达州市空气质量状况及污染防...23年1月一次污染过程为例_杜欣欣.pdf

64环境监测资源节约与环保2023 年第 期达州市空气质量状况及污染防治探索以 2023 年 1 月一次污染过程为例杜欣欣1 刘兵1*邓小函1 唐敏2（1 四川省达州生态环境监测中心站四川达州6350002 力合科技（湖南）股份有限公司湖南长沙 410000）摘要：2023 年 1 月达州市主城区空气质量较往年反弹严重，污染度较高，为了弄清污染成因，将达州市 4 个国控站点常规六参数、达州市气象台气象参数、达州市大气颗粒物及光化学组分站（水溶性离子、无机元素以及碳组分）等监测数据纳入分析。研究结果表明，主城区出现近 3 年持续时间最长、污染程度最重的污染过程。首次污染过程时间为 1 月 1 日至 13 日，污染日合计12d，污染期间市内气象整体呈现长时间静稳特征，叠加本地污染排放量大。第二次污染过程时间为 1 月 19 日至 23 日，污染日合计 5d，大气环境整体呈现不利气象条件，局部受到春节烟花爆竹燃放影响。为应对达州市主城区重污染天气，达州市各部门开展联防联控，实现早预报、早减排，为主城区污染防治提供了可行经验。关键词：达州市；空气质量；PM2.5；污染防治；组分监测引言随着城镇化的推进和经济社会的快速发展，环境污染问题逐渐凸显，以冬季细颗粒物（PM2.5）为首的复合型大气环境污染问题越发频繁。达州市地处四川盆地川东北地区，是川东北城市群的核心城市，也是人口和农业大市、工业重镇（钢铁、火电等）1。主城区位于铁山和雷音铺山之间，地形整体呈“三山夹两沟”，产生的污染物易在达州市主城区累积，易造成本地污染。由于城市发展，达州市大气污染较为严重，空气质量排名在四川省长年靠后，大气污染防治压力大。经过各方逐步治理和改善，2022 年达州市主城区达标率为 94%，优良天数 343d，PM2.5浓度 30 g/m3，并首次实现颗粒物浓度的全面达标。而2023年年初，达州市却经历了近 3 年污染持续时间最长、污染程度最严重的天气过程，空气质量全面反弹。本研究分析 2023 年 1 月达州市空气质量情况，结合 PM2.5组分监测数据、气象数据和后向轨迹模型，对达州市空气质量现状、污染过程、污染成因进行分析，并积极探索符合达州本地的污染防治治理措施。1 数据来源及分析方法1.1 数据来源达州市主城区常规六参数（SO2、NO2、O3、CO、PM10和 PM2.5）数据来源于 4 个国控空气质量评价自动监测站（国控站点），站点周边分布有工业源、移动源、居民源等，可有效代表达州市主城区空气质量。PM2.5 组分数据来自达州市生态环境局楼顶的组分监测站，可实时在线监测颗粒物中水溶性离子、无机元素以及碳组分。常规六参数观测时间为 2023 年 1 月 1 日至 31 日，PM2.5组分监测有效时间为 2023 年 1 月 1 日至 22日，所有数据均采用小时值。1.2 数据分析方法本研究使用 Matlab 软件对数据进行可视化处理，采用由美国国家海洋和大气管理局（NOAA）DOI:10.16317/ki.12-1377/x.2023.10.01865环境监测资源节约与环保2023 年第 期的空气资源实验室与澳大利亚气象局联合研发的一种用于计算和分析大气污染物输送、扩散轨迹的专业模型HYSPLIT 4 模型2，对达州市 1月污染过程进行后向轨迹分析，用于判定达州市污染物输送情况。2 结果分析 2.1 空气质量状况2023 年 1 月，达州市主城区空气质量全面反弹，综合指数同比上升 39.2%，优良率同比下降 25.8%，重污染天数同比增加 3d（2022 年全年无重污染天气），SO2、NO2、CO、O3、PM2.5、PM10浓度上升幅度范围为 19.4%51.9%。其中，颗粒物浓度上升幅度最大，PM10、PM2.5分别上升51.9%、46.7%，空气质量恶化严重。2.2 两轮污染过程与特征分析2.2.1 第一轮污染过程分析2.2.1.1 污染物浓度特征SO2是工业源、燃煤源的特征性指标。本研究将 SO2站点浓度短时上升且单站峰值浓度超过20g/m3或单站点变化趋势异于其他站点判定为异常时段。污染期间主城区国控站点 SO2异常时段共计出现 9 次。SO2异常时段，PM2.5浓度同步上升。以2023年1月8日为例，市政中心国控站点SO2浓度从 1000 的 5g/m3飙升至 1500 的 54g/m3，同时段硫酸根离子浓度上升了 3.8g/m3，涨幅达到 38.4%。此外，在本轮污染前期（411 日），结合主城区 PM2.5、NO2逐小时数据分析，NOx存在明显晚高峰效应，颗粒物浓度峰值较气态污染物有一定滞后，说明颗粒物受移动源排放 NOx的二次转化影响。NOx及颗粒物浓度均呈现逐日增长趋势，说明受本地移动源影响明显。2.2.1.2 PM2.5组分特征从颗粒物组分时序变化趋势分析，在首轮污染期间组分整体呈上升趋势。其中，二次无机离子（硝 酸根离子、铵根离子、硫酸根离子）和有机碳占比之和超过 80%。12 13 日重污染过程，组分占比均大幅增加。整个污染期间，硫氧化率（SOR）和氮氧化率（NOR）值均大于 0.1，说明二次转化较强。研究表明，钾离子是生物质燃烧特征性指标3。首轮污染期间钾离子和 PM2.5浓度变化趋势保持高度一致，表明污染期间主城区受生物质燃烧明显。钡元素、铝元素是烟花爆竹中的显色剂4，可作为烟花爆竹燃放的特征性指标。8 13 日钡元素达到峰值的时间范围为19002100，其中1213日（重度污染期间）铝元素浓度一直维持高值状态，比 9 11 日（中度污染期间）高出 58.1%。同时，钡元素、铝元素的浓度均达到整个污染期间高值，表明烟花爆竹的燃放加重了达州市主城区的污染程度。1 月8 日 2000、10 日 200、11 日 1100、12 日 500这 4 个时刻，氯离子短时上涨显著，其浓度出现26.5 倍涨幅。1 月 13 日 400 1200 镁离子涨幅 0.73 倍。总的来说，本次污染期间，特别是重污染期间烟花爆竹和生物质燃烧产生了一定影响，叠加不利的气象扩散条件，使得达州市出现污染累积，造成严重的空气质量污染。2.2.2 第二轮污染过程分析2.2.2.1 污染物浓度特征21 日（除夕）夜间至 22 日（初一）凌晨，主城区 PM2.5浓度平缓上升，无短时快速增长时段出现。而达州市所辖县级城市宣汉县在 22 日0000 200 的 PM10、PM2.5出现短时快速增长过程，其中 PM2.5由 148g/m3增长至 290g/m3，平均每小时增长 71g/m3。对比分析可知主城区在除夕至初一未受到严重的污染影响。2.2.2.2 PM2.5组分特征本轮污染期间有机碳、地壳元素、硫酸盐三者之和在 PM2.5的占比为 60%65%，有机碳占比最大（34.5%），其次为地壳元素（15.8%）和66环境监测资源节约与环保2023 年第 期硫酸根离子（15.7%）。OC 与 EC 相关性显著，表明 EC 和 OC 具有同源性，且 OC 在 PM2.5中占主导地位。铝和钾为烟花爆竹的示踪元素，硅元素主要来于风沙扬尘5。1920 日铵根离子和元素碳组分呈现爆发性增长，分别增长 2.8 倍和 1倍；硝酸根离子、地壳元素和硫酸根离子也都出现 0.70.8 倍涨幅。2122 日相较于前日颗粒物各组分中氯离子、地壳元素、元素碳分别增长3.49倍、2.35 倍和 1.78 倍，对无机元素占比分析发现，铝、钾和硅 3 种元素占比之和超过 90%。此期间前体物 NOx、SO2的转化速率（NOR、SOR）分别为 0.17、0.36，污染期间转化速率较清洁期间上升 10%，表明二次转化增强。3 污染成因分析3.1 气象扩散条件不利加重污染2023 年 1 月，欧亚中高纬地区以纬向环流为主，冷空气强度接近常年，月内波动明显。其中，1 月中旬中期及下旬中后期中高纬环流经向度加大，特别是中旬中期冷空气活动加强，出现阶段性低温雨雪天气，下旬中后期受强盛西北气流控制，晴好天气为主，湿度明显下降。其余时段中高纬环流以纬向型环流为主，冷空气弱，污染扩散条件较差，大气自净能力较差。本月降水量仅为 7.4mm，较常年同期偏少53%；平均风速为 1.1m/s，较常年同期持平；平均相对湿度为 78.8%，较常年同期偏低 1.3%；平均气温 6.5，较常年同期偏高 0.1。虽然 1 月风速、相对湿度及气温 3 个气象要素与常年同期相比差异不大，但通过分析 3 个要素 1 月逐日值与常年同期对比可知，逐日风速，1 月大部时段均小于常年同期；逐日相对湿度，中上旬及下旬前期均较大，普遍超过 80%且大部时段高于常年同期；逐日气温，13 日前明显高于常年同期；逐日降水量，除 1416 日外，月内其余时段基本无明显降水。同时，1 月晴天较多，夜间辐射降温明显，边界层逆温现象突出，使得大气自净力整体较差。综上分析可知，达州 1 月冷空气活动次数少、大部时段相对湿度较大、雨日少、降水明显偏少、逆温现象突出，总体不利于污染物扩散。3.2 本地多种源叠加进一步加重污染2023 年 1 月，工业企业快速复工复产，工业源和燃煤源特征性指标 CO、NO2、SO2显示，CO涨幅在20.0%41.7%，NO2涨幅在2.6%23.7%，SO2涨幅在 16.4%33.3%，且存在多个浓度异常飙升时段。1 月 NO2同比上升 35.1%。以 1 月 7日 1700 至 2100 晚高峰为例，PM2.5在 PM10中占比平均值为 62.9%，较 11001600 比值低16.1%，可见气态前体物的二次转化增强。主城区餐饮店多且密，部分餐饮店油烟净化装置未全覆盖或运行不正常，其排放对主城区 PM2.5的影响不容忽视。据达州市公安局统计资料显示，1月达州市流入人口约 100 万，使得机动车激增，汽车尾气排放和道路扬尘均增强。受春节烟熏腊肉的影响，主城区设置集中熏制点，但城郊仍有散熏，且组分显示钾离子和 PM2.5浓度变化趋势保持高度一致，说明城区受生物质燃烧影响。3.3 污染物区域输送加重污染利用 HYSPLIT 4 模型对达州市 2023 年 1 月PM2.5污染期间不同时间进行 24h 后向轨迹模拟。15 日不同高度（100m、500m 和 1000m）的气流轨迹均由东北方向输入。7 日 100m 高度气流主要在本地小范围运动。9 日 100m 和 500m 高度气流主要来自西南方向，而 11 日来自东南方向，共同点是轨迹较短，气团运动较慢，污染易积累。12 日气流轨迹主要来自东南方向，轨迹较长，移动速度较快，有利于东南方向气团向达州市传输。13 日 100m 高度风速较小，污染难以扩散，造成持续污染。综上 1 月前期 PM2.5污染过程，先受到偏北方向的气流传输渗透，后期受到偏南方向67环境监测资源节约与环保2023 年第 期气流控制，在区域传输的作用下，来自北部和东南方向的气团传输对达州上半月出现的重污染过程起到重要助推作用。4 污染防治探索为应对 2023 年 1 月达州市主城区重污染天气，达州市环境管理部门早预报、早减排，为主城区抢回 3 个优良天，为主城区污染防治提供了可行经验。4.1 提前研判污染形势减缓累积速率采取多部门联合会商以及环保、气象等部门信息共享的措施，为达州主城区每日空气质量提供精准预测，为决策单位提供依据。提前研判污染形势，便于决策部门提前科学部署，适时启动重污染天气预警，各行业严格控制减排，减缓污染累积速率。4.2 实施多源精细化管理对工业源、移动源、扬尘源、面源等进行多源精细化管理，鼓励使用新能源汽车，开展清洁油品行动、改善路网结构等减少移动源污染；强化扬尘污染治理，加大道路清扫力度，严控道路扬尘；推进人防和科技相结合，加强秸秆综合利用和禁烧管理；推动产业结构和布局优化调整，推动企业实行错峰生产；加强烟花爆竹管控力度，严控禁燃区烟花爆竹燃放；强化大气污染联防联控，降低区域污染物输送影响等精细化管理措施，为主城区污染治理提供有效措施。结语2023 年 1 月，达州市空气质量全面反弹，优良天数同比减少 8d，重污染同比增加 3d；常规六项污染物浓度均同比上升，上升幅度范围19.4%51.9%，其中颗粒物浓度上升幅度最大，PM10、PM2.5分别上升 51.9%、46.7%，空气质量恶化严重。1 月先后经历 2 轮重污染过程，首轮污染期间市内气象整体呈现长时间静稳特征，叠加本地污染排放量大，第二轮污染期间大气环境整体呈现不利气象条件，局部受到春节烟花爆竹燃放影响。总体来说，受不利气象、本地污染累积和外源性输入影响，前体物在高湿条件下的二次生成和颗粒物吸湿增长显著，共同造成了近 3年污染持续时间最长、污染程度最重的空气污染过程。而此次达州市主城区重污染天气，达州市环境管理部门早预报、早减排，为主城区抢回3 个优良天。各部门联合会商、信息共享，提前研判污染形势，为达州主城区每日空气质量提供精准预测，提前科学部署；及时启动重污染天气预警，对工业源、移动源、扬尘源、面源等进行多源精细化管理，各行业严格控制减排，减缓污染累积速率，为主城区污染防治提供了可行经验。参考文献1 卫其巍,孙业兴,邹洁,等.达州市种质资源保护与利用现状J.中国畜牧业,2022(22):44-45.2 黄顺祥.大气污染与防治的过去、现在及未来J.科学通报,2018,63(10):895-919.3 周君立,黄拓,夏媚,等.一种颗粒物污染溯源方法P.中国专利:115541461A,2022-12-30.4 周君立,黄拓,刘德华.一种臭氧污染溯源方法P.中国专利:114357058A,2022-04-15.5 王宗爽,段小丽,王贝贝,等.土壤/尘健康风险评价中的暴露参数J.环境与健康杂志,2012,29(02):114-117.作者简介杜欣欣（1994），女，汉族，四川达州人，硕士研究生，助理工程师，主要从事空气质量预报预警及空气质量自动监测相关工作。通信作者刘兵（1973），男，汉族，四川达州人，本科，高级工程师，研究方向为环境监测。