【阶段总结】大气重污染的成因与来源

专题简介

 大气重污染成因与治理攻关专题一主要探究京津冀及周边地区大气重污染的成因与来源，包括区域PM2.5污染特征、PM2.5爆发式增长的物理化学机制、气象条件对大气重污染的影响、PM2.5精细化来源解析等。该专题由北京大学张远航院士、中国气象科学研究院徐祥德院士、中科院合肥物质科学研究院刘文清院士和中国环境监测总站柏仇勇站长牵头。

目前，该专题的主要进展如下：

1 初步建成天地空大气环境综合立体观测网，形成重污染天气预测预报、全过程监测和成因快速分析的基础能力

整合环保、气象、高校、中科院等方面科研资源，初步建成我国最大规模的多要素、天地空大气环境综合立体观测网，包括252个空气质量常规监测站、38个颗粒物组分站、4个超级观测站、5台走航观测车、28台地基激光雷达站以及观测卫星等。

初步建成攻关数据管理和共享应用平台，为大气重污染成因研究提供精准数据集，提升京津冀秋冬季重污染成因机制研究和精细化源解析的能力，推动京津冀及周边地区空气质量的持续改善。

图1  综合立体观测网示意图 

2  形成了大气重污染成因的深入认识

（1）燃煤、工业生产、机动车等是京津冀及周边地区秋冬季PM2.5重污染的主要来源。

排放强度大仍是京津冀及周边地区秋冬季大气重污染的主因，燃煤、工业生产、机动车等排放是京津冀及周边地区秋冬季PM2.5重污染的主要来源。其中，燃煤排放是首要来源，其一次排放对采暖季PM2.5的贡献率达20%~30%，加之其气态污染物在大气中发生二次转化，对秋冬季重污染过程PM2.5的贡献率可达30%~50%。

（2）在宏观和中观层面形成重污染成因的科学共识。

从宏观层面看，排放强度大是京津冀及周边地区秋冬季大气重污染的主因，气象条件不利是诱因。

从中观层面看，对近三年的重污染过程分析表明，PM2.5爆发式增长的成因可概括为本地积累、区域传输和二次转化三种类型，即：污染物排放强度大的城市，如石家庄、唐山、邯郸等，一旦出现不利气象条件，首先形成本地积累型污染；高浓度PM2.5污染气团向下风向输送，导致下风向城市出现区域传输型污染；SO2、NOx等气态污染物在适宜条件下反应生成硫酸盐、硝酸盐等二次组分，并伴随吸湿增长，加剧PM2.5污染，造成二次转化型污染。北京市PM2.5的爆发式增长往往是前期区域传输、后期本地积累及二次转化共同作用的结果。

（3）今冬重污染期间PM2.5组分和成因变化明显，硝酸盐已成为重污染期间最重要的二次组分。

2017年11月-12月重污染期间，北京、天津、石家庄、济南、郑州等20个重点城市的PM2.5中硫酸盐平均含量下降了34%（占比从15%降至12%），硝酸盐平均含量基本持平（占比从18%升至21%），反映区域燃煤治理成效显著。硝酸盐已成为京津冀及周边地区重污染期间PM2.5中最重要的二次组分，加大NOx减排力度刻不容缓。

图2  京津冀及周边地区PM2.5主要组分占比变化

（4）对颗粒物污染与不利气象条件的相互促进作用有了进一步的认识。

颗粒物污染累积会促使近地面气象条件进一步转差（如边界层低层降温、湍流强度下降，边界层高度明显下降），导致逆温和近地面湿度增大，转差的气象条件又进一步加剧PM2.5爆发式增长。

2017-2018年秋冬季大气污染综合治理攻坚行动大幅减少颗粒物排放，减缓了形成逆温和增湿的过程，削弱了颗粒物污染与不利气象条件的相互促进作用。

图3  污染累积与不利气象条件的相互促进现象

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