深圳市2016年上半年气象与源排放变化对空气质量的影响

陈嘉晔，李红霞，游 泳，陈焕盛，刘 波，林丽衡

(1.深圳市环境监测中心站，广东 深圳 518040；2.中山大学先进技术研究院，广东 广州 510275;

深圳市2016年上半年气象与源排放变化对空气质量的影响

陈嘉晔1，李红霞2，游 泳1，陈焕盛3，刘 波1，林丽衡1

(1.深圳市环境监测中心站，广东 深圳 518040；2.中山大学先进技术研究院，广东 广州 510275;

3.中国科学院大气物理研究所大气边界层物理与大气化学国家重点实验室，北京 100029)

采用固定排放源的方式，定量研究了2015年与2016年上半年气象条件差异导致的6项污染物浓度变化。深圳市6项大气污染物变化方向与幅度均不相同，与2015年上半年相比，2016年上半年深圳市空气质量总体上改善明显，除SO2以外的各项污染物浓度均有所下降，CO、PM10和PM2.5的浓度降幅均在15%以上，SO2、O3和NO2浓度基本持平。在不利的气象条件下，2016年上半年深圳市空气质量的改善主要是由于源排放的变化导致的。

气象；源排放；空气污染物；贡献；深圳

0 引言

近三十年来，我国二氧化硫和颗粒物排放控制取得很大成效[1]，尤其是“十一五”与“十二五”期间圆满完成多项一次污染物减排任务[2]，全国SO2、NO2和PM10污染有明显改善[3]。然而，由于经济社会持续快速发展，工业化及城市化水平不断提高，机动车拥有量迅猛增加，产业结构与布局不尽合理，大气污染防治水平不高，环境监管制度尚不完善，主要大气污染物排放总量仍然较大且集中[4]，已严重影响人民的健康[5]，并在大气环境中发生复杂的相互作用，在城市和区域之间相互输送和叠加[6]，导致城市群地区出现了多种污染物相互耦合的大气污染现象[7]，臭氧、细颗粒物等二次污染现象突出，并正逐渐成为影响空气质量的重要污染物[8]。以珠江三角洲地区为例，其经济快速发展，大小城市云集，工业、交通发达，植被茂密，NOX与VOCs排放量大，导致近年来酸雨频率高、臭氧浓度高、细颗粒物区域污染现象严重，光化学污染现象非常突出[9]。

但随着发达城市产业转移、防治举措的加强，珠三角部分地区空气质量已经有所好转，特别是深圳等发达地区[10]。深圳市的PM2.5浓度已从2013年的40μg/m3下降到2014年的34μg/m3，在中国大城市中率先达到国家二级标准，2015年更是下降到30μg/m3[11]。深圳市其它各项大气污染物也有不同程度地下降，但臭氧例外，深圳市2013—2015年的臭氧年第90百分位数浓度分别为123、126和128μg/m3，呈现逐年上升趋势。影响空气质量的最重要因素主要是气象因素与源排放[12]，目前已有部分研究聚焦于气象与源排放变化对某些地区空气污染物的影响[13]，定量气象与源排放变化对深圳市空气质量的变化对于理解深圳空气污染演变历程及今后的大气污染防治都有重要的作用。本文主要以2015年上半年为基准，定量评估2016年上半年深圳市6项主要大气污染物的浓度变化中“天帮忙”与“人努力”的因素各有多大的贡献，以期为建立更全面评估空气质量变化的方法提供参考。

1 数据与方法

1.1 区分源排放与气象影响的方法

选择2016年与2015年的1—6月(即月同期)为研究时段，以2015年为基准，2016年各月同期与之比较确定浓度的变化。通过使用中尺度气象模型WRF和三维空气质量模型NAQPMS模拟这2年共12个月的6项大气污染浓度，2年均使用2012年的源清单，而使用不同的气象资料，以此对比在相同的排放情景下，不同气象条件对浓度的影响，并用实测气象资料验证模型对不同时期气象有利程度的估算结果。然后使用实测数据确定实际的浓度变化，再通过对比气象条件改变而导致的浓度变化率与实测浓度变化率，得到源排放改变导致的浓度变化率。

1.2 空气污染物浓度数据

本研究选用深圳市的国控站点，按照现有的对空气质量的评价方法，即本研究定量研究深圳市的气象与源排放对细颗粒物的浓度变化贡献。按照《GB3095-2012环境空气质量标准》、《HJ633-2012环境空气质量指数(AQI)技术规定(试行)》和《HJ663-2013环境空气质量评价技术规范(试行)》等有关规范，O3采用日最大8h平均值的第90百分位数、CO采用日均值的第95百分位数作为评价指标，其它各项污染物均使用日均值的平均值。

1.3 模型设置

选择国内先进的中国科学院大气物理研究所自主研发的嵌套网格空气质量预报模式NAQPMS[14]，采用广泛应用的中尺度气象模式WRF提供输入气象场，耦合广东省污染源清单[15]，满足深圳市环境空气质量模拟的准确性需求。嵌套网格空气质量模式系统(NAQPMS)的设计是以我国当前计算硬件条件和业务水平为出发点，结合我国城市群大气复合污染的排放、输送、演变特点，通过各种分析筛选出合理反映中国区域大气复合污染特征、充分考虑多尺度相互作用和复杂排放源状况的模式表征，设计出规范的区域空气质量模式[16]。

NAQPMS模式以具有显著环境和气候效应的大气成分为主要研究对象的区域和城市尺度三维欧拉空气质量数值模式。该系统可模拟臭氧、氮氧化物、二氧化硫、一氧化碳等大气痕量气体以及沙尘、含碳气溶胶等大气气溶胶成分。NAQPMS主要由气象处理、排放源处理、空气质量模式及模式输出等四个主要部分构成，模式的算法及参数设置详见[17]。

2 结果分析与讨论

2.1 2016年上半年深圳各项大气污染物浓度变化情况

2016年上半年深圳市6项主要大气污染物同比均无上升的现象(表1)，其中SO2与O3与上年同期相比基本持平，NO2略有下降，PM10、PM2.5和CO同比降幅较大，显示出空气环境的进一步改善，特别是在颗粒物方面。与国家二级标准相比，深圳市6项大气污染物均达标，且部分污染物远低于标准限值。

具体而言，2016年上半年深圳市SO2浓度为9μg/m3，同比无升降，远低于国家一级标准(20μg/m3)；NO2浓度为33μg/m3，同比下降3%，远低于国家二级标准(40μg/m3)；PM10浓度为40μg/m3，同比大幅下降约22%，浓度远低于国家二级标准(70μg/m3)，刚好达到国家一级标准；O3最大8h平均浓度的第90百分位数浓度为113μg/m3，同比下降约1%，远低于国家二级标准(160μg/m3)，略高于国家一级标准(100μg/m3)；CO浓度为1.1mg/m3，同比下降约15%，浓度远低于国家二级标准(4 mg/m3)；PM2.5浓度为26μg/m3，同比下降约16%，远低于国家二级标准(35μg/m3)，但高于国家一级标准(15μg/m3)。

表1 2016上半年各项污染物浓度及其浓度同比变化

注：各项污染制浓度单位为μg/m3,CO的浓度单位为mg/m3。

2.2 气象条件变化对各项污染物浓度的影响

经模型运算，2016年上半年气象条件总体上不如2015年同期，在源排放不变的情况下，区域气象条件的变化导致了深圳市除SO2之外的各项污染物浓度上升(图1)。其中气象条件变化令深圳CO上升了约25%，NO2、PM10、PM2.5与O3略有上升，幅度在3%～9%，而SO2同比下降约8%。由于SO2主要来源于燃煤等高架点源，NO2、CO与PM10等主要来源于交通尾气或扬尘，O3与PM2.5是二次反应的重要产物，这表明2016年上半年的气象条件有利于高架点源的扩散，及一次污染物向二次污染物的转化，不利于近地面线源或面源的扩散或沉降。气象条件差异导致的浓度绝对贡献也因污染物而异，与2015上半年相比，2016上半年气象条件的变化导致SO2下降0.7μg/m3，导致PM10、PM2.5、NO2和O3分别上升1.7、2.5、2.0和10.4μg/m3，导致CO上升了0.3 mg/m3。

这种气象条件的变化不单纯是深圳本地的气象条件改变，还包含整个广东省及其附近区域气象条件变化导致的输送等的变化。因此，气象条件的变化除了会改变本地的扩散、沉降以外，还会改变区域的输送量、污染物的化学转化等。

2.3 源排放变化对各项污染物浓度的影响

2016年上半年，深圳市多项污染物浓度都有不同程度的下降，在不利气象条件下，源排放变化对浓度下降的贡献特别显著，其中由于源排放变化导致的CO下降百分比约40%， PM10与PM2.5下降百分比约25%，O3与NO2下降百分比约10%，SO2浓度有所上升，且上升百分比约8%。即与2015年上半年相比，2016年上半年由于源排放变化导致的PM10、PM2.5、NO2和O3下降的浓度分别为12.7、7.5、3.0和11.4μg/m3，CO下降浓度为0.5mg/m3，SO2上升浓度为0.7μg/m3。

源排放的变化非单纯指深圳本地的排放情况的变化，其包含整个广东省及其周边区域的源排放变化，其中既包含排放量的变化，同时也包含产业转移等排放源的空间变化。因此，源排放变化的影响实际上是对除了气象因素以外的其它因素的综合影响。

3 结论

(1)与2015年上半年相比，2016年上半年深圳市空气质量总体上改善明显，除SO2以外的各项污染物均有所下降，CO、PM10和PM2.5的浓度降幅均在15%以上，SO2、O3和NO2浓度基本持平。

(2)采用固定排放源的方式，定量研究了2015与2016年上半年气象条件差异导致的6项污染物浓度变化。总体上2016年上半年气象条件不利于污染物浓度的下降，其会使颗粒物、臭氧和NO2等污染物浓度有3%～9%的上升，会使CO上升25%，但由于CO基数小，且远低于标准值，绝对浓度升幅不大。

(3)通过实测浓度变化与气象影响的浓度变化之差来估算源排放变化对空气污染物浓度的影响。源排放变化对深圳2016年上半年空气污染的改善作用很大，可使深圳的PM10、PM2.5和CO等下降20%以上。

(4)在不利的气象条件下，2016年上半年深圳市空气质量的改善主要是由于源排放的变化导致的，但由于源排放清单的更新滞后，目前缺少最新的排放源资料，所以实际源排放变化的影响日后仍有待进一步评估。

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The Impacts of Changes of Meteorological and Emission Conditions on Air Quality in the First Half Year of 2016 in Shenzhen

CHEN Jia-ye1, LI Hong-xia2, YOU Yong1, CHEN Huan-sheng3, LIU Bo1, LIN Li-heng1

(1.Shenzhen Environmental Monitoring Center, Shenzhen Guangdong 518000, China)

The changes of six air pollutants resulted by meteorological conditions in 2015 and the first half year of 2016 were quantitatively analyzed. The general air quality has improved in 2016 comparing to that in 2015. The concentrations of five pollutants decreased, except SO2. The decrease of CO, PM10, and PM2.5reached more than 15%. The concentrations of SO2, O3, and NO2were the similar as last year. The improvement of air quality under worse meteorological conditions in 2016 was caused by the reduction of emission sources.

meteorology; emission source; air pollutant; attribution; Shenzhen

2016-11-02

国家重点研发计划项目(2016YFC0201801、2016 YFC0202005)，国家自然科学基金项目(41401222)，科技型企业发展专项(2017010160023)。

陈嘉晔(1977-)，工程师，主要研究环境空气质量监测与预报预警。

李红霞，工程师，主要研究空气污染与监测。

X51

A

1673-9655(2017)02-0082-04