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近年来,北京城市化和工业化的快速发展,能源消耗的不断增加,城市人口迅速膨胀,沙尘天气频发,直接导致城市群落大气污染问题日益严重,并且呈现出高浓度臭氧和高浓度细粒子叠加的高氧化性区域复合污染新特点。这严重影响了市民正常生产生活和身体健康,以及作为首都的良好国际城市形象。为此,持续开展环境问题监测和环境研究工作,对北京制定科学有效的城市污染防控措施、改善北京城市空气质量和促进城市健康发展是非常必要的。
本文利用在北京地区四个环境监测站不同时间段对主要大气污染物连续观测数据,结合地面气象资料,通过统计和中尺度气象模式模拟等分析方法,研究了北京地区近年来主要大气污染物的时空分布特征和空间差异,并对一次典型污染过程成因做了深入分析,主要得出以下结论:
(1)北京大气污染的首要污染物是颗粒物。观测时段内,污染严重,各月均有超标情况:PM10浓度季节变化明显,春、冬季的容易出现高值,秋季次之,夏季月均值较低;PM2.5浓度日均值高值主要集中在夏季和冬季,季节日变化在春、夏、秋季呈双峰型,冬季呈单峰型。PM2.5/PM10比值整体上在50%上下振动,季节变化显著,呈现出夏季高,秋冬季次之,春季最低趋势。
(2)O3浓度呈现夏季高冬季低的显著季节变化,表现出较好的重复性和区域性;日均值超标情况多集中在4-10月,夏季最明显,月均值最大值一般在6、7月,最低值出现在12月;全年O3浓度日变化比较一致,呈明显单峰型,峰值和谷值分别出现在下午15:00和凌晨6:00-7:00之间。
(3)Nox浓度和SO2浓度均有明显的季节变化,呈冬季高,夏季低的总趋势;SO2浓度受季节源、相对湿度、降水量等因素影响较大,季节变化幅度较Nox更大;另外,因为机动车辆排放量贡献不同,郊区站和城区站全年Nox浓度值差异明显。
(4)通过分析2010年和2011年春季白天各站NO2/Ox的比值频率分布和NO2/Ox与Nox之间的关系发现:北京春季白天大气氧化性主要取决于O3;2010年NO2/Ox的比值均随Nox增大速率比2011年快;城区站比郊区站和城市绿地站增大速度快。北京城区夏季二次粒子转化随着大气氧化性的增强而增强,在2010和2011年呈增长趋势;并且中心区转化速率大于郊区和城市绿地;北京大气氧化剂0x浓度全年呈双峰型分布趋势,夏季O3对大气氧化能力的贡献较大,冬季NO2对大气氧化能力的贡献较大。
(5)利用统计方法和中尺度气象模式(MM5)深入分析北京地区2010年秋季一次典型的污染过程,发现污染过程形成缘于平流逆温和夜间辐射逆温复合交织,形成近地面上空暖盖,混合层高度极低,阻碍了污染物水平和垂直扩散,造成污染物浓度持续累积上升而形成的,由于本次污染过程的典型性和代表性,可以作为秋季气象场预报污染场的一种有效参考案例。
本文特色:利用详实的污染物数据客观的反映近年来北京大气污染物的时空分布特征;监测站地理位置代表性较好,更准确反映实际的北京大气污染状况;通过典型污染过程分析,为气象场预报污染场提供有效参考:北京城区氧化性污染物浓度降低,说明城市功能区集中导致机动车辆过度向城市中心区集中,建议功能区向外扩张或分散,同时增加城市绿地使氧化性成分沉降,以改进目前不合理的城市布局。