Page 238 - 《环境工程技术学报》2022年第5期

· 1594 · 环境工程技术学报 第 12 卷

环境。区域大气污染源解析，不仅要考虑本地的污 量 联 网 监 测 管 理 平 台 （http://60.221.239.109:4008/
染来源，同时也要考虑周边地区甚至更远地区的远 Account/Login?ReturnUrl=/CityDayQuery），主要采集
距离污染传输的影响，大气颗粒物跨区域输送及潜 临汾 市 201 年 3 月 1 日—202 年 2 月 2 日的污染
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在源区识别是大气污染防治的重要依据 [6-7] 。目前， 物日均浓度数据；HYSPLI 模型的气象数据来自美
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很多学者利用后向轨迹模式（HYSPLIT）、潜在源贡 国 国 家 环 境 预 报 中 心 提 供 的 GDA 系 统 （ftp://
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献（PSCF）分析法和浓度权重轨迹（CWT）分析法来 arlftp.arlhq.noaa.gov/pub/archives/gdas1/） ，GDA 将
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研究大气颗粒物跨区域输送及识别潜在源区。如王 全 球 1°×1°数据插值到正形投影的地图上，主要包含
[8
]
郭臣等 通 过 HYSPLI 模型，采用聚类方法对抵达 经纬度、气压数据；结 合 GB 3095—2012《环境空气
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北京市地 面 (500 m 和高 空 (3 000 m 逐 时 72 气流 质量标准》 中 PM 5 的日均浓度标准限值进行污染等
)
)
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2.
进行后向轨迹聚类分析，研究了不同高度气流轨迹 级划分，具体如 表 1 所示。

]
对 PM 5 浓度的影响。雷雨等 采 用 HYSPLI 模型
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2. 表 1 PM 2. 5 污染等级划分
和全球资料同化系统 的 GDA 气象数据，对自贡市 Table 1 Classification of PM pollution
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2.5
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PM 5 浓度和逐 日 72 后向轨迹进行聚类研究，利 level µg/m
h
2.
用 PSC 和 CW 探讨不同季节影 响 PM 5 浓度的潜
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2. 0～35 35～75 75～115 115～150 150～250 >250
在源区以及不同源区的污染贡献。 优 良 轻度污染 中度污染 重度污染 严重污染
临汾市一直是山西省的能源重化工基地，煤炭
1.2 研究方法
及煤化工是其支柱产业，多年以煤、焦、铁等为主的
1.2.1 后向轨迹聚类分析法
粗放型支柱产业，导致该地区大气环境一直处于严
HYSPLI 模型是用于计算和分析大气污染物传
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重煤烟型污染状态 [10] 。 从 2 世 纪 8 年代末开始，
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输和扩散轨迹的综合性专业模型，是由美国国家海
临汾市就被列为重污染城市之一，空气质量综合指
洋和大气管理局（NOAA）的空气资源实验室和澳大
数排名长期位居全 国 16 个重点城市的倒数行列。
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利亚气象局联合研发 [21-22] 。聚类分析是一种多元统
针对空气污染严重的现状，临汾市下大力气加强整
计方法，该方法通过比较气团水平速度和移动方向
治，但成效依旧不甚明显，尤其是冬季重污染天气仍
对大量的气团轨迹进行分组，有效追溯气团来源。
然频发。由于临汾市及其周边平川地区位于汾河谷
利 用 TrajSta 软 件 1.4. 版本 [23 ] 中的聚类方法，以临
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地，四面环山，属于典型的盆地地理条件，气团易在
汾市为受点，模拟起始高度 为 500 m 的气流 24 h
盆地上空淤积停滞；再加上全年易出现干旱少雨、静
后的轨迹传输过程，利用欧拉距离算法，对到达临汾
稳甚至逆温等特殊气象条件，更加不利于污染物的
市的轨迹进行聚类，从而得 到 201 年 3 月—202 年
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扩散，严重影响其大气自净能力。在各个污染源排
2 月的不同输送气流类型，判断其在地理空间上是否
放的影响下，大气污染物易发生二次效应，复合型大
有 明 显 的 传 输 通 道 ， 并 在 此 基 础 上 计 算 临 汾市
气污染特征显著。其中，PM 5 是临汾市大气污染的
2. PM 5 的日均浓度，结合大气污染数据分析各类气流
主要超标污染物，不仅大大降低城市能见度 [11] ，同时 2.
的污染特征。
也危害着人们的身体健康 [12-15] 。
1.2.2 潜在源区贡献分析法
国内针 对 PM 5 远距离传输对环境的影响研究
2. PSC 是通过后向轨迹 和 PM 5 浓度定性判断
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较多，但研究区域主要集中在东部经济发达的地区， 2.
潜 在 源 区 的 位 置 [24] 。 将 研 究 区 域 网 格 化 ， 利用
尤其是京津冀、沪宁杭和珠三角等地区 [16-18] ，对中部
HYSPLI 模型所计算的后向轨迹在网格化地理空间
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地区和西部地区的研究也主要是集中在川渝地
当中的停留时间，与污染轨迹和所有轨迹在网格当
区 [19] 。201 年，卫兴鹏等 [20 ] 采 用 HYSPLI 研究了
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中停留时间的比值，确定每个网格的贡献强度。
临汾市大气污染传输来源，但缺乏污染源强度和浓
PSC 计算公式如下 [25-26] ：
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度分析。笔者通 过 HYSPLI 聚类分析，在追溯临汾 PSCF ij = m ij /n ij （1）
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市大气污染传输通道的基础上，结 合 PSC 和 CWT， 式中：i、 分别为经度和纬度；n 为网格（i，j）内的所
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确定了不同污染源区对临汾市的污染贡献强度。 有轨迹节点数；m 为网格（i，j）内的污染轨迹节点数；
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i
PSCF 为网格（i，j）中污染轨迹出现的概率，%。
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1 材料与方法 i
一般根据污染物等级限制浓度来设定污染轨迹
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1.1 数据来源 判断的阈值，本研 究 PM 5 污染阈值采 用 75 µg/m ，
2.
采用的临汾市大气污染数据来源于国家空气质 求得在该网格 的 PSCF。PSC 为一种条件概率，当
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