2021年冬季四川盆地區(qū)域PM2.5重污染事件成因及來(lái)源解析

楊 童,楊顯玉*,阮溫馨,呂雅瓊,胡 芩,曹幫軍,賁秉政,吳 鍇

2021年冬季四川盆地區(qū)域PM2.5重污染事件成因及來(lái)源解析

楊 童1,楊顯玉1*,阮溫馨1,呂雅瓊2,胡 芩1,曹幫軍1,賁秉政1,吳 鍇1

(1.成都信息工程大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院,高原大氣與環(huán)境四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川 成都 610225；2.中國(guó)科學(xué)院成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所,四川 成都 610041)

利用WRF-CMAQ模型及來(lái)源解析模塊ISAM對(duì)2021年11月1～20日四川盆地一次區(qū)域PM2.5重污染過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬,結(jié)合地面氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)和污染物監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析了污染成因機(jī)制并進(jìn)一步開展了PM2.5來(lái)源解析研究.結(jié)果表明,WRF-CMAQ模型能較好地重現(xiàn)氣象要素及各城市污染物濃度的變化.此次冬季PM2.5污染過(guò)程因受本地排放源及小風(fēng)、高濕等不利氣象條件的影響,導(dǎo)致PM2.5在成都平原累積,在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到峰值而形成,并且多個(gè)城市日均PM2.5濃度峰值超過(guò)150μg/m3.ISAM源解析結(jié)果表明,本地源是四川盆地各城市PM2.5污染的主導(dǎo)來(lái)源,其中成都、重慶、達(dá)州及廣元的本地排放對(duì)PM2.5濃度的貢獻(xiàn)率均超過(guò)50%,而周邊城市的區(qū)域輸送也有重要貢獻(xiàn).

四川盆地；PM2.5；WRF-CMAQ；來(lái)源解析

伴隨著城市化進(jìn)程的加快與能源消費(fèi)的迅速增長(zhǎng),細(xì)顆粒物(PM2.5)已成為影響我國(guó)空氣質(zhì)量的首要大氣污染物之一[1-2].環(huán)境中PM2.5不僅通過(guò)改變輻射強(qiáng)迫直接作用于區(qū)域及全球氣候變化,還對(duì)人體健康及生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響[3-4].已有研究表明,2019年我國(guó)因暴露于PM2.5污染導(dǎo)致過(guò)早死亡高達(dá)142萬(wàn)例,對(duì)公共健康具有顯著危害[5].自2013年“大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃”頒布以來(lái),有效的大氣污染控制策略大幅削減了SO2與氮氧化物(NO)等一次PM2.5前體物的排放,我國(guó)各大城市群PM2.5污染明顯改善且年均PM2.5濃度逐年降低[6-7].然而,據(jù)2021年全國(guó)生態(tài)環(huán)境狀況公報(bào),我國(guó)339個(gè)城市仍有29.8%的城市年均PM2.5濃度超出環(huán)境空氣質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(年均PM2.5濃度大于35μg/m3),PM2.5污染的深度治理仍面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn).

四川盆地城市群是我國(guó)西部城市化水平最高的城市群之一,也是“三區(qū)十群”大氣污染防治重點(diǎn)區(qū)域之一[8].四川盆地四面環(huán)山,因深盆地形的影響冬季極易出現(xiàn)持續(xù)的靜穩(wěn)天氣形勢(shì),垂直和水平擴(kuò)散條件較差,加之長(zhǎng)時(shí)間的污染累積疊加以及川南地區(qū)污染物的輸入,易導(dǎo)致區(qū)域污染事件的發(fā)生[9].已有研究針對(duì)四川盆地城市群PM2.5濃度年際變化、前體物排放趨勢(shì)、重污染事件成因等開展了一系列研究,指出了不利氣象條件在冬季持續(xù)重污染過(guò)程中的重要作用并通過(guò)數(shù)值模擬等方法識(shí)別了人為源排放的重要貢獻(xiàn)[10-11].據(jù)2021年四川省環(huán)境空氣質(zhì)量年報(bào)顯示,四川盆地仍有9個(gè)城市年均PM2.5濃度高于國(guó)家環(huán)境空氣質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(35μg/ m3), PM2.5污染尚未得到徹底控制且亟待深入研究.現(xiàn)有研究已針對(duì)顆粒物污染開展許多工作,但主要集中于單個(gè)城市重污染特征的分析[10,12],區(qū)域尺度的全面分析相對(duì)較少,尤其缺乏冬季區(qū)域重污染事件的成因分析.

受不利氣象條件與盆地內(nèi)源污染物排放的共同影響,2021年11月10～19日四川盆地發(fā)生了一次持續(xù)PM2.5污染過(guò)程.該污染事件主要特征表現(xiàn)為持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、影響范圍廣.污染范圍不僅涉及成都平原城市群,川南與川東北地區(qū)多個(gè)城市也觀測(cè)到了高濃度PM2.5,其中自貢市12日PM2.5小時(shí)濃度峰值達(dá)179μg/m3,成都市16日PM2.5小時(shí)濃度峰值高達(dá)161μg/m3.基于此,本文采用WRF- CMAQ空氣質(zhì)量模型對(duì)該污染事件進(jìn)行數(shù)值模擬,并進(jìn)一步針對(duì)污染事件期間盆地內(nèi)各城市的PM2.5進(jìn)行來(lái)源解析,以期為進(jìn)一步推動(dòng)PM2.5污染深度治理與制定區(qū)域大氣污染協(xié)同管控策略提供科學(xué)依據(jù)和決策參考.

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

近地面逐小時(shí)大氣污染物濃度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)自四川省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站,參考環(huán)境空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范(試行)》(HJ663-2013)[13]進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)量控制.地表站點(diǎn)氣象要素逐小時(shí)觀測(cè)資料來(lái)自中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)(http://data.cma.cn/)且已經(jīng)過(guò)嚴(yán)格質(zhì)量控制,數(shù)據(jù)時(shí)段覆蓋2021年11月1～20日,要素包括2m溫度(℃), 2m相對(duì)濕度(%),10m風(fēng)速(m/s)與10m風(fēng)向.

1.2 模型設(shè)置

WRF是由美國(guó)國(guó)家大氣研究中心等單位共同開發(fā)的新一代中尺度數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式,CMAQ為美國(guó)環(huán)保署研發(fā)的多尺度環(huán)境空氣質(zhì)量模型.WRF- CMAQ模型系統(tǒng)因其完備的化學(xué)機(jī)制與較優(yōu)的物理參數(shù)化模塊已被廣泛應(yīng)用于大氣污染研究與空氣質(zhì)量預(yù)報(bào).本研究采用WRFv4.1.1版本與CMAQv5.4版本對(duì)四川盆地城市群的大氣污染物進(jìn)行模擬.模擬區(qū)域采用3層嵌套,空間分辨率分別為27, 9和3km,如圖1所示.WRF的初始場(chǎng)與邊界場(chǎng)數(shù)據(jù)均采用美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心(NCEP)提供的6h一次、1°分辨率的 FNL全球再分析資料.WRF模型的物理參數(shù)化方案與楊顯玉等[14]一致.模型的模擬起止時(shí)間從2021年10月30日0:00～2021年11月20日0:00結(jié)束,其中10月30～31日的模擬結(jié)果視為Spin-up且不進(jìn)行分析.WRF共設(shè)置30層垂直氣壓層并在2km以內(nèi)加密以改善邊界層內(nèi)風(fēng)場(chǎng)及污染物輸送的模擬能力.WRF與CMAQ模型均采用Lambert投影坐標(biāo)系.CMAQ氣相化學(xué)和氣溶膠機(jī)制分別采用CB06及AERO07機(jī)制,人為源排放清單采用清華大學(xué)研發(fā)的2017年MEIC并結(jié)合Zheng等[15]的估算結(jié)果對(duì)各個(gè)行業(yè)源排放進(jìn)行修正以減小2021年與2017年間減排導(dǎo)致的潛在排放誤差.天然源揮發(fā)性有機(jī)物排放通過(guò)MEGANv2.1計(jì)算得到[16-17].CMAQ最外層區(qū)域的初始場(chǎng)和邊界場(chǎng)均由全球大氣化學(xué)傳輸模型CAM-Chem提供[18],內(nèi)層模擬域的初始場(chǎng)和邊界層則來(lái)自外層CMAQ模擬結(jié)果.

圖1 WRF-CMAQ模型模擬區(qū)域

1.3 模型性能評(píng)估方法

為評(píng)估WRF模式對(duì)此次污染事件氣象場(chǎng)的模擬性能,本研究采用中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)的地面逐小時(shí)氣象觀測(cè)資料對(duì)WRF模擬的氣象要素進(jìn)行統(tǒng)計(jì)評(píng)估.CMAQ模擬的大氣污染物濃度則利用四川省環(huán)境監(jiān)測(cè)總站的地面污染物逐小時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)價(jià).統(tǒng)計(jì)指標(biāo)包括平均偏差(MB),標(biāo)準(zhǔn)化平均偏差(NMB),標(biāo)準(zhǔn)化平均誤差(NME),均方根誤差(RMSE),一致性指數(shù)(IOA). MB,NMB和NME值越接近0,表明模擬與觀測(cè)之間偏差越小,模擬效果越好.IOA越接近1,表明模擬要素值與地面觀測(cè)值的變化趨勢(shì)越接近,模擬效果越好.各個(gè)統(tǒng)計(jì)量的計(jì)算公式如下:

式中:P與O分別為各個(gè)要素的模擬值與觀測(cè)值, μg/m3.

1.4 PM2.5來(lái)源解析

為識(shí)別四川盆地各城市對(duì)此次區(qū)域PM2.5重污染事件的相對(duì)貢獻(xiàn),本研究采用CMAQv5.4中的標(biāo)記追蹤模塊Integrated Source Apportionment Method (ISAM)對(duì)各個(gè)城市的PM2.5來(lái)源貢獻(xiàn)進(jìn)行解析.相比于強(qiáng)力法等基于削減排放的敏感性實(shí)驗(yàn)溯源PM2.5的方法,ISAM不僅可以針對(duì)單一的排放源或區(qū)域進(jìn)行標(biāo)記,還進(jìn)一步改善了氣相化學(xué)過(guò)程以及標(biāo)記物的源解析算法.該源解析模塊已被廣泛應(yīng)用于PM2.5以及PM10的來(lái)源解析[19-21].

2 結(jié)果與討論

2.1 模型驗(yàn)證

本文通過(guò)驗(yàn)證統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)評(píng)估WRF模型的模擬能力,包括成都市、宜賓市、眉山市和資陽(yáng)市的每小時(shí)2m溫度、2m相對(duì)濕度和10m風(fēng)速的MB、NMB、NME、RMSE和IOA.如表1所示,WRF模擬的各城市2m氣溫與觀測(cè)值呈現(xiàn)出高度一致性,4個(gè)城市的平均偏差均小于1.5℃且IOA均高于0.85,其中眉山市的MB僅有0.55℃且IOA高達(dá)0.94,這表明了WRF模型能較好重現(xiàn)這4個(gè)城市的2m氣溫變化.對(duì)于2m相對(duì)濕度,可以清楚地看到, 成都市、宜賓市、眉山市和資陽(yáng)市的NMB均在±20%范圍內(nèi),表明WRF模擬的各個(gè)城市2m相對(duì)濕度的偏差較小,但WRF對(duì)各個(gè)城市的相對(duì)濕度均有所低估,其中成都市被低估最嚴(yán)重(MB高于13%).這主要是由于四川盆地冬季持續(xù)的高濕環(huán)境被WRF模型低估所致.此外,WRF對(duì)10m風(fēng)速的模擬有所高估,尤其是成都市的風(fēng)速平均偏差高達(dá)1.02m/s且RMSE為1.62m/s.這可能主要?dú)w因于WRF邊界層參數(shù)化方案的模擬誤差[14].總體而言,WRF模擬的氣象要素與觀測(cè)數(shù)據(jù)表現(xiàn)出了較好的一致性,能夠重現(xiàn)此次污染事件期間的氣象要素的變化特征.

表1 四川盆地各城市氣象要素的各項(xiàng)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)

圖2顯示了CMAQ模擬的成都、瀘州、宜賓、南充、雅安和德陽(yáng)市的PM2.5模擬和觀測(cè)的逐小時(shí)時(shí)間序列.四川盆地各城市的模擬值與觀測(cè)值之間偏差相對(duì)較小,尤其是成都市和雅安市的MB僅為1.7與-4.9.從模擬值與觀測(cè)值的NMB看,成都市、瀘州市、雅安市和德陽(yáng)市的NMB均在±20%范圍內(nèi),其中成都市的NMB僅為3.1%.此外,CMAQ模型很好地重現(xiàn)研究時(shí)段內(nèi)四川盆地各個(gè)城市PM2.5濃度的時(shí)間變化,各城市IOA均高于0.6,其中雅安市IOA高達(dá)0.77.然而,CMAQ模擬對(duì)重污染事件期間的PM2.5濃度峰值存在一定程度的低估.這一現(xiàn)象可能由于CMAQ對(duì)二次有機(jī)氣溶膠的濃度有所低估以及非均相化學(xué)過(guò)程考慮有所不足導(dǎo)致[22-24].

2.2 四川盆地2021年11月9～17日污染事件演變特征

圖3與圖4分別顯示了2021年11月9～17日期間四川盆地近地面環(huán)境監(jiān)測(cè)站觀測(cè)的日均PM2.5濃度及CMAQ模型模擬的日均PM2.5濃度的空間分布.由于氣象條件和人為排放的影響,PM2.5濃度在污染事件不同階段的空間分布差異較大.PM2.5濃度高值區(qū)主要集中于成都平原城市群、川南城市群以及重慶主城區(qū)等人為源排放較高的區(qū)域.

圖5為2021年11月8～17日東亞中高緯度地區(qū)500hPa的高空天氣形勢(shì)演變.圖6為污染事件期間成都市溫江站與宜賓市探空站觀測(cè)的垂直氣象要素變化.結(jié)合天氣形勢(shì)、近地面觀測(cè)數(shù)據(jù)以及CMAQ模擬結(jié)果可將此次污染事件劃分為3個(gè)階段,分別為(1)污染初始累積階段:11月8～10日;(2)區(qū)域污染發(fā)展與維持階段:11月11～16日;(3)污染清除階段:11月17日.

對(duì)于初始累積階段(11月8～10日), 500hPa高空天氣形勢(shì)表明四川盆地處于高空槽后部(圖5),受均壓場(chǎng)影響,有利于靜穩(wěn)天氣的形成.從溫江和宜賓站10日08:00探空資料(T-lnP圖)可以看出,該階段成都市與宜賓市大氣層結(jié)均為穩(wěn)定層結(jié),且有逆溫層存在(圖6).該階段日均PM2.5濃度超標(biāo)站點(diǎn)僅在成都平原與川南城市群有所分布.

由于500hPa高度上四川盆地天氣系統(tǒng)影響較弱,11月11～16日期間盆地仍主要受到均壓場(chǎng)的影響.具體而言,11月11日川南城市群自貢市、瀘州市PM2.5日均濃度分別為84與90μg/m3,達(dá)輕度污染;由于長(zhǎng)時(shí)間局地排放導(dǎo)致的污染累積疊加不利的垂直和水平擴(kuò)散條件(靜小風(fēng)頻率大于80%),川南城市群各城市PM2.5濃度在12日均有所升高,其中自貢市日均PM2.5濃度高達(dá)153μg/m3(為重度污染,小時(shí)觀測(cè)峰值濃度為179μg/m3).與此同時(shí),受盛行偏南風(fēng)的影響,川南城市群的污染物被輸送至成都平原城市群,導(dǎo)致川南與成都平原南部城市形成連片污染.11月13～16日,由于川南城市群污染物的持續(xù)輸入,加之邊界層內(nèi)頻繁的逆溫現(xiàn)象(圖6)以及持續(xù)的高相對(duì)濕度,促進(jìn)了顆粒物的吸濕增長(zhǎng)和氣態(tài)污染物的二次轉(zhuǎn)化,加重了盆地內(nèi)各城市污染,導(dǎo)致盆地內(nèi)區(qū)域性污染進(jìn)一步擴(kuò)大,表現(xiàn)為盆地范圍的帶狀污染,尤其以成都平原城市群PM2.5污染最為嚴(yán)重(11月16日成都市小時(shí)PM2.5濃度峰值高達(dá)163μg/m3).

圖4 2021年11月9～17日四川盆地CMAQ模型模擬的日平均PM2.5濃度空間分布

紅色虛線為溫度場(chǎng),單位: ℃,風(fēng)向桿為風(fēng)場(chǎng),單位: m/s,黑色實(shí)線為位勢(shì)高度場(chǎng),單位: dagpm,棕色實(shí)線為槽線

隨著天氣形勢(shì)的發(fā)展,11月17日四川盆地高空盛行偏西北氣流,冷平流有所加強(qiáng)導(dǎo)致高空溫度槽加深,有利于打破低層由逆溫導(dǎo)致的穩(wěn)定層結(jié),從而導(dǎo)致區(qū)域PM2.5污染有所改善.

圖6 2021年11月污染事件期間成都溫江站與宜賓站溫度對(duì)數(shù)壓力

2.3 PM2.5區(qū)域污染來(lái)源解析

為定量識(shí)別此次污染事件期間各城市對(duì)區(qū)域PM2.5污染的相對(duì)貢獻(xiàn),本研究進(jìn)一步將四川盆地劃分為三大城市群(包括成都平原城市群(成都市、德陽(yáng)市、綿陽(yáng)市、眉山市、樂山市、遂寧市),川南城市群(自貢市、內(nèi)江市、瀘州市、宜賓市)和川東北城市群(達(dá)州市、南充市、廣安市、廣元市))并采用CMAQ-ISAM對(duì)污染事件期間(11月1～17日)的PM2.5開展來(lái)源解析.圖8～10分別為成都平原城市群、川南城市群及川東北城市群各城市的PM2.5濃度貢獻(xiàn).可以看出不同區(qū)域各城市在污染時(shí)期各階段的PM2.5濃度均出現(xiàn)一定的差異,但總體變化特征與PM2.5濃度的空間分布一致(圖3).其中,最顯著的特征是本地源的貢獻(xiàn)變化幅度最大,即對(duì)于14個(gè)城市而言,域內(nèi)PM2.5濃度貢獻(xiàn)最大的均為本地源,表明本地人為源排放在持續(xù)重污染事件形成過(guò)程中起到了決定性作用.

進(jìn)一步分析圖8可知,受成都市區(qū)的機(jī)動(dòng)車尾氣與工業(yè)源高排放以及局部不利氣象條件的影響,成都市日均PM2.5濃度的本地源貢獻(xiàn)在整個(gè)污染事件期間始終保持在較高水平(大于50%),且在11月10日及15日先后出現(xiàn)兩次峰值,濃度分別高達(dá)23.2及22.9μg/m3.值得注意的是,德陽(yáng)市、綿陽(yáng)市、眉山市、樂山市及遂寧市除了本地源貢獻(xiàn)呈現(xiàn)出一定的影響,外來(lái)區(qū)域傳輸貢獻(xiàn)以成都市PM2.5輸送為主,其次為川南城市群.其中,成都對(duì)德陽(yáng)市的影響在11月9日達(dá)到最大,PM2.5濃度的絕對(duì)貢獻(xiàn)超過(guò)19μg/m3;而對(duì)眉山市污染的絕對(duì)貢獻(xiàn)在11日出現(xiàn)峰值,濃度高達(dá)12μg/m3.由此可見,成都市的人為源排放對(duì)周邊城市的PM2.5污染具有顯著影響,主要表現(xiàn)為對(duì)德陽(yáng)市、眉山市以及綿陽(yáng)市的傳輸貢獻(xiàn).此外,值得注意的是,區(qū)域污染發(fā)展與維持階段川南城市群對(duì)成都平原城市群的區(qū)域平均濃度輸送貢獻(xiàn)占源地區(qū)濃度的25%,明顯高于川東北城市群的影響.

如圖9所示,相比于成都平原城市群,川南城市群除瀘州市外的各城市PM2.5來(lái)源均表現(xiàn)為本地源貢獻(xiàn)最大,其中自貢與內(nèi)江市分別在11月16日、17日出現(xiàn)濃度貢獻(xiàn)峰值(14.6和17.2μg/m3);而外來(lái)輸送以鄰近城市為主,這主要是由于川南地區(qū)各城市間PM2.5與其前體物排放量差異較小所致.周子航等[25]基于自下而上和自上而下結(jié)合的清單構(gòu)建方法建立了四川省人為源大氣污染物排放清單,并指出宜賓和自貢等城市有較高的NO及NH3排放.值得注意的是,硝酸鹽和銨鹽是顆粒物中的重要組分,而NO與NH3為其前體物,川南城市群因人口密集、工農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá),導(dǎo)致各城市NO與NH3的高排放在一定程度上對(duì)顆粒物的形成具有重要影響[14],這也是四川盆地成為顆粒物污染高發(fā)地的原因之一.

圖9 2021年11月1～17日各城市對(duì)川南城市群PM2.5濃度的絕對(duì)貢獻(xiàn)

不同于成都平原城市群與川南城市群,川東北城市群(達(dá)州市、南充市、廣安市、廣元市)的PM2.5污染程度相對(duì)較低.由圖10可知,達(dá)州市與南充市PM2.5濃度明顯高于廣元市,這可能與該地區(qū)較高的畜禽養(yǎng)殖和氮肥施用導(dǎo)致的較高農(nóng)業(yè)源氨排放有關(guān)[26].在整個(gè)污染事件期間本地源排放在達(dá)州市PM2.5濃度變化中占主導(dǎo)地位,其受區(qū)域傳輸?shù)挠绊戄^小.這可能是由于達(dá)州位于區(qū)域風(fēng)場(chǎng)的上游地區(qū),加之人為源排放較周邊城市低所致.需要注意的是,南充市與廣安市的PM2.5濃度均受到源于達(dá)州的鄰近污染氣團(tuán)影響,尤其廣安市污染期間PM2.5濃度受達(dá)州區(qū)域傳輸?shù)腜M2.5濃度貢獻(xiàn)明顯高于本地排放.廣元市PM2.5濃度主要源于本地排放,除污染高峰期外受周邊城市的區(qū)域輸送影響較小.

圖10 2021年11月1～17日各城市對(duì)川東北城市群PM2.5濃度的絕對(duì)貢獻(xiàn)

表2 四川盆地城市群PM2.5污染相互傳輸矩陣

注: 1.斜體加粗?jǐn)?shù)值:貢獻(xiàn)率在10.0%～20.0%之間(包括20.0%); 2.帶下劃線數(shù)值:貢獻(xiàn)率大于20.0%.

表2進(jìn)一步反映了此次重污染過(guò)程(2021年11月1～17日)中四川盆地各城市本地源與區(qū)域傳輸對(duì)PM2.5濃度的貢獻(xiàn)占比情況.可以看到該表最顯著的特征是“對(duì)角線”上的貢獻(xiàn)率明顯大于其他位置的貢獻(xiàn)率,即從長(zhǎng)時(shí)間平均結(jié)果看,本地源是各城市PM2.5濃度的主要來(lái)源,這與上述所示信息一致(圖7～9).四川盆地城市群中27.0%～69.4%的傳輸貢獻(xiàn)來(lái)自17個(gè)城市的本地源,其中重慶市、達(dá)州市、成都市及廣元市本地源對(duì)PM2.5濃度的貢獻(xiàn)均超過(guò)50%;而30.6%～73%的傳輸貢獻(xiàn)來(lái)自其他城市.值得注意的是,對(duì)于各個(gè)城市貢獻(xiàn)較大的來(lái)源城市的分布規(guī)律相類似,都表現(xiàn)為周邊城市貢獻(xiàn)最大,距離越遠(yuǎn)的城市貢獻(xiàn)越小,符合污染物擴(kuò)散傳輸規(guī)律.

3 結(jié)論

3.1 WRF-CMAQ模型能夠較好地模擬四川盆地2021年11月的區(qū)域持續(xù)污染過(guò)程,各城市PM2.5的模擬濃度與觀測(cè)濃度的相關(guān)系數(shù)均在0.6～0.8之間,其中成都市和雅安市的平均偏差(MB)僅為1.7與-4.9μg/m3.此外,WRF模擬的氣象要素與近地面觀測(cè)相比也呈現(xiàn)出了高度一致性.

3.2 靜穩(wěn)天氣形勢(shì)疊加逆溫導(dǎo)致的局地污染物累積是此次區(qū)域污染PM2.5事件發(fā)生的主導(dǎo)因素.盛行偏南風(fēng)驅(qū)動(dòng)的川南城市群污染物輸入對(duì)盆地范圍的區(qū)域PM2.5污染事件發(fā)展與維持具有重要貢獻(xiàn).受污染物區(qū)域輸送的影響,川南地區(qū)與成都平原南部城市形成連片帶狀污染.

3.3 CMAQ-ISAM來(lái)源解析結(jié)果表明本地源排放是此次區(qū)域污染事件中四川盆地各城市PM2.5污染的主要來(lái)源,其貢獻(xiàn)率為27.0%～69.4%,其中重慶和達(dá)州的本地源貢獻(xiàn)率分別高達(dá)66.0%、69.4%.

3.4 人為源排放較高的特大城市(成都和重慶)在污染發(fā)展與維持階段對(duì)鄰近城市的區(qū)域輸送較為明顯.成都市源區(qū)的排放對(duì)德陽(yáng)市與眉山市PM2.5濃度有顯著的貢獻(xiàn).此外,重慶市的污染源排放對(duì)成都平原及川南城市群的PM2.5也具有廣泛的影響,表明盛行風(fēng)場(chǎng)作用下城市群間及鄰近城市的短距離傳輸?shù)挠绊懸膊蝗莺鲆?

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致謝：感謝清華大學(xué)MEIC團(tuán)隊(duì)提供的多尺度高分辨率排放清單.感謝成都平原城市氣象與環(huán)境四川省野外科學(xué)觀測(cè)研究站對(duì)本研究的合作支持.

Attribution and source apportionment of a severe PM2.5episode in winter 2021 over the Sichuan Basin.

YANG Tong1, YANG Xian-yu1*, RUAN Wen-xin1, Lü Ya-qiong2, HU Qin1, CAO Bang-jun1, BEN Bing-zheng1, WU Kai1

(1.Plateau Atmosphere and Environment Key Laboratory of Sichuan Province, School of Atmospheric Sciences, Chengdu University of Information Technology, Chengdu 610225, China；2.Institute of Mountain Hazards and Environment, Chinese Academic of Sciences, Chengdu 610041, China)., 2023,43(11)：5633～5644

In this study, the Weather Research and Forecasting (WRF)-Community Multiscale Air Quality (CMAQ) model with ISAM module was adopted to simulate a highly polluted PM2.5episode across the Sichuan Basin between November 11and November 20 in 2021. In combination with ground-level meteorological observations and air quality monitoring data, the formation mechanism of this episode and sources of PM2.5were elucidated. The results show that the variations of meteorological parameters and air pollutants concentrations were well captured by the WRF-CMAQ model. This PM2.5episode was mainly affected by local emissions and unfavorable meteorological conditions featured by low wind speeds and high relative humidity, resulting in the accumulation of PM2.5in the Chengdu Plain, which progressively reached its peak in a short period. The peak daily average PM2.5concentration in multiple cities exceeded 150μg/m3. Further analysis performed by ISAM indicates that local anthropogenic emissions were the dominant source of PM2.5in cities within the Sichuan Basin, with a contribution higher than 50% depicted in Chengdu, Chongqing, Dazhou, and Guangyuan cities. Regional transport from nearby regions also played an important role in elevating PM2.5levels.

Sichuan Basin；PM2.5；WRF-CMAQ；source apportionment

X513

A

1000-6923(2023)11-5633-12

楊 童(1999-),女,成都信息工程大學(xué)碩士研究生在讀,主要從事大氣物理與大氣環(huán)境研究.發(fā)表論文1篇.3210101002@stu. cuit.edu.cn.

楊 童,楊顯玉,阮溫馨,等.2021年冬季四川盆地區(qū)域PM2.5重污染事件成因及來(lái)源解析 [J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2023,43(11):5633-5644.

Yang T, Yang X Y, Ruan W X, et al. Attribution and source apportionment of a severe PM2.5episode in winter 2021 over the Sichuan Basin [J]. China Environmental Science, 2023,43(11):5633-5644.

2023-04-06

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(42175174);四川省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(2022NSFSC1092);成都信息工程大學(xué)科技創(chuàng)新能力提升計(jì)劃項(xiàng)目(KYQN202239);成都信息工程大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(202310621001)

* 責(zé)任作者, 副教授, xyang@cuit.edu.cn