【专家解读】郑州市1月12-17日重污染过程解读

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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。针对郑州市的污染过程，国家大气污染防治攻关联合中心邀请郑州市跟踪研究工作组对此次污染过程进行分析解读。

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总体情况

2018年1月12日至17日，郑州市出现2018年首次重污染天气过程，这次过程持续时间长、污染程度重。截至1月17日23时，空气质量等级为重度污染及以上时段达到88个小时，其中严重污染时段长达52小时，AQI在14日6时达到峰值（AQI=237），且目前重污染天气过程仍在继续。

从外因上看，静稳气象复合污染物区域传输是此次郑州市持续长期重度污染的主要原因。此次重污染期间多次弱冷空气过境，冷锋前部强逆温使得扩散条件极为不利，污染物浓度短暂下降后持续累积。从内因上分析，本次污染过程中首要污染来源为机动车，其次为燃煤，大气中气态污染物的二次转化作用显著，PM2.5中的二次无机成分高达70%。此次污染同样具有很强的区域性，时段内郑州市本地源贡献平均仅为31.5%，强烈受到河南省内其他城市、河北南部和山西省南部城市排放污染物的传输影响。

郑州市针对此次污染过程，从1月12日期实施了橙色预警。通过错峰生产企业停限产、加强道路和施工扬尘控制和工业VOC控制以及对大型货车限行等应急措施，据估计可分别降低20.3%、15.4%，43.9%和17.7%的SO2、NOx、PM2.5和VOCs排放量。于是，利用模型计算郑州市PM2.5浓度可平均降低15.8%，重污染应急措施有效地缓解了郑州市的此次大气污染。

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过程分析

（图1  郑州市1月12日-17日各污染物浓度变化趋势）

1月12日至17日，郑州市出现2018年首次持续时间长、污染程度重的重污染天气过程，截至1月17日23时，空气质量等级为重度污染及以上时段达到88个小时，其中严重污染时段长达52小时，且目前重污染天气过程仍在继续。本次重污染过程大致可分为三个阶段：

第一阶段（12日0时-13日15时），受不利气象条件影响，污染物浓度缓慢提升，至13日10时，AQI指数为207，空气质量等级达到重度污染，此后受弱冷空气影响缓慢下降，第一阶段主要以中度污染为主，重度污染仅维持1小时。

第二阶段（13日16时-14日16时），13日16时起AQI指数逐渐增高，并于AQI在14日6时达到峰值（AQI=237），第二阶段重度污染持续13小时。

第三阶段（14日17时-17日23时），14日17时起，京津冀及周边区域静稳天气形成，污染物持续累计且伴随系统性偏南风沿太行山脉向北辐合传输，期间受多次弱冷空气影响，南北气团形成对峙，污染物集聚区域位于河南中北部一带，此时段内郑州市空气质量等级基本处于重度或严重污染。

本次污染过程中主要为细颗粒物污染，细颗粒物占比高达0.95，高湿静稳天气下十分有利于细颗粒物的二次生成和吸湿增长。此外CO与细颗粒物相关性高达0.95，本次污染过程可能受燃烧源影响。

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成因分析

（图2  1月15日、17日京津冀及周边地区“2+26”城市相对湿度）

（一）天气形势分析

自1月13日起，华北地区500hPa主要受纬向西风平直气流影响，偶尔有极弱浅槽东移，导华北地区出现多股弱冷空气影响。地面交替出现均压场及偏南辐合气流、弱高压的控制，静稳天气复合污染物区域传输是此次郑州市持续长期重度污染的主要外因。郑州市在14日下午、15日夜间及16日中午经历了三次弱冷空气过境，冷锋前部强逆温使得扩散条件极为不利，污染物浓度出现峰值，空气质量极差；系统性偏南暖湿辐合气流及均压场也是郑州市污染物浓度居高不降的主要原因；17日清晨，受到暖锋过境影响，郑州市出现大雾天气，PM2.5浓度再度达到峰值。

18-20日，不利天气形势仍将持续，重污染天气形势仍将维持；至21日强冷空气南下，预计此次重污染天气结束。

（图3   郑州市污染时段地面和高空气象参数时间序列图）

（二）气象要素分析

1日12时起，郑州市近地面湿度增大，风速下降，边界层高度降低，静稳天气初现；至13日下午，近地面风速较低且持续保持较高湿度，小风、高湿、静稳天气加强了气态污染物的二次转化，期间受几次弱冷锋影响，污染边界层高度抬升，扩散条件略转好，但清除作用有限，时段内边界层高度基本处于500米以下，风速持续低于3m/s，且16-17日早晚时段伴随大雾天气，扩散条件极为不利。

（图4  郑州市污染期间细颗粒物化学组分变化时间序列）

（三）PM2.5组分特征分析

（1）组分变化特征

本次污染过程中细颗粒物浓度占比最大是二次组分（硝酸根，硫酸根和铵根），随着污染的加剧在占比从0.3上升到0.8，首要污染物为硝酸盐，其次为铵盐和有机碳，说明本次污染过程中受机动车影响较大。同时SNA占比达到0.67，SOR与NOR最高分别达0.78和0.64，表明气溶胶的二次转化作用显著。

（图5 郑州市污染期间在线源解析时间序列图）

（2）单颗粒质谱在线源解析

基于单颗粒质谱仪的细颗粒物在线源解析结果，本次污染过程中主要污染来源为机动车尾气，其次为燃煤源和二次源，占比分别为23.64%、0.45% 和19.82%。

（图6   郑州市2018年1月12-17日郑州市PM2.5区域来源贡献）

（四） PM2.5区域来源分析

图6为基于CAMx模型的郑州市PM2.5区域来源贡献解析，第一阶段污染过程中主要为郑州市本地源贡献，峰值浓度时刻本地源的占比为41.1%；第二阶段污染过程本地源占比下降至29.0%，受河南省内城市近地面污染物传输影响较大，传输贡献占比达到37.1%；第三阶段中本地源占比持续降低，至15日19时本次污染过程首个峰值出现时刻，本地源占比再次下降至16.1%，受河南北部和河北省城市污染物传输影响较大；至17日11时达到本地污染第三个峰值时刻，天气静稳，本地源占比提升至28.4%，主要受河南省和山西南部城市影响，合计贡献占比为39%。

本次重污染过程主要为本地源累计和区域传输共同作用的结果，郑州市本地源占比为15.6%-45.1%，平均占比为31.5%；污染累计阶段主要受河南省内城市、河北南部和山西省南部城市污染传输影响。

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应急措施

根据跟踪研究专家组和郑州市重污染天气应急指挥部研判结果，郑州市于1月12日发布重污染天气橙色预警，启动重污染应急II级响应措施，具体措施如下：

（1）全市107家错峰生产企业停限产；

（2）对裸露场地增加洒水降尘频次，对城区主次干道、城乡结合部道路、重要国道省道市道县道增加吸尘、清扫、洒水、喷雾等防治扬尘作业；

（3）家具、装修木器涂层，防水卷材行业，沥青搅拌站，机械加工行业，汽车修理行业涉挥发性有机化合物排放工序全部停产；

（4）全市实行建筑垃圾、渣土运输车辆禁止上路行驶；主城区实行大型货车区域限行，引导过境车辆避开主城区行驶，非道路移动机械停止使用。

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减排效果

（图7  郑州市橙色预警期间PM2.5浓度数值模拟结果）

本次重污染天气橙色预警的发布，共计管控工业企业1567家，并对包装印刷、混凝土搅拌站、汽修、家具装修木器涂层等行业加强管控。经测算，上述减排措施实施后，可降低SO2、NOx、PM2.5、VOCs排放量分别为20.27%、15.36%，43.94%和17.66%。

根据模型模拟结果，1月12日-17日橙色预警应急措施实施期间，郑州市PM2.5浓度值平均可降低30μg/m3，减排比例为8.4%-28.4%，平均减排比例为15.8%；其中在16日11时、18时、23时污染严重时段，PM2.5浓度瞬时改善值分别为62、65、78μg/m3，改善比例分别达到18.7%、27.7%、23.3%；重污染应急措施有效缓解了郑州市大气污染程度。

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污染小结

1、  外因上看，地面交替出现均压场及偏南辐合气流、弱高压的控制，静稳气象复合污染物区域传输是此次郑州市持续长期重度污染的主要外因。此外多次弱冷空气过境，冷锋前部强逆温使得扩散条件极为不利，污染物浓度短暂下降后持续累积。内因上分析，本次污染过程中首要污染来源为机动车尾气，其次为燃煤源和二次源，SNA占比达到0.67，SOR与NOR最高分别达0.78和0.64，二次转化作用显著。此次污染主要来源于机动车尾气和燃煤源，二次源的影响同样不容忽视。

2、区域来源上分析，本次重污染过程主要为本地源累积和区域传输共同作用的结果，时段内郑州市本地源占比为15.6%-45.1%，平均占比为31.5%；外界源中主要受河南省内城市、河北南部和山西省南部城市污染传输影响。

3、根据模型模拟结果，橙色预警应急措施实施期间，郑州市PM2.5浓度值平均可降低30μg/m3，减排比例为8.4%-28.4%，平均减排比例为15.8%；在16日11时、18时、23时污染严重时段，PM2.5浓度瞬时改善值分别为62、65和78μg/m3，改善比例分别达到18.7%、27.7%和23.3%。

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专家团队

郑州市跟踪研究工作组由来自清华大学、中科院、中国环科院、郑州大学、郑州市环境监测站和中科弘清公司的多位专家组成，清华大学郝吉明院士为组长。

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