大阅兵期间北京市大气质量改善效果评估

赵 辉，郑有飞,*，徐静馨，王占山，袁 月，黄积庆，储仲芳（1.南京信息工程大学，中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室，江苏 南京 2100；2.南京信息工程大学大气物理学院，江苏 南京 2100；.南京信息工程大学环境科学与工程学院，江苏省大气环境与装备技术协同创新中心 江苏 南京 2100；.北京市环境保护监测中心，北京 10008）

大阅兵期间北京市大气质量改善效果评估

赵 辉1,2，郑有飞1,2,3*，徐静馨1,2，王占山4，袁 月3，黄积庆1,2，储仲芳3（1.南京信息工程大学，中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室，江苏 南京 210044；2.南京信息工程大学大气物理学院，江苏 南京 210044；3.南京信息工程大学环境科学与工程学院，江苏省大气环境与装备技术协同创新中心 江苏 南京 210044；4.北京市环境保护监测中心，北京 100048）

为了评估抗战纪念活动期间污染物减排措施对北京市空气质量的影响，利用2015年8月1日～2015年9月18日北京市大气污染物浓度数据，以及2014年同期监测数据进行对比分析.结果表明:减排期间（2015年8月20日～2015年9月3日）北京市P M2.5，SO2，NO2和CO浓度均值为17.05µg/m3，2.35µg/m3，21.04µg/m3和0.56mg/m3，对比减排前期，各污染物分别下降了71.26%，36.49%，37.92%和37.78%，减排后期，随着减排措施的取消，大气污染物反弹上升.与2014年同期相比，减排期间污染物浓度分别下降了73.59%，56.64%，52.39%和38.46%，大气质量改善效果显著.3个时段（减排期间，活动当天和2014年同期）污染物浓度日变化特征相似，整体上呈现2014年同期＞减排期间＞活动当天的特征.空间分布上，各站点污染物浓度均远低于2014年同期水平，其中PM2.5降幅大且空间差异较小，SO2在空间上差异最为明显，不同站点的PM2.5降幅在68.91%～77.63%之间，SO2降幅在7.43%～74.75%之间，NO2降幅在34.60%～72.28%之间，CO降幅在24.98%～63.73%之间.减排期间北京市PM2.5，SO2，NO2和CO浓度分别比周边城市均值低24.66%，81.00%，27.30%和36.36%，也从另一方面反映出减排措施的明显效果.

70周年；纪念活动；大气质量；评估

近年来，我国举办了北京奥运会，南京青奥会，广州亚运会和APEC会议等国际重大活动，先后开展了一系列临时管控措施以保障空气质量，取得了明显成效.研究表明，奥运时段兴隆地区NOx，SO2，O3和PM2.5平均浓度分别为6.6，6.8，100.5和33.3µg/m3，比奥运时段前后平均浓度分别下降了29.0%，46.9%，18.6%和36.5%［1］.对比奥运期间CO，NOx，SO2和PM10平均浓度比6月降低了23%，30%，45%和21%［2］.奥运会时段京津冀地区SO2，PM2.5，NO2平均值分别为（13±4） ，（56±28）和（23±4）µg/m3，比奥运会前分别下降了51.0%，43.7%，12.5%［3］.对青奥会期间的大气质量进行分析，发现青奥会期间PM2.5，PM10，SO2，NO2，O3浓度均值为37.9，49.1，12.4，36.5，38.8µg/m3，而在青奥会之后，随着大气污染管控措施的取消，大气污染物浓度均反弹上升［4］.通过对亚运会期间空气质量进行研究，认为亚运期间广州及周边城市的NO2，O3，PM10和SO2浓度均比亚运前少，这主要得益于政府实施的减排措施及良好的气象条件［5］.而在近期北京举办了APEC会议，许多学者针对会议期间空气质量的改善效果进行了深入的分析［6-10］，进一步说明了强化减排措施对北京及周边城市空气质量的改善起到了积极的作用.

2015年9月3日在北京举行中国人民抗日战争胜利纪念日阅兵仪式，在这期间采取了较为严厉的空气污染减排措施，包括：8月20日～9月3日，北京全市机动车将采取单双号限行；8月20日～9月4日，全市大气污染物排放重点工业企业实施停产限产.这些强有力的措施保障了纪念活动得以圆满成功，因此，本研究以国家环境保护部公布的北京市12个国控点大气污染物数据为基础，与2014年同期监测的数据进行对比，分析了北京空气质量的演变，探讨了减排措施后的改善效应，这不仅能验证大气污染管控措施的实际效果，对今后国家制定相应的联合防控措施具有重要的指导意义.

1 资料与方法

1.1 资料来源

PM2.5，SO2，NO2和CO浓度的监测数据来源于环境保护部中国环境监测总站“全国城市空气质量实时发布平台 （http：//106.37.208.233：20035/）”所发布的北京市12个国控点逐时浓度数据.各国控点如图1所示，为了便于比较减排措施实施的效果，数据收集的时间段为2015年8月1日～2015年9月18日，包含了减排措施实施期间和实施前后，同时还收集了2014年同期北京市大气污染物浓度数据.

其中气象数据来源于中国气象数据网（http：//data.cma.cn/site/index.html）54399海淀站.

图1 北京市污染物监测点分布Fig.1 Distribution of pollutants observation sites in Beijing City

1.2 研究方法

为了评估减排措施对北京市大气环境质量的影响，将数据分为3个时期：即减排前期、减排期间和减排后期，其中2015年8月1日～8月19日为减排前期，从8月20日0：00开始，北京全市机动车将采取单双号限行，污染物排放重点工业企业实施停产限产，而阅兵式为9月3日上午，至当天24：00减排措施将结束，因此将8月20日～9月3日定为减排期间，9月4日～9月18日即为减排后期.

2 结果与讨论

2.1 污染物总体变化特征

为了研究抗战纪念活动期间减排措施对北京市大气质量的影响，比较了减排期间与减排前后污染物浓度水平，并与上一年减排措施实施的同一时段（2014年8月20日～9月3日）大气污染物日均浓度进行了比较，如图2所示，表1给出了不同时间段各大气污染物的平均浓度.

图2显示，减排前期的18d，PM2.5有5d超标，而在减排期间PM2.5全部达到国家环境空气质量一级标准（35µg/m3）［11］，减排后期，9月4日～9月14日没有出现超标现象，之后开始一直维持在较高的浓度.结合表1可以看出，2014年和2015年减排期间PM2.5平均质量浓度分别为64.57µg/m3和17.05µg/m3，2015年减排期间比前一年同时期降低了73.6%，比减排前期下降了71.3%，纪念活动结束后，随着减排措施的取消，PM2.5逐渐上升，与减排期间相比，减排后期PM2.5质量浓度上升了187.7%.

图2 不同时段污染物浓度逐日变化Fig.2 Daily variation of pollutants in different periods

整个观测期间，SO2的污染并不严重，各时段的日均浓度均低于国家环境空气质量一级标准（50µg/m3）.SO2在各时段呈现后期＞前期＞减排期间的变化趋势，前期，减排期间和后期的平均浓度分别为3.70µg/m3，2.35µg/m3和4.61µg/m3.可见，由于纪念活动的结束，北京及周边地区管控措施的取消，加上各类工厂企业重新恢复正常的生产等，SO2浓度开始缓慢上升.一般情况下，SO2浓度及其来源与天气条件密切相关［12］，并且季节变化较为明显，由于采暖期大量燃煤导致SO2的排放在冬季和春季较高.同时，夏季排放源强度变化小，气温较高且大气对流强烈，在气-粒转化以及降水湿清除共同作用的影响下SO2浓度低于其他季节［13］，加之纪念活动期间的源控制，这两方面的综合作用导致北京市减排期间SO2浓度明显低于前一年同时期的5.42µg/m3.

3个时段北京市NO2浓度均远低于国家NO2一级标准（80µg/m3），减排期间平均浓度为21.04µg/m3，低于前期和后期其质量浓度，9月3日为活动当天，污染源减排措施最为严格，因此，此时NO2日平均浓度达到最低为17.96µg/m3.减排期间与前一年同时期相比，NO2浓度降低了52.39%，下降较为显著，这与减排期间机动车控制有关，也可能与其自身的季节变化有关［14］.

CO在前期，减排期间和后期的平均浓度分别为0.90mg/m3，0.56mg/m3和0.79mg/m3，均低于国家CO一级标准（4mg/m3） ，减排期间与2014年同期相比下降了38.46%.总体而言，夏季CO浓度较低，主要因为夏季大气中CO与·OH消耗强烈，而且夏季大气边界层高度高，湍流强烈，有利于CO混合［15］，相反在秋冬季节，大气稳定度较高，导致地面排放的CO易出现累积，加之不利的扩散条件，以及较弱的大气CO汇，因而冬季CO浓度比其他季节高［16］.

表1 不同时段污染物平均浓度Table 1 The average concentration of pollutants in different periods

2.2 污染物日变化特征

为了进一步探明减排措施的实施对大气污染物浓度的影响，分别计算了PM2.5，SO2，NO2和CO在3个时段不同时刻污染物浓度的平均值，即污染物的日变化特征，如图3所示.其中3个时段分别为：2015年8月20日～9月3日为减排期间，2015年9月3日为活动当天，2014年8月20日～9月3日为减排措施实施时上一年的同一时段.从图中可以看出，与2014年同期相比，污染物浓度水平差异较为明显，减排期间和活动当天4种污染物的日变化浓度水平都较低，体现了减排措施的良好效果.

2014年同期，PM2.5日变化幅度较其他2个时段大，并于20：00达到一天中的最大值为76.07µg/m3，这可能与稳定边界层深厚有关，此时大气层结稳定，不利于污染物的扩散和稀释，污染物积累过程明显.2015年减排期间，PM2.5的累积过程明显变缓，在00：00达到最大值23.13µg/m3.

活动当天SO2日变化平缓，并没有出现峰值，这与活动当天最为严格的管控措施有关.其他两个时段均在07：00左右达到最低值，减排期间的峰值出现在10：00，可能是由于太阳的热力作用使得垂直对流发展，将早上残留在高温逆温层中的SO2输送到地面，导致SO2中午出现峰值［17］.与减排期间不同的是，2014同期，SO2日变化幅度剧烈，从凌晨开始逐渐下降，而后逐渐上升，至10：00～17：00时，SO2浓度一直居高不下，之后随着空气对流混合加强SO2浓度逐渐降低.总体而言，白天SO2浓度高于夜晚，这可能与夜晚SO2的湿清除有关［18］.

3个时段NO2呈双峰型日变化，峰值分别出现在早上07：00～08：00和晚上21：00左右.NO2浓度从凌晨开始下降，随着早高峰的到来，此时交通拥挤，机动车尾气大量排放，致使NO2浓度逐渐上升至第1个峰值.此后，随着太阳辐射的增强，城市大气边界层升高，导致污染物的扩散和稀释增强，浓度再次呈现下降的趋势，在15：00左右出现谷值.随着晚高峰的出现，NO2浓度开始增加，直至出现第2个峰值.

CO日变化趋势与NO2相类似，峰值出现在早上07：00～09：00，此时的峰值是由于交通拥挤导致的机动车排放源短时大量增加，随着早高峰的结束，CO浓度开始下降，午后15：00～16：00达到最低值，此后开始回升，图中可见，2014年同期CO浓度于晚上20：00左右达到第2个峰值，此时的峰值可能是由于晚上混合层高度降低，污染物扩散受到限制，与此同时，稳定的大气层结不利于污染物的扩散和稀释，由局地排放的CO在低层大气中累积，导致CO浓度升高［19］.

图3 不同时段污染物浓度日变化Fig.3 Diurnal variation of pollutants in different periods

2.3 污染物空间分布变化

图4为减排期间北京市各监测站点污染物浓度与2014年同期对比图，为了清晰地比较北京市大气污染物空间上减排效果，通过2014年同期污染物浓度与减排期间的差值和降幅来反映其改善程度，如表2所示.从图4可见，郊区（顺义新城，怀柔镇和昌平镇）污染物浓度要低于城区，各站点污染物浓度均远低于2014年同期水平，说明了减排措施实施效果显著.同时结合表1可以看出，PM2.5降幅在68.91%～77.63%之间，SO2降幅在7.43%～74.75%之间，NO2降幅在34.60%～72.28%之间，CO降幅在24.98%～63.73%之间，各监测站点间PM2.5降幅大且空间差异较小，方差和标准差分别为0.0005和0.0229，说明减排措施对PM2.5的消减贡献最大，空间分布较为均匀.总体上，SO2和NO2降幅相差不大，均在50%以上，但SO2的方差和标准差是所有污染物中最高的，高于NO2一个量级之多，表明SO2在空间上差异明显，NO2的空间差异性相对较小.CO平均降幅近40%，为所有污染物中降幅最低的，方差和标准差分别为0.0111和0.1053.

图4 减排期间各监测站点污染物与2014年同期对比Fig.4 A comparison of pollutants at each site during emission reduction and the same time in 2014

表2 减排期间各监测站点污染物与2014年同期差值及降幅Table 2 The difference and Improvement percentage of pollutants at each monitoring site during emission reduction and the same time in 2014

2.4 气象条件的影响

温度，相对湿度，风速和降水量等气象条件是影响污染物的外部因素.图5为2015年8月20日～9月3日即减排期间与2014年同期气温，相对湿度和风速的小时变化，可以看出，2015年减排期间的平均气温为24.55℃，比2014年同期高0.04℃，因此2个时期气温大致相当.其中，2015年减排期间平均相对湿度，总降水量和风速分别为67.74%，21.8mm和 1.07m/s，2014年同期则为74.41%，67.3mm和1.10m/s.有研究表明，在夏季，相对湿度越高，空气中的水汽含量越高，而水汽则可以吸附污染物，使污染物聚集，从而沉降至地面，与此同时，降水则可以清除大气中的污染物质［4］.综合以上分析，可以看出，气象条件更有利于2014年同期污染物的消除.因此，通过与2014年同期污染物相比，2015年减排期间污染物降低的原因在于减排措施的实行.

图5 减排期间气象条件与2014年同期对比Fig.5 A comparison of meteorological conditions during emission reduction and the same time in 2014

2.4 污染物浓度水平与周边城市对比分析

图6为减排期间北京与周边城市各污染物平均浓度的对比.北京PM2.5浓度为17.05µg/m3，比周边城市均值低25%，低于WHO过渡期第3阶段目标值37.5µg/m3，说明北京及周边城市在减排期间PM2.5造成的污染较轻.SO2浓度北京为2.35µg/m3，比周边城市均值低81%，而SO2主要来自于矿物燃料的排放，包括工业燃煤，燃油，冶炼等等，由此可见，北京市重点工业企业实施停产限产等措施收到了良好的效果.NO2浓度北京为21.04µg/m3，与天津，保定，张家口，承德等周边城市十分接近，但远低于唐山和廊坊两个城市，说明机动车尾气的限排措施还需进一步加强.CO浓度北京为0.56mg/m3，比周边城市均值低36%.整体上，北京市各污染物浓度均比周边城市低，也从另一方面反映出减排措施的效果.

抗战纪念活动期间北京市政府制定的空气质量保障方案以及采取的相应减排措施确保了北京大气质量达到了较高的水平.重点在机动车，工业企业，燃煤锅炉，建设施工等方面实施临时性的管控措施，同时实行了区域性的联防控制措施，积极协调周边六省（区、市）协同减排，全力保障纪念活动期间的大气质量.表3为本研究与我国举办其他大型活动期间污染物浓度的对比，可以看出，PM2.5，SO2，CO浓度均远低于其他活动期间，NO2浓度也处于较低水平，反映出北京市大气质量得到了明显的改善，收到了较好的效果.

图6 减排期间北京市污染物浓度与周边城市对比Fig.6 A comparison of pollutants between Beijing and nearly surrounding areas

表3 本研究与国内其他活动减排期间污染物对比Table 3 A comparison of pollutants between this study and other events during emission reduction

3 结论

3.1 2015年8月20日-2015年9月3日即减排期间，北京市PM2.5，SO2，NO2和CO浓度均值为17.05µg/m3，2.35µg/m3，21.04µg/m3和0.56mg/m3，与减排前期相比，分别下降了71.26%，36.49%，37.92%和37.78%，减排后期，随着减排措施的取消，大气污染物反弹上升.

3.2 与2014年同期相比，减排期间污染物浓度分别下降了73.59%，56.64%，52.39%和38.46%，可见，大气质量改善效果非常显著.

3.3 减排期间，活动当天和2014年同期的3个时段，污染物浓度日变化特征相似，整体上呈现2014年同期＞减排期间＞活动当天的特点.

3.4 空间分布上，各站点污染物浓度均远低于2014年同期水平，其中PM2.5降幅大且空间差异较小，SO2在空间上差异最为明显，不同站点的PM2.5降幅在68.91%～77.63%之间，SO2降幅在7.43%～74.75%之间，NO2降幅在34.60%～72.28%之间，CO降幅在24.98%～63.73%之间.

3.5 减排期间北京市PM2.5，SO2，NO2和CO浓度分别比周边城市均值低24.66%、81.00%，27.30%和36.36%，也从另一方面反映出减排措施的明显效果.

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Evaluation of the improvement of the air quality during the parade in Beijing.

ZHAO Hui1,2， ZHENG You-fei1,2,3*，XU Jing-xin1,2， WANG Zhan-shan4， YUAN Yue3， HUANG Ji-qing1,2， CHU Zhong-fang3（1.Key Laboratory for Aerosol-Cloud-Precipitation of China Meteorological Administration， Nanjing University of Information Science and Technology， Nanjing 210044， China；2.School of Atmospheric Physics， Nanjing University of Information Science& Technology， Nanjing 210044， China；3.Jiangsu Collaborative Innovation Center of Atmospheric Environment and Equipment Technology （CICAEET）， School of Environmental Science and Engineering， Nanjing University of Information Science and Technology， Nanjing 210044， China；4.Beijing Municipal Environmental Monitoring Center，Beijing 100048， China）. China Environmental Science， 2016，36（10）：2881～2889

To evaluate the effects of the implementation of emission reduction measures and the revolution of air quality during the 70th anniversary of victory parade in Beijing， the variation of characteristics of air pollutant was analyzed based on observations of air pollutants at twelve sites in Beijing City from August 1， 2015 to September 18， 2015， and compared with that in 2014. The results showed that: The average concentrations of PM2.5， SO2， NO2， CO were 17.05µg/m3， 2.35µg/m3， 21.04µg/m3， 0.56mg/m3respectively during emission reduction， the average concentrations of PM2.5， SO2， NO2， CO were decreased by 71.26%， 36.49%， 37.92%， 37.78% compared to the period before emission reduction， after the emission reduction， with the cancellation of emission abatement measures， air pollutant showed an upward tendency. Compared with the same time in 2014， the average concentrations of PM2.5， SO2， NO2， CO were decreased by 73.59%， 56.64%， 52.39%， 38.46% during emission reduction， air quality improvement was very obvious. Diurnal variation of pollutants were similar， the same time in 2014＞during emission reduction＞day of the event. The concentrations of pollutants was well below the same time in 2014 at each monitoring site during emission reduction， the improvement percentage of PM2.5was big and the spatial difference was relatively small， the spatial difference of SO2wasmost obvious， the concentrations of PM2.5at different sites were decreased by 68.91%～77.63%， the concentrations of SO2at different sites were decreased by 7.43%～74.75%， the concentrations of NO2at different sites were decreased by 34.60%～72.28%，the concentrations of CO at different sites were decreased by 24.98%～63.73%. The average concentrations of PM2.5， SO2， NO2，CO in Beijing was lower than nearly surrounding areas， this further shows that implementation measures had made a great contribution to the improvement of air quality in Beijing during emission reduction.

70 anniversary；commemorative activity；air quality；evaluation

X51

A

1000-6923（2016）10-2881-09

赵 辉（1990-），男，江苏南京人，博士研究生，主要从事大气环境研究.发表论文8篇.

2016-02-22

国家自然科学基金项目（41475108）

* 责任作者， 教授， zhengyf@nuist.edu.cn