大气能见度下降影响因素、来源解析及灰霾评估指标体系研究
发布时间：2020-11-04 04:29
我国一些城市大气颗粒物污染形势严峻，PM_(2.5)污染严重，远高于国家新环境空气质量标准GB3095-2012中规定的标准限值。城市大气污染类型已由最初的煤烟型污染发展到复合型污染，大气氧化性增强，细粒子浓度升高，导致能见度下降，灰霾天数增加。因此，研究灰霾天气的影响因素，建立灰霾评估体系并对灰霾天气下大气能见度下降的来源进行解析，是灰霾污染进行防治的客观需要。 颗粒物浓度、相对湿度和能见度之间存在着复杂的非线性关系，能见度受相对湿度、细颗粒物浓度的共同影响，二者对能见度的影响不是相互独立的，并且存在明显的地域差异。针对以上这些问题，本文提出能见度变化敏感性综合评价模型，用以研究细颗粒物浓度、相对湿度对能见度变化的影响敏感性及程度，区分大气能见度变化的不同控制区（细颗粒物浓度控制区、相对湿度控制区、二者影响作用相当区）及阈值，为建立灰霾定量判别方法提供依据。 根据细颗粒物浓度、相对湿度影响能见度变化的阈值研究结果，本文对灰霾进行了定义，并对灰霾表征的因子进行了筛选，同时结合环境质量监测与气象观测体系以及环境质量管理的需求，建立了科学合理、便于操作的灰霾污染评估指标体系、分级标准及评估方法。 对灰霾天气下能见度下降的来源进行解析是灰霾污染防治的重要基础。现有方法可解析灰霾天气下细颗粒物的化学组分对大气消光的贡献，但不能定量解析各类颗粒物排放源对能见度下降的贡献。针对上述问题，本研究建立基于颗粒物来源解析模型和颗粒物消光模型的耦合模型，定量解析大气能见度下降的细颗粒物来源及其贡献，为灰霾污染防治提供更有针对性的依据。 基于上述模型及方法，本论文对天津市灰霾表征、评估及来源解析进行了应用研究，分析了PM_(2.5)浓度、相对湿度影响能见度变化的不同控制区及阈值，建立了天津市灰霾天气的评估指标体系，并对天津市秋季灰霾天气下大气能见度下降的来源进行了解析，结果如下： 1.当能见度＜2km时，PM_(2.5)≥350μg/m~3，能见度的变化主要受PM_(2.5)浓度的影响，为PM_(2.5)浓度控制区；相对湿度≥85%时，能见度的变化主要受相对湿度的影响，为相对湿度控制区；同理，当2km≤能见度＜5km时，以PM_(2.5)≥220μg/m~3为PM_(2.5)浓度控制区，相对湿度≥80%为相对湿度控制区；当5km≤能见度＜10km时，以PM_(2.5)≥130μg/m~3为PM_(2.5)浓度控制区，相对湿度≥85%为相对湿度控制区；当10km≤能见度＜15km时，以PM_(2.5)≥80μg/m~3为PM_(2.5)浓度控制区，相对湿度≥80%为相对湿度控制区；当能见度≥15km时时，以PM_(2.5)≥10μg/m~3为PM_(2.5)浓度控制区，相对湿度则不存在明显的控制区。 2.天津市灰霾天气是指在相对湿度小于80%的情况下，由PM_(2.5)浓度控制区所造成的能见度低于10km的现象。当能见度≥10km，界定为无灰霾天气，PM_(2.5)的浓度限值为80μg/m~3，灰霾等级为0；当5km≤能见度＜10km，界定为轻度灰霾天气，PM_(2.5)的浓度限值为130μg/m~3，灰霾等级为1；当2km≤能见度＜5km，界定为中度灰霾天气，PM_(2.5)的浓度限值为220μg/m~3，灰霾等级为2；当能见度＜2km时，界定为重度灰霾天气，PM_(2.5)的浓度限值为350μg/m~3，灰霾等级为3。 3.研究期间，对于秋季灰霾天气下，二次硝酸盐是对能见度下降贡献最大的源类，其次为二次硫酸盐、机动车尾气尘，三者对能见度下降的分担率达70%以上，城市扬尘、燃煤尘对能见度下降的分担率分别为13.57%、7.05%，二次有机碳对能见度的下降的分担率为6.68%，六种源类对能见度下降的分担率达98%以上，是能见度下降的主要源类。
【学位单位】：南开大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2012
【中图分类】：X16;X823
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
第一节 研究背景
1.1.1 我国城市大气颗粒物污染形势依然严峻
1.1.2 我国细颗粒物污染所引起的灰霾天气频发
1.1.3 我国城市灰霾问题严重，由此造成的损失巨大
1.1.4 识别灰霾天气来源、建立灰霾天气评价体系是开展灰霾防治的客观需要
第二节 国内外相关研究综述
1.2.1 霾的定义
1.2.2 灰霾天气形成机制研究
1.2.2.1 气象因素对灰霾形成的影响
1.2.2.2 细颗粒物的浓度、组分对灰霾形成的影响
1.2.3 灰霾天气下气溶胶的光学性质
1.2.4 灰霾天气下大气能见度下降的来源识别
1.2.4.1 大气消光系数与能见度
1.2.4.2 大气消光系数与颗粒物化学组分之间的关系
1.2.4.3 大气能见度下降的来源识别
1.2.5 灰霾的评估与预警研究
1.2.5.1 霾与轻雾（雾）的区分
1.2.5.2 灰霾的分级标准
1.2.5.3 灰霾的预测预警
第三节 研究中存在的问题
第四节 本论文的主要研究内容
第五节 研究的技术路线
第二章 实验部分
第一节 采样城市概况
第二节 颗粒物样品的采集
2.2.1 源样品的采集
2.2.1.1 源样品采集的原则
2.2.1.2 源样品的采集
2.2.1.3 源样品的处理及质量控制
2.2.2 受体样品的采集
2.2.2.1 采样地点
2.2.2.2 采样日期及时间
2.2.2.3 采样仪器
2.2.2.4 采样滤膜
2.2.2.5 受体样品的处理及质量控制
第三节 颗粒物样品的分析
2.3.1 源与受体的质量浓度
2.3.2 源与受体样品的组分分析
2.3.2.1 无机元素分析
2.3.2.2 离子分析
2.3.2.3 碳组分分析
第四节 其它要素的观测
2.4.1 颗粒物数浓度的观测
2.4.2 气象因子的观测
第三章 低能见度下颗粒物污染特征研究
第一节 不同季节颗粒物污染特征
3.1.1 不同季节颗粒物浓度水平
2.5中组分的变化特征'> 3.1.2 不同季节 PM2.5中组分的变化特征
2.5中离子的变化特征'> 3.1.2.1 不同能见度下 PM2.5中离子的变化特征
2.5中碳的变化特征'> 3.1.2.2 不同能见度下 PM2.5中碳的变化特征
2.5中组分特征小结'> 3.1.3 不同能见度下 PM2.5中组分特征小结
第二节 不同季节颗粒物数浓度特征
3.2.1 不同季节不同能见度下颗粒物的数浓度分布特征
3.2.1.1 不同能见度下颗粒物的数浓度分布
3.2.1.2 不同能见度下颗粒物数浓度的粒径分布
3.2.2 不同季节不同能见度下颗粒物数浓度谱分布
第三节 本章小结
第四章 颗粒物浓度、相对湿度对能见度的影响阈值研究
第一节 颗粒物浓度及相对湿度对能见度的影响特征
4.1.1 颗粒物浓度与能见度的相关关系
4.1.2 相对湿度与能见度的相关关系
4.1.3 颗粒物浓度和相对湿度对能见度的综合影响
第二节 能见度变化敏感性综合评价模型
4.2.1 PROVSV 曲线
4.2.1.1 输入资料的处理
4.2.1.2 绘制方法
4.2.2 综合评价模型的敏感性矩阵
4.2.3 能见度敏感性综合评价方法
第三节 能见度变化敏感性综合评价模型的应用研究
4.3.1 数据资料来源
4.3.2 PROVSV 曲线分析
4.3.3 敏感性矩阵分析
4.3.4 能见度变化敏感性的综合评价
4.3.4.1 当能见度＜2 km 时，颗粒物浓度及相对湿度阈值的确定
4.3.4.2 当 2 km≤能见度＜5 km 时，颗粒物浓度及相对湿度阈值的确定
4.3.4.3 当 5 km≤能见度＜10 km 时，颗粒物浓度及相对湿度阈值的确定
4.3.4.4 当 10 km≤能见度＜15 km 时，颗粒物浓度及相对湿度阈值的确定
4.3.4.5 能见度≥15 km 时，颗粒物浓度及相对湿度阈值的确定
4.3.4.6 综合评价模型的不确定性分析
4.3.5 小结
第五章 灰霾分级及评估体系研究
第一节 灰霾表征指标的筛选
5.1.1 灰霾的定义
5.1.2 灰霾表征指标的筛选
第二节 灰霾指数及分级评估方法
5.2.1 灰霾分级的方法
5.2.2 构建灰霾污染指数
第三节 灰霾指数及评估的应用研究
5.3.1 数据资料来源
5.3.2 确定分级标准
第六章 灰霾天气下大气能见度下降的来源解析研究
第一节 颗粒物来源解析模型
6.1.1 化学质量平衡（CMB）模型
6.1.1.1 CMB 模型的基本原理
6.1.1.2 CMB 模型的算法
6.1.2 CMB 模型拟合优度的诊断
6.1.2.1 源贡献值拟合优度的诊断
6.1.2.2 不定性/相似性组的诊断
6.1.2.3 化学组分浓度计算值拟合优度的诊断
6.1.2.4 其余的诊断技术
6.1.3 灰霾天气下细颗粒物的来源解析模型
第二节 颗粒物的消光模型
6.2.1 Mie 理论
6.2.1.1 Mie 理论中的主要特征参量
6.2.1.2 Mie 理论中消光效率的计算
6.2.2 Mie 理论模型对颗粒物消光特征的模拟
6.2.3 颗粒物复折射指数及密度的确定
6.2.4 细颗粒物的消光模型
第三节 能见度下降的来源解析-耦合模型
6.3.1 能见度下降的来源解析-耦合模型
6.3.2 耦合模型的不确定性
第四节 耦合模型应用研究
2.5的来源解析'> 6.4.1 灰霾天气下 PM2.5的来源解析
6.4.1.1 源和受体成分谱的组成
6.4.1.2 源的贡献值和分担率
2.5消光系数及不同化学组分对消光的贡献'> 6.4.2 灰霾天气下 PM2.5消光系数及不同化学组分对消光的贡献
6.4.3 能见度下降的来源解析
第七章 结论、创新点及不足
第一节 结论
2.5的浓度、组分、数浓度特征'> 7.1.1 低能见度下 PM2.5的浓度、组分、数浓度特征
2.5的浓度、相对湿度对能见度影响的阈值'> 7.1.2 PM2.5的浓度、相对湿度对能见度影响的阈值
7.1.3 灰霾分级及评估体系研究
7.1.4 灰霾天气下能见度下降的来源解析
第二节 创新点
第三节 不足
参考文献
致谢
个人简历、在学期间发表学术论文与研究成果
【参考文献】
本文编号：2869615
【学位单位】：南开大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2012
【中图分类】：X16;X823
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
第一节 研究背景
1.1.1 我国城市大气颗粒物污染形势依然严峻
1.1.2 我国细颗粒物污染所引起的灰霾天气频发
1.1.3 我国城市灰霾问题严重，由此造成的损失巨大
1.1.4 识别灰霾天气来源、建立灰霾天气评价体系是开展灰霾防治的客观需要
第二节 国内外相关研究综述
1.2.1 霾的定义
1.2.2 灰霾天气形成机制研究
1.2.2.1 气象因素对灰霾形成的影响
1.2.2.2 细颗粒物的浓度、组分对灰霾形成的影响
1.2.3 灰霾天气下气溶胶的光学性质
1.2.4 灰霾天气下大气能见度下降的来源识别
1.2.4.1 大气消光系数与能见度
1.2.4.2 大气消光系数与颗粒物化学组分之间的关系
1.2.4.3 大气能见度下降的来源识别
1.2.5 灰霾的评估与预警研究
1.2.5.1 霾与轻雾（雾）的区分
1.2.5.2 灰霾的分级标准
1.2.5.3 灰霾的预测预警
第三节 研究中存在的问题
第四节 本论文的主要研究内容
第五节 研究的技术路线
第二章 实验部分
第一节 采样城市概况
第二节 颗粒物样品的采集
2.2.1 源样品的采集
2.2.1.1 源样品采集的原则
2.2.1.2 源样品的采集
2.2.1.3 源样品的处理及质量控制
2.2.2 受体样品的采集
2.2.2.1 采样地点
2.2.2.2 采样日期及时间
2.2.2.3 采样仪器
2.2.2.4 采样滤膜
2.2.2.5 受体样品的处理及质量控制
第三节 颗粒物样品的分析
2.3.1 源与受体的质量浓度
2.3.2 源与受体样品的组分分析
2.3.2.1 无机元素分析
2.3.2.2 离子分析
2.3.2.3 碳组分分析
第四节 其它要素的观测
2.4.1 颗粒物数浓度的观测
2.4.2 气象因子的观测
第三章 低能见度下颗粒物污染特征研究
第一节 不同季节颗粒物污染特征
3.1.1 不同季节颗粒物浓度水平
2.5中组分的变化特征'> 3.1.2 不同季节 PM2.5中组分的变化特征
2.5中离子的变化特征'> 3.1.2.1 不同能见度下 PM2.5中离子的变化特征
2.5中碳的变化特征'> 3.1.2.2 不同能见度下 PM2.5中碳的变化特征
2.5中组分特征小结'> 3.1.3 不同能见度下 PM2.5中组分特征小结
第二节 不同季节颗粒物数浓度特征
3.2.1 不同季节不同能见度下颗粒物的数浓度分布特征
3.2.1.1 不同能见度下颗粒物的数浓度分布
3.2.1.2 不同能见度下颗粒物数浓度的粒径分布
3.2.2 不同季节不同能见度下颗粒物数浓度谱分布
第三节 本章小结
第四章 颗粒物浓度、相对湿度对能见度的影响阈值研究
第一节 颗粒物浓度及相对湿度对能见度的影响特征
4.1.1 颗粒物浓度与能见度的相关关系
4.1.2 相对湿度与能见度的相关关系
4.1.3 颗粒物浓度和相对湿度对能见度的综合影响
第二节 能见度变化敏感性综合评价模型
4.2.1 PROVSV 曲线
4.2.1.1 输入资料的处理
4.2.1.2 绘制方法
4.2.2 综合评价模型的敏感性矩阵
4.2.3 能见度敏感性综合评价方法
第三节 能见度变化敏感性综合评价模型的应用研究
4.3.1 数据资料来源
4.3.2 PROVSV 曲线分析
4.3.3 敏感性矩阵分析
4.3.4 能见度变化敏感性的综合评价
4.3.4.1 当能见度＜2 km 时，颗粒物浓度及相对湿度阈值的确定
4.3.4.2 当 2 km≤能见度＜5 km 时，颗粒物浓度及相对湿度阈值的确定
4.3.4.3 当 5 km≤能见度＜10 km 时，颗粒物浓度及相对湿度阈值的确定
4.3.4.4 当 10 km≤能见度＜15 km 时，颗粒物浓度及相对湿度阈值的确定
4.3.4.5 能见度≥15 km 时，颗粒物浓度及相对湿度阈值的确定
4.3.4.6 综合评价模型的不确定性分析
4.3.5 小结
第五章 灰霾分级及评估体系研究
第一节 灰霾表征指标的筛选
5.1.1 灰霾的定义
5.1.2 灰霾表征指标的筛选
第二节 灰霾指数及分级评估方法
5.2.1 灰霾分级的方法
5.2.2 构建灰霾污染指数
第三节 灰霾指数及评估的应用研究
5.3.1 数据资料来源
5.3.2 确定分级标准
第六章 灰霾天气下大气能见度下降的来源解析研究
第一节 颗粒物来源解析模型
6.1.1 化学质量平衡（CMB）模型
6.1.1.1 CMB 模型的基本原理
6.1.1.2 CMB 模型的算法
6.1.2 CMB 模型拟合优度的诊断
6.1.2.1 源贡献值拟合优度的诊断
6.1.2.2 不定性/相似性组的诊断
6.1.2.3 化学组分浓度计算值拟合优度的诊断
6.1.2.4 其余的诊断技术
6.1.3 灰霾天气下细颗粒物的来源解析模型
第二节 颗粒物的消光模型
6.2.1 Mie 理论
6.2.1.1 Mie 理论中的主要特征参量
6.2.1.2 Mie 理论中消光效率的计算
6.2.2 Mie 理论模型对颗粒物消光特征的模拟
6.2.3 颗粒物复折射指数及密度的确定
6.2.4 细颗粒物的消光模型
第三节 能见度下降的来源解析-耦合模型
6.3.1 能见度下降的来源解析-耦合模型
6.3.2 耦合模型的不确定性
第四节 耦合模型应用研究
2.5的来源解析'> 6.4.1 灰霾天气下 PM2.5的来源解析
6.4.1.1 源和受体成分谱的组成
6.4.1.2 源的贡献值和分担率
2.5消光系数及不同化学组分对消光的贡献'> 6.4.2 灰霾天气下 PM2.5消光系数及不同化学组分对消光的贡献
6.4.3 能见度下降的来源解析
第七章 结论、创新点及不足
第一节 结论
2.5的浓度、组分、数浓度特征'> 7.1.1 低能见度下 PM2.5的浓度、组分、数浓度特征
2.5的浓度、相对湿度对能见度影响的阈值'> 7.1.2 PM2.5的浓度、相对湿度对能见度影响的阈值
7.1.3 灰霾分级及评估体系研究
7.1.4 灰霾天气下能见度下降的来源解析
第二节 创新点
第三节 不足
参考文献
致谢
个人简历、在学期间发表学术论文与研究成果
【参考文献】
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本文编号：2869615
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