江苏省冬季典型PM2.5污染过程分析及应对效果评估研究

宿杰　林曼菲　陈凌霄　张云浩　李荔

关键词：PM_2.5；污染过程；二次组分；效果评估

中图分类号：X513 文献标志码：B

前言

近年来，通过持续推进大气污染防治工作，江苏环境空气质量取得明显改善。2018年-2022年，江苏细颗粒物（PM_2.5）年均浓度从74／m³下降至48μg／m³、降幅达33.3%，江苏省重污染天数比例降至0.1%。但总体看来，秋冬季部分地区仍然较为频繁地出现以PM_2.5为首要污染物的重污染天气，严重影响空气质量。为厘清污染成因、支撑有效应对污染过程，大量学者进行了广泛、深入的研究。研究表明，PM_2.5污染过程通常受污染排放和气象条件叠加影响，沙尘、燃放烟花爆竹、秸秆焚烧等偶发事件也会导致PM_2.5浓度升高。

江苏省经济总量大，产业结构以重化工为主、能源结构以煤为主、运输结构以公路货运为主，单位国土面积污染物排放强度较高，大气污染防治工作面临着较大挑战。基于此省情特点，江苏省完成重污染天气的消除任务殊为不易，尤其是徐州市、宿迁市等苏北城市，在本地排放与区域传输共同影响下，秋冬季发生重污染天气频次仍然较高。做好污染过程分析和应对研究，对于优化应对措施、提高应对成效、削弱重污染天气影响有重要意义。研究以江苏省及典型城市2022年12月底到2023年1月的污染过程为例，旨在通过研究厘清污染过程的产生与演变特征，分析影响因素与应对效果，为逐步消除重污染天气提供科学支撑。

1数据来源与方法

文章使用的环境空气质量监测数据来自于江苏省参与评价的94个国控站点，监测方法、分析方法、数据统计等严格按照《环境空气质量标准》（GB 3095-2012）、《环境空气质量指数（AQI）技术规定》（HJ 633-2012）和《环境空气质量评价技术规范（试行）》（HJ 663-2013）等规定执行。风场、气压等气象资料来源于WRF-Chem模拟数据，PM_2.5组分数据为大气超级站在线监测数据，工业企业排放量、用电量数据来自于江苏省固定污染源监控平台。

2结果与讨论

2.1污染过程总体情况

2022年12月26日-2023年1月15日，江苏省接连发生3次PM_2.5污染过程（如图1所示）。第1次为2022年12月26日至29日，江苏省13市共出现10个中度污染天、20个轻度污染天，小时浓度峰值为180μg/m³（宿迁市，28日5时）；第2次为2022年12月30日至2023年1月2日，13市共出现5个重度污染天、9个中度污染天、18个轻度污染天，小时浓度峰值达到252μg／m³（徐州市，1日1时）；第3次为2023年1月4日至9日，13市共出现6个重度污染天、14个中度污染天、34个轻度污染天，小时浓度峰值达到253μg／m³（宿迁市，6日12时）。2022年1月1-20日江苏省同样发生了长时间、大范围的PM_2.5污染过程（如图2所示）。对比两轮相似过程，本轮污染过程的程度更重、范围更广、累积效应明显；本轮污染期间13市共增加9个重度污染天、15个中度污染天，且有3天江苏省13市全部污染，1月5-9日连续5天半数以上城市污染。12月29日和1月3日分别有5个和2个城市仍有PM_2.5污染，导致污染不断累积叠加；而2022年初2次污染过程之间有1个较强的清洁过程，总体上减轻了污染累积程度。

2.2污染过程演变特征

分析显示，前2次污染过程较为相似，均呈现“北方区域输送一本地静稳累积一冷空气南下污染缓解”的演变特征：污染前期主导风向均为偏北风，上游重污染气团向江苏省输送，污染范围由苏北地区逐步扩大至江苏省；污染中期江苏省大部分地区地面风速低于1.5 m/s，不利扩散气象条件下，污染物本地累积、浓度进一步抬升，徐州市、宿迁市等城市短时达重度污染；污染后期南下的冷空气强度较弱，不仅未能有效清除PM^2.5污染，而且导致污染高值自北向南推移、污染累积加重。第3次污染过程中（如图3所示），主导风向多变导致污染物在区域内震荡和累积：污染前期主导风向为偏南风，1月4-5日江苏省大部分地区地面风速低于1.5 m/s；污染中期，6日风向转为西-西北风，大部分地区地面风速达到2～3 m/s，将上游安徽省、山东省等地的污染气团快速向江苏省输送，污染范围逐步扩大至江苏省；污染后期，7日夜间转为偏南风，江苏省污染由南向北清除，9日冷空气南下，污染物再次自北向南移动，导致江苏省污染短时加重，直至9日晚间污染清除。

2.3污染过程PM^2.5组分特征

选取南通市、常州市作为典型城市，对污染过程的PM^2.5组分特征进行分析。结果显示（如图4所示），二次生成污染是PM^2.5的主要组分，硝酸盐、有机物、硫酸盐三者占比之和超过70%，其中硝酸盐是PM^2.5浓度抬升的主要因素。污染时段南通市、常州市PM^2.5中硝酸盐浓度占比分别为38.7%、34.8%，比全时段均值抬升5.2、4.0个百分点，其他各组分占比均持平或下降。三次污染过程中，氮转化率（NOR）均随着硝酸盐浓度抬升而增大，南通市、常州市污染时段NOR分别为0.46、0.36，分别较全时段均值高27.1%、17.1%，说明氮氧化物转化生成硝酸盐是PM^2.5浓度抬升的重要因素。

与2022年1月1-20日的污染过程相比，本轮污染过程中南通市、常州市PM^2.5组分中硝酸盐的占比和NOR基本持平；而有机物（OM）占比分别抬升了5.2个和6.0个百分点，有机碳与元素碳的比值（OC/EC）分别增加了13.0%、33.2%，说明本轮污染过程中有机物对PM^2.5的贡献比上年更为突出。下一步需在坚定不移持续推动氮氧化物减排的基础上，以更大力度推进VOCs减排。

2.4燃放烟花爆竹对PM^2.5的影响

烟花爆竹燃放不仅会引发火灾、爆炸等安全事故，其瞬时产生大量的氮氧化物、二氧化硫以及含有金属氧化物的粉尘，在不利气象条件下，会对区域空气质量造成较为严重的不利影响。典型城市组分数据显示（如图5所示），PM^2.5组分中钾离子与氯离子浓度多次同时突升，如1月4日1时钾离子与氯离子浓度分别为1.2μg／m³和11.9μg／m³，占PM^2.5比值分别达到1.9%和19.2%，高出整个时段平均值（2022年12月26日-2023年1月10日）0.9个和14.6个百分点。钾离子与氯离子作为烟花爆竹示踪组分，两者同时升高，表明该时段内燃放烟花爆竹助推了PM^2.5浓度的升高。做好烟花爆竹的科学管控，对于削弱污染程度、改善空气质量具有积极作用。

2022年江苏省提前谋划、统筹部署烟花爆竹燃放管控工作，除优化调整禁放区之外，部分城市探索在禁放区范围外科学设置燃放点，如南京市统筹布设20处燃放点，制定应急方案、设立现场指挥部，确保安全、环保燃放；苏州市在工业园区阳澄湖半岛度假区、吴中区甪直镇水八仙生态文化园、吴江区东太湖阅湖台设置3个燃放点，连云港市在海州区、灌南县设3处燃放点，限定燃放时间，以最大程度消除烟花爆竹这一“变量”对空气质量的不利影响。一段时期以来，烟花爆竹“禁”与“放”的争论一直存在。“禁”还是“放”，背后应是对民俗、安全、环保等因素的多方考量，显然“一禁了之”与“一放了之”都不可取。实施分类管控措施是一个可以兼顾各方的选项，一方面应根据扩散条件等进行科学评估，优化调整禁放或限放区域；另一方面可以通过合理布设燃放点，引导有序燃放，减少对空气质量的影响。

2.5污染过程应对

为有效应对本轮重污染过程，江苏省大气污染防治联席会议办公室（简称“省大气办”）于2022年12月30日印发《关于做好近期大气污染过程应对工作的通知》，各地根据污染研判情况，适时启动污染应急管控，在确保安全生产的前提下，有计划地实施污染减排；2023年1月5日，省大气办印发《关于启动重污染天气黄色预警的通知》，各地落实重污染天气应急Ⅲ级管控措施，纳人工业源应急减排清单的2万余家工业企业落实具体到生产线的减排要求，压降内源排放，力争实现污染“削峰”；1月7日，省大气办印发《关于升级重污染天气等级至橙色预警的通知》，将重污染黄色预警升级为橙色预警，各地落实重污染天气应急Ⅱ级管控措施，进一步减少内源排放。预警启动后，江苏省工业用电量及污染物排放量均明显下降，总体上污染应对效果较好，其中徐州市、淮安市、南通市等地工业企业氮氧化物和S02排放量降幅均达到30%以上，为污染“削峰”做出了积极贡献。

3结论

2022年与2023年交接之际，江苏省接连发生3次PM_2.5污染过程。本轮污染中，二次组分是组成PM_2.5污染的主要部分，江苏省PM_2.5污染正在向“二次生成”主导型转变。其中二次有机物的贡献比上年更加突出，前体物VOCs对PM_2.5污染的贡献在逐步增加，大力推进VOCs减排是现阶段大气复合污染治理的关键。污染时段PM_2.5组分中钾、氯离子的浓度和占比都明显上升，表明燃放烟花提高了PM_2.5污染水平，做好烟花爆竹的科学管控与引导，对于改善环境空气质量具有积极作用。实践证明，科学合理布设燃放点、实施分类管控是能够兼顾民俗、环保“最大公约数”的选项。为应对本轮污染过程，江苏省各地实施应急减排“削峰”，应对效果较好，为下一步打好消除重污染天气攻坚战贡献了较好的经验。