大閱兵期間北京市大氣質量改善效果評估

趙 輝，鄭有飛,*，徐靜馨，王占山，袁 月，黃積慶，儲仲芳（1.南京信息工程大學，中國氣象局氣溶膠與云降水重點開放實驗室，江蘇 南京 2100；2.南京信息工程大學大氣物理學院，江蘇 南京 2100；.南京信息工程大學環境科學與工程學院，江蘇省大氣環境與裝備技術協同創新中心 江蘇 南京 2100；.北京市環境保護監測中心，北京 10008）

大閱兵期間北京市大氣質量改善效果評估

趙 輝1,2，鄭有飛1,2,3*，徐靜馨1,2，王占山4，袁 月3，黃積慶1,2，儲仲芳3（1.南京信息工程大學，中國氣象局氣溶膠與云降水重點開放實驗室，江蘇 南京 210044；2.南京信息工程大學大氣物理學院，江蘇 南京 210044；3.南京信息工程大學環境科學與工程學院，江蘇省大氣環境與裝備技術協同創新中心 江蘇 南京 210044；4.北京市環境保護監測中心，北京 100048）

為了評估抗戰紀念活動期間污染物減排措施對北京市空氣質量的影響，利用2015年8月1日～2015年9月18日北京市大氣污染物濃度數據，以及2014年同期監測數據進行對比分析.結果表明:減排期間（2015年8月20日～2015年9月3日）北京市P M2.5，SO2，NO2和CO濃度均值為17.05μg/m3，2.35μg/m3，21.04μg/m3和0.56mg/m3，對比減排前期，各污染物分別下降了71.26%，36.49%，37.92%和37.78%，減排后期，隨著減排措施的取消，大氣污染物反彈上升.與2014年同期相比，減排期間污染物濃度分別下降了73.59%，56.64%，52.39%和38.46%，大氣質量改善效果顯著.3個時段（減排期間，活動當天和2014年同期）污染物濃度日變化特征相似，整體上呈現2014年同期＞減排期間＞活動當天的特征.空間分布上，各站點污染物濃度均遠低于2014年同期水平，其中PM2.5降幅大且空間差異較小，SO2在空間上差異最為明顯，不同站點的PM2.5降幅在68.91%～77.63%之間，SO2降幅在7.43%～74.75%之間，NO2降幅在34.60%～72.28%之間，CO降幅在24.98%～63.73%之間.減排期間北京市PM2.5，SO2，NO2和CO濃度分別比周邊城市均值低24.66%，81.00%，27.30%和36.36%，也從另一方面反映出減排措施的明顯效果.

70周年；紀念活動；大氣質量；評估

近年來，我國舉辦了北京奧運會，南京青奧會，廣州亞運會和APEC會議等國際重大活動，先后開展了一系列臨時管控措施以保障空氣質量，取得了明顯成效.研究表明，奧運時段興隆地區NOx，SO2，O3和PM2.5平均濃度分別為6.6，6.8，100.5和33.3μg/m3，比奧運時段前后平均濃度分別下降了29.0%，46.9%，18.6%和36.5%［1］.對比奧運期間CO，NOx，SO2和PM10平均濃度比6月降低了23%，30%，45%和21%［2］.奧運會時段京津冀地區SO2，PM2.5，NO2平均值分別為（13±4） ，（56±28）和（23±4）μg/m3，比奧運會前分別下降了51.0%，43.7%，12.5%［3］.對青奧會期間的大氣質量進行分析，發現青奧會期間PM2.5，PM10，SO2，NO2，O3濃度均值為37.9，49.1，12.4，36.5，38.8μg/m3，而在青奧會之后，隨著大氣污染管控措施的取消，大氣污染物濃度均反彈上升［4］.通過對亞運會期間空氣質量進行研究，認為亞運期間廣州及周邊城市的NO2，O3，PM10和SO2濃度均比亞運前少，這主要得益于政府實施的減排措施及良好的氣象條件［5］.而在近期北京舉辦了APEC會議，許多學者針對會議期間空氣質量的改善效果進行了深入的分析［6-10］，進一步說明了強化減排措施對北京及周邊城市空氣質量的改善起到了積極的作用.

2015年9月3日在北京舉行中國人民抗日戰爭勝利紀念日閱兵儀式，在這期間采取了較為嚴厲的空氣污染減排措施，包括：8月20日～9月3日，北京全市機動車將采取單雙號限行；8月20日～9月4日，全市大氣污染物排放重點工業企業實施停產限產.這些強有力的措施保障了紀念活動得以圓滿成功，因此，本研究以國家環境保護部公布的北京市12個國控點大氣污染物數據為基礎，與2014年同期監測的數據進行對比，分析了北京空氣質量的演變，探討了減排措施后的改善效應，這不僅能驗證大氣污染管控措施的實際效果，對今后國家制定相應的聯合防控措施具有重要的指導意義.

1 資料與方法

1.1 資料來源

PM2.5，SO2，NO2和CO濃度的監測數據來源于環境保護部中國環境監測總站“全國城市空氣質量實時發布平臺 （http：//106.37.208.233：20035/）”所發布的北京市12個國控點逐時濃度數據.各國控點如圖1所示，為了便于比較減排措施實施的效果，數據收集的時間段為2015年8月1日～2015年9月18日，包含了減排措施實施期間和實施前后，同時還收集了2014年同期北京市大氣污染物濃度數據.

其中氣象數據來源于中國氣象數據網（http：//data.cma.cn/site/index.html）54399海淀站.

圖1 北京市污染物監測點分布Fig.1 Distribution of pollutants observation sites in Beijing City

1.2 研究方法

為了評估減排措施對北京市大氣環境質量的影響，將數據分為3個時期：即減排前期、減排期間和減排后期，其中2015年8月1日～8月19日為減排前期，從8月20日0：00開始，北京全市機動車將采取單雙號限行，污染物排放重點工業企業實施停產限產，而閱兵式為9月3日上午，至當天24：00減排措施將結束，因此將8月20日～9月3日定為減排期間，9月4日～9月18日即為減排后期.

2 結果與討論

2.1 污染物總體變化特征

為了研究抗戰紀念活動期間減排措施對北京市大氣質量的影響，比較了減排期間與減排前后污染物濃度水平，并與上一年減排措施實施的同一時段（2014年8月20日～9月3日）大氣污染物日均濃度進行了比較，如圖2所示，表1給出了不同時間段各大氣污染物的平均濃度.

圖2顯示，減排前期的18d，PM2.5有5d超標，而在減排期間PM2.5全部達到國家環境空氣質量一級標準（35μg/m3）［11］，減排后期，9月4日～9月14日沒有出現超標現象，之后開始一直維持在較高的濃度.結合表1可以看出，2014年和2015年減排期間PM2.5平均質量濃度分別為64.57μg/m3和17.05μg/m3，2015年減排期間比前一年同時期降低了73.6%，比減排前期下降了71.3%，紀念活動結束后，隨著減排措施的取消，PM2.5逐漸上升，與減排期間相比，減排后期PM2.5質量濃度上升了187.7%.

圖2 不同時段污染物濃度逐日變化Fig.2 Daily variation of pollutants in different periods

整個觀測期間，SO2的污染并不嚴重，各時段的日均濃度均低于國家環境空氣質量一級標準（50μg/m3）.SO2在各時段呈現后期＞前期＞減排期間的變化趨勢，前期，減排期間和后期的平均濃度分別為3.70μg/m3，2.35μg/m3和4.61μg/m3.可見，由于紀念活動的結束，北京及周邊地區管控措施的取消，加上各類工廠企業重新恢復正常的生產等，SO2濃度開始緩慢上升.一般情況下，SO2濃度及其來源與天氣條件密切相關［12］，并且季節變化較為明顯，由于采暖期大量燃煤導致SO2的排放在冬季和春季較高.同時，夏季排放源強度變化小，氣溫較高且大氣對流強烈，在氣-粒轉化以及降水濕清除共同作用的影響下SO2濃度低于其他季節［13］，加之紀念活動期間的源控制，這兩方面的綜合作用導致北京市減排期間SO2濃度明顯低于前一年同時期的5.42μg/m3.

3個時段北京市NO2濃度均遠低于國家NO2一級標準（80μg/m3），減排期間平均濃度為21.04μg/m3，低于前期和后期其質量濃度，9月3日為活動當天，污染源減排措施最為嚴格，因此，此時NO2日平均濃度達到最低為17.96μg/m3.減排期間與前一年同時期相比，NO2濃度降低了52.39%，下降較為顯著，這與減排期間機動車控制有關，也可能與其自身的季節變化有關［14］.

CO在前期，減排期間和后期的平均濃度分別為0.90mg/m3，0.56mg/m3和0.79mg/m3，均低于國家CO一級標準（4mg/m3） ，減排期間與2014年同期相比下降了38.46%.總體而言，夏季CO濃度較低，主要因為夏季大氣中CO與·OH消耗強烈，而且夏季大氣邊界層高度高，湍流強烈，有利于CO混合［15］，相反在秋冬季節，大氣穩定度較高，導致地面排放的CO易出現累積，加之不利的擴散條件，以及較弱的大氣CO匯，因而冬季CO濃度比其他季節高［16］.

表1 不同時段污染物平均濃度Table 1 The average concentration of pollutants in different periods

2.2 污染物日變化特征

為了進一步探明減排措施的實施對大氣污染物濃度的影響，分別計算了PM2.5，SO2，NO2和CO在3個時段不同時刻污染物濃度的平均值，即污染物的日變化特征，如圖3所示.其中3個時段分別為：2015年8月20日～9月3日為減排期間，2015年9月3日為活動當天，2014年8月20日～9月3日為減排措施實施時上一年的同一時段.從圖中可以看出，與2014年同期相比，污染物濃度水平差異較為明顯，減排期間和活動當天4種污染物的日變化濃度水平都較低，體現了減排措施的良好效果.

2014年同期，PM2.5日變化幅度較其他2個時段大，并于20：00達到一天中的最大值為76.07μg/m3，這可能與穩定邊界層深厚有關，此時大氣層結穩定，不利于污染物的擴散和稀釋，污染物積累過程明顯.2015年減排期間，PM2.5的累積過程明顯變緩，在00：00達到最大值23.13μg/m3.

活動當天SO2日變化平緩，并沒有出現峰值，這與活動當天最為嚴格的管控措施有關.其他兩個時段均在07：00左右達到最低值，減排期間的峰值出現在10：00，可能是由于太陽的熱力作用使得垂直對流發展，將早上殘留在高溫逆溫層中的SO2輸送到地面，導致SO2中午出現峰值［17］.與減排期間不同的是，2014同期，SO2日變化幅度劇烈，從凌晨開始逐漸下降，而后逐漸上升，至10：00～17：00時，SO2濃度一直居高不下，之后隨著空氣對流混合加強SO2濃度逐漸降低.總體而言，白天SO2濃度高于夜晚，這可能與夜晚SO2的濕清除有關［18］.

3個時段NO2呈雙峰型日變化，峰值分別出現在早上07：00～08：00和晚上21：00左右.NO2濃度從凌晨開始下降，隨著早高峰的到來，此時交通擁擠，機動車尾氣大量排放，致使NO2濃度逐漸上升至第1個峰值.此后，隨著太陽輻射的增強，城市大氣邊界層升高，導致污染物的擴散和稀釋增強，濃度再次呈現下降的趨勢，在15：00左右出現谷值.隨著晚高峰的出現，NO2濃度開始增加，直至出現第2個峰值.

CO日變化趨勢與NO2相類似，峰值出現在早上07：00～09：00，此時的峰值是由于交通擁擠導致的機動車排放源短時大量增加，隨著早高峰的結束，CO濃度開始下降，午后15：00～16：00達到最低值，此后開始回升，圖中可見，2014年同期CO濃度于晚上20：00左右達到第2個峰值，此時的峰值可能是由于晚上混合層高度降低，污染物擴散受到限制，與此同時，穩定的大氣層結不利于污染物的擴散和稀釋，由局地排放的CO在低層大氣中累積，導致CO濃度升高［19］.

圖3 不同時段污染物濃度日變化Fig.3 Diurnal variation of pollutants in different periods

2.3 污染物空間分布變化

圖4為減排期間北京市各監測站點污染物濃度與2014年同期對比圖，為了清晰地比較北京市大氣污染物空間上減排效果，通過2014年同期污染物濃度與減排期間的差值和降幅來反映其改善程度，如表2所示.從圖4可見，郊區（順義新城，懷柔鎮和昌平鎮）污染物濃度要低于城區，各站點污染物濃度均遠低于2014年同期水平，說明了減排措施實施效果顯著.同時結合表1可以看出，PM2.5降幅在68.91%～77.63%之間，SO2降幅在7.43%～74.75%之間，NO2降幅在34.60%～72.28%之間，CO降幅在24.98%～63.73%之間，各監測站點間PM2.5降幅大且空間差異較小，方差和標準差分別為0.0005和0.0229，說明減排措施對PM2.5的消減貢獻最大，空間分布較為均勻.總體上，SO2和NO2降幅相差不大，均在50%以上，但SO2的方差和標準差是所有污染物中最高的，高于NO2一個量級之多，表明SO2在空間上差異明顯，NO2的空間差異性相對較小.CO平均降幅近40%，為所有污染物中降幅最低的，方差和標準差分別為0.0111和0.1053.

圖4 減排期間各監測站點污染物與2014年同期對比Fig.4 A comparison of pollutants at each site during emission reduction and the same time in 2014

表2 減排期間各監測站點污染物與2014年同期差值及降幅Table 2 The difference and Improvement percentage of pollutants at each monitoring site during emission reduction and the same time in 2014

2.4 氣象條件的影響

溫度，相對濕度，風速和降水量等氣象條件是影響污染物的外部因素.圖5為2015年8月20日～9月3日即減排期間與2014年同期氣溫，相對濕度和風速的小時變化，可以看出，2015年減排期間的平均氣溫為24.55℃，比2014年同期高0.04℃，因此2個時期氣溫大致相當.其中，2015年減排期間平均相對濕度，總降水量和風速分別為67.74%，21.8mm和 1.07m/s，2014年同期則為74.41%，67.3mm和1.10m/s.有研究表明，在夏季，相對濕度越高，空氣中的水汽含量越高，而水汽則可以吸附污染物，使污染物聚集，從而沉降至地面，與此同時，降水則可以清除大氣中的污染物質［4］.綜合以上分析，可以看出，氣象條件更有利于2014年同期污染物的消除.因此，通過與2014年同期污染物相比，2015年減排期間污染物降低的原因在于減排措施的實行.

圖5 減排期間氣象條件與2014年同期對比Fig.5 A comparison of meteorological conditions during emission reduction and the same time in 2014

2.4 污染物濃度水平與周邊城市對比分析

圖6為減排期間北京與周邊城市各污染物平均濃度的對比.北京PM2.5濃度為17.05μg/m3，比周邊城市均值低25%，低于WHO過渡期第3階段目標值37.5μg/m3，說明北京及周邊城市在減排期間PM2.5造成的污染較輕.SO2濃度北京為2.35μg/m3，比周邊城市均值低81%，而SO2主要來自于礦物燃料的排放，包括工業燃煤，燃油，冶煉等等，由此可見，北京市重點工業企業實施停產限產等措施收到了良好的效果.NO2濃度北京為21.04μg/m3，與天津，保定，張家口，承德等周邊城市十分接近，但遠低于唐山和廊坊兩個城市，說明機動車尾氣的限排措施還需進一步加強.CO濃度北京為0.56mg/m3，比周邊城市均值低36%.整體上，北京市各污染物濃度均比周邊城市低，也從另一方面反映出減排措施的效果.

抗戰紀念活動期間北京市政府制定的空氣質量保障方案以及采取的相應減排措施確保了北京大氣質量達到了較高的水平.重點在機動車，工業企業，燃煤鍋爐，建設施工等方面實施臨時性的管控措施，同時實行了區域性的聯防控制措施，積極協調周邊六省（區、市）協同減排，全力保障紀念活動期間的大氣質量.表3為本研究與我國舉辦其他大型活動期間污染物濃度的對比，可以看出，PM2.5，SO2，CO濃度均遠低于其他活動期間，NO2濃度也處于較低水平，反映出北京市大氣質量得到了明顯的改善，收到了較好的效果.

圖6 減排期間北京市污染物濃度與周邊城市對比Fig.6 A comparison of pollutants between Beijing and nearly surrounding areas

表3 本研究與國內其他活動減排期間污染物對比Table 3 A comparison of pollutants between this study and other events during emission reduction

3 結論

3.1 2015年8月20日-2015年9月3日即減排期間，北京市PM2.5，SO2，NO2和CO濃度均值為17.05μg/m3，2.35μg/m3，21.04μg/m3和0.56mg/m3，與減排前期相比，分別下降了71.26%，36.49%，37.92%和37.78%，減排后期，隨著減排措施的取消，大氣污染物反彈上升.

3.2 與2014年同期相比，減排期間污染物濃度分別下降了73.59%，56.64%，52.39%和38.46%，可見，大氣質量改善效果非常顯著.

3.3 減排期間，活動當天和2014年同期的3個時段，污染物濃度日變化特征相似，整體上呈現2014年同期＞減排期間＞活動當天的特點.

3.4 空間分布上，各站點污染物濃度均遠低于2014年同期水平，其中PM2.5降幅大且空間差異較小，SO2在空間上差異最為明顯，不同站點的PM2.5降幅在68.91%～77.63%之間，SO2降幅在7.43%～74.75%之間，NO2降幅在34.60%～72.28%之間，CO降幅在24.98%～63.73%之間.

3.5 減排期間北京市PM2.5，SO2，NO2和CO濃度分別比周邊城市均值低24.66%、81.00%，27.30%和36.36%，也從另一方面反映出減排措施的明顯效果.

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Evaluation of the improvement of the air quality during the parade in Beijing.

ZHAO Hui1,2， ZHENG You-fei1,2,3*，XU Jing-xin1,2， WANG Zhan-shan4， YUAN Yue3， HUANG Ji-qing1,2， CHU Zhong-fang3（1.Key Laboratory for Aerosol-Cloud-Precipitation of China Meteorological Administration， Nanjing University of Information Science and Technology， Nanjing 210044， China；2.School of Atmospheric Physics， Nanjing University of Information Science& Technology， Nanjing 210044， China；3.Jiangsu Collaborative Innovation Center of Atmospheric Environment and Equipment Technology （CICAEET）， School of Environmental Science and Engineering， Nanjing University of Information Science and Technology， Nanjing 210044， China；4.Beijing Municipal Environmental Monitoring Center，Beijing 100048， China）. China Environmental Science， 2016，36（10）：2881～2889

To evaluate the effects of the implementation of emission reduction measures and the revolution of air quality during the 70th anniversary of victory parade in Beijing， the variation of characteristics of air pollutant was analyzed based on observations of air pollutants at twelve sites in Beijing City from August 1， 2015 to September 18， 2015， and compared with that in 2014. The results showed that: The average concentrations of PM2.5， SO2， NO2， CO were 17.05μg/m3， 2.35μg/m3， 21.04μg/m3， 0.56mg/m3respectively during emission reduction， the average concentrations of PM2.5， SO2， NO2， CO were decreased by 71.26%， 36.49%， 37.92%， 37.78% compared to the period before emission reduction， after the emission reduction， with the cancellation of emission abatement measures， air pollutant showed an upward tendency. Compared with the same time in 2014， the average concentrations of PM2.5， SO2， NO2， CO were decreased by 73.59%， 56.64%， 52.39%， 38.46% during emission reduction， air quality improvement was very obvious. Diurnal variation of pollutants were similar， the same time in 2014＞during emission reduction＞day of the event. The concentrations of pollutants was well below the same time in 2014 at each monitoring site during emission reduction， the improvement percentage of PM2.5was big and the spatial difference was relatively small， the spatial difference of SO2wasmost obvious， the concentrations of PM2.5at different sites were decreased by 68.91%～77.63%， the concentrations of SO2at different sites were decreased by 7.43%～74.75%， the concentrations of NO2at different sites were decreased by 34.60%～72.28%，the concentrations of CO at different sites were decreased by 24.98%～63.73%. The average concentrations of PM2.5， SO2， NO2，CO in Beijing was lower than nearly surrounding areas， this further shows that implementation measures had made a great contribution to the improvement of air quality in Beijing during emission reduction.

70 anniversary；commemorative activity；air quality；evaluation

X51

A

1000-6923（2016）10-2881-09

趙 輝（1990-），男，江蘇南京人，博士研究生，主要從事大氣環境研究.發表論文8篇.

2016-02-22

國家自然科學基金項目（41475108）

* 責任作者， 教授， zhengyf@nuist.edu.cn