基于機器學習解釋上海地區臭氧污染的長期變化及其政策啟示.pdf

《基于機器學習解釋上海地區臭氧污染的長期變化及其政策啟示.pdf》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《基于機器學習解釋上海地區臭氧污染的長期變化及其政策啟示.pdf（19頁珍藏版）》請在三個皮匠報告上搜索。

1、基于機器學習解釋上海地區臭氧污染的長期變化及其政策啟示2023年年9月月1日日李 莉1，張 坤1，薛 金1，翟翮翮1，金 丹2，段玉森2，伏晴艷2，羅東民31 上海大學環境與化學工程學院2 上海市環境監測中心3 美國加州空氣資源局2023年9月1日2全國O3污染態勢Li et al.,PNAS.2019Liu et al.,ES&T.20233 加州南濱O3_8h_90%呈下降趨勢：快速下降階段（19802000年，-2.26 ppb/year）、震蕩階段（20002021年，-0.29 ppb/year）長三角呈波動性增長，20132021年平均變化速率為1.37 ppb/year，且在20

2、142021年之間濃度均高于加州南濱上海O3變化長三角O3污染與加州南濱地區對比長三角與加州對比SEMCO3濃度=1.背景濃度+2.光化學生成（氣象+排放）3.沉降 4.化學去除全球背景、平流層、遠距離傳輸、天然源VOCs、NOx、CO干沉降、濕沉降森林城市交通工廠草地NOx+BVOCs O3NOx+VOCs+hv O3NOx、VOCs局地化學生成BVOCsNOx+O3背景濃度O3+NO NO2+O2 沉降沉降沉降太陽閃電化學去除平流層對流層O3平流層入侵O3污染的源和匯滴定、化學去除區域傳輸5 臭氧生成受到前體物排放與氣象條件共同影響 如何從觀測值中剝離氣象的影響，對于政策成效評估與新政策制

3、定至關重要O3濃度的可解釋性區域局地6機器學習集成方法7空氣質量數據 站點:上海選取淀山湖（區）、普陀（城區）及浦東匯南站（上風向/區域背景站）；洛杉磯選取阿蘇薩（下風向/郊區）、北大街（城區）、威徹斯特站（上風向站）日期:上海2013年-2021年(4-9月)小時數據；洛杉磯2011-2021年（4-9月），小時數據 因子:O3 來源:上海市環境監測中心，美國EPA氣象數據 數據集名稱：ERA5/ERA5-LAND 再分析數據 空間分辨率：ERA5（0.25 0.25），ERA5-LAND（0.1 0.1）日期:1997年-2021年 因子：d2m,t2m,u10,v10,sp,ssr,tp

4、,tcc,blh 來源：歐洲中期天氣預報中心（ECMWF）上海地區洛杉磯地區機器學習集成方法：數據輸入8 2013 年(0.783.55ppb)、2017年(3.959.13ppb)氣象對三個站點 為 O3貢 獻 為 正；2015 年、2016 年 及 2021 年(-8.86-4.41ppb)氣象對三個站點臭氧貢獻為負值 相對濕度在三站點影響最為顯著 DSL站點風向的平均擾動可以達到4.85 ppb，氣團交匯影響顯著 PDHN站PBL貢獻占總O3_MET的43%，傳輸影響顯著PTDSLPDHN3_=3_+3_觀測觀測氣象擾動氣象擾動去氣象值去氣象值氣象對上海地區臭氧演變的影響9 O3區域背景

5、濃度約為48.8 0.3 ppb，近年來呈現-0.018 ppb/year-1的下降趨勢 O3_RBG占比：PDHNPT DSL DSL較低的O3_RGB表明該站點存在較強的本地光化學生成；而O3_RGB對PDHN站的貢獻為三站中最高，進一步證實了跨區域傳輸對該站有著較強的影響3_=3_+3_去氣象值去氣象值區域背景區域背景本地本地區域背景變化3_=3_+3_觀測觀測氣象擾動氣象擾動去氣象值去氣象值8490.5%76.7-85.4%86.6-96.0%10 自2013年以來，城市PT站的O3_LC開始以每年0.6 ppb的速率增加，于2018年達到9.2 ppb。隨后，在2018-2021年期

6、間，O3_LC以每年0.8 ppb的速率下降至6.5 ppb DSL具有最高的局地光滑化學生成貢獻，其次是PT和PDHN站，O3_LC由臨海向內陸增加 PDHN站O3_LC呈波動變化（5.56.9 ppb），2021年由于NOx大幅下降，其O3_LC降至2.5 ppbPTPDHNDSL9.2 ppb6.5 ppb2.5 ppb局地光化學的貢獻8.914.6 ppb(15.423.0%)5.99.0 ppb(10.715.6%)2.57.4 ppb(4.6%13.2%)11 大氣污染防治行動計劃（20132017）實施，PT站、DSL站和PDHN日間臭氧分別反彈了11.3ppb（20.3%），5

7、.8ppb（9.5%）和2.2ppb（3.6%），主要來源于本地生成（DSL）和不利氣象（PT、PDHN）的影響。藍天保衛戰（20182020）實施，PT站，DSL 站 和 PDHN 日 間 臭 氧 分 別 下 降 了20.7ppb（30.8%），10.2ppb（15.2%）和15.8ppb（25.6%），氣象有利，減排顯著。大氣污染防治的政策效果PTDSLPDHN12臭氧污染演變對比：上海VS洛杉磯SEMC13臭氧污染演變對比：上海VS洛杉磯14氣象影響：上海vs洛杉磯 LA地區氣象擾動則介于7.820.3 ppb之間，明顯低于上海（26.632.7 ppb）LA主要受到T、RH及SSR的影

8、響，表明光化學影響顯著；SH主要受到RH、T影響，而WD、WS、氣團長度、BLH等影響接近且顯著高于LA，光化學及區域傳輸共同影響15 以2019年為基準，DSL（區域）及浦東（城區）臭氧主要前體物NO2濃度水平明顯低于洛杉磯城區（NMS），歸因于洛杉磯下風向區域山脈阻隔；上海地區VOCs濃度水平低于洛杉磯，但DSL站OFP顯著于洛杉磯 上海市及長三角地區芳香烴的整體活性顯著高于洛杉磯；且DSL及PD站間/對-二甲苯及甲苯對OFP的總貢獻分別達到36.4%及29.8%，顯著高于NMS站（15.6%）?；瘜W機制：上海vs洛杉磯1619401971197919901997200520082011

9、2016201820202022臭氧標準臭氧標準總光化學指示物臭氧1H；120ppbv臭氧8H；80ppbv臭氧8H；75ppbv臭氧8H；70ppbv法案法規法案法規1970出出臺清臺清潔空氣潔空氣法案法案修正清潔空氣法案修正清潔空氣法案出臺清出臺清潔空氣州潔空氣州際法規際法規出臺跨州空氣污染法規出臺跨州出臺跨州空氣污染法空氣污染法規加強版規加強版SIP修訂、創新清潔運輸法規先進清潔卡車法規、修訂跨州空氣污染法規創新清潔運輸法規修正加州先進清潔汽車()、2022 SIP 戰略重型發動機和車輛標準減排重點減排重點VOCsVOCs、NOx協同控制NOx近十年，NOx減排超過40%NOx、GHGN

10、OxNOx強化電力行業NOx進一步強化電力行業強化夏季電力行業重型發動機預計2035年實現港口、碼頭等的零排放轉型，2040年實現公共服務車轉型，2045年實現法律框架內所有其他車隊的轉型燃料燃燒汽車制造與銷售重型車輛排放措施對策措施對策從經濟角度出發，以VOCs為主的防控措施編制出臺移動源和固定源系列標準VOCs面源、消費品等全面減排溶劑、消費品行業從VOCs總量控制轉為活性總量控制移動源車輛排放控制規劃機動車里程（VMT）抵消策略確保車輛采購、基礎設施建設和燃料成本管理的同步加大燃油車凈化力度，零排放車輛積分激勵，加大對空調制冷劑的要求新的、更為嚴格的排放標準，涵蓋更廣泛的重型發動機運行條

11、件成立臭氧傳輸評估委員會劃定臭氧傳輸區域實施分階段區域性NOx大型燃燒源減排突出夏季固定源和區域源減排零排放車輛（ZEV）購買激勵機制成立臭氧傳輸協會ZEV銷售積分赤字防治成效防治成效下降1.3%/yr，3.3ppb/yr下降0.5%/yr，1.1ppb/yr下降1.8%/yr，3.6ppb/yr下降3.2%/yr，5.7ppb/yr增長2.32%yr,1.06ppb/yr下降5.21%yr,3.67ppb/yr到2035年銷售的新乘用車、卡車和SUV實現100%零排放汽車目標以本地源排放為主的洛杉磯等地臭氧污染改善高VOCs地區改善較慢科學認識科學認識VOCsVOCs、NOxNOx是主要前體

12、是主要前體物物區域性特征達成共識區域性特征達成共識洲際協同，協同控制洲際協同，協同控制NOxNOx，深化高架點源減排，深化高架點源減排，啟動季節性調控啟動季節性調控調動市場機制，研發清潔的車，分車型設置流通積分，明確積分抵償和交易機制可持續的交通體系發展清潔能源汽車，如氫能重型車輛將是未來移動源NOx排放的最大貢獻者之一由集中控制VOCs，轉向VOCs-NOx協同控制，到近期強化NOx控制的變化歷程，同時強化區域間的合作治理歷程17治理歷程USEPA.,1998,2002,2005,2006,2011,2016,2021 18 2013年2017年臭氧改善并無明顯成效，20182021年效果顯著 上海VOCs活性強，尤其是芳香烴對OFP的貢獻遠高于洛杉磯 切實推進跨區域臭氧管控協作 實施臭氧季臭氧污染專項管控 區域層面大幅度削減NOx排放 區域層面推進實施HRVOCs管控結論與建議19致致 謝謝 上海市生態環境局（(202237）淀山湖野外科學觀測研究站