北京市重大活動空氣質量評估技術體系

程念亮，李云婷，孫 峰，李金香，程兵芬，李紅霞，邱啟鴻

(1.北京市環境保護監測中心，大氣顆粒物監測技術北京市重點實驗室，北京 100048；2.北京師范大學水科學研究院，北京100875；3.中國環境科學研究院，北京 100012；4.中山大學先進技術研究院，廣東廣州 510275)

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北京市重大活動空氣質量評估技術體系

程念亮1，2，3，李云婷1，孫 峰1，李金香1，程兵芬2，3，李紅霞4，邱啟鴻1

(1.北京市環境保護監測中心，大氣顆粒物監測技術北京市重點實驗室，北京 100048；2.北京師范大學水科學研究院，北京100875；3.中國環境科學研究院，北京 100012；4.中山大學先進技術研究院，廣東廣州 510275)

以2015年國慶大閱兵期間空氣質量保障為例，闡述了重大活動期間北京市空氣質量分析的技術體系，北京市監測中心在國內首次建立了規范的空氣質量綜合觀測組織體系和科學的措施效果評估方法體系，所獲得的數據及其研究結果具有代表性、完整性和綜合性。評估方法為基于大數據的觀測評估和先進的模型評估相結合，綜合各類監測數據及模擬數據，方法可信可行，不確定性更低，對減排措施的環境改善效果展開評估，目標是剔除氣象條件等外在因素對空氣質量造成的影響，相對客觀準確地評估保障措施-污染物排放規模下降-污染排放量削減-空氣質量改善之間的內在定性定量關系。

重大活動；北京；減排；空氣質量；APEC；大閱兵

重大活動的空氣質量保障是北京市乃至周邊省市/自治區政府一項常態化的工作任務，開展減排措施、氣象條件分析及評估研究是國內外急需研究和關注的問題[1-3]。為保障國際重大活動期間空氣質量所采取的臨時性減排措施較為罕見，不可重復，且為評估減排措施對空氣質量改善分析及評估工作提供了難得的機會[4-6]。國內和國際上均有一些城市因為保障重大活動期間空氣質量而采取臨時性或階段性控制措施先例，如2002年釜山亞運會、2010年印度德里聯邦運動會、2008年北京奧運會、2014年北京APEC會議等[6-10]。

分析認識重大活動期間北京及周邊地區保障措施的實施后各項大氣污染物濃度特征，相對客觀準確地評估保障措施-污染物排放規模下降-污染排放量削減-空氣質量改善之間的內在定性定量關系是重點和難點[10-15]。同時建立規范的空氣質量綜合觀測組織體系和科學的措施效果評估方法體系，能夠為環境管理部門的官方權威發布第一時間提供準確的評估結論和豐富的數據支撐。一方面是服務于環境管理，為保障措施的總體效果提供評估結論和數據支撐，并將結果及時向媒體和公眾發布；另一方面可為 “十三五”北京市大氣污染控制措施及下階段清潔空氣行動計劃的制訂提供技術支撐。筆者以2015年國慶閱兵空氣質量保障為例，闡述了重大活動期間北京市空氣質量分析的技術體系。

1 技術方法體系

2.3014年11月1—12日12 d的北京APEC會議空氣質量保障期間，充分利用各方面資源優勢，在數據、技術、業務等層面與管理決策緊密結合，形成了有效支撐。整合了區域常規污染物觀測數據、綜合觀測數據、實時和預報氣象資料以及減排措施等信息，對環境信息綜合分析技術、統計和數值預報技術以及案例分析技術等加以深入應用，通過首席專家診斷、內部及區域會商、專家會診、預報產品提煉等業務流程綜合產出了空氣質量短、中期預報，區域污染及流場演變分析，空氣質量變化形勢分析，不同區域污染源貢獻，APEC減排措施建議等各方面信息，最終提供了準確的預報結果，支撐了APEC期間京津冀及周邊地區加強措施的啟動，同時基于空氣質量三維觀測對APEC期間的環境效果進行評估。APEC期間空氣質量保障效果實施技術路線見圖1。

北京市環境保護監測中心充分借鑒APEC期間、大閱兵期間空氣質量保障方案效果評估工作經驗，補充和建立了評估技術手段及方法體系，力爭評估工作的高效、科學和嚴謹。評估方法為基于大數據的觀測評估和先進的模型評估相結合。基于地面觀測網絡、綜合實驗室、遙感監測、垂直觀測等三維監測手段，獲取高時空分辨率的觀測數據，同比、環比、空間差異分析和過程分析等方法評估環境空氣質量狀況和變化響應；應用源清單、數值模擬、化學質量平衡、動態源解析等多種源解析方法，確定污染物減排量、各源類的貢獻，綜合分析定量說明減排措施與空氣質量變化之間的關系。評估大氣污染物包括：重點污染物PM2.5與O3，其他常規污染物SO2、NO2/NOx、PM10和CO，以及研究性監測污染物VOCs、NH3等。評估空間范圍重點是北京市區，其次周邊區域，包括京津冀和7省區。評估的時間段劃分為保障前、保障期間和保障后。2015年閱兵期間北京市空氣質量保障技術路線見圖2。

圖1 APEC期間空氣質量保障效果實施技術路線Fig.1 Technical route for the implementation of air quality assurance during APEC in Beijing

圖2 閱兵期間北京市空氣質量評估技術路線Fig.2 Technology system of air quality assessment during the military parade in Beijing

2 評估內容

空氣質量評估主要涉及以下5個方面：一是北京市環境空氣質量時間分布及響應特征分析。分析比較歷史同期以及各階段氣象條件；通過橫向與縱向比較，確定空氣質量的改善程度；二是環境空氣質量空間分布及響應特征分析。分析各區域(含天津、石家莊等重點城市)減排措施前后環境空氣中污染物濃度變化；三是PM2.5化學組成及變化特征分析。利用大氣綜合觀測平臺在線組分連續觀測，分析組分逐時變化特征，特別是污染過程的積累、轉化特征；比較分析歷史同期、措施前后，重點比較燃煤、重點工業行業、機動車、工地揚塵、交通揚塵等特征組分的變化；四是PM2.5來源解析及措施效果定性評估。應用CMB模型開展PM2.5來源解析，分析措施前后來源特征；重點對重污染過程來源特征進行分析；五是空氣質量數值模型解析評估。采用CMAQ、CAMx模型，分別模擬測算空氣質量綜合保障措施效果，區分氣象條件的影響和減排作用；評估本地減排、分區域減排的貢獻，并對主要減排措施的有效性進行評估，包括北京市措施效果，周邊6省區措施綜合效果，北京市和周邊6省區措施綜合效果，與2014年同期氣象條件的差異及其影響，北京市各項措施的有效性，周邊不同空間范圍措施的有效性等評估情景。

3 評估結果與分析

中國人民抗日戰爭暨世界反法西斯戰爭勝利70周年紀念活動(以下簡稱紀念活動)空氣質量保障方案。通過全社會的共同努力，8月20日至9月3日，北京市PM2.5平均濃度為17.8 μg/m3，同比下降73.2%，連續15 d達到一級優水平，相當于世界發達國家大城市水平。SO2、NO2、PM10等各項污染物平均濃度分別為3.2、22.7和25.3 μg/m3，同比分別下降46.7%、52.1%和69.2%，均達到監測歷史以來的最低水平。特別是9月3日上午閱兵期間，該市PM2.5平均濃度僅為8 μg/m3，完美呈現“閱兵藍”。

經測算，8月20日至9月3日，與不采取措施相比，北京市11個國控站點PM2.5濃度平均下降約41%；如不采取保障措施，PM2.5濃度將比實際濃度增加約70%；津、冀、晉、蒙、魯、豫等周邊省區市空氣質量同步明顯改善，70個地級以上城市的PM2.5平均濃度同比下降40%左右(圖3)。此次空氣質量保障措施實現的污染物減排比例及環境PM2.5濃度改善比例略高于2014年APEC空氣質量保障。北京市SO2、氮氧化物(NOX)、PM10、PM2.5、揮發性有機物(VOCS)的減排量分別達286.3、3 655.5、5 333.5、1 276.2、2 907.5 t，與2014年同期相比總量減排比例分別達36.5%、49.9%、50.3%、49.0%、32.4%。

圖3 閱兵前后北京市及周邊地區PM2.5濃度空間變化Fig.3 The spatial variations of PM2.5 concentration in Beijing and surrounding areas before and after the military parade in Beijing

圖4 閱兵期間各項污染物貢獻率分布Fig.4 Contribution rates of pollution sources during the military parade in Beijing

采用數值模型計算的閱兵期間北京市NO2減排貢獻率(圖4)，從保障措施對NO2濃度變化貢獻率看，8月20至9月3日區域減排措施對NO2濃度下降貢獻率在38.9%～48.4%，14 d平均貢獻率為44.5%；相對于PM2.5，NO2減排貢獻率較高且變化較為平緩，這主要與北京市機動車單雙號及工業減排措施有關。從削減的各類污染源對各項污染物濃度改善貢獻看，移動源對北京市NO2改善貢獻率最大，達48.80%，而移動源對其他各項污染物SO2、PM10、PM2.5、VOCs濃度改善貢獻率分別為0、2.50%、9.30%、41.90%，表明單雙號限行對本地NO2濃度改善最為顯著。對比來看，閱兵期間空氣質量保障措施實現的污染物減排比例及環境污染物濃度改善比例略高于2014年APEC空氣質量保障。

4 小結

閱兵期間良好的空氣質量得益于保障措施的精準發力、有效落實，得益于“人努力，天幫忙”，特別是得益于全社會的共同參與、共同治理。由于空氣污染的復雜性，控制措施的環境效果評估需要多方法、多角度、多層次的全面系統評估，才能較為準確客觀地評估措施的環境效果[16-17]，閱兵期間空氣質量保障評估分析表明，污染控制措施在活動期間的空氣質量改善中起到了主導作用。空氣質量改善是一個長期的、艱巨的過程，需要進一步深化聯防聯控，推進區域大氣污染協同治理；進一步提高城市精細化管理水平；優化經濟結構、調整空間布局，倡導和推行生活方式轉變，降低社會活動排放強度，完善全社會共同治理大氣污染的格局。

[1] 北京市環境保護局.回顧抗戰勝利70周年紀念活動北京市空氣質量保障工作[EB/OL].(2015-09-06)[2015-10-02].http：//www.bjepb.gov.cn/bjepb/413526/331443/331937/333896/4376820/index.html.

[2] 北京市環境保護監測中心.2015年兩大活動期間空氣質量保障效果綜合評估報告[R].北京：北京市環境保護監測中心，2015.[3] 程念亮，李云婷，張大偉，等.2014年APEC期間北京市空氣質量改善分析[J].環境科學，2016，37(1)：66-73.

[4] 程念亮，李軍杰，李云婷，等.基于matlab北京市PM2.5動態分區統計預報模型的開發[J].環境工程學報，2015，9(10)：4965-4970.

[5] 北京市環境保護監測中心.APEC空氣質量保障環境空氣質量改善效果評估報告[R].北京：北京市環境保護局，2014.

[6] 程念亮，陳添，張大偉，等.2015年春節北京市空氣質量分析[J].環境科學，2015，36(9)：3150-3158.

[7] 程念亮，張大偉，李云婷，等.2000～2014年北京市SO2時空分布及一次污染過程分析[J].環境科學，2015，36(11)：3961-3970.

[8] 李云婷，程念亮，張大偉，等.2013年北京市不同方位PM2.5背景濃度研究[J].環境科學，2015，36(12)：4331-4340.

[9] 程念亮，李云婷，張大偉，等.2013年北京市細顆粒物時空分布特征研究[J].環境工程，2015，33(10)：43-46.

[10] 程念亮，李云婷，張大偉，等.2013年1月北京市一次空氣重污染成因分析[J].環境科學，2015，36(4)：1154-1163.

[11] 程念亮，李云婷，張大偉，等.2014年10月北京市4次典型空氣重污染過程成因分析[J].環境科學研究，2015，28(2)：163-170.

[12] 程念亮，李云婷，孫峰，等.北京市空氣重污染天氣類型分析及預報方法簡介[J].環境科學與技術，2015，38(5)：189-194.

[13] 程念亮，李云婷，張大偉，等.2014年北京市城區臭氧超標日濃度特征及與氣象條件的關系[J].環境科學，2016，37(6)：2041-2051.

[14] 程念亮，張大偉，陳添，等.2015年北京市兩次紅色預警期間PM2.5濃度特征[J].環境科學，2016，37(7)：2409-2418.

[15] 程念亮，李云婷，張大偉，等.2013～2014年北京市NO2時空分布研究[J].中國環境科學，2016，36(1)：18-26.

[16] 劉保獻，張大偉，陳添，等.北京市PM2.5主要化學組分濃度水平研究與特征分析[J].環境科學學報，2015，35(12)：4053-4060.

[17] 李令軍，王英.基于衛星遙感與地面監測分析北京大氣NO2污染特征 [J].環境科學學報，2011，31(12)：2762-2768.

Technical System of Air Quality Assessment in Beijing during Major Activities

CHENG Nian-liang1,2,3, LI Yun-ting1, SUN Feng1et al

(1. Key Laboratory of Airborne Particulate Matter Monitoring Technology of Beijing, Beijing Municipal Environmental Monitoring Center, Beijing 100048; 2. College of Water Sciences, Beijing Normal University, Beijing 100875; 3. Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012)

The technical system of air quality assurance in Beijing during major activities in 2015 was elaborated based on the lesson of the parade on the 70th Victory Memorial Day for the Chinese People's War of Resistance against Japanese Aggression(Sept. 3 military parade). Beijing monitoring center established a comprehensive observation system and scientific evaluation system based on the obtained data and research results for the first time in China and the obtained data were representative, complete and comprehensive. Integrating all kinds of monitoring data and simulated data, the method was reliable and feasible, lower uncertainty. The goal was to eliminate meteorological conditions, and other external factors affecting the change of air quality for the evaluation of emission reduction measures. It was relatively objective and accurate to assess the measures of pollutants emissions reduction-decrease of emissions-improvement of the air quality qualitatively and quantitatively.

Major activities; Beijing; Emission reduction; Air quality; APEC; Military parade

北京市團委創新項目“北京及周邊城市4+2區域大氣污染現狀及成因分析”(2016000021733G166)；環境保護公益性行業科研專項“北京地區大氣臭氧污染特征、發展態勢和控制途徑研究”(201409005)；國家重大科研專項“京津冀區域大氣污染聯防聯控支撐技術研發與應用”(2014BAC23B03，2016YFC0208902)；北京市環境保護局項目“VOCs基準監測體系評估及環境水平狀況研究”。

程念亮(1987- )，男，山東泰安人，工程師，博士，從事大氣環境監測、模擬、預報和評估方面的研究。

2016-08-24

S 181.3；X 511

A

0517-6611(2016)29-0044-03