太原市2019年典型大氣重污染過程分析

張馳文

(山西省太原生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，山西 太原 030002)

太原市位于山西省中部，東、西、北三面環(huán)山，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和工業(yè)布局仍存在較大不足，受特殊的地形條件和產(chǎn)業(yè)布局影響，太原市秋冬季節(jié)重污染天氣頻發(fā)[1]。近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，大氣重污染日益引起重視，且污染特征產(chǎn)生較大變化，在傳統(tǒng)煤煙型污染未得到徹底解決的情況下，疊加以細(xì)顆粒物(PM2.5)和臭氧(O3)為代表的區(qū)域性、復(fù)合型大氣污染，環(huán)境空氣質(zhì)量形勢異常嚴(yán)峻。SO2濃度近年來雖有較大幅度下降，但同比周邊其他城市仍屬落后位次，秋冬季PM2.5污染問題依然突出，空氣質(zhì)量排名在全國169個(gè)重點(diǎn)城市排名靠后。

空氣質(zhì)量問題在一定程度制約了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，威脅人民群眾身體健康[2]，因此大氣重污染特征及成因分析尤為重要。2017年，太原市被列入京津冀及周邊區(qū)域2+26污染傳輸通道城市重點(diǎn)防控區(qū)域，我市還需進(jìn)一步加大工作力度，全面推進(jìn)大氣環(huán)境空氣質(zhì)量持續(xù)改善。

1 數(shù)據(jù)來源及分析方法

本文分析的重污染時(shí)段為2019年12月6日至9日，采用的空氣質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)來源于太原市9個(gè)國控空氣質(zhì)量監(jiān)測站點(diǎn)，9個(gè)站點(diǎn)分別為上蘭、尖草坪、南寨、桃園、巨輪、塢城、小店、金勝、晉源，其中上蘭為清潔對照點(diǎn)(表1、圖1)。PM2.5污染空間分布圖采用太原市微觀站點(diǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)；PM2.5組分及源解析數(shù)據(jù)取自太原市桃園點(diǎn)位大氣環(huán)境綜合觀測研究站。

圖1 太原市空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測點(diǎn)位分布圖

表1 太原市各區(qū)空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測點(diǎn)位分布

2 結(jié)果及討論

2.1 污染現(xiàn)狀

2019年12月6日至9日，太原市經(jīng)歷了一次持續(xù)性的重污染過程，3天輕度污染，1天中度污染(見第215頁表2)。AQI范圍為102～153，首要污染物均為PM2.5。從PM2.5的空間分布來看(第215頁圖2)，12月6日太原市PM2.5的質(zhì)量濃度大體呈現(xiàn)輕度污染水平，南部小店區(qū)和北部尖草坪區(qū)部分區(qū)域已達(dá)Ⅳ級(jí)中度污染，呈現(xiàn)“兩頭重，中間輕”的污染形勢，7日南部污染加重，達(dá)重度污染程度，8日南部區(qū)域污染程度持續(xù)重于北部區(qū)域。9日大部分點(diǎn)位污染級(jí)別降至二級(jí)良水平，南部部分區(qū)域?yàn)棰蠹?jí)輕度污染。10日起，受明顯冷空氣影響，污染物擴(kuò)散條件明顯轉(zhuǎn)好，整個(gè)重污染過程結(jié)束，我市大氣質(zhì)量明顯改善。

表2 12月6日至10日AQI和主要污染物

圖2 2019年12月6日至10日PM2.5空間分布圖

2.2 AQI及六項(xiàng)污染物濃度逐時(shí)變化

圖3為污染過程中6項(xiàng)污染物小時(shí)濃度和AQI小時(shí)變化趨勢圖，從6項(xiàng)污染指標(biāo)的質(zhì)量濃度來看，除O3外各項(xiàng)污染物濃度變化與AQI的變化趨勢基本一致。8日12時(shí)，PM10、PM2.5、SO2和CO均與AQI同步達(dá)到本次污染的峰值，小時(shí)質(zhì)量濃度值分別為311 μg/m3、204 μg/m3、100 μg/m3和2.4 mg/m3，AQI達(dá)254，重度污染持續(xù)4 h，NO2于7日19時(shí)提早達(dá)到峰值，小時(shí)質(zhì)量濃度值為111 μg/m3。9日9時(shí)之后受偏西風(fēng)影響，污染物擴(kuò)散條件轉(zhuǎn)好，污染物濃度急劇下降，自9日13時(shí)起，市區(qū)空氣質(zhì)量基本維持在Ⅱ級(jí)良水平，此次污染過程結(jié)束。

圖3 2019年12月6日至10日AQI及污染物小時(shí)變化曲線

3 污染成因分析

3.1 氣象因素分析

氣象因素對于污染物的擴(kuò)散和積累起決定性作用[3]。12月6日，太原市處于弱氣壓場，天氣靜穩(wěn)，污染物擴(kuò)散條件差，有利于污染物累積；7日，近地面出現(xiàn)逆溫，地面風(fēng)速小于1 m/s，不利于污染物水平和垂直擴(kuò)散，污染進(jìn)一步加重；8日，受低壓控制，有輕霧，濕度大，有利于顆粒物的吸濕增長[4]；9日8時(shí)后有冷空氣，污染物擴(kuò)散條件逐漸轉(zhuǎn)好；10日，受新一輪冷空氣影響，有4級(jí)偏西風(fēng)，污染物擴(kuò)散條件明顯好轉(zhuǎn)。可見，造成此次污染過程主要原因是高濕度、靜穩(wěn)等不利氣象條件。

3.2 化學(xué)組分分析

圖4 PM2.5中主要組分變化情況

3.3 單顆粒在線源解析

第216頁圖5是重污染過程PM2.5在線源解析情況，從PM2.5隨時(shí)間變化圖中可以看出，此次重污染過程共包括4個(gè)污染時(shí)間段。在第1個(gè)PM2.5快速增長期，燃煤源、生物質(zhì)燃燒源及揚(yáng)塵源占比增加；第2個(gè)PM2.5快速增長期，主要是二次無機(jī)源和機(jī)動(dòng)車尾氣源占比增幅較大；第3個(gè)PM2.5快速增長期，二次無機(jī)源占比增長較為明顯，增幅超過4%；第4個(gè)PM2.5快速增長期，燃煤源和工業(yè)工藝源占比大幅增加，增加值均超過10%。綜合來看，整個(gè)重污染過程中，PM2.5的主要來源為二次無機(jī)源、燃煤源和機(jī)動(dòng)車尾氣源，占比分別為21.14%、20.81%和20.33%，三者占比之和達(dá)到PM2.5的60%以上。

圖5 PM2.5在線源解析情況

4 結(jié)論

2019年12月6日至9日重污染過程分析表明，在空間分布上，此次污染呈現(xiàn)“兩頭重，中間輕”的污染形勢，南部污染程度總體重于北部區(qū)域；區(qū)域逆溫、靜穩(wěn)、高濕等持續(xù)不利氣象條件是造成此次重污染的主要原因；整個(gè)污染過程中，PM2.5的主要來源為二次無機(jī)源、燃煤源和機(jī)動(dòng)車尾氣源。