杜欣欣 劉 兵* 鄧小函 唐 敏

（1 四川省達州生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心站 四川達州 635000 2 力合科技（湖南）股份有限公司湖南長沙 410000）

引言

隨著城鎮(zhèn)化的推進和經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，環(huán)境污染問題逐漸凸顯，以冬季細顆粒物（PM2.5）為首的復合型大氣環(huán)境污染問題越發(fā)頻繁。達州市地處四川盆地川東北地區(qū)，是川東北城市群的核心城市，也是人口和農(nóng)業(yè)大市、工業(yè)重鎮(zhèn)（鋼鐵、火電等）[1]。主城區(qū)位于鐵山和雷音鋪山之間，地形整體呈“三山夾兩溝”，產(chǎn)生的污染物易在達州市主城區(qū)累積，易造成本地污染。由于城市發(fā)展，達州市大氣污染較為嚴重，空氣質(zhì)量排名在四川省長年靠后，大氣污染防治壓力大。經(jīng)過各方逐步治理和改善，2022 年達州市主城區(qū)達標率為94%，優(yōu)良天數(shù)343d，PM2.5濃度30μg/m3，并首次實現(xiàn)顆粒物濃度的全面達標。而2023年年初，達州市卻經(jīng)歷了近3 年污染持續(xù)時間最長、污染程度最嚴重的天氣過程，空氣質(zhì)量全面反彈。本研究分析2023 年1 月達州市空氣質(zhì)量情況，結合PM2.5組分監(jiān)測數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)和后向軌跡模型，對達州市空氣質(zhì)量現(xiàn)狀、污染過程、污染成因進行分析，并積極探索符合達州本地的污染防治治理措施。

1 數(shù)據(jù)來源及分析方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

達州市主城區(qū)常規(guī)六參數(shù)（SO2、NO2、O3、CO、PM10和PM2.5）數(shù)據(jù)來源于4 個國控空氣質(zhì)量評價自動監(jiān)測站（國控站點），站點周邊分布有工業(yè)源、移動源、居民源等，可有效代表達州市主城區(qū)空氣質(zhì)量。PM2.5組分數(shù)據(jù)來自達州市生態(tài)環(huán)境局樓頂?shù)慕M分監(jiān)測站，可實時在線監(jiān)測顆粒物中水溶性離子、無機元素以及碳組分。常規(guī)六參數(shù)觀測時間為2023 年1 月1 日至31 日，PM2.5組分監(jiān)測有效時間為2023 年1 月1 日至22日，所有數(shù)據(jù)均采用小時值。

1.2 數(shù)據(jù)分析方法

本研究使用Matlab 軟件對數(shù)據(jù)進行可視化處理，采用由美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）的空氣資源實驗室與澳大利亞氣象局聯(lián)合研發(fā)的一種用于計算和分析大氣污染物輸送、擴散軌跡的專業(yè)模型——HYSPLIT 4 模型[2]，對達州市1月污染過程進行后向軌跡分析，用于判定達州市污染物輸送情況。

2 結果分析

2.1 空氣質(zhì)量狀況

2023 年1 月，達州市主城區(qū)空氣質(zhì)量全面反彈，綜合指數(shù)同比上升39.2%，優(yōu)良率同比下降25.8%，重污染天數(shù)同比增加3d（2022 年全年無重污染天氣），SO2、NO2、CO、O3、PM2.5、PM10濃度上升幅度范圍為19.4%～51.9%。其中，顆粒物濃度上升幅度最大，PM10、PM2.5分別上升51.9%、46.7%，空氣質(zhì)量惡化嚴重。

2.2 兩輪污染過程與特征分析

2.2.1 第一輪污染過程分析

2.2.1.1 污染物濃度特征

SO2是工業(yè)源、燃煤源的特征性指標。本研究將SO2站點濃度短時上升且單站峰值濃度超過20μg/m3或單站點變化趨勢異于其他站點判定為異常時段。污染期間主城區(qū)國控站點SO2異常時段共計出現(xiàn)9 次。SO2異常時段，PM2.5濃度同步上升。以2023 年1 月8 日為例，市政中心國控站點SO2濃度從10∶00 的5μg/m3飆升至15∶00 的54μg/m3，同時段硫酸根離子濃度上升了3.8μg/m3，漲幅達到38.4%。

此外，在本輪污染前期（4～11 日），結合主城區(qū)PM2.5、NO2逐小時數(shù)據(jù)分析，NOx存在明顯晚高峰效應，顆粒物濃度峰值較氣態(tài)污染物有一定滯后，說明顆粒物受移動源排放NOx的二次轉(zhuǎn)化影響。NOx及顆粒物濃度均呈現(xiàn)逐日增長趨勢，說明受本地移動源影響明顯。

2.2.1.2 PM2.5組分特征

從顆粒物組分時序變化趨勢分析，在首輪污染期間組分整體呈上升趨勢。其中，二次無機離子（硝 酸根離子、銨根離子、硫酸根離子）和有機碳占比之和超過80%。12～13 日重污染過程，組分占比均大幅增加。整個污染期間，硫氧化率（SOR）和氮氧化率（NOR）值均大于0.1，說明二次轉(zhuǎn)化較強。研究表明，鉀離子是生物質(zhì)燃燒特征性指標[3]。首輪污染期間鉀離子和PM2.5濃度變化趨勢保持高度一致，表明污染期間主城區(qū)受生物質(zhì)燃燒明顯。鋇元素、鋁元素是煙花爆竹中的顯色劑[4]，可作為煙花爆竹燃放的特征性指標。8 ～13 日鋇元素達到峰值的時間范圍為19∶00 ～21∶00，其中12 ～13 日（重度污染期間）鋁元素濃度一直維持高值狀態(tài)，比9 ～11 日（中度污染期間）高出58.1%。同時，鋇元素、鋁元素的濃度均達到整個污染期間高值，表明煙花爆竹的燃放加重了達州市主城區(qū)的污染程度。1 月8 日20∶00、10 日2∶00、11 日11∶00、12 日5∶00這4 個時刻，氯離子短時上漲顯著，其濃度出現(xiàn)2～6.5 倍漲幅。1 月13 日4∶00 ～12∶00 鎂離子漲幅0.73 倍?？偟膩碚f，本次污染期間，特別是重污染期間煙花爆竹和生物質(zhì)燃燒產(chǎn)生了一定影響，疊加不利的氣象擴散條件，使得達州市出現(xiàn)污染累積，造成嚴重的空氣質(zhì)量污染。

2.2.2 第二輪污染過程分析

2.2.2.1 污染物濃度特征

21 日（除夕）夜間至22 日（初一）凌晨，主城區(qū)PM2.5濃度平緩上升，無短時快速增長時段出現(xiàn)。而達州市所轄縣級城市宣漢縣在22 日00∶00 ～2∶00 的PM10、PM2.5出現(xiàn)短時快速增長過程，其中PM2.5由148μg/m3增長至290μg/m3，平均每小時增長71μg/m3。對比分析可知主城區(qū)在除夕至初一未受到嚴重的污染影響。

2.2.2.2 PM2.5組分特征

本輪污染期間有機碳、地殼元素、硫酸鹽三者之和在PM2.5的占比為60%～65%，有機碳占比最大（34.5%），其次為地殼元素（15.8%）和硫酸根離子（15.7%）。OC 與EC 相關性顯著，表明EC 和OC 具有同源性，且OC 在PM2.5中占主導地位。鋁和鉀為煙花爆竹的示蹤元素，硅元素主要來于風沙揚塵[5]。19～20 日銨根離子和元素碳組分呈現(xiàn)爆發(fā)性增長，分別增長2.8 倍和1倍；硝酸根離子、地殼元素和硫酸根離子也都出現(xiàn)0.7～0.8 倍漲幅。21～22 日相較于前日顆粒物各組分中氯離子、地殼元素、元素碳分別增長3.49倍、2.35 倍和1.78 倍，對無機元素占比分析發(fā)現(xiàn)，鋁、鉀和硅3 種元素占比之和超過90%。此期間前體物NOx、SO2的轉(zhuǎn)化速率（NOR、SOR）分別為0.17、0.36，污染期間轉(zhuǎn)化速率較清潔期間上升10%，表明二次轉(zhuǎn)化增強。

3 污染成因分析

3.1 氣象擴散條件不利加重污染

2023 年1 月，歐亞中高緯地區(qū)以緯向環(huán)流為主，冷空氣強度接近常年，月內(nèi)波動明顯。其中，1 月中旬中期及下旬中后期中高緯環(huán)流經(jīng)向度加大，特別是中旬中期冷空氣活動加強，出現(xiàn)階段性低溫雨雪天氣，下旬中后期受強盛西北氣流控制，晴好天氣為主，濕度明顯下降。其余時段中高緯環(huán)流以緯向型環(huán)流為主，冷空氣弱，污染擴散條件較差，大氣自凈能力較差。

本月降水量僅為7.4mm，較常年同期偏少53%；平均風速為1.1m/s，較常年同期持平；平均相對濕度為78.8%，較常年同期偏低1.3%；平均氣溫6.5℃，較常年同期偏高0.1℃。雖然1 月風速、相對濕度及氣溫3 個氣象要素與常年同期相比差異不大，但通過分析3 個要素1 月逐日值與常年同期對比可知，逐日風速，1 月大部時段均小于常年同期；逐日相對濕度，中上旬及下旬前期均較大，普遍超過80%且大部時段高于常年同期；逐日氣溫，13 日前明顯高于常年同期；逐日降水量，除14～16 日外，月內(nèi)其余時段基本無明顯降水。同時，1 月晴天較多，夜間輻射降溫明顯，邊界層逆溫現(xiàn)象突出，使得大氣自凈力整體較差。綜上分析可知，達州1 月冷空氣活動次數(shù)少、大部時段相對濕度較大、雨日少、降水明顯偏少、逆溫現(xiàn)象突出，總體不利于污染物擴散。

3.2 本地多種源疊加進一步加重污染

2023 年1 月，工業(yè)企業(yè)快速復工復產(chǎn)，工業(yè)源和燃煤源特征性指標CO、NO2、SO2顯示，CO漲幅在20.0%～41.7%，NO2漲幅在2.6%～23.7%，SO2漲幅在16.4%～33.3%，且存在多個濃度異常飆升時段。1 月NO2同比上升35.1%。以1 月7日17∶00 至21∶00 晚高峰為例，PM2.5在PM10中占比平均值為62.9%，較11∶00～16∶00 比值低16.1%，可見氣態(tài)前體物的二次轉(zhuǎn)化增強。主城區(qū)餐飲店多且密，部分餐飲店油煙凈化裝置未全覆蓋或運行不正常，其排放對主城區(qū)PM2.5的影響不容忽視。據(jù)達州市公安局統(tǒng)計資料顯示，1月達州市流入人口約100 萬，使得機動車激增，汽車尾氣排放和道路揚塵均增強。受春節(jié)煙熏臘肉的影響，主城區(qū)設置集中熏制點，但城郊仍有散熏，且組分顯示鉀離子和PM2.5濃度變化趨勢保持高度一致，說明城區(qū)受生物質(zhì)燃燒影響。

3.3 污染物區(qū)域輸送加重污染

利用HYSPLIT 4 模型對達州市2023 年1 月PM2.5污染期間不同時間進行24h 后向軌跡模擬。1～5 日不同高度（100m、500m 和1000m）的氣流軌跡均由東北方向輸入。7 日100m 高度氣流主要在本地小范圍運動。9 日100m 和500m 高度氣流主要來自西南方向，而11 日來自東南方向，共同點是軌跡較短，氣團運動較慢，污染易積累。12 日氣流軌跡主要來自東南方向，軌跡較長，移動速度較快，有利于東南方向氣團向達州市傳輸。13 日100m 高度風速較小，污染難以擴散，造成持續(xù)污染。綜上1 月前期PM2.5污染過程，先受到偏北方向的氣流傳輸滲透，后期受到偏南方向氣流控制，在區(qū)域傳輸?shù)淖饔孟?，來自北部和東南方向的氣團傳輸對達州上半月出現(xiàn)的重污染過程起到重要助推作用。

4 污染防治探索

為應對2023 年1 月達州市主城區(qū)重污染天氣，達州市環(huán)境管理部門早預報、早減排，為主城區(qū)搶回3 個優(yōu)良天，為主城區(qū)污染防治提供了可行經(jīng)驗。

4.1 提前研判污染形勢減緩累積速率

采取多部門聯(lián)合會商以及環(huán)保、氣象等部門信息共享的措施，為達州主城區(qū)每日空氣質(zhì)量提供精準預測，為決策單位提供依據(jù)。提前研判污染形勢，便于決策部門提前科學部署，適時啟動重污染天氣預警，各行業(yè)嚴格控制減排，減緩污染累積速率。

4.2 實施多源精細化管理

對工業(yè)源、移動源、揚塵源、面源等進行多源精細化管理，鼓勵使用新能源汽車，開展清潔油品行動、改善路網(wǎng)結構等減少移動源污染；強化揚塵污染治理，加大道路清掃力度，嚴控道路揚塵；推進人防和科技相結合，加強秸稈綜合利用和禁燒管理；推動產(chǎn)業(yè)結構和布局優(yōu)化調(diào)整，推動企業(yè)實行錯峰生產(chǎn)；加強煙花爆竹管控力度，嚴控禁燃區(qū)煙花爆竹燃放；強化大氣污染聯(lián)防聯(lián)控，降低區(qū)域污染物輸送影響等精細化管理措施，為主城區(qū)污染治理提供有效措施。

結語

2023 年1 月，達州市空氣質(zhì)量全面反彈，優(yōu)良天數(shù)同比減少8d，重污染同比增加3d；常規(guī)六項污染物濃度均同比上升，上升幅度范圍19.4%～51.9%，其中顆粒物濃度上升幅度最大，PM10、PM2.5分別上升51.9%、46.7%，空氣質(zhì)量惡化嚴重。1 月先后經(jīng)歷2 輪重污染過程，首輪污染期間市內(nèi)氣象整體呈現(xiàn)長時間靜穩(wěn)特征，疊加本地污染排放量大，第二輪污染期間大氣環(huán)境整體呈現(xiàn)不利氣象條件，局部受到春節(jié)煙花爆竹燃放影響?？傮w來說，受不利氣象、本地污染累積和外源性輸入影響，前體物在高濕條件下的二次生成和顆粒物吸濕增長顯著，共同造成了近3年污染持續(xù)時間最長、污染程度最重的空氣污染過程。而此次達州市主城區(qū)重污染天氣，達州市環(huán)境管理部門早預報、早減排，為主城區(qū)搶回3 個優(yōu)良天。各部門聯(lián)合會商、信息共享，提前研判污染形勢，為達州主城區(qū)每日空氣質(zhì)量提供精準預測，提前科學部署；及時啟動重污染天氣預警，對工業(yè)源、移動源、揚塵源、面源等進行多源精細化管理，各行業(yè)嚴格控制減排，減緩污染累積速率，為主城區(qū)污染防治提供了可行經(jīng)驗。