长沙市一次空气重污染过程分析

曾 鸣，范茂清

（湖南省长沙生态环境监测中心，长沙 410000）

在外源性输入污染、本地污染积累以及不利气象条件的共同影响下，2020年12月19—28日，长沙市经历了一次长达10 d 的污染过程，共造成5 个轻度污染日和5 个中度污染日，各污染日的空气质量指数（）如表1所示。本轮污染过程受北方传输影响较大，12月17日开始，河南省、山东省大部分城市出现轻、中度污染，18日污染气团向南扩散，安徽省、江苏省受到较大影响，在低空东北风的控制下，湖南省常德市和益阳市亦受到渗透影响而出现轻度污染。在干冷空气的影响下，长沙市受到明显的污染传输影响，19日14 ∶00 起，空气质量转差至中度污染，此后大气层结持续静稳，污染形势维持，直至23日夜间，冷空气补充南下，长沙市地面及低空转一致偏北风，污染气团快速向南迁移，长沙市空气质量短时转差至重度污染。23日夜间开始，长沙市北面市控站点值先升高，偏南面站点随后开始升高，污染时序性良好。28日，新一轮强冷空气南下，给湖南省传输通道城市再次带来显著的污染传输影响，直至冷空气过境，污染气象扩散条件显著改善，本轮污染过程彻底结束。

表1 长沙市2020年12月16—29日空气质量变化

1 污染特点

从传输通道城市的地理位置和空气质量的变化趋势来看，北方大范围的重污染气团南下迁移扩散对长沙市空气质量的影响极大，是造成本轮污染过程的重要原因。污染期间，长沙市污染物浓度出现大幅升高的时间均晚于湖南省内西北污染传输通道城市常德和益阳。本轮污染过程具有时间长、污染反复、污染气团浓度高等特点。

2 污染成因分析

2.1 气象条件

本轮污染过程与气象条件的影响息息相关，根据地面观测实况，长沙市12月18—19日、23日夜间至24日、28日夜间至29日均有不同强度的冷空气过境影响。前两次冷空气强度一般，北风带来了明显的外源性输入污染且不能使本地扩散条件显著改善。28日夜间，冷空气强度较大，强北风使得污染气团快速过境，空气质量显著改善。

三次冷空气过境均使得长沙市地面及低空北风风速加大，地面西北风不断渗透，925 hPa 标准等压面为高压前部东北风，偏北气流有利于上游城市的污染物向南扩散，从而抬高长沙市细颗粒物（PM）的浓度。冷空气间歇期间，本地大气扩散条件以弱风静稳的均压形势为主，使得污染物长期滞留而造成连续的污染天气。

2.2 监测因素

2.2.1 雷达监测

朱良桥站位于长沙市与益阳市的交界处，地理位置如图1 所示。该站点位于长沙市的西北角，地处农村，是监测湖南省内西北传输通道上污染气团动向的重要依托。朱良桥站周边本地污染物排放量低，因而监测数据的变化主要受外来污染物的影响，同时气态污染物向颗粒物的二次转化有限。朱良桥站的颗粒物激光雷达监测结果显示，在北风的引导下，西北传输通道上的污染气团向南渗透，影响长沙市的空气质量。低空消光系数快速增大时，结合朱良桥站的雷达监测数据和各市控站点出现污染的先后顺序，可以推断，朱良桥站受到污染传输影响后，随着气团的迁移扩散，长沙市主城区亦受到污染传输的影响。

图1 长沙市环境空气监测网络的市控站点分布

2.2.2 气象风廓线雷达监测

风廓线雷达可以实时监测长沙市上空垂直方向上各个高度的风向、风速，掌握空中约4 000 m 高度以下的各层气流流向和流速情况，对于外源性输入污染预测预报有重要作用。风廓线雷达资料显示，12月28日傍晚，长沙市空中1 500 m 高度以下均转为正北风，风速为6 ～8 m/s，风速大且空中上下风向一致，偏北气流强劲。29日08:00，长沙市空中风速达到18 m/s，表明冷空气主体正在过境。长沙市空气质量先由于污染传输快速转差，继而因洁净气流稀释，又快速好转。

2.2.3 组分监测

12月19—28日，长沙市市控站点的污染物组分占比大小排序为：硝酸根离子＞有机碳＞铵根离子＞硫酸根离子＞元素碳。污染期间，硝酸根离子占比增大明显，各站点硝酸根离子占比接近或超过40。同时，长沙市NO浓度也有明显增加。高湿环境有利于NO转化成硝酸根离子，导致PM浓度增长。本轮污染过程中，除硝酸根离子、硫酸根离子、铵根离子和有机碳占比较高外，元素碳、K占比也排名靠前。污染期间，K浓度较污染前抬升明显，其来源于生物质燃烧积累与传输，生物质富含有机碳组分，生物质燃烧对本轮污染过程有显著贡献。相较于优良时段，元素碳浓度有所升高，可能与移动源排气污染、生物质燃烧有关。综合来看，长沙市本轮污染过程受到北方污染传输、本地气态污染物向颗粒物的二次转化、生物质燃烧以及柴油车排放增大等因素叠加影响。

2.2.4 气团后向轨迹监测

分析发现，在冷空气过程中，长沙市低空100 m和500 m 的气团19日来源于华北及周边地区，24日来源于西北地区，29日来源于华北及周边地区。三次冷空气过程中，气团均经过污染较重的河南省和湖北省。因而，在气团南下的过程中，其路径上的污染物必将向南迁移扩散，从而影响长沙市空气质量。

3 管控措施

3.1 加强预警预报

为应对本轮污染过程，在长沙市12月19日空气质量达到轻度污染后，湖南省长沙生态环境监测中心和长沙市气象台随即启动加密会商，每天发布3 次监测快报，支持管理决策。

3.2 启动应急管控

12月19日，长沙市蓝天保卫战工作领导小组办公室根据污染形势启动颗粒物管控一级响应，发布管控要求。24日，随着污染传输加重，加密会商认为污染形势仍将持续，长沙市于24日14:00 启动重污染天气黄色预警，同时启动Ⅲ级响应措施；26日，跨部门联合会商一致认为，未来两天发生区域重污染的概率大，污染形势严峻，长沙市于12月26日21:00 将重污染天气黄色预警升级为重污染天气橙色预警，并启动Ⅱ级响应措施。同时，长沙市蓝天保卫战工作领导小组办公室牵头，组织多部门分4 组开展现场督查，检查应对措施落实情况。

3.3 加强宣传引导

利用电视台、报纸、网络（长沙市生态环境部门官网）和新媒体（微信公众号）等平台，加强重污染天气预警信息和应急响应措施的宣传，合计发布重污染天气应对相关信息107 条，密切关注并及时正面引导舆论，回应社会关注，动员全社会的力量参与，倡导绿色生活和绿色出行，为重污染天气应急响应工作营造良好的舆论氛围。

4 工作成效

4.1 预测预报及时，支撑管理决策

本轮污染过程影响范围广，持续时间长，污染程度较重。在本次污染应对中，生态环境部门与气象部门跨部门联合会商，综合运用颗粒物激光雷达、气象风廓线雷达、空气质量数值预报模型等多种监测技术，有助于说清污染传输形式和污染类型，起到较为全面、精准的分析和预警作用，科学研判外源性输入污染影响的起始时间和程度。本轮污染过程的空气质量预测预报结论与实况变化趋势基本吻合，提升了长沙市应对重污染天气过程的能力，如表2所示。

表2 长沙市2020年12月24—28日空气质量预报与实况对比

4.2 应急决策果断，污染管控得力

12月24日启动重污染天气黄色预警后，长沙市加大管控力度，当日扩散条件稍有改善，24日下午PM浓度有明显降幅。随后晚高峰到来，传输持续，污染物浓度开始再次持续上涨，长沙市在26日晚启动重污染天气橙色预警，当日空气质量保持中度污染。27—28日，长沙市保持重污染天气橙色预警，全力对本地污染源进行减排，空气质量维持中度污染。直至北方寒潮到来，有效降水及风速明显增大的条件下，各种污染物迅速降至优良，长沙市于29日08:00 解除重污染天气橙色预警。长沙市经济体量较周边城市大，本地污染源显著多于其他传输通道城市，总污染天数和重度污染天数却少于其他传输通道城市，虽然部分时段达到重度污染，但没有出现重度污染日，如表3 所示。上游城市常德、益阳，邻近城市湘潭、株洲，下游城市衡阳、邵阳、永州均出现重度污染日。在应对本次强外源性输入污染的过程中，长沙市预警及时，采取有效的管控措施减少本地污染源的排放，对PM小时浓度进行削峰，从而降低PM日均浓度，成功遏止重度污染日的产生。

表3 湖南省主要城市空气质量等级天数统计

5 结论

长沙市本轮污染过程存在时间长，污染反复，污染气团浓度高，成因复杂，但长沙市管控得当，预警及时，工作成效显著。未来可以从多个角度入手，科学开展下一步工作。一是持续强化“六控（控尘、控车、控排、控烧、控煤和控油）十禁（严禁渣土车、混凝土搅拌车、运砂车等各类车辆带泥上路；严禁违法倾倒渣土；严禁工地裸露黄土；严禁重污染天气下土石方施工；严禁燃烧散煤；严禁露天焚烧垃圾；严禁露天烧烤；严禁露天焚烧秸秆；严禁拖拉机等高排放车辆进城；严禁在禁燃区域时段燃放烟花爆竹）”工作措施，落实重污染天气应急减排清单要求，在应急期间最大限度减少本地污染源排放，努力降低污染。二是强化长株潭城市群及传输通道城市的联防联控，联合开展协同减排，减少上游城市传输污染，减缓污染累积速率，尽最大努力降低污染峰值浓度。三是坚持以生态优先、绿色发展为方向，坚持多污染物协同控制，进一步优化能源和交通运输结构，深化产业结构调整，重视农业结构调整，以高质量发展为导向，以低碳发展为抓手，实现大气环境质量持续改善。从长远来看，长沙市大气环境保护结构性、根源性、趋势性压力总体上没有根本改变。四是进一步强化科技支撑。本次重污染天气过程依靠现有能力虽能做到定性分析，但难以对污染气团的具体来源做到定量分析，不能判断外源性输入污染对重污染天气的贡献率。当前，必须依靠空气质量数值预报模型加强对重污染天气过程的成因分析，开展主城区颗粒物垂直监测和低空风向风速监测，适时在湖南省东北传输通道上（岳阳市与长沙市交界处）建设边界站，监测该通道上污染传输的准确时间。