【专家解读】晋城市1月12-17日重污染过程分析

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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。针对晋城市的污染过程，国家大气污染防治攻关联合中心邀请晋城市跟踪研究工作组负责人、中国环境科学研究院岳欣研究员对此次污染过程进行分析解读。

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总体情况

图1  晋城市1月12-17日AQI变化及2+26城市对比图

2018年1月12日-17日，晋城市经历了2017-2018年秋冬季以来污染时间最长、污染程度最严重的一次重污染过程。根据各污染物浓度的小时变化图看，晋城市从1月12日4时左右PM2.5和PM10的浓度快速攀升，12日6时AQI升至262，达到重度污染水平。随着污染物持续累积，12日12时AQI达到第一个峰值（AQI值为500），随后污染程度有所减轻，13日5时新一轮的污染开始累积，至17日，污染水平降至中度污染（AQI值为180），至18日10时，当日累计AQI值为80，空气质量良。本次污染过程共经历了6轮污染物累积过程，其中AQI峰值达500，PM2.5峰值浓度达到594µg/m3，PM10峰值浓度达到635µg/m3，首要污染物为PM2.5，重度污染水平时间超过43小时，严重污染水平时间超过24小时。

与其他城市相比，晋城市的污染过程开始早、结束晚、持续时间较长，峰值高、污染程度较重。首要污染物PM2.5最高浓度在山西省/2+26城市排名第一。同时，CO浓度居高不下，最高浓度达11.78mg/m3，日均浓度达4.5mg/m3，最高浓度在山西省/2+26城市排名第一。另外，臭氧浓度在2+26城市里一直处于高位。

图2  晋城市1月12-17日PM2.5、CO及O3变化及"2+26"城市对比图

具体来看，6轮污染物累积过程分别是：

①12日2:00-15:00，颗粒物浓度快速升高，在12:00达到峰值，PM10、PM2.5和PM2.5/PM10分别达到635µg/m3、594 µg/m3、93.5%。

②1月13日5:00-16:00，颗粒物浓度又迅速累积，同样在12:00达到峰值，PM10、PM2.5和PM2.5/PM10分别达到418µg/m3、350 µg/m3、83.7%。16:00之后PM2.5下降到112µg/m3，但是细颗粒物占比达到当日峰值的97.4%。

③1月14日5:00-15:00，趋势与前日非常相似，此次颗粒物累积更加迅速，在9:00达到峰值，PM10、PM2.5和PM2.5/PM10分别达到467µg/m3、429 µg/m3、91.9%。

④1月15日7:00-23:00，颗粒物浓度也是迅速升高，但是幅度远小于前日，于10:00达到峰值，之后缓慢下降，PM10、PM2.5和PM2.5/PM10分别达到349µg/m3、267 µg/m3、76.5%。PM10、PM2.5峰值分别比前日下降25%和38%。

⑤1月16日2:00-13:00，并在9:00出现一个小峰值， PM10、PM2.5和PM2.5/PM10分别达到325µg/m3、235 µg/m3、72.3%，峰值水平分别比前日下降7%和12%，随后污染物下降并重新上升在夜间又出现小峰值。

⑥1月17日7:00-15:00，并在11:00出现一个小峰值，PM10、PM2.5和PM2.5/PM10分别达到387µg/m3、282 µg/m3、72.3%，峰值水平分别比前日上涨19%和20%。总体而言，12-14日，污染物浓度峰值高、上升下降都很迅速，15-17日，污染物浓度峰值小，上升、下降慢，持续时间长。

图3 晋城市1月11日-17日污染物浓度时均图

晋城市城区及泽州县PM2.5的空间分布状况，总体而言，各方位存在一定的差异，反映气象条件的差异、局地排放和区域传输的不同贡献。

图4  晋城市1月11日-17日PM2.5空间分布情况

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污染成因

图5  晋城市12-17日地面平均风级

1. 气象地形原因

1月12日到17日，晋城市地面平均风速均小于2米/秒，且湿度较大（平均相对湿度60%左右），扩散条件极为不利，有利于PM2.5的累积和气溶胶的吸湿增长和二次转化。

图6  晋城市1月11-17日消光系数（上）和退偏比（下）情况

从激光雷达数据可以看出，从1月11日起边界层高度开始降低，由1300m左右降至12日上午10:00的最低点240m，之后稍微有所上升至750m。12日晚及13日上午，边界层高度降低至200-300m，导致颗粒物浓度又一次爆发性增长至PM2.5达到峰值的350 µg/m3。14日与13日类似，边界层降低又升高，与PM2.5浓度的积累爆发过程非常吻和。14日17时后，边界层高度稳定在750-800m的较低水平上。边界层高度的大幅度降低使得颗粒物物浓度迅速升高。且晋城近地面存在少量颗粒物气溶胶团传输与沉降。

图7 晋城市环保局站点11-15日边界层高度 

其次，地形条件也使得污染物易于在城区累积。晋城市城区以及泽州县位于晋城山间盆地南段，是晋城市海拔最低的地区之一，而晋城市主要的工业企业集中在市区周边半径20公里范围内（主要在高平县、泽州县和阳城县），工业围城现象较为突出，且绝大多数是燃煤行业。城市在东南方向，处于下风口，工业污染源易向城市扩散。从表1可以看出，12-17日城区污染程度均高于其他区县，尤其是12-14号的污染爆发期，周围区县只是良-轻度污染。也从侧面说明极为不利的地理气象条件使得污染物在城区范围内较为集中的二次转化和积累。

图7  晋城市及周边高程图

图8  城区及各区县12-17日AQI日均值

2. 颗粒物组分及来源分析

图9 晋城市在线离子浓度图

从离子浓度图中可以看出在1月12日PM2.5急剧升高的时候，颗粒物中硫酸盐、硝酸盐也快速升高，并于10时 硫酸盐达到峰值的350µg/m3。说明二次颗粒物转化等细粒子是本次PM2.5爆发的主要因素，硫酸盐对PM2.5浓度增长贡献显著，说明燃煤排放影响较大。1月16日，随着颗粒物浓度降低，离子浓度也在降低，硝酸根、氨根、硫酸根离子仍为主要存在离子。

另外，此次污染过程中，晋城的SO2/NO2比值（S/N）（0.6-2.4）远高于北京（0.1-0.3）和保定（0.2-1.0）等城市，说明晋城燃煤排放的影响比北京和保定等城市大很多，这与在线离子的结果基本吻合。

图10  晋城市1月11-16日PM2.5、SO2、NO2浓度变化图

3.区域传输

图11  晋城市1月11-16日PM2.5、SO2、NO2浓度变化图

根据中国环境科学研究院的CAMx模式计算，本次污染过程晋城市以本地污染为主，12-15日，本地贡献为73-85%，长治、焦作、邯郸、郑州、新乡、太原、安阳等市对晋城有不同程度的贡献，这些城市传输对晋城PM2.5浓度贡献累计分别为15%、24%、27%、27%；16日，晋城周边区域的累积传输过程加剧，晋城本地贡献相对下降，但也达到了52%。

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预警应急

根据山西省应对重污染调度令，12-15日山西省将出现一次重污染天气过程，晋城市于11日中午12时启动橙色预警并启动Ⅱ级响应措施，预警期间，铸造企业的电炉、天然气炉停产；陶瓷（以天然气为燃料）停产，洗矸、淀粉生产停产；机加工（不含铸造环节）涉VOCs工序停产；除应急抢险外，城市建成区停止所有施工工地的土石方作业及使用有机溶剂的作业；中、重型货车以及建筑垃圾和渣土运输车、砂石运输车主城区及县（市、区）建成区内的禁行。预警期间共578家工业企业停产，231家限产，经测算，上述减排措施实施后，预计每日可减排烟粉尘47.8吨，SO2 50吨，NOx 68.3吨，VOCs 10.4吨。

鉴于1月12-14日的严重污染过程以及未来几天的污染预报结果，晋城市重污染会商小组决定于1月15日0时将预警调为红色，启动I级响应措施，并要求进一步落实减排强化措施，包括：

（1）全市钢铁行业（除保障供暖外）全部执行闷炉保温；

（2）全市煤化工企业（含高平化工）全部执行保安全、保温、最大限度停产；

（3）除应急抢险外，城市建成区所有在建工地一律停止施工，在规定允许民用散煤使用的地区，确保劣质煤全部置换；

（4）按照网格化管理模式，责任到人，加强监管。启动红色预警以后，颗粒物、CO浓度的峰值均有显著下降，但仍为重度污染，根据中国环境科学研究院的CAMx模式计算，相比未启动预警响应1月15日以后实现PM2.5浓度降低18%以上。

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污染小结

综合来看，受特殊地理、气象条件等相关因素影响，本地源尤其是燃煤的影响是主要内因，外因为污染物在静稳、高湿环境下难以扩散、持续累积，形成了晋城市此次重污染过程。

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