北大环境统计研究团队关于京津冀空气污染状况评估的论文在大气环境领域英文国际期刊《Atmospheric Environment》上发表

2018-10-16

日前,由光华商务统计与计量经济系、北京大学统计科学中心陈松蹊教授带领的环境统计团队关于京津冀地区空气质量状况评估的研究论文Assessing air-quality in Beijing-Tianjin-Hebei region: The method and mixed tales of PM2.5 and O3被大气环境领域英文国际期刊《Atmospheric Environment》正式发表。该论文主要是基于该团队20178月发布的《空气质量评估报告:京津冀2013-2016年区域污染状况评估》。

研究背景:随着经济发展,我国大气污染问题日益突出,大气污染形势面临严峻挑战。2013910日,国务院印发《大气污染防治行动计划》,又称《大气过十条》,全面治理我国大气污染问题。该计划对全国大气污染最严重的区域—京津冀地区—提出明确目标:到2017年底,京津冀地区细颗粒物浓度较2012年下降25%,其中,北京市细颗粒物浓度年均控制在60微克/立方米。由于空气污染物浓度显著的受到气象条件的影响,因而空气质量评价方法应考虑不同年份间气象条件的差异,客观、科学、公平的评估空气质量的改善状况。该文章利用气象观测的历史数据构建基准气象条件,对污染物和气象变量应用非参数回归方法,得到了一个能对污染物浓度进行气象调整的模型,并将该模型应用于PM2.5, SO2, NO2O3四种污染物,更加科学的评估了自2013年春季至2017年夏季共17个季节的平均值浓度变化情况,对京津冀地区13个城市空气质量的改善情况做了细致分析和评估。

文章首先用数据展示了气象因素对污染物浓度的影响。作为影响污染物浓度最主要的气象因素—风,不同风向下,污染物的浓度有着显著的差异。因而,不同年份间,风向比例的不同会直接造成的污染物浓度的差异。我们称之为气象混杂。同时,露点温度,气温、气压等其它气象因素也与污染物的浓度有着高度的相关。

1. 不同风向下,北京、石家庄、天津2015年与2016年冬季PM2.5浓度的盒形图。白色横线表示中位数。

 

2. 北京2015年,2016年与基准气象条件的冬季五种风向的比例图。基准气象条件由2010年至2016年冬季历史平均值构成。扇形大小表示该风向所占比例大小,扇形半径表示季度平均风速。

 

3. PM2.5浓度在不同气象条件下的分布:(a) 露点温度-气压; (b) 露点温度-气温; (c) 气温-气压;(d) 展示了2015 (蓝线)2016 (红线) 和基准气象条件 (虚线) 的差异。可以发现,重污染常发生在高露点温度,低气压的气象条件下;2016年的高露点温度气象条件明显高于2015年和基准气象。

 

通过分析2013-2016季度年PM2.5SO2气象调整后的平均浓度,我们发现,京津冀地区污染治理取得的巨大成果。区域PM2.5平均浓度降幅超过27%,从2013年的100微克/立方米降低至2016年的72.5微克/立方米。区域SO2平均浓度降幅达到51%,从2013年的63.6微克/立方米降低至31.1微克/立方米。区域PM2.5SO2的大幅下降充分反映了供给侧改革,全面整治燃煤小锅炉,集中供暖,“煤改气”、“煤改电”工程建设,推广高效清洁能源使用等措施在空气污染治理方面的正确性和有效性。

4.京津冀地区1320132016季节年气象调整后PM2.5 (a) SO2 (b) 浓度四年累计降幅。

 

尽管细颗粒物污染治理取得巨大成绩,但是区域NO2的平均浓度2013年至2016年下降仅仅只有4.5%。更加需要只得警惕的是臭氧污染,尤其是春夏季节的臭氧污染。我们发现,2013年至2016年,8小时(12点至19点)臭氧浓度上升显著。区域气象调整后季节年平均浓度上升了11.3%。而春夏季节的8小时平均浓度上升更是达到了22.5%,从2013年的93.0微克/立方米上升至113.9微克/立方米,超过了100微克/立方米的国家标准。

5. 京津冀132013年春季至2017年夏季8小时臭氧的季度原始平均浓度(虚线)与气象调整后的平均浓度(实线)。

 

6. 京津冀地区1320132016季节年气象调整后NO2 (a) 8小时O3 (b) 浓度四年累计降幅。

京津冀地区大气污染治理在细颗粒物方面取得巨大成绩,下一阶段,应该在继续降低颗粒物污染的同时,加大臭氧污染的治理。

该论文的第一作者光华管理学院商务统计与经济计量系2015级硕博生陈磊,其导师是陈松蹊教授。文章的通讯作者是郭斌副教授(西南财经大学统计研究中心、统计学院,北京大学光华管理学院商务统计与经济计量系2015届博士毕业生)和光华管理学院陈松蹊教授。其他作者是黄家盛(北京大学数学科学学院统计专业2015级直博生)、何靖助理教授(西南财经大学统计学院,北京大学光华管理学院商务统计与经济计量系2016届博士毕业生)、王恒放(美国Iowa state University 统计系2015级博士生)和张澍一(北京大学光华管理学院商务统计与经济计量系2014级直博生)。本研究得到了北京大学统计科学中心和光华管理学院的支持,及国家重点研发计划《大气污染成因与控制技术研究》专项项目2016YFC0207701的资助。

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