VOC/SVOC

郭觀林，王世杰，施烈焰，等

環(huán)境科學技術(shù)及資源科學技術(shù)

基于特征場地的VOC/SVOC污染土壤環(huán)境健康風險分析

郭觀林，王世杰，施烈焰，等

目的：近年來，由工業(yè)企業(yè)搬遷、停產(chǎn)和倒閉所遺留的場地已成為我國污染場地中的重要類型，由于污染場地對人體和周邊環(huán)境存在潛在危害，對污染場地開展風險評估指已越來越受到人們的關(guān)注。本研究選擇我國某典型化工污染場地為對象，按照國際通用的場地環(huán)境評估方法，在完成背景調(diào)查和污染判定基礎(chǔ)上開展環(huán)境風險分析。研究過程中采用背景調(diào)查、采樣分析、模型描述和專家咨詢等手段相結(jié)合，對場地中污染物的類型、濃度、遷移途徑和健康風險等進行分析，對風險疊加、污染物遷移模式選擇、暴露因子確定和模型參數(shù)變化等問題進行討論，可為我國相同類型化工污染場地環(huán)境風險評價提供理論和技術(shù)依據(jù)。方法：用Geoprobe鉆機采樣方法獲取對污染場地土壤樣品，分析土壤樣品中的基本物理化學參數(shù)、有機和無機污染物濃度。構(gòu)建場地概念模型，根據(jù)EPA致癌物質(zhì)分類標準，確定污染物類型和毒性參數(shù)，根據(jù)樣品分析檢測結(jié)果，在確定污染場地污染源后，選擇直接攝入污染土壤、經(jīng)皮膚接觸污染土壤而吸收土壤中污染物和通過呼吸系統(tǒng)吸入土壤粉塵和揮發(fā)物中所含的污染物三中暴露途徑，計算場地作為居住用地的表層土壤室外、亞表層土壤的健康風險；同時對于場地土壤中污染物的非致癌性風險采用危害商進行表述。風險評估過程中暴露因子主要參考美國和歐洲的標準，因區(qū)域的分異性和人群特征的差別，同時根據(jù)場地特征參數(shù)進行修正和補充，污染物的毒性參數(shù)主要來源于美國環(huán)保局綜合風險信息系統(tǒng)（IRIS）。結(jié)果：場地中6種污染物的致癌性風險均能對目標受體均能造成較大的致癌風險，這些污染物在各取樣點位的致癌風險，大部分采樣點風險范圍在10-6～10-1之間。高風險點位的風險指數(shù)＞10-2，結(jié)合原化工企業(yè)的生產(chǎn)活動歷史和工藝布局，這些點位為工業(yè)垃圾堆放和原材料庫存點。同一點位不同污染物的污染有伴生現(xiàn)象，這些污染集中點位產(chǎn)生的高污染對目標受體會產(chǎn)生風險疊加的后果。結(jié)論：通過對污染場地中VOC/SVOC的環(huán)境風險分析，結(jié)果表明由于長期化工生產(chǎn)活動影響，目標場地已受到四氯化碳、四氯乙烯、五氯乙烷、六氯丁二烯、六氯乙烷和六氯苯等有機物污染。污染場地由于土地使用功能發(fā)生改變，場地中6種VOC/SVOC在部分區(qū)域已經(jīng)造成嚴重的健康威脅，對場地上活動的人群產(chǎn)生了較高的致癌風險。以人體和環(huán)境健康為基礎(chǔ)的場地風險評價能保證場地開發(fā)的環(huán)境安全，能確保場地活動受體的健康要求。

來源出版物：環(huán)境科學, 2010, 31(2)： 397-402

入選年份：2015

城市工業(yè)污染場地：中國環(huán)境修復領(lǐng)域的新課題

廖曉勇，崇忠義，閻秀蘭，等

摘要：目的：城市工業(yè)污染場地是中國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級和城市布局調(diào)整過程中出現(xiàn)的新環(huán)境問題，制約著城市土地資源的安全再利用，并威脅著周邊居民的身體健康。但污染場地修復在中國還屬新興領(lǐng)域，尚未有很好的基礎(chǔ)積累和技術(shù)儲備，更缺乏系統(tǒng)有效的解決方案。本文將分析中國城市工業(yè)污染場地的空間分布特征，評估修復產(chǎn)業(yè)市場前景，并在比較歐美國家先進土壤修復技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合中國國情提出污染場地修復的發(fā)展方向，以期為中國污染場地修復技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展及政府決策提供借鑒。方法：首先，通過收集《中國城市統(tǒng)計年鑒2009》《中國城市建設統(tǒng)計年鑒2008年》《中國工業(yè)經(jīng)濟統(tǒng)計年鑒2009》及《中國環(huán)境年鑒（2002—2009）》中的有關(guān)數(shù)據(jù)，分析了中國城市工業(yè)場地的空間分布特征，包括：中國城市工業(yè)企業(yè)及市轄區(qū)的企業(yè)空間分布特征、重污染行業(yè)企業(yè)的空間分布特征、各?。ㄊ?、區(qū)）“關(guān)、停、并、轉(zhuǎn)、遷”企業(yè)數(shù)變化情況。其次，通過收集近年來我國在城市工業(yè)污染場地方面的學術(shù)文獻與新聞報道，分析了中國城市工業(yè)場地污染特征及污染研究現(xiàn)狀。最后，基于歐美等發(fā)達國家的相關(guān)文獻，分析了歐美發(fā)達國家工業(yè)場地修復技術(shù)的發(fā)展過程、以及目前城市工業(yè)污染場地中常見的修復技術(shù)。結(jié)果：中國城市工業(yè)場地的空間分布特征：（1）2008年，中國城市工業(yè)企業(yè)數(shù)近37.51萬個，其中分布于市轄區(qū)的企業(yè)數(shù)占48.52%；廣東省、浙江、江蘇、上海和山東省的市轄區(qū)工業(yè)企業(yè)數(shù)均超過1萬個。（2）重污染行業(yè)的企業(yè)占到我國規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)數(shù)近12.53%，石油化工及煉焦工業(yè)、醫(yī)藥制造規(guī)模以上企業(yè)數(shù)最多的省份分別是遼寧省和山東省，而化學原料及化學制品制造和金屬冶煉及壓延加工工業(yè)規(guī)模以上企業(yè)數(shù)最多的省份均是江蘇省。中國城市工業(yè)場地污染特征及污染研究現(xiàn)狀研究結(jié)果表明：（1）相關(guān)研究多集中在表層土壤污染的調(diào)查研究；（2）重金屬和PAHs污染的研究較多；（3）開始關(guān)注城市搬遷工業(yè)場地的修復工作。通過對歐美發(fā)達國家工業(yè)場地修復技術(shù)的研究，結(jié)果表明：（1）在歐洲，43%的污染場地采取了原位修復技術(shù)（生物、物理/化學、熱處理技術(shù)），而采用異位修復技術(shù)（生物、物理/化學、熱處理技術(shù)）的污染場地占42%；（2）美國超級基金計劃所實施的場地修復技術(shù)是世界各國了解最新場地修復技術(shù)變化的重要窗口，其2002—2005年財政年度中，60%的污染源處理工程項目采用的是原位修復技術(shù)；（3）污染場地修復技術(shù)是決定污染場地修復成敗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其選擇不僅受工業(yè)場地污染特征的影響，還受到政治、經(jīng)濟、社會等多種因素影響。目前用于城市工業(yè)污染場地修復的常見技術(shù)主要有土壤氣相抽提/生物通風、原位化學氧化技術(shù)、熱脫附技術(shù)、微生物修復技術(shù)、淋洗技術(shù)等。結(jié)論：我國城市工業(yè)污染場地修復蘊含著巨大的市場需求，然而，針對污染場地的修復技術(shù)及相關(guān)工程應用則剛剛起步。應該在借鑒國外成熟修復技術(shù)的基礎(chǔ)上，從中國場地污染特征、國家經(jīng)濟社會發(fā)展、國家科研水平以及現(xiàn)階段技術(shù)儲備等多方面綜合考慮修復技術(shù)的選擇和發(fā)展方向。應該做到：（1）發(fā)展高效、廉價、綠色和低能耗的修復技術(shù)；（2）應用多種修復技術(shù)集成的解決方案治理土壤污染；（3）研發(fā)適合我國國情且具有自主知識產(chǎn)權(quán)的修復設備；（4）將污染場地的土壤及地下水作為有機整體設計修復方案。

來源出版物：環(huán)境科學, 2011, 32(3)： 784-794

入選年份：2014

水稻秸稈生物碳的結(jié)構(gòu)特征及其對有機污染物的吸附性能

陳再明，陳寶梁，周丹丹

摘要：目的：生物碳是生物質(zhì)裂解形成的富碳產(chǎn)物，具有特殊的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，在土壤固碳減排和污染土壤修復中具有巨大的應用潛力，引起了國際土壤和環(huán)境領(lǐng)域的極大關(guān)注。水稻秸稈是農(nóng)業(yè)廢棄物的重要組成部分，在我國產(chǎn)量巨大，但利用效率不高，尋找秸稈的資源化利用新方法是值得研究的熱點問題。本研究主要探討生物碳的結(jié)構(gòu)特征、吸附性能、作用機制及構(gòu)-效關(guān)系，試圖為高效利用廢棄農(nóng)業(yè)秸稈資源、制備性能優(yōu)異的生物碳吸附材料、用于有機污染物的控制提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。方法：以水稻秸稈為原料，采用低溫限氧裂解法在100～700℃溫度下制備了秸稈生物碳（標記RC100～RC700）；用熱重分析（TG-DTG）、元素分析（CHNO）、傅立葉變換紅外光譜（FTIR）、BET-N2比表面及孔徑分析等手段，表征生物碳的組成、結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)；采用批量平衡法，研究生物碳吸附水中硝基苯、對硝基甲苯、萘、菲等有機污染物的性能及影響因素；采用等溫吸附曲線分解法，定量描述分配作用和表面吸附的相對貢獻，探討有機污染物-生物碳的相互作用機制及構(gòu)-效關(guān)系。結(jié)果：（1）生物碳結(jié)構(gòu)特征的演變規(guī)律：水稻秸稈生物碳含有豐富的有機碳組分和無機礦物組分。隨著裂解溫度升高，生物碳產(chǎn)率逐漸下降，即83.8%（RC100）下降為26.1%（RC700）；生物碳中灰分則不斷積累，即從4.55%（RC100）上升為60%（RC600～RC700）；生物碳中有機組分的碳含量逐漸升高，有機組分的原子比H/C、O/C和（N+O）/C則逐漸減小，表明水稻秸稈的熱裂解是一個碳富集、芳香性增強、而親水性和極性減弱的過程。當裂解溫度從300℃升至400℃時，比表面積突然增大（0.16→110.0 m2/g）、微孔結(jié)構(gòu)被打開，主要由于水稻秸稈中纖維素組分大量分解所致。（2）生物碳的吸附性能及作用機理：水稻秸稈生物碳吸附有機污染物的等溫吸附曲線符合Freundlich方程，回歸參數(shù)N、logKf與生物碳的芳香性指數(shù)（H/C原子比）呈良好的線性關(guān)系。生物碳中的有機組分是吸附有機污染物的主要介質(zhì)。水中硝基苯在水稻秸稈生物質(zhì)（RC100）上的等溫吸附曲線呈良好的線性關(guān)系（Freundlich N指數(shù)＝1），主要吸附機制為有機污染物在水-生物質(zhì)之間的分配作用；而隨著碳化溫度升高，秸稈生物碳等溫吸附曲線的非線性增強，N指數(shù)逐漸下降，意味著表面吸附和分配作用可能在硝基苯的吸附中都有重要貢獻。為此，采用等溫吸附曲線分解法定量描述分配作用和表面吸附的作用的相對貢獻，硝基苯在生物碳上的吸附隨著碳化溫度升高逐漸由分配作用為主導（RC200～RC300）過渡到以表面吸附為主導（RC400～RC700）。生物碳的吸附性能與其制備的生物質(zhì)來源關(guān)系密切。（3）生物碳吸附作用的構(gòu)-效關(guān)系：分配作用部分與有機污染物的logKow呈正相關(guān)，而表面吸附則與污染物的疏水性、分子尺寸及其與生物碳的極性匹配性有關(guān)。有機污染物在生物碳RC300上的吸附作用隨其疏水性（Kow）的增大而增大，即菲＞萘＞對硝基甲苯＞硝基苯。菲、萘、對硝基甲苯和硝基苯的分配系數(shù)（logKp）分別為4.94、3.49、2.50、1.80，與化合物的辛醇-水分配系數(shù)（logKow）呈良好的線性正相關(guān)，表明水稻生物碳RC300上可能存在理想的分配吸附介質(zhì)。有機碳標化的分配系數(shù)（Koc＝Kp/foc）是相應化合物Kow值的2.1～7.2倍，表明RC300上存在的分配介質(zhì)的吸附能力強于辛醇相的作用。隨著化合物分子面積或分子體積增大，其最大表面吸附量急劇下降。硝基苯在RC400、RC500、RC600和RC700上比表面積標化的最大表面吸附量QmaxA,SA值（2.24～4.81 μmol·m-2）與單層平鋪理論計算值QmaxA,mn（2.68 μmol·m-2）基本相當，表明表面覆蓋（surface coverage）是高溫碳化秸稈生物碳主要的表面吸附機制；而低溫秸稈生物碳的QmaxA,SA值（RC200、RC300分別為243）2742 μmol·m-2）遠遠大于QmaxA,mn值，表明除了表面覆蓋外還存在其它類型的表面吸附機制，如多層平鋪、毛細管現(xiàn)象或內(nèi)孔填充作用等。結(jié)論：水稻秸稈生物碳具有復雜的組成和結(jié)構(gòu)，可通過炭化溫度進行調(diào)控；生物碳對水中有機污染物具有優(yōu)異的吸附性能，其作用機理及構(gòu)-效關(guān)系可調(diào)；研究結(jié)果為廢棄秸稈生物質(zhì)定向轉(zhuǎn)化為生物碳環(huán)境友好吸附材料提供理論依據(jù)。

來源出版物：環(huán)境科學學報, 2013, 33(1)： 42997

入選年份：2014

環(huán)首都圈霾和霧的長期變化特征與典型個例的近地層輸送條件

吳兌，廖碧婷，吳蒙，等

摘要：目的：氣溶膠粒子對大氣輻射傳輸和水循環(huán)均有重要的影響（羅云峰等，1998）。氣溶膠對氣候變化、云的形成、能見度的改變、環(huán)境質(zhì)量變化、大氣微量成分的循環(huán)及人類健康有著重要影響。工業(yè)化以來，人類活動直接向大氣排放大量粒子和污染氣體，污染氣體通過非均相化學反應亦可轉(zhuǎn)化形成氣溶膠粒子。1999年歐美科學家發(fā)現(xiàn)，在亞洲南部上空經(jīng)常籠罩著一層3 km厚的棕色氣溶膠云，并稱其為亞洲棕色云（Ramanathanet al.，2002），也將其稱為灰霾天氣（吳兌等，2006a；2006b；2007，2012；Wuet al.，2005；2009。），其組成主要包括：黑碳、粉塵、硫酸鹽、銨鹽、硝酸鹽、有機碳等，后來發(fā)現(xiàn)各大洲都存在類似現(xiàn)象，因而又將其稱為大氣棕色云。氣溶膠因其重要的環(huán)境效應問題：大氣污染，而令人廣泛關(guān)注。大氣污染也是當前大多數(shù)發(fā)展中國家在城市化、工業(yè)化過程中普遍面臨的一個難題。Schichtel和Doyle曾分別分析了美國和英國霾與能見度的長期變化趨勢（Schichtelet al.，2001；Doyleet al.，2002）。環(huán)首都圈的京津冀晉作為近30年全球經(jīng)濟發(fā)展最快的地區(qū)之一，也是國內(nèi)氣溶膠導致大氣污染相當嚴重的區(qū)域之一。這里聚集了北京、天津、唐山、石家莊、太原這樣擁有數(shù)百萬以上人口的國際化城市和幾十個人口在幾十萬左右的中等城市，在大量土地被工業(yè)化利用、植被減少、交通工具迅猛增加、鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)工廠蓬勃發(fā)展的情況下，這一地區(qū)頻繁發(fā)生的大氣污染事件已經(jīng)引起政府和公眾的廣泛關(guān)注。尤其是2011年入秋之后，連續(xù)兩年出現(xiàn)了嚴重的霾天氣過程。空氣污染不僅對居民的身體健康構(gòu)成威脅，而且導致的能見度下降也給城市經(jīng)濟活動和市民生活帶來顯著影響，并使一個地區(qū)或城市的景觀給人以很負面的形象，高頻多發(fā)的惡劣能見度事件對其有非常不利的影響，當?shù)卣矊⒚媾R改善空氣質(zhì)量、美化城市景觀的艱巨任務。而進行環(huán)境影響因子和合理的改善措施建議的研究關(guān)系到京津冀晉整個地區(qū)城市群的協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展。在京津冀地區(qū)有大量關(guān)于與氣溶膠相關(guān)聯(lián)的區(qū)域污染的研究成果（徐祥德等，2002；郝吉明等，2005；張遠航等，1998；賀克斌等，2009；王自發(fā)等，2008；胡敏等，2005；王躍思等，2002；朱彤等，2010；葛茂發(fā)等，2009；牟玉靜等，2003；柴發(fā)合等，2006；張仁健等，2003；邵敏等，2005；張小曳等，2012；張小玲等，2010；劉偉東等，2010；趙普生等，2012；趙秀娟等，2013），尤其是任陣海在分析北京地區(qū)重污染形勢的形成原因時明確指出了太行山與燕山對顆粒物污染的聚集作用（任陣海等，2004）。蘇福慶等認為太行山前西南風是北京邊界層外來污染物的輸送通道之一（蘇福慶等，2004）。徐祥德認為，北京地區(qū)污染的來源不僅有本地排放源，而且周邊地區(qū)（河北、山西、天津、唐山等）也有相當?shù)挠绊?，北京市及其周邊地區(qū)大氣污染物遷移、轉(zhuǎn)化、擴散影響及其總體效應，是調(diào)控首都經(jīng)濟圈區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量水平的“瓶頸”問題（徐祥德等，2002；2004）。朱凌云通過數(shù)值試驗也得到了山西排放的氣溶膠可以影響北京的結(jié)果（朱凌云，2007）。但未見該地區(qū)20年以上顆粒物污染長期變化趨勢的分析，對于典型個例的近地層輸送特征也需要使用新工具進一步深入分析。為了解過去60年該區(qū)域霾和霧的長期變化特征，本文使用環(huán)首都圈京津冀晉長期的能見度等氣象資料分析其長期變化趨勢，討論能見度惡化的原因。亦使用時間空間矢量和工具分析了典型個例的近地層輸送特征。方法：本文主要使用了環(huán)首都圈京津冀晉氣象臺站1954—2012年的能見度、相對濕度、天氣現(xiàn)象資料，原始資料是每天4時次（夜間守班站）或者3時次（夜間不守班站）。和2013年1月518個稠密自動氣象站的風向與風速資料。定義當日均能見度小于10 km，日均相對濕度小于90%，并排除降水等其它能導致低能見度事件的情況為一個出現(xiàn)霾的日子；日均能見度小于10 km，日均相對濕度大于90%，并排除降水等其它能導致低能見度事件的情況為一個出現(xiàn)霧的日子（Schichtelet al.，2001；Doyle et al.，2002；吳兌，2005；2006；2008a；2008b）。本文對近地層風求一定范圍一段時間內(nèi)的矢量和，是為了更清晰的了解一段時間內(nèi)環(huán)首都圈近地層空氣流動的總合效果，從而更為直觀的分析近地層風對霾天氣的影響。近地層風的矢量和分布圖是一定范圍n個小時風的矢量和分布，其具體方法是，首先分別對自動氣象站逐時風資料進行客觀分析，即先把逐時u、v分量的原始資料經(jīng)客觀分析插值到網(wǎng)格點上，其中，客觀分析采用了Cressman逐步訂正法，分析范圍是109.0°E～120.0°E，33.0°N～43.0°N，網(wǎng)格大小為0.05°×0.05°經(jīng)緯度。分析過程中風場資料經(jīng)過了基本的資料預處理，去除野點后再分別對每個網(wǎng)格點上的逐時u、v資料按照吳兌的方案5點求和作為每個格點上周圍小區(qū)域內(nèi)的水平空間矢量和，最后把每個網(wǎng)格點上n個小時的水平空間矢量和再進行加和，成為風的n小時累積水平空間矢量和。矢量和分布圖中的每一個風矢代表了n個小時大約60 km2范圍內(nèi)空氣流動的總合效果（吳兌等，2008）。風的矢量和分布圖與風的平均流場圖的物理意義不同。風的n小時累積水平空間矢量和分布圖表示小區(qū)域某段時間內(nèi)當?shù)乜諝饬鲃拥睦鄯e效應，而風的平均流場圖表示的是某段時間內(nèi)空氣流動的平均情況。結(jié)果：為環(huán)首都圈京津冀晉過去60余年霾日的區(qū)域分布圖，可以看到，在1950—1960年代，區(qū)域內(nèi)霾日非常少，1970年代開始增多，1980年代以后明顯增多，并形成幾個霾日集中區(qū)，比較明顯的是邯鄲—邢臺—石家莊—保定—北京—天津的帶狀分布，與任陣海等指出沿太行山東側(cè)的污染帶分布相一致（任陣海，2004）。還有太原及以南的帶狀分布，最為嚴重的情況出現(xiàn)在1996—2000年，2000年以后有一定減少。圖3是北京過去近60年霾日與霧（輕霧）日的長期變化趨勢圖，我們看到1950年代霾日比較多，最多達到1年有160 d以上霾日，與同期沙塵天氣偏多相關(guān)聯(lián)，這主要與周邊地區(qū)的揚沙有關(guān)，隨著在首都周邊地區(qū)的大規(guī)模植樹造林，尤其是在西部永定河流域和北部山區(qū)及河北、內(nèi)蒙古的壩上地區(qū)的植樹造林，以及北京城區(qū)道路硬化改造，到1967年，霾日已經(jīng)減少到1年不足10 d，治理揚沙和浮塵的效果顯著；1970年代以后北京的能見度急劇惡化導致霾日迅速增加，到1980年代初增加到220 d以上，一直到1999年前后北京的霾日維持在每年160～200 d左右；2000年以后到北京奧運會前后，霾日持續(xù)下降，到2010年霾日僅有56 d，2012年有所反彈，增加到91 d。同期我們看到，霧（輕霧）日在60余年中沒有明顯的趨勢性變化，反映了年季和年代季的氣候波動（吳兌等，2010）。北京不同月份霾日和霧（輕霧）日的長期變化特征，一個突出的特點是除去采暖季有較多的霾日外，在盛夏季節(jié)霾日也明顯多，集中出現(xiàn)在6—9月，尤其是盛夏季節(jié)的7—8月，與所謂的桑拿天同期出現(xiàn)，這與全國大部分城市的變化趨勢完全不同（吳兌等，2010），可能與盛夏季節(jié)華北平原特殊的邊界層結(jié)構(gòu)，和在高濕度背景下氣溶膠的吸濕增長使得消光明顯增加造成能見度明顯惡化有關(guān)，值得深入研究。圖5為環(huán)首都圈京津冀晉代表性城市過去60余年霾天和霧（輕霧）出現(xiàn)的天數(shù)。我們看到，華北北部的張家口和唐山霾日較少，除去個別年份霾日均不超過每年50 d；天津在1980—1990年代霾日較多，最多可達每年250 d以上，本世紀霾日緩慢增加，近年達到100 d以上，較北京明顯偏多；塘沽近10余年的情況與天津類似；太原自1970年代以來，霾日呈穩(wěn)步增加趨勢，近年已經(jīng)超過每年200 d；保定在1980年代曾經(jīng)出現(xiàn)霾日峰值，接近每年300 d，近年維持在每年100—150 d左右；石家莊霾日自1970年代開始增加，至1990年代末期達到峰值，每年有霾日200余天，本世紀呈下降趨勢，2012年霾日不足50 d；邢臺霾日也是自1970年代開始增加，1980—2004年長期維持高位震蕩，每年霾日超過300余天，而后開始明顯下降。以上各地的霧（輕霧）日均沒有明顯的趨勢性變化，反映了年季和年代季的氣候波動。總體來看，是華北南部霾日明顯多于北部，不同城市之間在趨勢上可以看到明顯差異，重霾日段出現(xiàn)的年份也不一樣，造成這種差異的原因與其所處的地理位置與污染物排放強度都有關(guān)系。當然，中長期天氣氣候背景的波動也會對能見度的變化產(chǎn)生影響，但這個問題非常復雜，研究難度很大。以上分析在有所體現(xiàn)，而且還發(fā)現(xiàn)京津冀晉各個城市的一個突出的特點是除去采暖季有較多的霾日外，在盛夏季節(jié)霾日也明顯多，集中出現(xiàn)在6—9月，尤其是盛夏季節(jié)的7—8月，與所謂的桑拿天同期出現(xiàn)，與前面分析北京的情況類似。2013年1月北京霾日數(shù)較常年異常偏多，顯著特點是連續(xù)出現(xiàn)霾的持續(xù)過程次數(shù)多、持續(xù)時間長。1月，北京共出現(xiàn)4次持續(xù)時間超過3 d（含3 d）的霾天氣過程，持續(xù)時間最長的一次過程是1月10—14日，連續(xù)5 d出現(xiàn)霾天氣，12日最小能見度不足500 m，僅為350 m?？梢钥吹剑本?月份能見度最差共有3個階段，即10—14日，18—23日，27—31日。能見度最低僅有200 m，出現(xiàn)于2013年1月29日的02時和05時；其間除31日短暫時間外相對濕度均低于90%，是3個典型的霾天氣過程。能見度最高的時段出現(xiàn)于2013年1月1—3日，可以作為清潔對照過程。同期在黃淮海平原、長江三角洲亦出現(xiàn)了嚴重的霾天氣過程。最長的持續(xù)近20 d。利用京津冀晉近地層自動站網(wǎng)的風向風速資料，采用矢量和方法分析2013年1月華北四省區(qū)域近地層流場特征。通過圖8 3個霾過程和一個清潔過程的矢量和可以看出，霾過程的發(fā)生和矢量和的大小存在較為明顯的正相關(guān)關(guān)系?？煽闯?，10—14日，18—23日，27—31日三個霾過程中，在華北平原均出現(xiàn)明顯的氣流停滯區(qū)，華北四省市大部處于氣流停滯區(qū)中，區(qū)域矢量和很小，不利于空氣中污染物的水平擴散，導致了1月份華北四省市多次出現(xiàn)持續(xù)時間久的嚴重霾過程。而從圖8（d）可以看到，該期華北地區(qū)冷空氣活動比較頻繁，1—3日，華北四省市尤其是北京地區(qū)受明顯的西北氣流影響，風矢量和為較一致的偏北方向，72 h區(qū)域矢量和較大，尤其在北京小平原風矢量和風速較大，水平擴散條件較好，不利于污染物的積累，較利于污染物的擴散，對應同期能見度較高，空氣質(zhì)量較好。分別具體給出了以上四個過程的區(qū)域平均矢量和，可以看到1月1—3日清潔過程的矢量和高達596.53 m/s，為霾過程區(qū)域平均矢量和的2～2.5倍。可看出華北四省市區(qū)域矢量和與北京能見度的時間變化趨勢較為一致，能見度與區(qū)域風場矢量和風速呈明顯的正相關(guān)。圖中的紅色虛線處的能見度為10 km，對應區(qū)域矢量和日均值為100 m/s左右，說明當華北四省市區(qū)域矢量和日均值小于100 m/s時，北京地區(qū)較容易出現(xiàn)霾天氣過程。依據(jù)2013年1月典型霾天氣過程近地層流場，總結(jié)了環(huán)首都圈霾天氣過程的近地層輸送概念模型，所示：津冀西側(cè)、北側(cè)靠山、東鄰渤海，尤其是北京小平原三面環(huán)山。太行山、燕山和軍都山形成的“弓狀山脈”對冷空氣活動起到了阻擋和削弱作用，導致山前暖區(qū)空氣流動性較小形成氣流停滯區(qū)、污染物和水汽容易聚集從而有利于霾和霧的形成。由于受太行山的阻擋和背風坡氣流下沉作用的影響，使得沿北京、保定、石家莊、邢臺和邯鄲一線的污染物不易擴散，形成一條西南—東北走向的高污染帶；山西省的高濃度污染物亦在低空偏南氣流輸送下沿桑干河河谷和洋河河谷以及滹沱河—拒馬河河谷向北京輸送，任陣海、徐祥德等在分析周邊地區(qū)包括山西大氣污染物向北京輸送時也指出了類似的輸送通道（任陣海等，2004；徐祥德，2002；徐祥德等，2004；王自發(fā)等，2008；牛仁亮等，2006；蘇福慶等，2004；顏鵬等，2002；張志剛等，2004；朱凌云等，2007）。河北中南部與山西諸河谷的累積污染帶疊加近地層輸送流場是造成北京嚴重霾天氣過程的重要原因之一。此外，在山谷風、城市熱島環(huán)流和海陸風環(huán)流的共同影響下，環(huán)首都圈低層大氣環(huán)流具有特殊性，因此污染物的輸送過程也較復雜，值得進一步深入研究。結(jié)論：（1）在1950—1960年代，環(huán)首都圈京津冀晉四省市霾日極少，1970年代開始增多，1980年代以后明顯增多，并形成幾個霾日集中區(qū)，比較明顯的是邯鄲—邢臺—石家莊—保定—北京—天津的帶狀分布，還有太原及以南的帶狀分布，最為嚴重的情況出現(xiàn)在1996—2000年，2000年以后有減少趨勢。（2）北京1950年代霾日比較多，最多時年霾日有160 d以上，與同期沙塵天氣偏多相關(guān)聯(lián)，主要與周邊地區(qū)的揚沙有關(guān)，隨著在首都周邊地區(qū)的大規(guī)模植樹造林，尤其是在西部永定河流域和北部山區(qū)及河北、內(nèi)蒙古的壩上地區(qū)的植樹造林，以及北京城區(qū)道路硬化改造，到1967年，霾日已經(jīng)減少到1年不足10 d，治理揚沙和浮塵的效果明顯；1970年代中后期北京能見度急劇惡化導致霾日迅速增加，到1980年代初增至220 d以上，到1999年北京的霾日維持在每年160～200 d左右；2000年后到北京奧運會前后，霾日持續(xù)下降，到2010年霾日僅有56 d，2012年有所反彈，增加到91 d。（3）北京及華北地區(qū)霾日季節(jié)分布突出的特點是，除采暖季有較多的霾日外，在盛夏季節(jié)霾日也明顯偏多，出現(xiàn)在6—9月，尤其是盛夏季節(jié)的7—8月，與所謂的桑拿天同期出現(xiàn)。這與全國大部分城市的變化趨勢完全不同（吳兌等，2010），可能與盛夏季節(jié)華北平原特殊的邊界層結(jié)構(gòu)，造成在高濕度背景下氣溶膠的吸濕增長使得消光明顯增加使得能見度明顯惡化有關(guān)。（4）華北地區(qū)霾日有南部多于北部的顯著特點。北部張家口和唐山霾日較少，除個別年份霾日均不超過每年50 d；天津在1980—1990年代霾日較多，最多可達每年250 d以上，本世紀霾日緩慢增加，近年達到100 d以上，較北京明顯偏多；太原自1970年代以來，霾日呈穩(wěn)步增加趨勢，近年已超過每年200 d；保定在1980年代曾經(jīng)出現(xiàn)霾日峰值，接近每年300 d，近年維持在每年100—150 d左右；石家莊霾日自1970年代開始增加，至1990年代末期達到峰值，每年有霾日200余天，本世紀呈下降趨勢，2012年霾日不足50 d；邢臺霾日也是自1970年代開始增加，1980—2004年長期維持高位震蕩，每年霾日超過300 d，而后開始明顯下降。（5）霾過程的發(fā)生和矢量和的大小存在較明顯的正相關(guān)關(guān)系。霾過程中，華北平原均出現(xiàn)明顯的氣流停滯區(qū)，區(qū)域矢量和很小，不利于空氣中污染物的水平擴散，導致了1月份華北4省市多次出現(xiàn)持續(xù)時間久的嚴重霾過程。清潔過程時華北四省市尤其是北京地區(qū)受明顯的西北氣流影響，風矢量和為較一致的偏北方向，區(qū)域矢量和較大，尤其在北京小平原風矢量和明顯較大，水平擴散條件較好，不利于污染物的積累，對應同期能見度較高，空氣質(zhì)量較好。（6）華北4省市區(qū)域風矢量和與北京能見度的時間變化趨勢相關(guān)明顯，能見度與區(qū)域風矢量和呈明顯的正相關(guān)。（7）京津冀西、北側(cè)靠山、東鄰渤海，尤其是北京小平原三面環(huán)山，太行山、燕山和軍都山形成的“弓狀山脈”對冷空氣活動起到阻擋和削弱作用，導致山前暖區(qū)空氣流動性較小形成氣流停滯區(qū)，污染物和水汽容易聚集從而有利于霾和霧的形成。由于受太行山的阻擋和背風坡氣流下沉作用的影響，使得沿北京、保定、石家莊、邢臺和邯鄲一線的污染物不易擴散，形成一條西南—東北走向的高污染帶；山西省的高濃度污染物亦在低空偏南氣流輸送下沿桑干河河谷和洋河河谷以及滹沱河—拒馬河河谷向北京輸送。河北中南部與山西諸河谷的累積污染帶疊加近地層輸送流場是造成北京嚴重霾天氣過程的重要原因之一。

來源出版物：環(huán)境科學學報, 2014, 34(1)： 1-11

入選年份：2014

中國人口分布的水資源限制性與限制度研究

封志明，楊艷昭，游珍

摘要：目的：水資源長久以來就是制約中國社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要瓶頸因素。水資源對中國人口分布的約束作用究竟有多大、時空分布與地域特征如何，由此成為亟待理清的科學問題。本文立足于水資源對區(qū)域人口分布的限制與約束作用，采用水資源限制性與限制度來表征與量化區(qū)域人口分布與水資源之間的適應關(guān)系。方法：本文以分縣為基本研究單元，采用水資源承載力計算模型與評價標準，將中國不同地區(qū)水資源承載水平劃分為人口超載、人水平衡和水量盈余3種類型，定量評價1949—2010年國家水平的水資源限制性，選取第五次和第六次人口普查年份為時間節(jié)點，即2000年和2010年，定量評估中國分縣和分省尺度的水資源支持能力與保障水平，揭示中國水資源限制性的時空格局；在此基礎(chǔ)上，根據(jù)水資源限制度模型，首先以分縣為基本單元，定量計算2000年和2010年中國分縣人口分布的水資源限制度，然后以分省和全國為匯總單元，采用自下而上的方法，匯總評價2000年和2010年中國分省和國家水平的水資源限制度，揭示中國人口分布的水資源限制度的數(shù)量特征、地域格局與變化規(guī)律。結(jié)果：中國人口分布的水資源限制性與限制度研究結(jié)果表明：（1）1949—2010年中國水資源承載力以水量盈余為主要特征，人水關(guān)系趨于緊張；從2000到2010年，中國人口分布的水資源限制度由30.66提升到35.25，中國人口分布的水資源限制度有所增強。（2）2000年和2010年，中國分省水資源承載力以水量盈余為主要特征；中國大部分省份人口分布的水資源限制度處于較低水平，但近10 a水資源限制性大多有所增強。（3）2000年和2010年，中國約有3/4左右的分縣單元基本不受水資源限制；中國基于分縣人口分布的水資源限制度整體較低，2010年與2000年相比，水資源限制性與限制度有所增強。（4）就空間分布來看，中國分省和分縣水資源限制性與限制度整體呈現(xiàn)出北部強于南部、泛黃河流域強于長江流域的基本地理格局。結(jié)論：中國基于人口分布的水資源限制度整體較低，近10年來，中國水資源限制度有所增強。伴隨中國人口遷移流動日趨活躍，人口聚集區(qū)對資源有著更強烈的需求，人類活動引起的資源供需矛盾是實現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵問題之一。本研究加深了人們對人口分布與水資源關(guān)系的認識，有助于增強人們保護自然資源的意識，有利于制定相應政策，以實現(xiàn)資源的有效配置以及人口、資源、環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展?；谏鲜鲅芯拷Y(jié)論，要從根本上降低中國人口分布的水資源限制度，在采取開源與節(jié)流等多種措施增強區(qū)域水資源承載力的同時，必須引導人口由水資源超載地區(qū)向水資源盈余地區(qū)、由水資源承載力較弱地區(qū)向較強地區(qū)有序流動，才能促進中國不同地區(qū)的人口分布與資源環(huán)境承載力相協(xié)調(diào)。在人口高度集聚的城市地區(qū)，城市群建設與城市化發(fā)展必須優(yōu)化人口布局，關(guān)注區(qū)域水資源承載力與水資源保障問題，充分考慮資源環(huán)境承載力跨區(qū)占用與流域水資源綜合管理問題。

來源出版物：自然資源學報, 2014, 29(10)： 1637-1648

入選年份：2014