以上,滇西北城市丽江和迪庆无污染事件发生,而滇南城市红河州、德宏和西双版纳优良天数占比最低。全省春季污染天数最多,为冬季的2.5倍以上,夏季污染天数最少。大气环境空间分布分为三个区域,南部边境区域污染情况在最为严重,东北部昆明、昭通、曲靖区域污染情况次之,西北部区域最为清洁。PM2.5、SO2和CO呈明显下降趋势,2018年年均浓度较2016年分别下降了10.25%、24.86%和6.93%;O3则表现为逐年递增趋势,2018年较2016年年均浓度提升了13.26%。全省PM2.5、PM10、O3、SO2、NO2和CO的区域平均浓度分别为23.75、43.64、54.67、11.70、16.63 ug?m-3和0.79 mg?m-3,对比我国其他区域较为清洁。各大气污染物浓度空间分布和污染天数较为一致,总体表现为南部边境区域和中东部区域较高,西北部最低。滇东北和滇南区域各大气污染物浓度夏季最低,PM2.5、PM10、SO2、NO2和CO浓度在滇东北冬季最高,而在滇南春季最高(SO2秋季),O3浓度两区域均呈双峰分布,最高值出现在春季。2.亚洲季风气候异常对云南城市大气环境容量年际变化的影响大气环境容量是反应某一地区大气污染物承载力和大气自净能力的重要标准。本章节利用区域空气质量模式WRF-Chem,对亚洲季风气候变化背景下云南省蒙自市大气环境容量进行模拟评估。根据标准化南亚夏季风指数分别选取2005年和2015年为强、弱季风年。对2015年四季(以1月、4月、7月和10月为代表月)和2005年夏季(7月为代表月)的主要大气污染物浓度进行模拟。结果表明,蒙自市2015年全年CO、NO2、SO2、PM2.5、PM10的大气环境容量分别为120.31、1.127、1.875、1.267、1.688(×104t?a-1),其中各污染物容量冬季最小,春季最大(PM10除外),且PM2.5在冬季排放量已饱和。强季风年相对弱季风年夏季CO、NO2、SO2、PM2.5、PM10的大气环境容量分别提升4.81%、3.86%、12.6%、18.4%、8.7%,其中PM2.5的容量提升最高。亚洲季风年际变化对云南高原空气质量及大气环境容量具有重要的调制作用。3.西双版纳一次大气细颗粒物污染过程及东南亚大气污染物跨境传输影响的模拟分析云南高原边境的西双版纳地区紧邻东南亚国家,2017年3月出现一次细颗粒物污染过程,地面观测PM2.5浓度急剧上升,日均浓度突破115ug?m-3。本章节基于空气质量模式WRF-Chem模拟分析西双版纳地区的这次污染过程。分别采用敏感性试验、污染物传输速率计算和后向轨迹分析等方法对污染物的输送进行定性和定量分析。结果表明,东南亚生物质燃烧排放的PM2.5的跨境传输是本次大气细颗粒物污染发生的主要原因。在污染形成阶段,大气污染物主要由西双版纳西边界和南边界输入,污染消亡阶段大气污染物从北边界和东边界输出,北边界和东边界的最大传输速率高度高于南边界和西边界。通过后向轨迹分析和PSCF分析得出,大气污染物主要由西双版纳西南部传输而来,其中缅甸的中东部是此次污染物跨境输送的主要源地。通过敏感性试验和轨迹气团的统计特征定量得出,此次污染过程本地排放贡献8.07%;缅甸北部、缅甸中东部、老挝西部、越南北部排放分别贡献5.58%、74.01%、10.59%和1.75%。
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