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| 郑州市PM2.5污染特征数值模拟及来源解析研究
摘 要
近年来，在经济工业化和社会城市化快速发展的同时，环境恶化日趋严重，给社会和经济的可持续发展造成严重威胁。郑州市位于华北平原，SO2、NOx、O3、PM2.5等排放量较大，空气污染严重，相比于粗颗粒物，PM2.5更容易携带有毒有害物质，对人体健康产生威胁，所以准确了解郑州地区PM2.5浓度的季节性变化特征和区域传输贡献，对于PM2.5的科学防控具有重要意义。
本文根据郑州市2018年-2020年国控站点颗粒物实时监测数据，分析郑州市PM2.5时间和空间变化特征，为得到更精确的气团移动轨迹和潜在源区，将气象预报模式（WRF）和后向轨迹模型（HYSPLIT）相结合，构建分辨率更高的本地化模型，以及结合空气质量模式（WRF-CHEM），从定性和定量的角度分析PM2.5污染特征和区域输送对于郑州市PM2.5质量浓度的影响。主要结论如下：
（1）郑州市2018年至2020年PM2.5年平均浓度分别为64.95 μg/m3、59.49 μg/m3和50.95 μg/m3，颗粒物浓度逐年下降，超过二级浓度限值天数逐年减少；颗粒物浓度季节性差异显著，呈现出冬季浓度最高，春季、秋季次之，夏季最低的特点。冬季不同月份颗粒物浓度及变化趋势也有一定的差异，总体上表现为1月份浓度最高，12月份次之，2月份浓度最低的特点，1月份颗粒物日变化呈“双峰”型，在颗粒物中细颗粒物占比93.5%，起主导作用。
（2）郑州市2020年PM2.5的超标指数为0.46，为超载状态，如果达到“临界超载”状态，在2020年浓度基础上，管城区、金水区、高新区、经开区、郑东新区、中原区、二七区和惠济区PM2.5年均浓度分别要下降21.3 µg/m3、16.8 µg/m3、19.6 µg/m3、21.1 µg/m3、14.3 µg/m3、26.3 µg/m3、14.0 µg/m3和18.3 µg/m3。
（3）在颗粒物浓度较低的时期，风速为影响颗粒物浓度的主要因素，而在重污染时期，高湿度和低风速的气象条件更容易使颗粒物聚集，造成污染。另外，冬季逆温现象比较频繁，大气对流不活跃，污染物不易扩散也是造成颗粒物浓度较高的一大原因。利用统计分析方法，通过计算偏相关系数和标准回归系数得出，与郑州市PM2.5浓度相关性最大的区域为航空港区，荥阳市PM10浓度与郑州市相关性最强。
（4）通过玫瑰图分析得出，在只考虑风向和风速的影响下，郑州市PM2.5的浓度与西北和东北风向的关联性较大。1月份主要为东北风向时浓度较高，最高浓度达250 μg/m3；12月份主要受北风和东风的影响，浓度最高时超过150μg/m3；2月份受东风的影响最大，在该风向时，PM2.5浓度最高约为100 μg/m3。
（5）结合轨迹浓度权重法和潜在源贡献因子法对郑州市PM2.5潜在贡献源区分析得出，郑州市冬季PM2.5浓度受外来输送影响最大，其次是秋季，夏季受外来输送影响较小，主要以本地排放为主。冬季，PM2.5的潜在源区主要在郑州市的东方向（开封、周口、商丘、菏泽、济宁、徐州和宿州等）和东北方向（新乡、安阳、濮阳、邯郸和聊城等）。
（6）对PM2.5的区域输送进行分析得出，1月份，除岗李水库站点外，郑州本地源排放对于国控站点PM2.5的浓度贡献最大，均超过50%。郑州周边区域排放对9个国控站点PM2.5的贡献最大不超过6.42%。除郑州市主城区、荥阳、新密、新郑和中牟县外，其他地区排放和输送对郑州市 PM2.5的浓度贡献较为显著，对9个国控站点的浓度贡献均超过29%。
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