【专家解读】德州市1月14-17日大气污染过程分析解读

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导   读

2018年1月12日起，受系统性偏南风和不利气象条件影响，京津冀及周边地区出现一次大气重污染过程，多城市出现中-重度污染。针对德州市的污染过程，国家大气污染防治攻关联合中心邀请德州市驻点跟踪研究工作组负责人、上海市环境科学研究院李莉研究员对此次污染过程进行分析解读。

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总体情况

1月14日-17日德州市天气以多云为主，湿度较大；且南北风交替，污染气团多次输入，不利空气质量改善。1月14日起，PM2.5浓度呈急剧上升趋势，于15日0时达小时浓度最高值，197μg/m3；16日16时降至34μg/m3；17日8时起，PM2.5浓度再次急剧上升，于17日12时达小时浓度最高值269μg/m3，之后下降明显，至17日17时降至101μg/m3。此次污染过程中，硫酸盐、硝酸盐、铵盐（统称SNA）是最主要的无机组分，质量浓度累积贡献平均在59.0%左右；有机碳及元素碳分别贡献12.0%及3.3%。此次污染过程硝酸盐占比较高，机动车尾气污染对PM2.5浓度增长贡献显著。数值模拟结果表明，1月14日至17日期间，德州市PM2.5浓度地区来源中，本地排放贡献占36% - 55%，是主要的地区来源，此外在主导风向影响下，河北及山东其他地区对德州也有较为显著的传输贡献。

德州市于1月11日18时发布重污染天气橙色预警，1月13日0时启动重污染天气Ⅱ级应急响应。经测算评估，预警期间全市SO2、NOx、VOCs、PM2.5和PM10的减排量分别占全社会排放总量的34%、40%、47%、25%和25%。其中，工业企业减排贡献相对较大，扬尘源控制对一次PM2.5和PM10的减排贡献较大。数值模拟结果显示，1月14日至17日，由于应急响应措施的实施，德州市PM2.5浓度平均降低约23.8 μg/m3，平均降低比例约为14.4%，15日-16日的污染过程中瞬时改善浓度超过48μg/m3，改善比例达到20%。

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气象条件

（德州过去4天天气实况）

这次污染过程的总体天气形式为，14日地面华北地形槽建立，转南风，德州处于辐合带内，大气扩散条件转差，15日受均压场控制，风速小，大气静稳，扩散条件极差， 16日凌晨起受弱冷空气影响，扩散条件有所转好，17日逐渐转为高压后部，转南风，扩散条件再次转差。14日-17日以多云天气为主，湿度较大。14日西南风为主，上午风速较大，下午逐渐减弱，湿度增加，大气条件转为静稳，至16日早晨受冷空气影响，大气扩散条件逐渐转好。17日再次转南风，风速小，湿度大，日均风速1.2 m/s，日均相对湿度61%，扩散条件再次转差。总体而言，16日气象扩散条件较好，其他时段不利于污染物扩散。

（图1  1月14日至18日每日0时德州市500米高空气流24小时后向轨迹）

从500米高空气流后向轨迹看，气流从1月14日的偏西强风系转为15日偏东弱风系，传输速度和高度均大幅下降，传输高度在500m以下；16日气流转为东北偏北风系，传输高度略有上升；17日气流转为西北偏北强风系，传输速度和传输高度均有大幅上升，传输高度达2000m以上。

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污染演变

（图2 1月13日至17日颗粒物浓度变化趋势）

1月14日起，PM2.5及PM10等污染物浓度整体呈急剧上升趋势，二者均于15日0时达小时浓度最高值，分别为197μg/m3和270μg/m3；之后二者浓度略有波动，但整体维持在较高浓度水平，期间PM2.5小时浓度范围为178μg/m3-238μg/m3，PM10小时浓度范围为225μg/m3-308μg/m3。16日3时起，PM2.5及PM10等污染物浓度急剧下降，至16日16时二者浓度分别降至34μg/m3和154μg/m3，降幅分别达82%和46%；随后二者浓度呈稳步上升趋势，17日8时起，PM2.5及PM10浓度再次急剧上升，二者均于17日12时达小时浓度最高值，分别为269μg/m3和362μg/m3，之后二者浓度急剧下降，至17日17时小时浓度分别降至101μg/m3和205μg/m3，降幅分别达62%和43%。

（图3 1月13日至17日颗粒物浓度变化趋势）

激光雷达监测结果显示，14日上午起德州市受外来传输影响，颗粒物浓度升高；傍晚起在500米以下形成高污染层，地面颗粒物浓度达到重污染水平。15日上午边界层高度进一步降至500 米以下，地面空气质量仍为重污染；夜间有气团过境现象，1000米以下出现多次传输过程。16日早晨起颗粒物浓度开始降低，下午边界层高度达到1000 米左右，扩散条件转好。17日凌晨起，600至800高度有高颗粒物传输层，但未影响地面颗粒物浓度；7点后高颗粒物传输层再次出现，8时起逐步影响地面空气质量；午间在1000米左右高度也有传输现象；午后边界层自800米逐步抬升至1400米，地面污染程度降低。

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来源分析

（图4   PM2.5/PM10比值、PM2.5中化学组分浓度和占比时间序列图）

就PM2.5组分而言，硫酸盐、硝酸盐、铵盐（统称SNA）是最主要的无机组分，质量浓度累积贡献平均在59.0%左右；有机碳及元素碳约分别贡献12.0%及3.3%。

基于PM2.5组分测量结果表明，13日至14日9时污染累积阶段硝酸盐和硫酸盐在PM2.5中浓度占比分别为35.2%和18.7%，硝酸盐与硫酸盐浓度比值为1.88；14日10时至16日0时污染爆发阶段硝酸盐和硫酸盐在PM2.5中浓度占比分别为31.8%和14.5%，硝酸盐与硫酸盐浓度比值较污染累积阶段有明显上升，达2.19；16日1时至12时污染清除阶段时硝酸盐和硫酸盐在PM2.5中浓度占比分别为20.9%和14.7%，硝酸盐与硫酸盐浓度比值较污染累积阶段和爆发阶段明显下降，降至1.42。之后，17日PM2.5与PM10浓度再次急剧上升，污染爆发阶段硝酸盐和硫酸盐在PM2.5中浓度占比分别为33.1%和18.0%，硝酸盐与硫酸盐浓度比值上升至1.84。

PM2.5与PM10的浓度比值随着PM2.5浓度的增加整体呈上升趋势，从污染累积阶段的0.58逐步上升到污染爆发阶段的0.75，在清除阶段降至0.61。说明二次转化以及燃烧排放等细离子来源是本次PM2.5污染爆发的主要因素，此次污染过程硝酸盐占比较高，机动车尾气污染对PM2.5浓度增长贡献显著。

（图5  基于SPAMS的PM2.5来源解析）

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应急措施

德州市1月11日18时发布重污染天气橙色预警，1月13日0时启动重污染天气Ⅱ级应急响应。主要措施为：（1）工业企业减排措施。共1663家企业实施停产，1111家企业落实限产措施；（2）错峰运输。火电、钢铁、焦化、有色、水泥、玻璃、化工、煤矿等涉及大宗原材料及产品运输的重点企业，进出厂区的运输车辆减少50%以上。（3）机动车限行措施。除城市运行保障车辆和执行任务特种车辆外，德州市建成区及各县市区城区内重型柴油货车及非道路工程机械停止使用。（4）扬尘控制措施。城市主干道道路保洁在正常基础上每天增加3次洒水降尘作业频次（非冰冻条件下）。建成区建筑、道路、拆迁工地等停止施工作业，建筑垃圾和渣土运输车、混凝土罐车、砂石运输车等重型车辆停止运输作业。所有企业露天堆放的散装物料全部苫盖，增加洒水降尘频次。（5）其他综合性措施。全市所有矿石破碎企业和水泥粉磨站停止生产，混凝土搅拌站和砂浆搅拌站停止原材料运输。停止室外喷涂、粉刷、切割、护坡喷浆作业。

应急响应措施实施以来，经测算评估，全市SO2、NOx、VOCs、PM2.5和PM10的减排率分别为占全社会总排放量的34%、40%、47%、25%和25%，其中，工业企业减排贡献相对较大，扬尘源控制对PM2.5和PM10的减排贡献较大。

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效果评估

（图6  德州PM2.5日均浓度区域来源数值模拟解析结果）

基于WRF-CAMx空气质量模式模拟，结果表明，1月14日至17日期间，德州PM2.5浓度地区来源中，德州本地排放占36%~55%，是主要的地区来源，此外在主导风向影响下，河北及山东其他地区对德州也有较为显著的传输影响。在1月15日-16日重污染过程中，气象条件总体静稳，本地累积作用对PM2.5浓度贡献显著，占比达到约49%~55%，同时在偏南风影响下叠加了河北和山东其他地区的传输贡献，占比分别约为14%~28%、3%~12%。

1月14日至17日橙色预警实施期间，德州市PM2.5浓度平均降低约23.8 μg/m3，平均降低比例约为14.4%， 15日-16日的污染过程中瞬时改善浓度超过48μg/m3，降幅比例达到20%，有效缓解了此次德州市大气污染的累积程度。

（图7 德州实施橙色预警期间PM2.5浓度改善结果）

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