基于光散射原理的 PM2.5 传感器在近几年快速发展,中国、美国以及欧盟均发布了关于大气 PM2.5 传感器使用的指南.传感器类 PM2.5 设备受湿度、温度、颗粒物组成等影响,国内外相关应用重点集中在空气质量监测、预报预测、健康暴露评估及污染源精准识别等领域,中国在基于传感器的 PM2.5 高密度网格化监测的设备研发、建设规模及应用等均走在世界前列.研究从 PM2.5 传感器设备相关的原理、影响因素、性能指标,以及基于传感器形成的高密度网格化监测体系相关的标准规范、质控校准以及业务应用等方面进行了国内外资料调研,为传感器技术应用于大气精细化环境管理提供支撑.
随着国家对大气环境治理的推进,可凝结颗粒物(CPM)成为工业烟气防治的关键污染物.CPM 在烟道高温环境中为气态物质,排入大气环境后快速凝结成颗粒态物质,对其进行准确测量是国内外的前沿技术挑战之一.通过研究分析 CPM 在烟气和烟羽中演化特征与监测技术现状,阐明 CPM 的概念、形成机制与排放特征,阐释已有的工业烟气CPM 采集与分析方法及其存在的问题,并进一步对超低排放烟气中 CPM 的在线监测和质控技术提出展望.
基于河南省常规空气污染物、颗粒物组分等数据,开展烟花爆竹燃放对空气质量影响的定量评估.结果表明:2023 年元宵节期间,河南省 PM2.5 质量浓度小时峰值为 226 μg/m3,仅次于 2019 年的 239 μg/m3,明显高于 2022 年的86 μg/m3,正月十六重度及以上污染天数为历史最高值;烟花爆竹燃放造成 K+、SO2-4、Cl-浓度快速上升,对 K+浓度影响最为显著,河南省 K+小时峰值浓度较基准时刻平均上升了 26.6 倍;烟花爆竹燃放对河南省正月十五、十六 PM2.5 日均值贡献分别为 31.5%、31.8%,使 PM2.5 质量浓度分别上升 39 μg/m3 和 57 μg/m3,2 d的烟花爆竹燃放可使河南省 2023 年PM2.5 年均质量浓度上升 0.26 μg/m3,造成河南省 12 个城市空气质量从中度及以下污染变为重度及以上污染.
为研究广东省某矿区开展生态修复多年后下游农田土壤的金属污染状况,选取该矿区下游某村周边农田土壤及灌溉水渠作为研究对象,对该区域采集了 40 个土壤表层样本和 8 个水体样本,利用 Arcgis 软件对农田土壤样品中 As、Cu、Cd、Pb、Zn、Mn和 Fe2 O3 的质量分数进行克里金空间插值,解析该区域农田土壤金属的空间分布特征;采用综合污染指数法和潜在生态风险指数法对该区域耕作层土壤中 As、Cu、Cd、Pb、Zn 和 Mn 进行风险评价.结果表明,40 个土壤样品中 As、Cd、Cu、Zn和 Pb的超标率分别为 77.5%、70%、87.5%、27.5%和 67.5%,说明调查区域农田土壤污染属于多金属复合污染,且对农作物的生产和安全产生巨大的威胁.部分土壤样品中As、Pb和Cd含量超过了中国农用地土壤污染风险管制值,需采取严格管控措施.通过分析土壤金属的空间分布,发现土壤金属含量超标点位主要位于灌溉口与受污染河流周边,且含量与离灌溉口距离成反比.结合目前灌溉水样中的金属均未超标的情况,得出该区域农田土壤污染是由该矿区生态环境修复前所产生的含金属灌溉水导致土壤中金属的积累引起的.土壤中金属的综合污染指数平均值为1.89,属于轻微污染;潜在生态风险指数平均值为 277.63,潜在生态风险程度为中.调查区的农田土壤存在系统性风险,应当加强土壤环境监测与修复.
化石燃料燃烧产生的温室气体与大气污染物具有同根同源性,但具体治理中减污降碳的协同效果尚不明确.以浙江省 11 个设区市为研究样本,对环境空气质量和二氧化碳(CO2)排放数据进行分析研究,结果显示:2016-2020 年浙江省环境空气质量持续改善,但 CO2 排放总量仍处于增长阶段.11 个设区城市 PM2.5 年均浓度降幅在 26%～41%之间,二氧化氮(NO2)年均浓度下降趋势不明显,大部分城市呈现碳排放增加、NO2 浓度下降的特征,只有杭州和温州两市呈现碳排放总量和 NO2、PM2.5 浓度协同下降的趋势.因子相关性分析结果表明,各设区市呈现 NO2 浓度与碳排放相关性较大、协同性强,PM2.5 浓度与碳排放相关性较小的特点.进一步通过减污降碳协同定量评价分析表明,浙江地区在环境空气质量改善和温室气体减排已表现出一定成效,但各设区市因产业结构、环境基础条件、协同程度等不同导致减污降碳综合绩效有明显差异.从源头减排实现大气污染物和温室气体协同控制是未来的重要方向和方法.
清洁水中低浓度氨氮的准确定量一直备受关注,相关标准方法中建议清洁水可直接取样测定,故在实际监测过程中常出现方法间不可比的现象.选用氨氮测试的纳氏试剂分光光度法、气相分子吸收法和离子色谱法,比较各方法在未经前处理条件下的检出限.使用氨氮含量较低的清洁水,分析其在 pH、色度、浊度、硬度、氯离子、钠离子和硫化物等干扰存在下的测定结果,进而探讨在不同干扰条件下更适合清洁水中低浓度氨氮的测定方法.应用氨氮浓度较低的清洁地表水和地下水进行了方法间的比对,结果表明,对于清洁水,直接取样测定时需结合氨氮浓度水平和干扰情况选择适合的方法,必要时进行统一的前处理方能提高方法间的可比性.
高精度温室气体排放清单是摸清区域碳排放来源、识别时空演变特征的数据基础,也是政府部门科学制定"减污降碳"策略、实现"双碳"目标的科技支撑.通过调研国内外组织机构、科研团队在高精度排放清单方面的成果,从核算范围、核算方法、时空化方法、评估与校验 4 个方面介绍了我国温室气体排放清单编制方法的研究进展.针对我国高精度温室气体排放清单研究区域分散、方法与格式不统一的问题,提出我国清单编制要逐步统筹本地化、精细化和动态化的发展建议.
采用固相萃取-高效液相色谱-串联质谱法(SPE-HPLC-MS/MS)建立了地表水中 25 种抗生素类药物和 8 种非抗生素类药物的分析方法.通过重点优化质谱参数、色谱条件、样品 pH、洗脱溶剂组成及用量等确定了最佳分析条件.水样经过滤、固相萃取柱富集净化后,选择 Shim-pack XR-ODS 为色谱柱,以乙腈和 0.2%甲酸-2 mmol/L 乙酸铵-水溶液为流动相进行梯度洗脱,采用电喷雾电离源,在多反应监测模式下(MRM)分析测定,内标法定量.33 种药物的仪器定量限为 0.012～4.68 ng/L,方法检出限为 0.011～7.60 ng/L,地表水加标回收率为 53.7%～122%,相对标准偏差为 1.22%～32.1%(n=6).方法成功应用于北京市凉水河 12 个地表水样分析,共检出 32 种药物,检出质量浓度为未检出～239 ng/L.利托那韦(RTV)作为新型冠状病毒诊疗方案中推荐的药物在凉水河检出率为 100%.
利用 PM2.5 质量浓度、地面气象要素、NCEP、ERSST_V3、GBL 等资料,研究了 2021 年 12 月 7-11 日长株潭地区一次重度空气污染过程的特征及成因.结果表明,高空平直环流、无明显槽脊影响,地面弱冷空气活跃是本次重度空气污染过程的主要环流形势特征;地面均压场、小风和升温增湿是此次重度空气污染过程的主要气象要素特征.污染物浓度变化与主导风向和污染通道密切相关,本地风速对混合层的高度、污染物水平扩散影响较大,600～700 hPa 逆温层有利于污染物在主导风作用下近距离传输及在低层交换积累.我国中东部污染物积聚是长株潭区域重要的污染来源,长株潭地区存在区域性同步污染现象.低层流入长株潭区域气流轨迹差异及地理条件是长株潭污染物空间分布差异的重要因素.
根据 2011-2020 年云南辐射环境质量土壤国省控点238 U、232 Th、226 Ra、40 K、137 Cs、90 Sr 的监测结果,给出云南环境土壤放射性水平,得出云南环境土壤放射性水平总体平稳;云南环境土壤国省控点238 U、232 Th、226 Ra、40 K 的监测结果与云南省环境天然放射性水平调查结果相近,与云南土壤238 U、232 Th、226 Ra、40 K 分布趋势基本吻合;云南土壤238 U、232 Th、226 Ra活度浓度略低于全国平均水平;由于大气迁移、沉降作用,早期核试验、核事故释放的核素137 Cs、90 Sr 在云南环境土壤均有不同程度的检出.云南属伴生放射性矿产资源大省,滇西南某地受伴生放射性矿产采选冶影响,局部区域地表土壤放射性水平出现不同程度增高.
采用加热回流提取、柱后衍生离子色谱法分离土壤和沉积物中的六价铬,使用紫外可见检测器进行测定.选用7 种土壤和沉积物的实际样品,依次讨论了氢氧化钠-碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液、氢氧化钠-氯化钾溶液、离子色谱碱性淋洗液 4 种不同提取剂对六价铬的提取效率,以及超声提取、水浴振荡提取和恒温磁力搅拌冷凝回流 3 种提取方式的提取效果;研究了 10～60 min、25～190℃条件下的最佳提取时间和加热温度;分析了不同提取剂体积和称样量比值条件下六价铬标土的测定量,并探究了提取液的保存条件.优化后的前处理条件:称取 2.5 g筛分后的土壤或沉积物样品,加入25 mL NaOH/Na2 CO3 提取剂,在恒温磁力搅拌冷凝回流装置上于 120℃加热回流 60 min,离心后用 0.22 μm 滤膜过滤,用柱后衍生离子色谱紫外检测装置进行测定.相比目前常用的分光光度法、原子吸收法等测定土壤中六价铬方法,柱后衍生离子色谱法特异性强,降低了差减法或其他前处理技术测定六价铬时所引入的误差,且不受提取液色度、浊度等影响.方法检出限可达 0.002 mg/kg,灵敏度高,操作简便,抗干扰能力强,对于低含量土壤和沉积物样品的测定更具优势,可满足土壤和沉积物中低含量六价铬的测定需求.
基于 2018-2020 年合肥、芜湖和马鞍山 3 个城市国控站点的 PM2.5 逐日监测数据和同期地面气象观测资料,利用 Kolmogorov-Zurbenko(KZ)滤波对 PM2.5 日浓度的原始时间序列进行分解,获取短期分量、季节分量和长期分量,并进行多元线性逐步回归构建各分量与气象因子的模型,最后依据短期分量和基线分量的回归模型和残差分析,对序列进行重建,获取消除气象条件影响的PM2.5 长期分量.KZ滤波分析结果表明:2018-2020 年气象条件对江淮区域PM2.5 污染改善影响存在波动,在 2018-2019 年为负贡献,而在 2020 年秋冬季则变为正贡献;江淮地区 3 个城市 2018 年和 2020 年PM2.5 修正后的长期分量均值表明气象条件对各市 PM2.5 改善影响存在差异较大,气象条件对合肥 PM2.5 改善的贡献仅为 1.0%,芜湖为 7.8%,马鞍山为 21.0%;NAQPMS数值模式情景分析结果显示,减排措施对江淮之间 PM2.5 浓度改善贡献率范围为 42.5%～104.8%.综合研究表明,减排措施是 2020 年江淮之间 PM2.5 浓度改善的主要因素.
为调查新生产乘用车内空气中挥发性有机物的含量、时间变化趋势以及致癌风险,2017-2020 年在环境舱中采集了 48 辆新车在常温、高温和通风 3 种模式下的车内空气样品.结果显示,新车空气中苯系物(苯、甲苯、乙苯、对二甲苯、间二甲苯、邻二甲苯和苯乙烯之和)的质量浓度中值在常温、高温和通风模式下分别为 101、335、55.8 μg/m3;醛类物质(甲醛、乙醛和丙烯醛之和)的质量浓度中值分别为 103、446、30.0 μg/m3.常温模式下的乙醛及高温模式下的甲醛和乙醛超出国家标准限值的比例较高,超标比例分别为 77.1%、81.3%和 89.6%.2017-2020 年国内生产的新乘用车,车内空气中的苯系物和醛类组分在 3 种模式下不同年份间基本无显著性差异.致癌风险评估结果显示,车内空气中苯的致癌风险可接受,甲醛的致癌风险在部分车型中较高.
选择 2011-2020 年浙江省地表水、空气和酸雨监测数据,结合社会经济发展统计数据,从社会经济与环境质量间协调性角度探讨"十二五"及"十三五"浙江省环境质量演变趋势,并在此基础上对"十四五"期间环境质量进行科学合理的预测.分析结果表明,2011-2020 年环境质量不断向良好状态发展,通过动态耦合模型得到的耦合度由 2011 年的34.6°上升到 2020 年的 55.4°,社会经济发展与环境质量协调发展水平呈现上升态势.采用灰色预测法和时间序列模型对环境质量进行预测,模拟结果显示,预计到 2025 年地表水优良率将达到 92%,满足功能要求断面比例达到 95%,设区城市空气质量优良天数比例达到 92%,酸雨率平均为 40%.正确认识社会经济发展与环境质量变化之间的耦合规律,并对环境质量进行合理预测,能够为促进社会经济与生态环境的协调发展提供理论依据,为深入打好污染防治攻坚战提供有力支撑.
为实现水体黑度和臭度的独立评价,以四川省 11 个市 17 条黑臭或曾黑臭的河道为研究对象,利用相关性分析法、主成分分析法,提取出影响河道水体黑度和臭度的特征因子,采用改进模糊综合评价法和基于 K-均值聚类的主颜色提取法搭建出黑臭程度独立评价模型.结果表明:影响河道水体发黑的特征因子是总铁、COD 和 DO;影响河道水体发臭的特征因子是 COD、NH3-N、TP 和 DO;改进模糊综合评价和主颜色提取模型对河道黑度和臭度的独立评价与实测值误差基本在一个等级以内的准确率为 85.7%.河道的黑臭程度独立评价模型的确定能够实现对城市河道水质更为客观与快速的评价,为黑臭水体针对性治理与水质提升提供理论依据.
长时间地表植被指数变化序列构建与分析是生态环境监测领域的重要内容.以我国生态工程建设重点地区——黄土高原为研究区,采用时间序列的方差匹配方法,融合了 2 套卫星遥感的归一化植被指数(NDVI)数据产品(GIMMS 3g和 MODIS),建立了覆盖 1982-2022 年的黄土高原暖季(5-9 月)NDVI数据集,揭示了其间黄土高原植被覆盖变化的时空特征.研究发现:黄土高原暖季 NDVI 呈现"先慢后快"的增加趋势,转折点大致出现在 2002 年,1982-2002 年暖季 NDVI增速仅为 0.01/(10 a),2003-2022 年增速高达 0.06/(10 a),其中十八大以来增速尤为显著;暖季NDVI快速增加区域主要位于黄土高原中部,并向东北、西南方向延展,与"退耕还林(草)"重点区域范围基本一致;在黄土高原南部、东部和青海省东部一带,暖季 NDVI呈缓慢下降趋势.过去 40 年间黄土高原 NDVI增加与生态工程建设关系密切.
近年来,全球和区域碳模拟与同化反演系统(简称"碳同化系统")快速发展,并被广泛应用于不同时空尺度的碳通量和碳汇估算、碳排放量校核研究中,为支撑全球碳盘点提供了关键技术手段.文章回顾了国内外主要碳同化系统的发展历程和应用案例,总结了当前常见的全球和区域碳同化系统的结构和特点,包括使用的大气传输模式、同化方法、空间分辨率等内容;探讨了当前常见模型系统应用中的关键问题、不足与发展方向,以期为碳同化系统应用于我国环境管理和气候变化工作提供参考.
土壤盐分含量(SSC)是评价土地退化和肥力水平的重要指标,实现 SSC状态和空间分异的快速准确监测对区域环境的优化管理极为关键.选取潍北平原为研究区,野外采集 233 处土壤样品并获取同时相 Sentinel-2 多光谱影像,进一步将特征光谱波段和构建的最优光谱指数作为输入自变量,测试得到的 SSC实测值为因变量,最后将空间关联函数引入到随机森林中去建立基于空间关联随机森林算法的SSC遥感估算模型,完成区域尺度上的SSC反演估算与空间制图.结果表明:影像的 B3、B8 和 B11 是 SSC的特征波段,通过波段比值变换能够增强卫星光谱信号对 SSC 的吸收响应,筛选得到的最优光谱指数分别为 RI34(波段 3 和波段 4 的反射率比值)、RI711(波段 7 和波段 11 的反射率比值)、ND611(波段 6和波段 11 的反射率归一化值)和D45(波段 4 和波段 5 的反射率差值);仅用特征波段或最优光谱指数来构建模型不能取得满意的SSC估算精度,空间关联随机森林模型的SSC估算精度要高于随机森林模型;在将上述特征波段和最优光谱指数共同输入空间关联随机森林遥感估算模型时,估算精度指标 R2 和相对分析误差 RPD 达到 0.89 和 2.04,对比随机森林模型精度分别提升了 28.99%和 53.40%,能够较准确地完成区域 SSC的估算制图;SSC在空间分布上中部略高于南部和北部,高值区主要受盐田分布影响.研究构建基于特征波段和最优光谱指数组合输入的空间关联随机森林模型,可为利用卫星遥感数据进行 SSC的估算制图和区域内土壤环境的监测管理提供技术支持.
基于长沙市 2016-2019 年臭氧(O3)浓度的逐时监测资料以及该时段同时次的气象观测数据,首先利用相关性分析和方差膨胀因子相结合的方法排除了相对湿度、太阳辐射、气温、风速、气压之间存在多重共线性问题,进而构建了春、夏、秋、冬四季 O3 日最大 8 h滑动平均质量浓度(O3-8 h)与上述气象因子的广义可加模型(GAMs),分析了 O3 污染潜势 GAMs模型的季节分异特征.结果表明:①春、夏、秋、冬四季 O3 与相对湿度、太阳辐射、气温、风速、气压各变量之间多呈现出非线性关系(自由度大于 1).②春、夏、秋、冬四季多变量 GAMs 模型方差解释率(IRV)分别为 80.7%、60.2%、83.0%、81.4%,调整判定系数 R2 分别为 0.795、0.564、0.819、0.795,即不同季节气象因子在 GAMs 模型中对 O3的解释能力存在显著差异,秋季最好,冬春季次之,夏季最差.③相对湿度、太阳辐射、气温是决定春、夏、秋、冬四季 O3浓度变化最重要的气象要素,但其重要性排序随季节有所变化,对应的太阳辐射的 F 统计值分别为 140.841、36.606、14.16、46.377,相对湿度的 F 统计值分别为 3.291、4.158、15.82、8.105,气温的 F 统计值分别为 7.030、2.113、15.79、3.340.该结论揭示了气象因子对 O3 演化影响的复杂性,并为后续 O3 污染潜势的预报奠定了基础.
基于湖南省 2015-2020 年夏秋季的污染物及气象观测数据,分析了臭氧(O3)污染的时空特征和生成敏感性.湖南省中部和北部的O3 污染较为严重,且主要发生在 9 月,午后O3 峰值常与早高峰的NO2 浓度有较高的相关性.采用转置 EKMA曲线方法探究了 O3 在 NO2 维度和 VOCs 反应活性维度下的生成敏感性.在 NO2 维度下,NO2 控制区和NO2-VOCs过渡区的NO2 质量浓度为 7～13 μg/m3,NO2-VOCs过渡区和VOCs控制区的NO2 质量浓度为 15～17 μg/m3.在 VOCs反应活性维度下,当 NO2 质量浓度大于 10 μg/m3 时,VOCs反应活性越高,O3 浓度越高.在高 VOCs 反应活性(30℃或以上)时,NO2 浓度每降低 1 μg/m3,各区域的 O3 质量浓度能降低约 8～9 μg/m3.结合NO2 和VOCs反应活性2 个维度,得出湖南省午后 O3 生成以 NO2 控制区和NO2-VOCs 过渡区为主,在晴天干燥和高温条件下,减排NO2 可有效降低 O3 浓度.转置 EKMA曲线方法为缺少长期 VOCs观测的区域提供了研究 O3 生成敏感性的新思路.
