太原市重度污染过程的多元分析

2019-03-28韩爱梅

山西化工 2019年1期

韩爱梅

(太原市环境监测中心站，山西太原 030002)

1 污染过程分析

2017年11月25日至28日，太原市AQI、PM2.5和PM10的时间序列见图1。由图1可知，AQI、PM2.5和PM10的变化趋势基本一致，AQI从11月26日下午15:00开始逐渐增长到11月27日11:00达到中度污染，中度污染持续4 h后进入重度污染，重度污染一直持续17 h，到11月28日上午9:00结束，重污染期间AQI最高值达到270。同时，PM2.5和PM10小时均值均达到最高，分别为220 μg/m3和385 μg/m3。从PM2.5与PM10比值来看，在整个污染过程期间，PM2.5与PM10的比值均小于0.6，在重污染期间，PM2.5与PM10平均比值为0.58，25日至28日的平均值PM2.5与PM10为0.41，说明空气中仍然以粗颗粒为主，扬尘可能是太原市主要的污染源之一[1-2]。

气态污染物的质量浓度随时间的变化曲线见图2。由图2可知，CO和SO2变化趋势保持高度一致性，在中度和重度污染期间CO和SO2都表现出较高的浓度值，尤其重污染前期出现一个比较高SO2峰值质量浓度高达203 μg/m3，但是在重污染加重的过程中SO2浓度逐渐降低，可能是重污染期间受温度、湿度的影响二氧化硫转化为硫酸盐颗粒的速度加快[3-4]。

图1 空气质量及颗粒物浓度时间序列图

图2 空气质量及气态污染物质量浓度时间序列图

各站点PM10和PM2.5的变化特征基本一致，晋源站的PM10和PM2.5质量浓度高于其他站点，但是，粗颗粒物(PM10～2.5)晋源点位仍然比较高，因此，加强对晋源区周边区域道路扬尘和企业运输扬尘的管控。从SO2、NO2和CO的浓度序列分析可知，小店区和坞城区的SO2浓度较高，一方面，加强周围工业污染源排查，挖掘减排潜力。另一方面，小店区站点较高SO2排放浓度的原因是否是仍然存在民用煤的使用。

从128个微观站PM2.5的空间分布可以看出，太原市城区污染较重的区域为小店区和晋源区，尖草坪区也有一定的污染，小店区与晋中市接壤，而晋源区与与吕梁市的部分区县相邻，一方面是受本地源排放的影响，另一方面外来传输也对当地的空气质量有一定的贡献。而尖草坪区目前有两家高耗能、高污染企业。

2 污染成因分析

2.1 天气形势的演变

11月25日，白天受低压控制，偏南风，夜间有弱冷空气，全天污染物扩散条件较差，太原市空气质量为3级轻度污染；11月26日，白天受弱冷空气影响，污染物扩散条件略有好转，夜间再次转差，太原市空气质量为2级良；11月27日，全天气压场弱，属静稳天气，污染物扩散条件差，同时，湿度较大，一方面，促进硫酸盐、硝酸盐和铵盐的二次转化，另一方面，细微颗粒物的吸湿增长，进一步增加细颗粒物的浓度，因此，太原市空气质量为4级中度污染；11月28日0时至8时受均压场控制，风力弱，不利于污染物扩散，0时至9时太原市AQI为231，属于五级重度污染。但9时后受冷空气影响，有4级～5级西北风，污染物浓度很快回落。太原市空气质量为3级轻度污染。

2.2 气象因素分析

2017年11月25日00:00至28日23:00太原市气象观测站风向、风速、温度和相对湿度逐时的变化曲线图如图3、图4。由图3、图4可知，与非重污染时段相比，重污染期间(27日13:00到28日2:00)气象特征表现为：风速较小，重污染时段平均风速为0.92 m/s，主要以西南风为主，大气扩散能力弱，有利于地面局地污染物的累积，非重污染时段平均风速为1.61 m/s，而且以西北风为主，有利于太原市污染物的扩散，所以，每次西北风过后太原市的空气质量指数都有不同程度的降低。重污染期间相对湿度较高，平均湿度为72.44%，非重污染时段平均湿度为40.65%，且相对湿度和温度有明显的昼夜循环，较大的湿度有利于二次粒子的转化，容易造成颗粒物的吸湿性增长和积累。气压较弱，重污染期间平均压力为3.3 kPa，非重污染时段平均压力为93.291 kPa。且重污染时段气压波动幅度较小。

图3 11月25日至28日的天气形势变化

图4 11月25日至28日气象参数的时间序列图

2.3 雷达观测结果分析

由图5可知，11月25日凌晨开始至中午，雷达退偏比显示高空存在粗颗粒物气溶胶团过境，消光系数显示近地面细颗粒物持续积累，再加上边界层在400 m左右，扩散条件较差。11月25日中午至26日凌晨，退偏比显示高空粗颗粒物沉降至近地面，同时局部产生扬尘污染，污染物主要为粗颗粒物，边界层高度维持在1 200 m以上，扩散条件较好，预计为风力较强导致。11月26日上午，边界层短暂降低至400 m，之后很快抬升，雷达消光系数显示，近地面有少量细颗粒物积累，但很快扩散。11月26日晚间开始，边界层高度在500 m左右起伏，扩散条件持续较差，消光系数显示，近地面细颗粒物逐渐积累，退偏比显示污染物主要为细颗粒物；27日上午，雷达监测到高空出现细颗粒物传输，并沉降至近地面，导致污染进一步加重。

图5 消光系数、退偏比及边界层高度逐时变化情况

2.4 气流后向轨迹分析

根据后向图6，太原市污染期间主要受西南方气团的影响，25日12时，气团轨迹传输高度较高，最高在2 000 m左右，26日6:00下降到500 m左右，一直持续到27日12时。在此期间，污染物开始积累，直到28号2:00达到最大值。

2.5 SPAMS在线源解析

监测时间从11月25日01时至11月28日08时，具有粒径信息的颗粒为1 298 366个，有正负质谱图的颗粒为487 683个。按照空气质量级别将11月25日01时至28日08时分为4个时间段，如图7所示。时段1(轻度污染)中燃煤、工艺工业、机动车尾气占比排名前三名，分别为37.37%、18.76%、15.75%。时段2(优良)至时段4(重度污染)的变化过程中，燃煤、机动车尾气、二次无机源呈逐步上升的趋势，三者的变化范围分别为31.99%～35.05%、13.57%～19.21%、10.18%～15.32%。生物质燃烧、工艺工业、其他占比都呈下降的趋势，扬尘源占比比较稳定。本次污染过程主要是由燃煤源、机动车尾气、二次无机源的占比上升所致。