江蘇省冬季典型PM2.5污染過(guò)程分析及應(yīng)對(duì)效果評(píng)估研究

宿杰　林曼菲　陳凌霄　張?jiān)坪啤±罾?/p>

關(guān)鍵詞：PM_2.5；污染過(guò)程；二次組分；效果評(píng)估

中圖分類號(hào)：X513 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

前言

近年來(lái)，通過(guò)持續(xù)推進(jìn)大氣污染防治工作，江蘇環(huán)境空氣質(zhì)量取得明顯改善。2018年-2022年，江蘇細(xì)顆粒物（PM_2.5）年均濃度從74／m³下降至48μg／m³、降幅達(dá)33.3%，江蘇省重污染天數(shù)比例降至0.1%。但總體看來(lái)，秋冬季部分地區(qū)仍然較為頻繁地出現(xiàn)以PM_2.5為首要污染物的重污染天氣，嚴(yán)重影響空氣質(zhì)量。為厘清污染成因、支撐有效應(yīng)對(duì)污染過(guò)程，大量學(xué)者進(jìn)行了廣泛、深入的研究。研究表明，PM_2.5污染過(guò)程通常受污染排放和氣象條件疊加影響，沙塵、燃放煙花爆竹、秸稈焚燒等偶發(fā)事件也會(huì)導(dǎo)致PM_2.5濃度升高。

江蘇省經(jīng)濟(jì)總量大，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)以重化工為主、能源結(jié)構(gòu)以煤為主、運(yùn)輸結(jié)構(gòu)以公路貨運(yùn)為主，單位國(guó)土面積污染物排放強(qiáng)度較高，大氣污染防治工作面臨著較大挑戰(zhàn)。基于此省情特點(diǎn)，江蘇省完成重污染天氣的消除任務(wù)殊為不易，尤其是徐州市、宿遷市等蘇北城市，在本地排放與區(qū)域傳輸共同影響下，秋冬季發(fā)生重污染天氣頻次仍然較高。做好污染過(guò)程分析和應(yīng)對(duì)研究，對(duì)于優(yōu)化應(yīng)對(duì)措施、提高應(yīng)對(duì)成效、削弱重污染天氣影響有重要意義。研究以江蘇省及典型城市2022年12月底到2023年1月的污染過(guò)程為例，旨在通過(guò)研究厘清污染過(guò)程的產(chǎn)生與演變特征，分析影響因素與應(yīng)對(duì)效果，為逐步消除重污染天氣提供科學(xué)支撐。

1數(shù)據(jù)來(lái)源與方法

文章使用的環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)自于江蘇省參與評(píng)價(jià)的94個(gè)國(guó)控站點(diǎn)，監(jiān)測(cè)方法、分析方法、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等嚴(yán)格按照《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3095-2012）、《環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）技術(shù)規(guī)定》（HJ 633-2012）和《環(huán)境空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范（試行）》（HJ 663-2013）等規(guī)定執(zhí)行。風(fēng)場(chǎng)、氣壓等氣象資料來(lái)源于WRF-Chem模擬數(shù)據(jù)，PM_2.5組分?jǐn)?shù)據(jù)為大氣超級(jí)站在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，工業(yè)企業(yè)排放量、用電量數(shù)據(jù)來(lái)自于江蘇省固定污染源監(jiān)控平臺(tái)。

2結(jié)果與討論

2.1污染過(guò)程總體情況

2022年12月26日-2023年1月15日，江蘇省接連發(fā)生3次PM_2.5污染過(guò)程（如圖1所示）。第1次為2022年12月26日至29日，江蘇省13市共出現(xiàn)10個(gè)中度污染天、20個(gè)輕度污染天，小時(shí)濃度峰值為180μg/m³（宿遷市，28日5時(shí)）；第2次為2022年12月30日至2023年1月2日，13市共出現(xiàn)5個(gè)重度污染天、9個(gè)中度污染天、18個(gè)輕度污染天，小時(shí)濃度峰值達(dá)到252μg／m³（徐州市，1日1時(shí)）；第3次為2023年1月4日至9日，13市共出現(xiàn)6個(gè)重度污染天、14個(gè)中度污染天、34個(gè)輕度污染天，小時(shí)濃度峰值達(dá)到253μg／m³（宿遷市，6日12時(shí)）。2022年1月1-20日江蘇省同樣發(fā)生了長(zhǎng)時(shí)間、大范圍的PM_2.5污染過(guò)程（如圖2所示）。對(duì)比兩輪相似過(guò)程，本輪污染過(guò)程的程度更重、范圍更廣、累積效應(yīng)明顯；本輪污染期間13市共增加9個(gè)重度污染天、15個(gè)中度污染天，且有3天江蘇省13市全部污染，1月5-9日連續(xù)5天半數(shù)以上城市污染。12月29日和1月3日分別有5個(gè)和2個(gè)城市仍有PM_2.5污染，導(dǎo)致污染不斷累積疊加；而2022年初2次污染過(guò)程之間有1個(gè)較強(qiáng)的清潔過(guò)程，總體上減輕了污染累積程度。

2.2污染過(guò)程演變特征

分析顯示，前2次污染過(guò)程較為相似，均呈現(xiàn)“北方區(qū)域輸送一本地靜穩(wěn)累積一冷空氣南下污染緩解”的演變特征：污染前期主導(dǎo)風(fēng)向均為偏北風(fēng)，上游重污染氣團(tuán)向江蘇省輸送，污染范圍由蘇北地區(qū)逐步擴(kuò)大至江蘇省；污染中期江蘇省大部分地區(qū)地面風(fēng)速低于1.5 m/s，不利擴(kuò)散氣象條件下，污染物本地累積、濃度進(jìn)一步抬升，徐州市、宿遷市等城市短時(shí)達(dá)重度污染；污染后期南下的冷空氣強(qiáng)度較弱，不僅未能有效清除PM^2.5污染，而且導(dǎo)致污染高值自北向南推移、污染累積加重。第3次污染過(guò)程中（如圖3所示），主導(dǎo)風(fēng)向多變導(dǎo)致污染物在區(qū)域內(nèi)震蕩和累積：污染前期主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槠巷L(fēng)，1月4-5日江蘇省大部分地區(qū)地面風(fēng)速低于1.5 m/s；污染中期，6日風(fēng)向轉(zhuǎn)為西-西北風(fēng)，大部分地區(qū)地面風(fēng)速達(dá)到2～3 m/s，將上游安徽省、山東省等地的污染氣團(tuán)快速向江蘇省輸送，污染范圍逐步擴(kuò)大至江蘇省；污染后期，7日夜間轉(zhuǎn)為偏南風(fēng)，江蘇省污染由南向北清除，9日冷空氣南下，污染物再次自北向南移動(dòng)，導(dǎo)致江蘇省污染短時(shí)加重，直至9日晚間污染清除。

2.3污染過(guò)程PM^2.5組分特征

選取南通市、常州市作為典型城市，對(duì)污染過(guò)程的PM^2.5組分特征進(jìn)行分析。結(jié)果顯示（如圖4所示），二次生成污染是PM^2.5的主要組分，硝酸鹽、有機(jī)物、硫酸鹽三者占比之和超過(guò)70%，其中硝酸鹽是PM^2.5濃度抬升的主要因素。污染時(shí)段南通市、常州市PM^2.5中硝酸鹽濃度占比分別為38.7%、34.8%，比全時(shí)段均值抬升5.2、4.0個(gè)百分點(diǎn)，其他各組分占比均持平或下降。三次污染過(guò)程中，氮轉(zhuǎn)化率（NOR）均隨著硝酸鹽濃度抬升而增大，南通市、常州市污染時(shí)段NOR分別為0.46、0.36，分別較全時(shí)段均值高27.1%、17.1%，說(shuō)明氮氧化物轉(zhuǎn)化生成硝酸鹽是PM^2.5濃度抬升的重要因素。

與2022年1月1-20日的污染過(guò)程相比，本輪污染過(guò)程中南通市、常州市PM^2.5組分中硝酸鹽的占比和NOR基本持平；而有機(jī)物（OM）占比分別抬升了5.2個(gè)和6.0個(gè)百分點(diǎn)，有機(jī)碳與元素碳的比值（OC/EC）分別增加了13.0%、33.2%，說(shuō)明本輪污染過(guò)程中有機(jī)物對(duì)PM^2.5的貢獻(xiàn)比上年更為突出。下一步需在堅(jiān)定不移持續(xù)推動(dòng)氮氧化物減排的基礎(chǔ)上，以更大力度推進(jìn)VOCs減排。

2.4燃放煙花爆竹對(duì)PM^2.5的影響

煙花爆竹燃放不僅會(huì)引發(fā)火災(zāi)、爆炸等安全事故，其瞬時(shí)產(chǎn)生大量的氮氧化物、二氧化硫以及含有金屬氧化物的粉塵，在不利氣象條件下，會(huì)對(duì)區(qū)域空氣質(zhì)量造成較為嚴(yán)重的不利影響。典型城市組分?jǐn)?shù)據(jù)顯示（如圖5所示），PM^2.5組分中鉀離子與氯離子濃度多次同時(shí)突升，如1月4日1時(shí)鉀離子與氯離子濃度分別為1.2μg／m³和11.9μg／m³，占PM^2.5比值分別達(dá)到1.9%和19.2%，高出整個(gè)時(shí)段平均值（2022年12月26日-2023年1月10日）0.9個(gè)和14.6個(gè)百分點(diǎn)。鉀離子與氯離子作為煙花爆竹示蹤組分，兩者同時(shí)升高，表明該時(shí)段內(nèi)燃放煙花爆竹助推了PM^2.5濃度的升高。做好煙花爆竹的科學(xué)管控，對(duì)于削弱污染程度、改善空氣質(zhì)量具有積極作用。

2022年江蘇省提前謀劃、統(tǒng)籌部署煙花爆竹燃放管控工作，除優(yōu)化調(diào)整禁放區(qū)之外，部分城市探索在禁放區(qū)范圍外科學(xué)設(shè)置燃放點(diǎn)，如南京市統(tǒng)籌布設(shè)20處燃放點(diǎn)，制定應(yīng)急方案、設(shè)立現(xiàn)場(chǎng)指揮部，確保安全、環(huán)保燃放；蘇州市在工業(yè)園區(qū)陽(yáng)澄湖半島度假區(qū)、吳中區(qū)甪直鎮(zhèn)水八仙生態(tài)文化園、吳江區(qū)東太湖閱湖臺(tái)設(shè)置3個(gè)燃放點(diǎn)，連云港市在海州區(qū)、灌南縣設(shè)3處燃放點(diǎn)，限定燃放時(shí)間，以最大程度消除煙花爆竹這一“變量”對(duì)空氣質(zhì)量的不利影響。一段時(shí)期以來(lái)，煙花爆竹“禁”與“放”的爭(zhēng)論一直存在。“禁”還是“放”，背后應(yīng)是對(duì)民俗、安全、環(huán)保等因素的多方考量，顯然“一禁了之”與“一放了之”都不可取。實(shí)施分類管控措施是一個(gè)可以兼顧各方的選項(xiàng)，一方面應(yīng)根據(jù)擴(kuò)散條件等進(jìn)行科學(xué)評(píng)估，優(yōu)化調(diào)整禁放或限放區(qū)域；另一方面可以通過(guò)合理布設(shè)燃放點(diǎn)，引導(dǎo)有序燃放，減少對(duì)空氣質(zhì)量的影響。

2.5污染過(guò)程應(yīng)對(duì)

為有效應(yīng)對(duì)本輪重污染過(guò)程，江蘇省大氣污染防治聯(lián)席會(huì)議辦公室（簡(jiǎn)稱“省大氣辦”）于2022年12月30日印發(fā)《關(guān)于做好近期大氣污染過(guò)程應(yīng)對(duì)工作的通知》，各地根據(jù)污染研判情況，適時(shí)啟動(dòng)污染應(yīng)急管控，在確保安全生產(chǎn)的前提下，有計(jì)劃地實(shí)施污染減排；2023年1月5日，省大氣辦印發(fā)《關(guān)于啟動(dòng)重污染天氣黃色預(yù)警的通知》，各地落實(shí)重污染天氣應(yīng)急Ⅲ級(jí)管控措施，納人工業(yè)源應(yīng)急減排清單的2萬(wàn)余家工業(yè)企業(yè)落實(shí)具體到生產(chǎn)線的減排要求，壓降內(nèi)源排放，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)污染“削峰”；1月7日，省大氣辦印發(fā)《關(guān)于升級(jí)重污染天氣等級(jí)至橙色預(yù)警的通知》，將重污染黃色預(yù)警升級(jí)為橙色預(yù)警，各地落實(shí)重污染天氣應(yīng)急Ⅱ級(jí)管控措施，進(jìn)一步減少內(nèi)源排放。預(yù)警啟動(dòng)后，江蘇省工業(yè)用電量及污染物排放量均明顯下降，總體上污染應(yīng)對(duì)效果較好，其中徐州市、淮安市、南通市等地工業(yè)企業(yè)氮氧化物和S02排放量降幅均達(dá)到30%以上，為污染“削峰”做出了積極貢獻(xiàn)。

3結(jié)論

2022年與2023年交接之際，江蘇省接連發(fā)生3次PM_2.5污染過(guò)程。本輪污染中，二次組分是組成PM_2.5污染的主要部分，江蘇省PM_2.5污染正在向“二次生成”主導(dǎo)型轉(zhuǎn)變。其中二次有機(jī)物的貢獻(xiàn)比上年更加突出，前體物VOCs對(duì)PM_2.5污染的貢獻(xiàn)在逐步增加，大力推進(jìn)VOCs減排是現(xiàn)階段大氣復(fù)合污染治理的關(guān)鍵。污染時(shí)段PM_2.5組分中鉀、氯離子的濃度和占比都明顯上升，表明燃放煙花提高了PM_2.5污染水平，做好煙花爆竹的科學(xué)管控與引導(dǎo)，對(duì)于改善環(huán)境空氣質(zhì)量具有積極作用。實(shí)踐證明，科學(xué)合理布設(shè)燃放點(diǎn)、實(shí)施分類管控是能夠兼顧民俗、環(huán)保“最大公約數(shù)”的選項(xiàng)。為應(yīng)對(duì)本輪污染過(guò)程，江蘇省各地實(shí)施應(yīng)急減排“削峰”，應(yīng)對(duì)效果較好，為下一步打好消除重污染天氣攻堅(jiān)戰(zhàn)貢獻(xiàn)了較好的經(jīng)驗(yàn)。