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杭州市大气灰霾成因及关键污染因子预防控制研究

2014-10-24

近年来,我国许多大城市灰霾现象频发,引发社会各界的广泛关注。为控制灰霾,改善环境空气质量,保护公众身体健康,杭州市环境监测中心站于20087月启动了“杭州市大气灰霾成因及关键污染因子预防控制研究”项目。项目历时三年,利用实测与模拟相结合的方法,构建了杭州市污染物排放源清单,分析了影响灰霾的气象因素,研究了污染物区域输送对杭州市的影响。在系统研究杭州市灰霾变化规律及影响因素的基础上,详细研究了杭州市灰霾天气下不同粒径细粒子中化学组成的特征,解析了各源类对能见度下降的贡献率。构建了杭州市细颗粒物吸湿增长系数,界定了杭州市雾霾的变化规律。探讨了灰霾天气下各污染物消光特性,识别了杭州市灰霾形成的关键污染因子,初步建立了灰霾评价方法并提出了控制对策。

“杭州市大气灰霾成因及关键污染因子预防控制研究”于2009年被列为杭州市重大科技创新项目(杭科技20092113A05号)。该项目由杭州市环境监测中心站主持承担,协作单位有南开大学、复旦大学、中国气象科学研究院、杭州市气象台、浙江大学,主要完成人有洪盛茂、焦荔、冯银厂、陈建民、马万里、颜鹏、常杰、何曦、徐昶、叶贤满、沈建东、杨成军、孙鸿良、徐鸿、杨乐、包贞、林丰妹、应方。项目成果获得杭州市2013年科技进步二等奖、2013年浙江省环保科技进步一等奖。

一、主要研究内容

1.利用实测、模型估算及排放系数等方法,建立杭州市大气污染各源类的主要污染物(PM10PM2.5SO2NOxCOVOCsNH3)排放数据库及排放清单。

2.分析灰霾形成的气象因素,结合同期大气污染物监测数据,辨识灰霾形成的气象条件及影响因素,对杭州城区污染输送进行相关研究。

3.对灰霾天气下污染物物化、消光特性及雾霾转化进行研究,分析消光物质吸湿增长特征和雾霾转化规律,解析不同区域、不同季节颗粒物的来源以及对能见度下降的贡献。

4.确定灰霾形成的关键污染因子,探讨灰霾评价指标体系,提出控制灰霾污染的对策和措施。

二、主要成果

1.建立了杭州市详细的排放源清单,通过构建动态围封监测系统定量评价了BVOC的排放强度。

2.通过大量的数据统计分析及数值模拟计算,首次提出杭州处于灰霾多发带交叉特征,阐述特殊地理气象条件对灰霾多发的影响,分析不同天气形势和下垫面对PM2.5污染影响。

3.化学质量平衡模型对PM2.5来源解析结果表明,PM2.5以二次粒子为主,其贡献率61.5%,一次粒子为38.5%

4.研究初步表明,杭州冬季和夏季臭氧分别处于VOCs控制型和NOx控制型。

5.二次粒子生成和吸湿增长是灰霾形成的主要原因,较低的PM2.5浓度在高湿度条件下吸湿增长后消光作用增强3倍以上。

6.首次将化学质量平衡模型和美国IMPROVE能见度经验公式结合起来对能见度下降进行来源解析,结果表明,机动车尾气尘和二次粒子是能见度下降的主要因子,贡献率分别为48.8%36.93%

7.对PM2.5化学组分、光学特性及其他污染物进行综合分析,揭示二次粒子是形成大气灰霾的关键因子,初步建立新的具有消光本质的灰霾评价体系。以霾质量指数来表征消光污染物质引起的霾现象,实时确定引起灰霾发生的最关键的消光污染因子;初步厘清并定量描述消光污染物质与水汽对能见度降低的影响程度。

8.根据研究结果提出灰霾关键污染因子的防治对策措施。

三、主要创新点

1.构建加湿串联差分迁移分析系统研究灰霾时颗粒物吸湿增长的实测系数,并比较经验系数、计算系数,得到雾霾界定相关指标变化阈值。

2.根据吸湿增长实测研究,将IMPROVE消光系数计算公式与CMB模型相结合,建立了能见度下降源解析方法,定量表征一次粒子和二次粒子的贡献。

3.基于构建的综合自动监测系统,初步建立起灰霾评价体系,实时评价引起灰霾的主要消光污染物质。

4.提出杭州位于霾带交叉点是灰霾频发的主要原因之一的观点。

5.构建了动态围封监测系统,定量描述了BVOC的排放强度,结果表明建成区绿地BVOC排放强度高于野外森林,亚热带本地树种BVOC排放与外来树种相近。

四、社会效益

项目通过对杭州大气灰霾成因及其污染关键因子的研究,针对导致灰霾现象发生的关键污染因子,制定出切实可行的对策措施,具有较大的社会效益。

项目研究成果除了在大气灰霾整治、机动车尾气控制管理、加油站油气回收、提高油品等方面起到了重要的指导作用,还通过各级媒体介绍杭州市的灰霾形成原因及影响、PM2.5的源解析结果等等,较好地回答了2011年以来公众对PM2.5的有关疑问,提高了公众对PM2.5以及灰霾的科学认识。项目承担单位利用研究成果参与制定了新的国家环境标准《环境空气质量指数(AQI)技术规定(试行)》(HJ6332012)。项目的实施对减缓和控制灰霾现象,提高杭州市民的生活质量,建设宜居城市、花园城市发挥了重要作用。