溫江區2021年環境空氣質量典型污染過程分析研究

李 琳，賴瀚如，王 菲

（成都市污染源監測中心溫江監測站，四川 成都 611130）

自2013 年《大氣污染防治行動計劃》發布以來，我國城市地區環境空氣污染狀況得到了較顯著的改善。2015～2019 年，我國337個地級及以上城市 PM2.5濃度顯著下降，臭氧濃度則呈波動上升趨勢（夏季表現突出）[1－2]。目前，國內對臭氧污染特征及氣象因素影響研究主要集中在京津冀[3－4]、長三角[5]、珠三角[6]及成渝地區[7－8]。

四川盆地是全國人口最集中且地理環境最復雜的區域之一，以細顆粒物（PM2.5）、臭氧污染為主要特征。郭曉梅[8]發現四川盆地存在特殊的大氣環境效應，即盆地區域低空為弱風區，高空為強風區及下沉氣流，不利于污染物的擴散和輸送，導致污染物堆積。溫江區地處成都市中心城區西北部，是成都中心城區的重要組成部分。2021年溫江區空氣質量優良天數為270天，超標天數為95天，其中PM2.5超標53天，主要出現在冬季；臭氧超標40天，主要出現在夏季。本文選取的研究對象是溫江區2021冬、夏季中一次持續時間較長、污染程度較重的PM2.5和臭氧典型污染過程，通過研究分析污染過程中環境空氣質量指標污染物和氣象條件變化特征，提出溫江區大氣污染防控工作建議。

1 分析方法

1.1 HYSPLIT后向軌跡模型

一個地區或城市的臭氧污染不僅受本地污染源排放的影響，同時也受周邊地區外來輸送的影響，國內外許多研究利用HYSPLIT后向軌跡模型來分析大氣污染物質來源及其輸送路徑等[1－4]。本文采用的氣象資料為NCEP（美國國家環境預報中心）提供的全球資料同化系統（GDAS）數據，使用HYSPLIT模型模擬500米高度每日氣團移動的24小時后向軌跡，反映溫江區典型污染過程期間氣流外來輸送方向。

1.2 CAMQ空氣質量模型

CAMQ空氣質量模型可以一次性系統模擬多種尺度、多種大氣污染問題，也適用于復合型大氣污染，如臭氧、PM2.5和NO2等污染物導致的大氣環境問題[6－7]。CMAQ模型是目前運用較廣泛、理論較成熟的空氣質量模型之一，模擬過程中需結合WRF中尺度氣象模式和SMOKE（Spare Matrix Operator Kerenl Emission）等源排放模型，將大氣污染物水平與垂直輸送、擴散過程、源排放、化學反應和去除過程等對污染物濃度的影響融為一體，將復雜的大氣污染情況進行綜合處理[8－9]。本研究采用WRF－SMOKE－CMAQ空氣質量模式系統，其中WRF為SMOKE和CMAQ提供氣象背景場，SMOKE為CMAQ提供格點化的排放源數據，通過CMAQ模式中大氣污染擴散及演變的一系列物理化學過程計算，得到模擬區域的污染物濃度分布。

2 結果與分析

2.1 秋冬季典型污染過程分析

受持續性靜穩高濕環境影響，四川盆地12月初出現持續時間長、影響范圍廣的顆粒物區域性污染過程，其中12月2～7日期間，污染過程出現兩天PM2.5重污染，對此污染過程進行分析：從主要污染物濃度來看（圖1），污染前期NO2濃度持續超過60 μg/m3，在靜穩高濕環境中二次反應加劇導致顆粒物逐漸累積，是本次污染過程中PM2.5持續累積升高并出現重污染的主要原因。

圖1 2021年12月2～7日溫江區污染物濃度與風速關系

從氣象條件來看，這次污染過程大氣層結穩定，低層逆溫、多層逆溫頻發，邊界層高度在320～470 m之間波動，高空無明顯打開現象，垂直擴散條件極差。從氣象條件看，本次污染過程大氣層結穩定，低層逆溫、多層逆溫頻發，邊界層高度在320～470 m之間波動，垂直擴散條件極差，且部分時段存在以溫江為中心的氣流弱輻合區，加重了污染程度。如圖2所示，從12月2～7日地面風與PM2.5濃度來看，高濃度傳輸方向主要為東北、正南、東南方向，風速約為1 m/s，東北方向貢獻尤為明顯。值得注意的是，在風速約為0.5 m/s時，同樣出現較高濃度傳輸，由于風速小傳輸距離有限，極有可能來自本地排放。因此，12月2～7日溫江區除本地排放性污染較為突出以外，受東北方向郫都區、彭州市等影響較大，其次為偏南區域的武侯區、雙流區、新津區等地造成的影響。綜合分析，西南—東北一線為邛崍—龍門山脈主要走向，PM2.5存在明顯的沿山傳輸現象，附近區域甚至更為偏南的雙流區、新津區PM2.5濃度均偏高；在偏東南風時，PM2.5由市區傳輸至西部區域，受高大山脈阻擋在山前區域累積，導致溫江區、郫都區等地PM2.5濃度上升。

圖2 2021年12月2～7日重點時段溫江區地面風速風向與PM2.5濃度關系圖

結合自2021年12月8日100米和500米高度的24小時氣流后向軌跡圖（圖3）分析，100米高度氣流輸送路徑和500米高度大致相似，差別不大。2日500米高度的氣流軌跡為西北方向，3日主要為正東方向，4日為東北方向，5日由東南轉為東北方向，6～8日為東北方向。3～7日溫江區主要受東方、東北方向外來傳輸源的影響。3～5日氣流軌跡線明顯較短，污染物難擴散，氣流軌跡在成都市內，溫江區也可能受到成都市內區（市）縣外來傳輸的影響。7日氣流軌跡線明顯變長，擴散條件轉好，因而8日成都市空氣質量轉為良。此次污染過程氣流輸送軌跡主要為東方和東北方向，溫江區主要受到東方和東北方向的外來傳輸影響，同時也受到成都市內區（市）縣的傳輸影響。

圖3 2021年12月1-8日溫江區24小時后向軌跡圖

通過WRF－SMOKE－CMAQ空氣質量模式系統分析，12月2～7日PM2.5、PM10和NO2的本地污染源平均貢獻率分別為40%、36%和38%，外來傳輸源貢獻率分別為60%、64%和62%。此次污染過程溫江區顆粒物和NO2濃度受到本地污染源和外來傳輸源的疊加影響，外來傳輸源的貢獻率高于本地污染源。但12月4日本地污染源的貢獻率高于外來傳輸源，說明仍需加強本地污染源管控。

2.2 夏季典型污染過程分析

2021年7月末至8月初四川盆地出現時間長、范圍廣的高溫強輻射天氣。溫江區7月28至8月4日出現長達8天的臭氧污染過程，其中8月3日達到重度污染，對此污染過程進行分析：如圖4所示，溫江區在7月28日出現污染，7月31日至8月3日西部彭州市、郫都區和溫江區先后出現重度污染。8月4日成都市部分區（市）縣空氣質量轉為良，溫江區仍為輕度污染。

圖4 成都市各區（市）縣8月1日和3日空氣質量等級

從主要污染物濃度變化情況來看（圖5），前體物NO2濃度比污染前略有升高，漲幅在2～3 μg/m3，與臭氧濃度變化趨勢具有很高的一致性；相較于主城區和雙流站點，溫江區VOCs濃度處于低值，芳香烴與烯烴類物質活性高，對臭氧貢獻也偏大。因此在高溫、無雨的氣象條件下，NO2濃度和反應鏈長均增加，加之高活性的芳香烴和烯烴類物質影響是臭氧濃度升高的重要原因。大氣氧化性增強，PM2.5濃度隨著臭氧濃度也有所增加，二者在8月3日同時達到峰值。8月4日出現陣雨天氣，平均風速提升至2～3 m/s，各項污染物平均濃度大幅下降，在氣象條件轉好的過渡期溫江區仍出現一天臭氧污染。

圖5 2021年7月28日～8月4日溫江區主要污染物與氣象因子變化

從氣象條件看，7月28日起高溫基本維持在35℃左右，風速處于1.2～1.4 m/s之間，高溫與強輻射導致溫江區光化學反應劇烈，大氣層結穩定、風速小使得氣象擴散受限，臭氧濃度節節攀高。從臭氧濃度與風速風向關系來看，雖然溫江區東風與東南風總風頻僅在10%左右，但其對應時段的臭氧濃度最高，特別是在東風風速為2 m/s、東南風速為2.5 m/s左右、東北風速為2 m/s時，溫江區臭氧小時濃度超過280 μg/m3。臭氧高值濃度傳輸方向主要為東北風、東南風、南風和西南風。從前體物NO2傳輸分析來看，西北風與西風對NO2濃度影響較大，尤其是在西風風速為2 m/s左右時，NO2小時濃度超過30 μg/m3。偏西風主要發生在夜間，因此夜間NO2的傳輸可能是次日臭氧濃度升高的原因之一。溫江區主要受到東北方彭州市、郫都區和新都區，東南方雙流區和新津區，西南方崇州市的傳輸影響。

結合2021年8月4日100米和500米高度的24小時氣流后向軌跡圖（圖6）分析，100米高度和500米高度氣流輸送路徑相似。7月28日氣流軌跡線明顯較短，在成都市內，7月29日至31日主要由西南轉南方，8月1日為東南方向，2日為由西南轉南方，3日和4為東北方向。7月29日至31日溫江區主要受西南和南方的外來傳輸影響。8月1日氣流軌跡線明顯較短，污染物難擴散，軌跡線處于成都市內，經過簡陽市、雙流區和新津區。3日和4溫江區主要受東北方向外來傳輸的影響，4日氣流軌跡線明顯變長，污染物易擴散，因而5日空氣質量均轉為優或良。此次污染過程氣流輸送軌跡主要為西南方、南方和東北方向。此外，溫江區不僅受到大尺度區域外來傳輸的影響，也會受成都市內區（市）縣的傳輸影響。

圖6 2021年7月28日～8月4日溫江區24小時后向軌跡圖

通過WRF－SMOKE－CMAQ空氣質量模式系統分析，7月28至8月4日臭氧和NO2的本地污染源平均貢獻率分別為22%和48%，外來傳輸源貢獻率分別為78%和52%。此次污染過程臭氧和NO2濃度受到本地污染源和外來傳輸源的疊加影響，但溫江區受外來傳輸源的影響更大。

3 大氣污染防控工作建議

3.1 加大預警期間大氣污染“治標”工作

鑒于在氣象條件不利的情況下溫江區極易出現污染高值，本地排放問題仍然突出。應進一步加大工業源、移動源、面源污染的治理力度，在預警期間嚴格落實重污染天氣應急減排措施。

3.2 持續挖掘剛性減排潛力

從四大結構優化調整入手，通過騰退低績效企業、幫扶企業提標改造、引進新興產業等形式降低工業VOCs排放；加快新能源公車、公交車、出租車推廣力度，改善移動源排放情況；同時提升施工工地精細化管控水平，合理規劃施工強度和施工進度，降低污染物排放。

3.3 加強科技治氣能力建設，提升精細化管控水平

加強管控部門與大氣科研團隊、氣象分析團隊三方合作，深入研究顆粒物與臭氧濃度雙高的污染成因，針對性開展夏季臭氧污染防控行動、藍天保衛戰冬季戰役。

3.4 加強聯防聯控，構建長效工作機制

溫江區環境空氣質量受外來傳輸源影響約占55%～75%，個別時段高達82%，區域大氣污染聯防聯控亟待加強。完善聯合監管機制，逐步協同污染源監管體系，強化區域空氣質量預測預報和聯防聯控，共同應對重污染天氣。

4 結語

溫江區處于山前平壩區域，氣流易形成輻合，混合層厚度、地面風速等氣象因素對空氣質量有顯著影響。冬季早晚多逆溫、濕度較大，擴散條件差，不利氣象條件導致區域PM2.5濃度快速累積，且污染持續時間長。夏季在高溫與強輻射條件下，區域光化學反應劇烈，加之氣象擴散受限導致臭氧濃度快速上升。PM2.5和臭氧濃度受到本地污染源和外來傳輸源的疊加影響，但溫江區受外來傳輸源的影響更大，大尺度外來傳輸影響的方向主要為東南方、東北方、東方和南方。在此分析研究的基礎上，根據對溫江區大氣污染特點，提出的防控工作建議具有較強的針對性和可操作性。