氣溶膠和氣態汙染物三維變分協同同化

2020-08-19 有材有料有材料

氣溶膠是大氣的重要組成成分，影響大氣能見度和人體健康，並通過輻射和與雲、降水的相互作用影響氣候。近年來，中國的區域性氣溶膠汙染事件頻發，受到人們的廣泛關注，因此研究如何提高空氣汙染的預警水平具有重大的現實意義。隨著數值模式的不斷發展，空氣品質模式在汙染物的分析與預報等方面發揮了重要作用。但由於模式化學初始場存在一些不確定性，使得預報結果仍存在一定的誤差。資料同化是一種為數值模式提供初值的技術，通過資料同化可以將觀測信息和模式背景場有機融合在一起，形成理論上最優的分析場，有效改善模式的初始場，從而提高大氣化學成分模擬及大氣環境預報的準確性。目前汙染物的資料同化研究多集中在單獨針對離線空氣品質模式氣態汙染物或顆粒物PM2.5、PM10總量的順序同化，以及美國開發的針對沙塵氣溶膠化學方案氣溶膠三維變分同化系統(GSI)。

近日，國防科技大學氣象海洋學院的汪代春碩士、尤偉博士(通訊作者)和臧增亮副教授等人利用三維變分同化方法，設計了能控制、分析氣溶膠化學成分黑碳、有機碳、硫酸鹽、硝酸鹽、氯化物、鈉鹽、銨鹽、無機物和顆粒物PM2.5、PM10以及氣態汙染物SO2、NO2、CO、O3質量濃度的協同同化系統，並利用中國環境監測總站發布的PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO和O3觀測數據進行了一個月的模擬預報試驗，結果顯示設計的同化系統有效提高了氣溶膠顆粒物和氣態汙染物濃度分析和預報水平。該研究成果在《中國科學：地球科學》英文版第9期上發表。

DOI:10.1007/s11430-019-9601-4

研究發現，同化對不同汙染物預報產生的改善效果有所差異(圖1)。同化對PM2.5、PM10和CO預報的改善效果顯著，產生的正效應能持續到48小時以上。對SO2和O3的預報, 同化的正效應持續8小時左右。NO2的同化效果較差，僅提高了3小時內的預報。經分析，汙染物的同化效果與其生命周期有一定的關係。對於生命周期長的汙染物，同化對改進預報時效相對於壽命短的汙染物要好。

各汙染物預報的驗證指標曲線

同時，作者還分析了汙染物同化效果的空間分布情況(圖2)。從空間來看, 除個別地區外, 同化對全國範圍內的氣溶膠48小時預報都有改善效果。同化對華北地區SO2的48小時預報有明顯的改進。NO2的同化效果較差, 沒有大範圍的改進。除華北、華東以及四川盆地外, 同化對其他地區48小時內的CO預報有改善效果。除西南和西北地區外, 同化對全國48小時內的O3預報改善效果明顯, 而且華南地區的改進幅度高於其他地區。

這一研究結果豐富了氣溶膠和氣態汙染物的研究。它不僅對於空氣汙染物的監測、預報以及控制具有參考價值，而且對於我國應對汙染天氣、大氣環境的治理和保護具有重要的科學意義。

文章源自：科學AAAS

相關焦點

  • 汙染物與溫室氣體協同控制方案建議
    比如，根據斯德哥爾摩環境研究所的相關研究報告，地球氣候變化歸因於過去的150年中二氧化碳與其他溫室效應氣體在大氣中的積聚，而平均溫室效應氣體造成的潛在熱效應的40%被某些氣溶膠（或氣溶膠與雲的混合體）抵消。另外，OECD（經濟合作與發展組織）詳細歸納了溫室氣體與傳統大氣汙染物的相互作用關係，也歸納了傳統大氣汙染物影響生態環境、農作物產量與人體健康的途徑。
  • PM2.5和臭氧需要協同控制嗎？
    （NOx）在太陽光照射下發生光化學反應的產物，屬於二次汙染物。PM2.5的二次組分是指各種氣態汙染物，如二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）、氨（NH3）和揮發性有機化合物（VOCs）等，在大氣中經過複雜的化學反應而形成的顆粒物（如二次硫酸鹽、二次硝酸鹽和二次有機氣溶膠）。
  • 溫室氣體減排的法律路徑:溫室氣體和大氣汙染物協同控制 ——評...
    2016年《大氣汙染防治法》作出修訂，第2條第2款規定：「防治大氣汙染，應當加強對燃煤、工業、機動車船、揚塵、農業等大氣汙染的綜合防治，推行區域大氣汙染聯合防治，對顆粒物、二氧化硫、氮氧化物、揮發性有機物、氨等大氣汙染物和溫室氣體實施協同控制。」此次修訂首次提出「大氣汙染物和溫室氣體實施協同控制」的法律布局，並將其置於「總則」位置，作為《大氣汙染防治法》的原則性規定。
  • 科普:何為二次無機氣溶膠?
    【果殼分析】　　青蛙隕石(環境地理博士)　　所謂二次氣溶膠，就是指排放到大氣中的氣態或顆粒態汙染物發生化學反應(主要是紫外光、臭氧、OH自由基等引起的光化學反應)形成新的大氣顆粒物。也就是說，二次氣溶膠其實是獨立於排放源的新產生的大氣顆粒物。
  • 在城市大氣汙染物中含量最多的氣態汙染物是( )。
    建設工程教育網為大家帶來了2020年房地產估價師考試房地產基本制度與政策、房地產估價相關知識、房地產開發經營與管理和房地產估價理論與方法科目備考的練習題，大家可以通過每天做房地產估價師考試的習題，提高自己的知識儲備，為2020年房地產估價師考試加分!在城市大氣汙染物中含量最多的氣態汙染物是(　)。
  • ...硫化氫等氣態汙染物的測定 開放光程紫外吸收光譜法徵求意見稿
    本標準適用於環境空氣中上述硫化氫等12種氣態汙染物的測定，也適用於汙染源無組織排放和應急監測中這12種氣態汙染物的測定。其它在紫外光波段有吸收特徵的氣態汙染物若通過驗證也可用本標準測定。濃霧、大雨、沙塵等可見度低的天氣會對分析結果產生影響，不適用於本標準。本標準按照GB/T 1.1-2009給出的規則起草。
  • 協同發力!嚴控溫室氣體和大氣汙染物排放
    因此，「打通一氧化碳和二氧化碳」並不是純物理意義上多一個碳和少一個碳的問題，而是意指將控制空氣汙染物與溫室氣體排放協同起來，甚至將生態環境保護與應對氣候變化協同起來，實現協同增效、良性互動。2怎麼打通？理解協同控制的「同」與「異」準確理解「同根同源」的程度。化石燃料燃燒是導致空氣汙染的重要原因，也是溫室氣體的主要人為來源。
  • 城鎮汙水處理廠汙染物去除協同控制溫室氣體核算技術指南(試行...
    城鎮汙水處理廠汙染物去除協同控制溫室氣體核算技術指南（試行）（徵求意見稿）北極星大氣網訊:日前，生態環境部印發《城鎮汙水處理廠汙染物去除協同控制溫室氣體核算技術指南（試行）（徵求意見稿）》。全文如下：生態環境部辦公廳函環辦標徵函[2018]4號關於徵求《城鎮汙水處理廠汙染物去除協同控制溫室氣體核算技術指南（試行）（徵求意見稿）》意見的函各有關單位:為保護環境、推進汙染物和溫室氣體協同控制，我部決定編制《城鎮汙水處理廠汙染物去除協同控制溫室氣體核算技術指南
  • 技術| 協同處置垃圾滲濾液的水泥窯汙染物排放研究
    結果表明，與未進行協同處置的煙氣重金屬汙染物的排放濃度相比，協同處置垃圾滲濾液後的煙氣中Cr、Cd、As三種汙染物變化不明顯，而煙氣中Mn的排放濃度增加2.31 μg/m3，其次是Pb和Hg，分別增加了0.93 μg/m3和0.88 μg/m3。採用協同處置垃圾滲濾液前後兩種條件下煙氣中總有機碳無明顯變化，煙氣中總有機碳含量均為35 mg/m3。
  • 水泥廠煙氣多汙染物協同治理技術探討
    隨著環保標準的提高，按現有技術方案和治理模式，必然會導致環保治理成本的進一步提高。必須打破傳統思維，創新治理思路，走多汙染物協同治理模式。當然氨法技術存在如氨逃逸、氣溶膠、硫酸銨品質和設備腐蝕等難點問題，需進一步突破，屆時氨法脫硫技術的應用優勢將更顯著。
  • 新型汙染物協同作用危害大
    原標題：新型汙染物協同作用危害大 專家建議儘快評估其潛在環境風險 　　清華大學環境學院副教授王玉珏近日接受記者採訪時表示，雖然種類眾多的新型汙染物濃度極低，不會造成突發性危害，且短時間內其危害性也不會顯現出來，但由於其在水中往往會產生協同作用，在一定條件下，有可能會對生物和人體健康產生不利影響。 　　我國所面臨的新型汙染物問題日趨嚴重，需要著手控制並削減這類汙染物的排放，並要從汙染控制過渡到風險控制。
  • 2010環保工程師考試輔導資料:氣態汙染物控制原理(一)
    第四章　氣態汙染物控制原理　　一、氣態汙染物成因與控制　　1.SO2的形成機理　　主要來自含硫化石的燃燒，金屬冶煉、石油煉製、硫酸生產及矽酸鹽製品熔燒等過程　　2.NOx的形成機理　　其中NO和NO2是主要的大氣汙染物。通常NOx指的是NO和NO2。
  • 熾熱陽光會讓柏油路釋出大量有機氣溶膠(SOA)汙染物
    一項針對加利福尼亞州南海岸盆地的最新研究表明，在炎熱的陽光下，柏油馬路和屋頂覆蓋物會釋放出比路上汽車更多的二次有機氣溶膠(SOA)汙染物。汽車仍然會製造出更多的整體汙染，但在涉及市區汙染物時，SOA(例如熱瀝青排放的SOA)通常不會被計入報告。
  • 可同時測量大氣中氣溶膠和二氧化氮含量的新型傳感器
    近日，合肥物質科學研究院安徽光學與精細機械研究所Gao Xiaoming教授課題組設計並製造了一種基於光聲光譜的傳感器，可同時測量氣溶膠和二氧化氮（NO2）。大氣中的氣溶膠和二氧化氮是空氣中的主要汙染物，而氣溶膠吸收特性的在線測量仍面臨許多挑戰。
  • 合肥物質院基於光聲光譜研發可同時測量氣溶膠和NO?的傳感器
    近日，合肥物質科學研究院安徽光學與精細機械研究所Gao Xiaoming教授課題組設計並製造了一種基於光聲光譜的傳感器，可同時測量氣溶膠和二氧化氮(NO2)。大氣中的氣溶膠和二氧化氮是空氣中的主要汙染物，而氣溶膠吸收特性的在線測量仍面臨許多挑戰。
  • 高解析度資料同化與數值天氣模式攻關團隊
    攻關團隊自2015年組建以來，在團隊首席科學家沈學順帶領下，各研究方向首席和團隊成員密切合作、協同攻關，建立了我國自主發展完整鏈條的數值預報業務體系，現有GRAPES系統的預報能力與國際先進水平的差距明顯減小，構建了從局地公裡尺度到全球25公裡尺度的GRAPES氣象災害精細化數值預報體系。在模式動力框架、物理過程、資料同化等領域發展並掌握了一批擁有自主智慧財產權的核心關鍵技術。
  • 張遠航:大氣複合汙染防治應建立多汙染物協同控制的長期策略
    12月30日，北京大學環境科學與工程學院教授、中國工程院院士張遠航在接受澎湃新聞（www.thepaper.cn）採訪時表示，治理以細顆粒物（PM2.5）和臭氧（O3）為關鍵汙染物的大氣複合汙染是「十四五」大氣汙染物防治的重要任務，近期應著力減少揮發性有機汙染物（VOCs）的排放，並逐步確立多種大氣汙染物協同控制的長期策略
  • 清華專家:氮氧化物大大加速了致霾汙染物形成
    12月20日上午11點04分，京開高速天宮院段，電子屏顯示「紅色預警國Ⅰ國Ⅱ機動車禁行」。新京報記者 尹亞飛 攝近日，清華學者聯合發表的一份關於霧霾的最新研究成果引發關注。研究發現，在我國華北地區，高濃度的二氧化氮環境，使二氧化硫迅速轉化為二次汙染物硫酸鹽。而這正是華北地區硫酸鹽形成的主要路徑。針對重霾時段的已有研究表明，硫酸鹽是重汙染形成的主要驅動物種。重汙染天氣下濃度上漲比較快的有四種物質，分別是硫酸鹽、硝酸鹽、氨鹽和有機物。