环境科学技术及资源科学技术

VOC/SVOC

郭观林，王世杰，施烈焰，等

环境科学技术及资源科学技术

基于特征场地的VOC/SVOC污染土壤环境健康风险分析

郭观林，王世杰，施烈焰，等

目的：近年来，由工业企业搬迁、停产和倒闭所遗留的场地已成为我国污染场地中的重要类型，由于污染场地对人体和周边环境存在潜在危害，对污染场地开展风险评估指已越来越受到人们的关注。本研究选择我国某典型化工污染场地为对象，按照国际通用的场地环境评估方法，在完成背景调查和污染判定基础上开展环境风险分析。研究过程中采用背景调查、采样分析、模型描述和专家咨询等手段相结合，对场地中污染物的类型、浓度、迁移途径和健康风险等进行分析，对风险叠加、污染物迁移模式选择、暴露因子确定和模型参数变化等问题进行讨论，可为我国相同类型化工污染场地环境风险评价提供理论和技术依据。方法：用Geoprobe钻机采样方法获取对污染场地土壤样品，分析土壤样品中的基本物理化学参数、有机和无机污染物浓度。构建场地概念模型，根据EPA致癌物质分类标准，确定污染物类型和毒性参数，根据样品分析检测结果，在确定污染场地污染源后，选择直接摄入污染土壤、经皮肤接触污染土壤而吸收土壤中污染物和通过呼吸系统吸入土壤粉尘和挥发物中所含的污染物三中暴露途径，计算场地作为居住用地的表层土壤室外、亚表层土壤的健康风险；同时对于场地土壤中污染物的非致癌性风险采用危害商进行表述。风险评估过程中暴露因子主要参考美国和欧洲的标准，因区域的分异性和人群特征的差别，同时根据场地特征参数进行修正和补充，污染物的毒性参数主要来源于美国环保局综合风险信息系统（IRIS）。结果：场地中6种污染物的致癌性风险均能对目标受体均能造成较大的致癌风险，这些污染物在各取样点位的致癌风险，大部分采样点风险范围在10-6～10-1之间。高风险点位的风险指数＞10-2，结合原化工企业的生产活动历史和工艺布局，这些点位为工业垃圾堆放和原材料库存点。同一点位不同污染物的污染有伴生现象，这些污染集中点位产生的高污染对目标受体会产生风险叠加的后果。结论：通过对污染场地中VOC/SVOC的环境风险分析，结果表明由于长期化工生产活动影响，目标场地已受到四氯化碳、四氯乙烯、五氯乙烷、六氯丁二烯、六氯乙烷和六氯苯等有机物污染。污染场地由于土地使用功能发生改变，场地中6种VOC/SVOC在部分区域已经造成严重的健康威胁，对场地上活动的人群产生了较高的致癌风险。以人体和环境健康为基础的场地风险评价能保证场地开发的环境安全，能确保场地活动受体的健康要求。

来源出版物：环境科学, 2010, 31(2)： 397-402

入选年份：2015

城市工业污染场地：中国环境修复领域的新课题

廖晓勇，崇忠义，阎秀兰，等

摘要：目的：城市工业污染场地是中国产业结构升级和城市布局调整过程中出现的新环境问题，制约着城市土地资源的安全再利用，并威胁着周边居民的身体健康。但污染场地修复在中国还属新兴领域，尚未有很好的基础积累和技术储备，更缺乏系统有效的解决方案。本文将分析中国城市工业污染场地的空间分布特征，评估修复产业市场前景，并在比较欧美国家先进土壤修复技术的基础上，结合中国国情提出污染场地修复的发展方向，以期为中国污染场地修复技术产业发展及政府决策提供借鉴。方法：首先，通过收集《中国城市统计年鉴2009》《中国城市建设统计年鉴2008年》《中国工业经济统计年鉴2009》及《中国环境年鉴（2002—2009）》中的有关数据，分析了中国城市工业场地的空间分布特征，包括：中国城市工业企业及市辖区的企业空间分布特征、重污染行业企业的空间分布特征、各省（市、区）“关、停、并、转、迁”企业数变化情况。其次，通过收集近年来我国在城市工业污染场地方面的学术文献与新闻报道，分析了中国城市工业场地污染特征及污染研究现状。最后，基于欧美等发达国家的相关文献，分析了欧美发达国家工业场地修复技术的发展过程、以及目前城市工业污染场地中常见的修复技术。结果：中国城市工业场地的空间分布特征：（1）2008年，中国城市工业企业数近37.51万个，其中分布于市辖区的企业数占48.52%；广东省、浙江、江苏、上海和山东省的市辖区工业企业数均超过1万个。（2）重污染行业的企业占到我国规模以上工业企业数近12.53%，石油化工及炼焦工业、医药制造规模以上企业数最多的省份分别是辽宁省和山东省，而化学原料及化学制品制造和金属冶炼及压延加工工业规模以上企业数最多的省份均是江苏省。中国城市工业场地污染特征及污染研究现状研究结果表明：（1）相关研究多集中在表层土壤污染的调查研究；（2）重金属和PAHs污染的研究较多；（3）开始关注城市搬迁工业场地的修复工作。通过对欧美发达国家工业场地修复技术的研究，结果表明：（1）在欧洲，43%的污染场地采取了原位修复技术（生物、物理/化学、热处理技术），而采用异位修复技术（生物、物理/化学、热处理技术）的污染场地占42%；（2）美国超级基金计划所实施的场地修复技术是世界各国了解最新场地修复技术变化的重要窗口，其2002—2005年财政年度中，60%的污染源处理工程项目采用的是原位修复技术；（3）污染场地修复技术是决定污染场地修复成败的关键环节，其选择不仅受工业场地污染特征的影响，还受到政治、经济、社会等多种因素影响。目前用于城市工业污染场地修复的常见技术主要有土壤气相抽提/生物通风、原位化学氧化技术、热脱附技术、微生物修复技术、淋洗技术等。结论：我国城市工业污染场地修复蕴含着巨大的市场需求，然而，针对污染场地的修复技术及相关工程应用则刚刚起步。应该在借鉴国外成熟修复技术的基础上，从中国场地污染特征、国家经济社会发展、国家科研水平以及现阶段技术储备等多方面综合考虑修复技术的选择和发展方向。应该做到：（1）发展高效、廉价、绿色和低能耗的修复技术；（2）应用多种修复技术集成的解决方案治理土壤污染；（3）研发适合我国国情且具有自主知识产权的修复设备；（4）将污染场地的土壤及地下水作为有机整体设计修复方案。

来源出版物：环境科学, 2011, 32(3)： 784-794

入选年份：2014

水稻秸秆生物碳的结构特征及其对有机污染物的吸附性能

陈再明，陈宝梁，周丹丹

摘要：目的：生物碳是生物质裂解形成的富碳产物，具有特殊的结构和性质，在土壤固碳减排和污染土壤修复中具有巨大的应用潜力，引起了国际土壤和环境领域的极大关注。水稻秸秆是农业废弃物的重要组成部分，在我国产量巨大，但利用效率不高，寻找秸秆的资源化利用新方法是值得研究的热点问题。本研究主要探讨生物碳的结构特征、吸附性能、作用机制及构-效关系，试图为高效利用废弃农业秸秆资源、制备性能优异的生物碳吸附材料、用于有机污染物的控制提供理论依据和技术支撑。方法：以水稻秸秆为原料，采用低温限氧裂解法在100～700℃温度下制备了秸秆生物碳（标记RC100～RC700）；用热重分析（TG-DTG）、元素分析（CHNO）、傅立叶变换红外光谱（FTIR）、BET-N2比表面及孔径分析等手段，表征生物碳的组成、结构和表面性质；采用批量平衡法，研究生物碳吸附水中硝基苯、对硝基甲苯、萘、菲等有机污染物的性能及影响因素；采用等温吸附曲线分解法，定量描述分配作用和表面吸附的相对贡献，探讨有机污染物-生物碳的相互作用机制及构-效关系。结果：（1）生物碳结构特征的演变规律：水稻秸秆生物碳含有丰富的有机碳组分和无机矿物组分。随着裂解温度升高，生物碳产率逐渐下降，即83.8%（RC100）下降为26.1%（RC700）；生物碳中灰分则不断积累，即从4.55%（RC100）上升为60%（RC600～RC700）；生物碳中有机组分的碳含量逐渐升高，有机组分的原子比H/C、O/C和（N+O）/C则逐渐减小，表明水稻秸秆的热裂解是一个碳富集、芳香性增强、而亲水性和极性减弱的过程。当裂解温度从300℃升至400℃时，比表面积突然增大（0.16→110.0 m2/g）、微孔结构被打开，主要由于水稻秸秆中纤维素组分大量分解所致。（2）生物碳的吸附性能及作用机理：水稻秸秆生物碳吸附有机污染物的等温吸附曲线符合Freundlich方程，回归参数N、logKf与生物碳的芳香性指数（H/C原子比）呈良好的线性关系。生物碳中的有机组分是吸附有机污染物的主要介质。水中硝基苯在水稻秸秆生物质（RC100）上的等温吸附曲线呈良好的线性关系（Freundlich N指数＝1），主要吸附机制为有机污染物在水-生物质之间的分配作用；而随着碳化温度升高，秸秆生物碳等温吸附曲线的非线性增强，N指数逐渐下降，意味着表面吸附和分配作用可能在硝基苯的吸附中都有重要贡献。为此，采用等温吸附曲线分解法定量描述分配作用和表面吸附的作用的相对贡献，硝基苯在生物碳上的吸附随着碳化温度升高逐渐由分配作用为主导（RC200～RC300）过渡到以表面吸附为主导（RC400～RC700）。生物碳的吸附性能与其制备的生物质来源关系密切。（3）生物碳吸附作用的构-效关系：分配作用部分与有机污染物的logKow呈正相关，而表面吸附则与污染物的疏水性、分子尺寸及其与生物碳的极性匹配性有关。有机污染物在生物碳RC300上的吸附作用随其疏水性（Kow）的增大而增大，即菲＞萘＞对硝基甲苯＞硝基苯。菲、萘、对硝基甲苯和硝基苯的分配系数（logKp）分别为4.94、3.49、2.50、1.80，与化合物的辛醇-水分配系数（logKow）呈良好的线性正相关，表明水稻生物碳RC300上可能存在理想的分配吸附介质。有机碳标化的分配系数（Koc＝Kp/foc）是相应化合物Kow值的2.1～7.2倍，表明RC300上存在的分配介质的吸附能力强于辛醇相的作用。随着化合物分子面积或分子体积增大，其最大表面吸附量急剧下降。硝基苯在RC400、RC500、RC600和RC700上比表面积标化的最大表面吸附量QmaxA,SA值（2.24～4.81 μmol·m-2）与单层平铺理论计算值QmaxA,mn（2.68 μmol·m-2）基本相当，表明表面覆盖（surface coverage）是高温碳化秸秆生物碳主要的表面吸附机制；而低温秸秆生物碳的QmaxA,SA值（RC200、RC300分别为243）2742 μmol·m-2）远远大于QmaxA,mn值，表明除了表面覆盖外还存在其它类型的表面吸附机制，如多层平铺、毛细管现象或内孔填充作用等。结论：水稻秸秆生物碳具有复杂的组成和结构，可通过炭化温度进行调控；生物碳对水中有机污染物具有优异的吸附性能，其作用机理及构-效关系可调；研究结果为废弃秸秆生物质定向转化为生物碳环境友好吸附材料提供理论依据。

来源出版物：环境科学学报, 2013, 33(1)： 42997

入选年份：2014

环首都圈霾和雾的长期变化特征与典型个例的近地层输送条件

吴兑，廖碧婷，吴蒙，等

摘要：目的：气溶胶粒子对大气辐射传输和水循环均有重要的影响（罗云峰等，1998）。气溶胶对气候变化、云的形成、能见度的改变、环境质量变化、大气微量成分的循环及人类健康有着重要影响。工业化以来，人类活动直接向大气排放大量粒子和污染气体，污染气体通过非均相化学反应亦可转化形成气溶胶粒子。1999年欧美科学家发现，在亚洲南部上空经常笼罩着一层3 km厚的棕色气溶胶云，并称其为亚洲棕色云（Ramanathanet al.，2002），也将其称为灰霾天气（吴兑等，2006a；2006b；2007，2012；Wuet al.，2005；2009。），其组成主要包括：黑碳、粉尘、硫酸盐、铵盐、硝酸盐、有机碳等，后来发现各大洲都存在类似现象，因而又将其称为大气棕色云。气溶胶因其重要的环境效应问题：大气污染，而令人广泛关注。大气污染也是当前大多数发展中国家在城市化、工业化过程中普遍面临的一个难题。Schichtel和Doyle曾分别分析了美国和英国霾与能见度的长期变化趋势（Schichtelet al.，2001；Doyleet al.，2002）。环首都圈的京津冀晋作为近30年全球经济发展最快的地区之一，也是国内气溶胶导致大气污染相当严重的区域之一。这里聚集了北京、天津、唐山、石家庄、太原这样拥有数百万以上人口的国际化城市和几十个人口在几十万左右的中等城市，在大量土地被工业化利用、植被减少、交通工具迅猛增加、乡镇企业工厂蓬勃发展的情况下，这一地区频繁发生的大气污染事件已经引起政府和公众的广泛关注。尤其是2011年入秋之后，连续两年出现了严重的霾天气过程。空气污染不仅对居民的身体健康构成威胁，而且导致的能见度下降也给城市经济活动和市民生活带来显著影响，并使一个地区或城市的景观给人以很负面的形象，高频多发的恶劣能见度事件对其有非常不利的影响，当地政府也将面临改善空气质量、美化城市景观的艰巨任务。而进行环境影响因子和合理的改善措施建议的研究关系到京津冀晋整个地区城市群的协调、可持续发展。在京津冀地区有大量关于与气溶胶相关联的区域污染的研究成果（徐祥德等，2002；郝吉明等，2005；张远航等，1998；贺克斌等，2009；王自发等，2008；胡敏等，2005；王跃思等，2002；朱彤等，2010；葛茂发等，2009；牟玉静等，2003；柴发合等，2006；张仁健等，2003；邵敏等，2005；张小曳等，2012；张小玲等，2010；刘伟东等，2010；赵普生等，2012；赵秀娟等，2013），尤其是任阵海在分析北京地区重污染形势的形成原因时明确指出了太行山与燕山对颗粒物污染的聚集作用（任阵海等，2004）。苏福庆等认为太行山前西南风是北京边界层外来污染物的输送通道之一（苏福庆等，2004）。徐祥德认为，北京地区污染的来源不仅有本地排放源，而且周边地区（河北、山西、天津、唐山等）也有相当的影响，北京市及其周边地区大气污染物迁移、转化、扩散影响及其总体效应，是调控首都经济圈区域环境空气质量水平的“瓶颈”问题（徐祥德等，2002；2004）。朱凌云通过数值试验也得到了山西排放的气溶胶可以影响北京的结果（朱凌云，2007）。但未见该地区20年以上颗粒物污染长期变化趋势的分析，对于典型个例的近地层输送特征也需要使用新工具进一步深入分析。为了解过去60年该区域霾和雾的长期变化特征，本文使用环首都圈京津冀晋长期的能见度等气象资料分析其长期变化趋势，讨论能见度恶化的原因。亦使用时间空间矢量和工具分析了典型个例的近地层输送特征。方法：本文主要使用了环首都圈京津冀晋气象台站1954—2012年的能见度、相对湿度、天气现象资料，原始资料是每天4时次（夜间守班站）或者3时次（夜间不守班站）。和2013年1月518个稠密自动气象站的风向与风速资料。定义当日均能见度小于10 km，日均相对湿度小于90%，并排除降水等其它能导致低能见度事件的情况为一个出现霾的日子；日均能见度小于10 km，日均相对湿度大于90%，并排除降水等其它能导致低能见度事件的情况为一个出现雾的日子（Schichtelet al.，2001；Doyle et al.，2002；吴兑，2005；2006；2008a；2008b）。本文对近地层风求一定范围一段时间内的矢量和，是为了更清晰的了解一段时间内环首都圈近地层空气流动的总合效果，从而更为直观的分析近地层风对霾天气的影响。近地层风的矢量和分布图是一定范围n个小时风的矢量和分布，其具体方法是，首先分别对自动气象站逐时风资料进行客观分析，即先把逐时u、v分量的原始资料经客观分析插值到网格点上，其中，客观分析采用了Cressman逐步订正法，分析范围是109.0°E～120.0°E，33.0°N～43.0°N，网格大小为0.05°×0.05°经纬度。分析过程中风场资料经过了基本的资料预处理，去除野点后再分别对每个网格点上的逐时u、v资料按照吴兑的方案5点求和作为每个格点上周围小区域内的水平空间矢量和，最后把每个网格点上n个小时的水平空间矢量和再进行加和，成为风的n小时累积水平空间矢量和。矢量和分布图中的每一个风矢代表了n个小时大约60 km2范围内空气流动的总合效果（吴兑等，2008）。风的矢量和分布图与风的平均流场图的物理意义不同。风的n小时累积水平空间矢量和分布图表示小区域某段时间内当地空气流动的累积效应，而风的平均流场图表示的是某段时间内空气流动的平均情况。结果：为环首都圈京津冀晋过去60余年霾日的区域分布图，可以看到，在1950—1960年代，区域内霾日非常少，1970年代开始增多，1980年代以后明显增多，并形成几个霾日集中区，比较明显的是邯郸—邢台—石家庄—保定—北京—天津的带状分布，与任阵海等指出沿太行山东侧的污染带分布相一致（任阵海，2004）。还有太原及以南的带状分布，最为严重的情况出现在1996—2000年，2000年以后有一定减少。图3是北京过去近60年霾日与雾（轻雾）日的长期变化趋势图，我们看到1950年代霾日比较多，最多达到1年有160 d以上霾日，与同期沙尘天气偏多相关联，这主要与周边地区的扬沙有关，随着在首都周边地区的大规模植树造林，尤其是在西部永定河流域和北部山区及河北、内蒙古的坝上地区的植树造林，以及北京城区道路硬化改造，到1967年，霾日已经减少到1年不足10 d，治理扬沙和浮尘的效果显著；1970年代以后北京的能见度急剧恶化导致霾日迅速增加，到1980年代初增加到220 d以上，一直到1999年前后北京的霾日维持在每年160～200 d左右；2000年以后到北京奥运会前后，霾日持续下降，到2010年霾日仅有56 d，2012年有所反弹，增加到91 d。同期我们看到，雾（轻雾）日在60余年中没有明显的趋势性变化，反映了年季和年代季的气候波动（吴兑等，2010）。北京不同月份霾日和雾（轻雾）日的长期变化特征，一个突出的特点是除去采暖季有较多的霾日外，在盛夏季节霾日也明显多，集中出现在6—9月，尤其是盛夏季节的7—8月，与所谓的桑拿天同期出现，这与全国大部分城市的变化趋势完全不同（吴兑等，2010），可能与盛夏季节华北平原特殊的边界层结构，和在高湿度背景下气溶胶的吸湿增长使得消光明显增加造成能见度明显恶化有关，值得深入研究。图5为环首都圈京津冀晋代表性城市过去60余年霾天和雾（轻雾）出现的天数。我们看到，华北北部的张家口和唐山霾日较少，除去个别年份霾日均不超过每年50 d；天津在1980—1990年代霾日较多，最多可达每年250 d以上，本世纪霾日缓慢增加，近年达到100 d以上，较北京明显偏多；塘沽近10余年的情况与天津类似；太原自1970年代以来，霾日呈稳步增加趋势，近年已经超过每年200 d；保定在1980年代曾经出现霾日峰值，接近每年300 d，近年维持在每年100—150 d左右；石家庄霾日自1970年代开始增加，至1990年代末期达到峰值，每年有霾日200余天，本世纪呈下降趋势，2012年霾日不足50 d；邢台霾日也是自1970年代开始增加，1980—2004年长期维持高位震荡，每年霾日超过300余天，而后开始明显下降。以上各地的雾（轻雾）日均没有明显的趋势性变化，反映了年季和年代季的气候波动。总体来看，是华北南部霾日明显多于北部，不同城市之间在趋势上可以看到明显差异，重霾日段出现的年份也不一样，造成这种差异的原因与其所处的地理位置与污染物排放强度都有关系。当然，中长期天气气候背景的波动也会对能见度的变化产生影响，但这个问题非常复杂，研究难度很大。以上分析在有所体现，而且还发现京津冀晋各个城市的一个突出的特点是除去采暖季有较多的霾日外，在盛夏季节霾日也明显多，集中出现在6—9月，尤其是盛夏季节的7—8月，与所谓的桑拿天同期出现，与前面分析北京的情况类似。2013年1月北京霾日数较常年异常偏多，显著特点是连续出现霾的持续过程次数多、持续时间长。1月，北京共出现4次持续时间超过3 d（含3 d）的霾天气过程，持续时间最长的一次过程是1月10—14日，连续5 d出现霾天气，12日最小能见度不足500 m，仅为350 m。可以看到，北京1月份能见度最差共有3个阶段，即10—14日，18—23日，27—31日。能见度最低仅有200 m，出现于2013年1月29日的02时和05时；其间除31日短暂时间外相对湿度均低于90%，是3个典型的霾天气过程。能见度最高的时段出现于2013年1月1—3日，可以作为清洁对照过程。同期在黄淮海平原、长江三角洲亦出现了严重的霾天气过程。最长的持续近20 d。利用京津冀晋近地层自动站网的风向风速资料，采用矢量和方法分析2013年1月华北四省区域近地层流场特征。通过图8 3个霾过程和一个清洁过程的矢量和可以看出，霾过程的发生和矢量和的大小存在较为明显的正相关关系。可看出，10—14日，18—23日，27—31日三个霾过程中，在华北平原均出现明显的气流停滞区，华北四省市大部处于气流停滞区中，区域矢量和很小，不利于空气中污染物的水平扩散，导致了1月份华北四省市多次出现持续时间久的严重霾过程。而从图8（d）可以看到，该期华北地区冷空气活动比较频繁，1—3日，华北四省市尤其是北京地区受明显的西北气流影响，风矢量和为较一致的偏北方向，72 h区域矢量和较大，尤其在北京小平原风矢量和风速较大，水平扩散条件较好，不利于污染物的积累，较利于污染物的扩散，对应同期能见度较高，空气质量较好。分别具体给出了以上四个过程的区域平均矢量和，可以看到1月1—3日清洁过程的矢量和高达596.53 m/s，为霾过程区域平均矢量和的2～2.5倍。可看出华北四省市区域矢量和与北京能见度的时间变化趋势较为一致，能见度与区域风场矢量和风速呈明显的正相关。图中的红色虚线处的能见度为10 km，对应区域矢量和日均值为100 m/s左右，说明当华北四省市区域矢量和日均值小于100 m/s时，北京地区较容易出现霾天气过程。依据2013年1月典型霾天气过程近地层流场，总结了环首都圈霾天气过程的近地层输送概念模型，所示：津冀西侧、北侧靠山、东邻渤海，尤其是北京小平原三面环山。太行山、燕山和军都山形成的“弓状山脉”对冷空气活动起到了阻挡和削弱作用，导致山前暖区空气流动性较小形成气流停滞区、污染物和水汽容易聚集从而有利于霾和雾的形成。由于受太行山的阻挡和背风坡气流下沉作用的影响，使得沿北京、保定、石家庄、邢台和邯郸一线的污染物不易扩散，形成一条西南—东北走向的高污染带；山西省的高浓度污染物亦在低空偏南气流输送下沿桑干河河谷和洋河河谷以及滹沱河—拒马河河谷向北京输送，任阵海、徐祥德等在分析周边地区包括山西大气污染物向北京输送时也指出了类似的输送通道（任阵海等，2004；徐祥德，2002；徐祥德等，2004；王自发等，2008；牛仁亮等，2006；苏福庆等，2004；颜鹏等，2002；张志刚等，2004；朱凌云等，2007）。河北中南部与山西诸河谷的累积污染带叠加近地层输送流场是造成北京严重霾天气过程的重要原因之一。此外，在山谷风、城市热岛环流和海陆风环流的共同影响下，环首都圈低层大气环流具有特殊性，因此污染物的输送过程也较复杂，值得进一步深入研究。结论：（1）在1950—1960年代，环首都圈京津冀晋四省市霾日极少，1970年代开始增多，1980年代以后明显增多，并形成几个霾日集中区，比较明显的是邯郸—邢台—石家庄—保定—北京—天津的带状分布，还有太原及以南的带状分布，最为严重的情况出现在1996—2000年，2000年以后有减少趋势。（2）北京1950年代霾日比较多，最多时年霾日有160 d以上，与同期沙尘天气偏多相关联，主要与周边地区的扬沙有关，随着在首都周边地区的大规模植树造林，尤其是在西部永定河流域和北部山区及河北、内蒙古的坝上地区的植树造林，以及北京城区道路硬化改造，到1967年，霾日已经减少到1年不足10 d，治理扬沙和浮尘的效果明显；1970年代中后期北京能见度急剧恶化导致霾日迅速增加，到1980年代初增至220 d以上，到1999年北京的霾日维持在每年160～200 d左右；2000年后到北京奥运会前后，霾日持续下降，到2010年霾日仅有56 d，2012年有所反弹，增加到91 d。（3）北京及华北地区霾日季节分布突出的特点是，除采暖季有较多的霾日外，在盛夏季节霾日也明显偏多，出现在6—9月，尤其是盛夏季节的7—8月，与所谓的桑拿天同期出现。这与全国大部分城市的变化趋势完全不同（吴兑等，2010），可能与盛夏季节华北平原特殊的边界层结构，造成在高湿度背景下气溶胶的吸湿增长使得消光明显增加使得能见度明显恶化有关。（4）华北地区霾日有南部多于北部的显著特点。北部张家口和唐山霾日较少，除个别年份霾日均不超过每年50 d；天津在1980—1990年代霾日较多，最多可达每年250 d以上，本世纪霾日缓慢增加，近年达到100 d以上，较北京明显偏多；太原自1970年代以来，霾日呈稳步增加趋势，近年已超过每年200 d；保定在1980年代曾经出现霾日峰值，接近每年300 d，近年维持在每年100—150 d左右；石家庄霾日自1970年代开始增加，至1990年代末期达到峰值，每年有霾日200余天，本世纪呈下降趋势，2012年霾日不足50 d；邢台霾日也是自1970年代开始增加，1980—2004年长期维持高位震荡，每年霾日超过300 d，而后开始明显下降。（5）霾过程的发生和矢量和的大小存在较明显的正相关关系。霾过程中，华北平原均出现明显的气流停滞区，区域矢量和很小，不利于空气中污染物的水平扩散，导致了1月份华北4省市多次出现持续时间久的严重霾过程。清洁过程时华北四省市尤其是北京地区受明显的西北气流影响，风矢量和为较一致的偏北方向，区域矢量和较大，尤其在北京小平原风矢量和明显较大，水平扩散条件较好，不利于污染物的积累，对应同期能见度较高，空气质量较好。（6）华北4省市区域风矢量和与北京能见度的时间变化趋势相关明显，能见度与区域风矢量和呈明显的正相关。（7）京津冀西、北侧靠山、东邻渤海，尤其是北京小平原三面环山，太行山、燕山和军都山形成的“弓状山脉”对冷空气活动起到阻挡和削弱作用，导致山前暖区空气流动性较小形成气流停滞区，污染物和水汽容易聚集从而有利于霾和雾的形成。由于受太行山的阻挡和背风坡气流下沉作用的影响，使得沿北京、保定、石家庄、邢台和邯郸一线的污染物不易扩散，形成一条西南—东北走向的高污染带；山西省的高浓度污染物亦在低空偏南气流输送下沿桑干河河谷和洋河河谷以及滹沱河—拒马河河谷向北京输送。河北中南部与山西诸河谷的累积污染带叠加近地层输送流场是造成北京严重霾天气过程的重要原因之一。

来源出版物：环境科学学报, 2014, 34(1)： 1-11

入选年份：2014

中国人口分布的水资源限制性与限制度研究

封志明，杨艳昭，游珍

摘要：目的：水资源长久以来就是制约中国社会经济可持续发展的重要瓶颈因素。水资源对中国人口分布的约束作用究竟有多大、时空分布与地域特征如何，由此成为亟待理清的科学问题。本文立足于水资源对区域人口分布的限制与约束作用，采用水资源限制性与限制度来表征与量化区域人口分布与水资源之间的适应关系。方法：本文以分县为基本研究单元，采用水资源承载力计算模型与评价标准，将中国不同地区水资源承载水平划分为人口超载、人水平衡和水量盈余3种类型，定量评价1949—2010年国家水平的水资源限制性，选取第五次和第六次人口普查年份为时间节点，即2000年和2010年，定量评估中国分县和分省尺度的水资源支持能力与保障水平，揭示中国水资源限制性的时空格局；在此基础上，根据水资源限制度模型，首先以分县为基本单元，定量计算2000年和2010年中国分县人口分布的水资源限制度，然后以分省和全国为汇总单元，采用自下而上的方法，汇总评价2000年和2010年中国分省和国家水平的水资源限制度，揭示中国人口分布的水资源限制度的数量特征、地域格局与变化规律。结果：中国人口分布的水资源限制性与限制度研究结果表明：（1）1949—2010年中国水资源承载力以水量盈余为主要特征，人水关系趋于紧张；从2000到2010年，中国人口分布的水资源限制度由30.66提升到35.25，中国人口分布的水资源限制度有所增强。（2）2000年和2010年，中国分省水资源承载力以水量盈余为主要特征；中国大部分省份人口分布的水资源限制度处于较低水平，但近10 a水资源限制性大多有所增强。（3）2000年和2010年，中国约有3/4左右的分县单元基本不受水资源限制；中国基于分县人口分布的水资源限制度整体较低，2010年与2000年相比，水资源限制性与限制度有所增强。（4）就空间分布来看，中国分省和分县水资源限制性与限制度整体呈现出北部强于南部、泛黄河流域强于长江流域的基本地理格局。结论：中国基于人口分布的水资源限制度整体较低，近10年来，中国水资源限制度有所增强。伴随中国人口迁移流动日趋活跃，人口聚集区对资源有着更强烈的需求，人类活动引起的资源供需矛盾是实现区域可持续发展的关键问题之一。本研究加深了人们对人口分布与水资源关系的认识，有助于增强人们保护自然资源的意识，有利于制定相应政策，以实现资源的有效配置以及人口、资源、环境的协调发展。基于上述研究结论，要从根本上降低中国人口分布的水资源限制度，在采取开源与节流等多种措施增强区域水资源承载力的同时，必须引导人口由水资源超载地区向水资源盈余地区、由水资源承载力较弱地区向较强地区有序流动，才能促进中国不同地区的人口分布与资源环境承载力相协调。在人口高度集聚的城市地区，城市群建设与城市化发展必须优化人口布局，关注区域水资源承载力与水资源保障问题，充分考虑资源环境承载力跨区占用与流域水资源综合管理问题。

来源出版物：自然资源学报, 2014, 29(10)： 1637-1648

入选年份：2014