【专家解读】想快点告诉你，焦作的重污染分析
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。针对焦作市的污染过程，国家大气污染防治攻关联合中心邀请焦作市跟踪研究工作组负责人、中科院大气物理所王自发研究员对此次污染过程进行分析解读。
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总体情况
焦作市AQI自2018年1月12日轻度污染，13日颗粒物逐渐累积，浓度出现不同程度的攀升，自13日14时起，AQI达到长时间连续的重度至严重污染，截至19日8时污染物得到有效的清除，AQI达到良为止，连续出现5个重污染天，重度污染以上的时间超过100小时，严重污染持续时间长达35个小时以上，首要污染物均为PM2.5。
本次污染过程呈现重污染时段高值多且持续时间长的特点。其内因主要是机动车和燃煤等的排放；外因主要是长时间的静稳天气形势及焦作因地形地貌造成的污染物太行山前辐合。
焦作市根据预判结果不断升级重污染天气预警，共计187家企业进行错峰生产管控，包括造纸、钢铁、橡胶、有色、化工、水泥、砖瓦等行业。自2018年1月16日，对涉气工业企业升级为红色预警的管控，经测算，2018年1月18日的污染物排放量较橙色预警前2018年1月11日的下降了15.3%。对SO2的管控效果显著，相对红色预警前期降低了12.9%。
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污染过程
图1 1月12-19日气象参数及各污染物浓度的时间序列
此次重污染过程持续期间，风速较弱，近地面风向以偏东风和偏西-西南风为主，相对湿度维持在50%以上。受弱冷空气团和暖湿气团的交换辐合影响，温度变化幅度较大。气态前体物SO2和NO2的平均浓度分别为35.8±13.9 μg/m3和93.8±20.3 μg/m3，CO浓度一直处在较高的水平，平均浓度为3.8±0.9 mg/m3，同期PM2.5和PM10平均浓度分别达到248.1±85.8 μg/m3和338.6±106.1 μg/m3，16日20时达到峰值（PM2.5和PM10小时浓度分别为414 μg/m3和512 μg/m3），17日白天的西风对颗粒物的清除有限，污染物浓度经历短时间的小幅度下降后，于当日下午污染物开始累积和攀升，污染物浓度维持在严重污染的级别，18日22时再次达到次峰值(PM2.5和PM10小时浓度分别为380μg/m3和530μg/m3)。
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成因分析
图2 1月11-19日地面天气图
3.1 天气形势
11日以来，高空形势稳定，欧亚中高纬度一直处于纬向形环流，高空贝加尔湖以西有一个低涡冷空气团聚集，不断有小波动携带一点点冷空气东移，影响势力弱，位置偏北，相应的副热带高压位置偏北，暖空气势力强。地面场前期是高压底部偏东气流控制，但是随着一股股低槽过境，不断重复这高压底部-低槽之间的循环。12日下午起，焦作处在高压后部偏南气流，地面为暖湿气流，湿度增加，地面形势显趋于静稳，扩散条件差，利于污染物的累积，14日有辐合，静稳天气明显。14日夜间至16日，受均压场控制，风力较小，湿度较高，扩散条件进一步转差。16日低槽过境，偏西风，但中午开始转为偏东北风，受本地积累和区域传输的共同影响，沿太行山脉有辐合，扩散条件较差。16-17日伴随一股股低槽过境，地面低压辐合，低槽过境后，冷高压强度弱，仅影响华北北部，扩散条件一般。17日偏西风，污染物自西向东清除，下午起开始出现辐合，清除作用有限。18日受均压场控制，受弱偏北冷空气影响，扩散条件差，出现污染物的持续累积。19日偏西北风，扩散条件有利，污染物得到有效的清除。
图3 各项污染物相关性分析
3.2 污染源初判
结合图1和图3，污染期间PM2.5是PM10中的主要组成部分，占比达70%以上，说明二次污染物的生成和累积是造成污染的主要原因之一。但不可忽视的是，PM10中的粗粒子浓度也一直处于较高的平稳水平，达90 μg/m3左右，PM10重污染时段出现短时间的超过500 μg/m3浓度的爆表，说明道路及工地扬尘等一次源在污染时段的贡献一样突出，持续做好环线大车及扬尘管控对于降低大气颗粒物浓度有一定的作用。
S/N比值（SO2/NO2摩尔比）处于0.3左右，均低于山西晋城以及河北诸多地市。指示了燃煤排放对此次大气污染的贡献在降低，机动车排放的贡献在增加。NO2与PM2.5和PM10之间的高度相关，在一定程度上表明了气态前体物NO2的排放及转化是污染过程中颗粒物浓度持续攀升的原因之一，高浓度的NO2以及毗邻的郑州市高硝酸盐占比也表征了焦作市重污染过程中受到机动车尾气排放的累积影响，其在高湿条件下，二次转化显著。同时，CO与NO2、PM2.5和PM10之间的强相关性说明了CO与NO2可能同源，即机动车尾气的排放。NO2和CO浓度在16日红色预警管控前后，变化幅度不大，一直处在较高的水平。说明机动车的管控还需继续加强。SO2与NO2之间的非相关性，说明了两者不同源，预警对燃煤工业级企业的控制效果显著，SO2浓度略有下降，相对红色预警前期降低了12.9%，但NO2无下降趋势，说明对机动车的有限管控(如大货车外环绕行等)还需进一步加强。
3.3 潜在源地分析
结合根据各常规污染物与近地面风向、风速之间的填色风向玫瑰图分析，此次重污染过程，焦作市近地面风场以偏东风和偏西-西南风为主。西风对污染物的清除有一定的作用，但SO2浓度在偏西风时段出现高值，说明来自山西晋城等地的燃煤排放对其影响显著。焦作市西部的影视城站点出现无明显日内变化的O3浓度高值，因处于其下风向，O3在偏西南风时会出现污染物往东的传输。PM2.5、PM10、NO2和CO均在偏东风时出现高值，这说明了焦作易受到来自其东部的城市的污染物的传输影响，一定程度上也说明了焦作位于太行山沿线，偏东风加重地形的辐合，容易造成重污染的累积。
与风向玫瑰图的结果有所区别，高空以偏西-西北气流为主，但污染过程期间，气流易出现下沉，常以偏东风、偏北风和偏西南风的方向平流进入焦作，CWT潜在源分析结果表明焦作附近辖市，特别是来自西北偏西的山西晋城、长治等地，并且在气流来向上的焦作以北、以南、以东城市的污染物传输对其空气质量的影响可能显著。由于焦作位于太行山南麓，其地形地貌不利于城区大气污染物的稀释和扩散，易出现地形辐合造成的山前区域本地污染源和外地传输的污染物累积和富集。只有在风力较大的时段，西风或西北风对污染物的清除作用才会大于其传输的作用。
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应急措施
为了更好地应对京津冀及周边地区2018年首次区域性重污染过程，焦作市环保局提前在1月6日启动黄色(III级)预警，并根据预判结果， 1月12日将重污染天气黄色(III级)预警调整升级为橙色(II级)预警。在2018年1月16日12时，对各县市的工业企业进一步升级为红色(I级)预警，要求各相关企业停产和限产。共计187家企业进行错峰生产管控，包括造纸、钢铁、橡胶、有色、化工、水泥、砖瓦等行业。自1月19日00时起，全面启动红色(I级)预警，对公众的出行和室外活动、以及中小学的教学时间等提出建议。同时做好以下的强化措施：
（1）按红色预警管控要求，对工业企业继续加强管控。联合各县市区企业驻场人员进行排查，确保企业落实限停产到位，尤其加强对涉气企业的督查力度，重点关注末端处理设置的运行情况，确保达标排放，降低本地污染排放，同时监督企业重型车辆运输管控情况；
（2）持续做好环线大车及扬尘管控。加强詹泗路、新园路高速路口等重型货车、农用车等高排车辆的监管，确保绕行到位、尾气达标排放。并重点强化车流量较大路段道路保洁力度；
（3）持续燃煤散煤、生物质焚烧、垃圾焚烧强效管控。目前各监测点位CO浓度均出现了不同程度的增加，并长时间处于3mg/m3以上的高值，持续做好焚烧、燃煤问题的管控。
整体而言，此次污染得到了提前的准确预判，并提前启动重污染预警，在重度污染时段，果断对涉气企业升级红色预警的管控，在不利的气象条件和地形环境的情况下，一定程度上抑制了污染物浓度不断攀升的态势。经测算，2018年1月18日全市工业企业在线排放污染物25764kg，较橙色预警前2018年1月11日的30426 kg相比下降了15.3%。对SO2的管控效果显著，在线监测浓度相对红色预警前期降低了12.9%。
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