海峽兩岸空氣品質管理交流研討會，台湾， 2012-5-28
一．现状特征与主要问题
二．主要项目与科学发现
三．防治技术与区域实践
0 10 20 30 40 50
1990 1993 1996 1999 2002 2005 2008 2011
浓度，ppb（天）
灰霾天数 北京
珠三角 香港
上海 台湾
0 0.03 0.06 0.09 0.12 0.15
1990 1993 1996 1999 2002 2005 2008 2011
浓度，mg/m3
大气污染特征的演变
自上世纪末，我国大气污染特征发生重大转折：
SO 2 、PM 10 、NO 2 等一次污染下降
O 3 污染和灰霾问题凸显，二次污染日趋严重
PM10
SO2
NO2
数据：中国环境监测总站 “环境质量报告书” 根据文献整理
年均灰霾天数
O3
NO
2O
3AOD
二 氧 化 氮 柱 浓 度
二 氧 化 硫 柱 浓 度
颗 粒 物 光 学 厚 度 臭
氧 地 面 浓 度
SO
20 100 200 300 400 500 600
北京 上海 珠三角 欧盟 南加州
最大小时浓度，ug/m3
区域O3最大小时值
0 20 40 60 80 100 120
北京 上海 珠三角 日本 欧盟 美国
年均浓度，ug/m3
区域PM2.5年均浓度
城市群二次污染在全球的态势
Van Donkelaar et al. (2010) Lelieveld, J., and F. J. Dentener (2000)
O
3浓度(2000) 卫星反演PM2.5浓度
根据文献整理
城市群大气复合污染的特点
(在新标准下进一步凸显这些特点）
大气复合污染
以城市为中心 呈区域性
大气氧化性增强
—
夏季出现光化学烟雾现象能见度降低 能见度降低
－阴霾
PM2.5
O 3
大气扩散
多污染物污染 关键污染物
O 3
PM 2.5
空气质量管理进入新阶段
一次污染防治 二次污染防治 单一城市管理 区域协同联动
单一污染物控制 多污染物协同控制
污染现状、形成机制、污染来源、
防治策略、控制技术
一．现状特征与主要问题
二．主要项目与科学发现
三．防治技术与区域实践
在重点城市群开展的主要研究项目
PRIDE-PRD:
2004/2006/2008/
2010
CAREBEIJING:
2006/2007/2008
科技部 973 项目NSF 重大项目（1993）
科技部 973课题（2006-2008）
上海世博（2010）
泰山综合 实验
香港东 涌
香港荃 湾
香港塔 门 顺
德
金果 湾 从化
天湖 后花
园 12个城市站+4个区域站 2个超级站
探空+激光雷达 飞机航测
卫星遥感
上风向输送
更高浓度的细 粒子，O
3输送,影响 细粒子，O
3通
天然源 量 沉降
SO2, NOx等 HC、NOx
人为源
PM10、PM2.5
多种污染物
多种污染类型叠加
多种过程耦合
多尺度污染（局地与区域）相互作用
多种污染物综合控制 大气氧化剂
(O
3, OH)
hv
细粒子
(SO
42-,NO
3-)
多相反应 光
化 学 烟 雾
酸 雨 灰 霾
关键污染物
O
3
PM
2.5大气氧化性
O
3二次粒子 5070%
PM
2.5大气酸性
珠三角OH和HO
2测量及比较
证明了OH自由基是区域大 气氧化性的主导因子
监测点位
测量平台
采样单元
激光系统
气象条件参数
（例如：T，P，RH）
污染源排放清单
（1）HOx浓度验证
模型分析预测 ? 观测数据
?
模型预报值 实验观测值
痕 量 气 体 浓 度
（ 例
3
如 ： O
， N O x
， V O C s
）
（2）HOx过程验证 （生成、去除）
L1 + L2 + … + Ln 去除速率测量值 P1 + P2 + … + Pn
?
生成速率测量值?
模型
测量结果 经典理论模拟 结果
测量和模拟结果的比对
VOC
NO NO
Hofzumahaus, ……, and Y. H. Zhang* (2009). "Amplified Trace Gas Removal
in the Troposphere." Science 324(5935): 1702-1704.
Hofzumahaus, ……, and Y. H. Zhang* (2009). "Amplified Trace Gas Removal in the Troposphere." Science 324(5935): 1702-1704.
VOC
NO NO
X X
测量结果 经典理论模拟 结果
引入未知再生 机制测试模拟 结果
X=0.85ppbNO
测量和模拟结果的比对
主要区域大气O 3 浓度变化
7月 10月
0 50 100 150 200 250 300
SCAQMAD EMEP YRD PRD BJ
O3, ppb
Regional Maximun
7月 10月
Guangzhou Urban
Southern PRD Upwind of PRD
O 3 源解析： 背景浓度~区域生成
基于观测的模型(OBM) 基于排放的模型 (EBM)
OBM
模拟 大气浓度
EBM
观测 大气浓度
光学参数
气象参数 污染源
气象场
过程分析 过程分析
?
?
珠三角O 3 与前体物的关系
NOx Limited
VOCs Limited Super region
transport
RIR 3D- OBM
EKMA
DDM
2006年7月Base Base-20%NOx
注：以上为北京时间15时平均臭氧分布与差值分布 2006年10月Base
Base-20%VOCs
Base-20%NOx Base-20%VOCs
2、二次气溶胶形成与环境影响
Gases Aerosols
Both organic and inorganic gases contribute to particle formation & growth
Air pollution complex
SO2
H2SO4 stable
clusters
（Kulmala, Science, 2003; Jimenez et al., Science, 2009;）
新粒子快速生成和增长
[Widensohler and Cheng et al., JGR 2009]
Breakup of nocturnal boundary layer
In ~14 hours:
Particle mass:
30 to 170 μg m
-319 μg m
-3 h-1 Particle diameter:
10 to ~100 nm 6 nm h
-1 Growing by
secondary sulfate and organic matter
00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 00 0
1 2 3 4 5 6
00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 00 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5
SO
42-
/ EC
Local Time on 23 Aug 2006 SO4
2- / EC
c
POM / EC
POM / EC
包头04春 131 μg/m3
北大06-08 123 μg/m3 青岛97-00
51 μg/m3 武威04春
111 μg/m3 乌鲁木齐08
172 μg/m3
长岛11春 85 μg/m3
后花园06夏 60 μg/m3
昌平10冬、春 89 μg/m3
武清09夏 82 μg/m3 榆垡06-08
115 μg/m3
上海02-03 38 μg/m3
无锡10 80 μg/m3
硫酸盐
硝酸盐 铵盐颗粒有机物 碳黑
其他离子
广州00-10 67 μg/m3 新垦04秋
53 μg/m3 江门08秋
54 μg/m3
从化08秋 30 μg/m3 鹤山10秋
98 μg/m3
深圳09 41 μg/m3
温岭11秋 61 μg/m3 金华11秋
82 μg/m3 黄海095春
37 μg/m3
02～03年PM 2.5 年平均浓度及化学组成
PRD, 42.4 ug/m3
Ammonium 7%
Sulfate 25%
unknown 15%
Nitrate 4%
EC 6%
OC Trace 31%
3%
Crustal
9%
气溶胶污染与能见度衰退
Beijing
Shanghai
Dehli
Guangzhou
Tokyo
三组份气溶胶 光学模型
假设黑碳混合状态（
r
） 颗粒物粒径谱分布
化学
成分 折射率
颗粒物吸湿性
模型分析预测
?
观测数据(1) 光学性质的闭合
(2) 反演黑碳混合状态（r）
(3) 验证颗粒物吸湿增长特性
反演验证
粒径分布 ：小于1μm的粒子贡献了 颗粒物消光系数的90％以上；
化学组成 ：硫酸盐、有机物和黑碳 贡献了颗粒物消光系数的80％以上；
相对湿度 ：由于珠三角高湿度的气 象条件，同样的颗粒物浓度水平会导 致更低的能见度，需要更加严格颗粒 物吸湿组分（如硫酸铵）的控制。
Cheng, Y.F,…, Zhang Y.H* (2008a,b). Atmos. Environ., 42 (25), 6351-6372, 6373-6397
80
y = 21.171e-0.0141x R2 = 0.7347
0 5 10 15 20 25
0 50 100 150 200 250 300
PM2.5 μg/m3 能见度 Km
能见度与PM 2.5 和RH的定量关系
能见度
=3.912/(PM 2.5 *Q sp *(1+a(
RH/100)
b)+PM
2.5*Q
ap)
0 50 100 150 200
0 10 20 30 40 50
能见度 Km
PM2.5 g/m3)
10 20 30 40 50 60 70 80 90 RH
PM 2.5 : 40-80 ug/m 3 PM 2.5 : 40-100 ug/m 3
华南所资料统计
控制策略
─ 二次污染控制是区域空气质量改善的关键
─ 二次污染控制通过其前体物的非线性控制来实现
─ 一次污染控制是二次污染控制的基础
控制重点
─ SO 2 ： 约束减排指标
─ NOx ： 约束减排指标
─ PM 2.5 ： 提高一次排放的控制效率
─ VOCs ： 亟待尽快提到议程
2001 2006 2007 2008 0.00
0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30
Olym-S2 Olym-Base
Total BC/SO2 in China Fossil BC/SO2 in China Total BC/SO2 in India Fossil BC/SO2 in India Total and Fossil BC/SO2 in Beijing
BC / SO 2 (eq. Sulfur, Total and Fossil fuel) in China, Beijing and India [ mass ratio ]
Year (Emission Targeting Year) -20%
Trace-P Intex-B
源排放控制与效应的非线性
O
3Haze
Acid Dep.
BC/SO
2Regioanl
EKMA
0 50 100 150 200
0 10 20 30 40
50 80
e d
c b
Visibility (Km)
PM2.5 g/m3)
10 20 30 40 50 60 70 80 90
RH
80
a
20 30 40 50 60 70
2007 2009 2010 2011 2006 2010 2006 2010 2006 2010
深圳大学城 金果湾 万顷沙 天湖
PM
2.5年 均浓度， ug /m
3PM 2.5 年均浓度水平存在改善的迹象
-8.1%
-24.6%
-29.2%
-19.6%
珠三角区域NO 2 和O 3 变化趋势
一．现状特征与主要问题
二．主要项目与科学发现
三．防治技术与区域实践
重点城市群大气复合污染综合防治技术与 集成示范
Synthesized Prevention T echniques for Air Pollution Complex and Integrated
Demonstration in Key City-Cluster Region 3C-STAR
Study Areas
PRD
863重大项目
战略目标
构建城市群大气复合污染防治的技术体系和 区域协调机制，在典型区域实施应用示范
提出区域大气复合污染控制和管理的国家战 略建议，推动国家清洁大气行动计划
针对重点城市群大气复合污染控制的需求
课题 大气颗粒物在 线监测技术 课题
关 键 气 态 污 染 物 的 在 线 监测技术
课题
多 源 卫 星 大 气 污 染 监 测 与 综 合 分 析技术
课题 区 域 大 气 污 染 源 识 别 与 动 态 源 清 单技术及应用 课题
珠 江 三 角 洲 区 域 大 气 复 合 污 染 立 体监测网络
课题 区域大气复合污 染模拟、预测与 预警技术及应用
课题
大气复合污染区域 调控和决策支持技 术及应用
课题
挥发性有机物排放 控制技术与示范
课题
中 小 型 锅 炉 NOx 排 放控制技术与示范
课题
珠江三角洲大气复合污染防治技术集成和综 合示范
综合平台
技术研发
工程示范
重点任务与课题设置 ：11个课题
珠三角：综合平台和核心示范区
课题
监测技术比对与设备认证
项目主要研发的主要监测技术与设备
气体-气溶胶
化学成份 Ram-LIDAR
OC/EC 黑碳
颗粒物数谱分布
NO-NO2- NOx-NOy一 体化样机
颗粒物数谱分布 VOCs/OVOCs
香港
图例
城市站 区域站 超级站 网络中心 深圳
惠州 广州
东莞 中山
江门 珠海
肇庆 佛山
广东省大气超级站
O
3, 15:00,
2006年10月
超级站观测实验室实景图
动态污染源清单（3kmx3km)
PM10 SO2
VOCs NOx
空气质量多模式集合预报系统与平台
预报预警 监测网络 信息发布
珠三角区域空气质量立体监测预警系统
实时监控 预报预警
珠三角区域协调的组织架构与运行机制
整体而言，珠三 角区域协调的制 度创新
2个机构
–
珠三角空气质 量管理委员会
–珠三角区域大
气科学中心
1个机制
–
珠三角九市区
域合作机制
区域环境科学中心
区域空气质量 管理联席会议
各市政府
执行效果评估
