咸陽市秦都區2020年秋冬季一次重污染成因分析

楊 靜

（咸陽環境科學研究院有限責任公司，陜西 咸陽 712000）

秋冬季重污染天氣頻發，這使重污染天的PM2.5平均濃度為其他季節的3倍左右，而了解其來源及成因，對改善空氣質量尤為關鍵。

程念亮[1]等指出重污染過程與當地氣象條件密切相關，穩定的大氣環流形勢為污染的持續提供了大氣環流背景，風速較小、濕度較大、邊界層較低、持續逆溫是造成重污染的主要原因。楊素英[2]等指出秋季北京重污染過程的不利因素主要包括三個方面，一是較強的海平面高壓、均壓場控制導致北京地區垂直大氣層結穩定，不利于污染物垂直擴散；二是北京地區三面環山，導致近地面為弱的偏南氣流控制，不利于污染物水平擴散；三是近地面弱的偏南氣流從江蘇、山東、河北、天津等地攜帶了大量污染向北京地區輸送。楊孝文[3]等指出冬季北京一次重污染過程的原因是穩定的大氣環流背景場、高濕度低風速的地面氣象條件和低而厚的逆溫層導致區域大氣層結穩定，加上北京屬于三面環山的特殊地形結構。

相關文獻都是對某一區域大范圍重污染的成因進行了討論，而對小范圍一個區縣的討論還鮮有研究，對區域空氣環境質量的改善指導意義不足。本文選取咸陽市秦都區一次重污染過程期間的實驗中學站點空氣質量指標和秦都區氣象局氣象資料，對污染期間空氣質量的變化進行分析，結合區域企業污染源資料和飛行時間質譜儀PM2.5源解析數據，掌握重污染天氣成因，為空氣質量的改善提供決策依據。

1 數據來源

本研究選取秦都區實驗中學站點為研究區域，采用監測站點2020年1月23日至2月14日重污染發生過程中的空氣指標（PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO、O3）濃度。氣象資料來源于秦都區氣象局污染發生期的濕度、溫度、氣壓等觀測資料。

2 材料與方法

監測地點：秦都區實驗中學站點；監測時間：2020年1月23日至2月14日；周邊環境：點位位于實驗中學教學樓頂樓，東南側為咸陽三號橋，西側約1 000 m有咸陽西區供熱公司，周邊2 000 m內西北偏北分布有多家大型餐飲，西北偏西分布橡膠、醫藥、電子、印刷、機械制造及電器制造等企業[1]；監測儀器：單顆粒氣溶膠飛行時間質譜儀；采樣方式：采用廣州禾信單顆粒氣溶膠飛行時間質譜儀，大氣顆粒物PM2.5經切割頭切割后被引入單顆粒氣溶膠飛行時間質譜儀，然后24小時不間斷監測顆粒物化學組成及污染源的持續變化。通過激光粒徑掃描和飛行時間質譜在線分析統計PM2.5顆粒中各來源顆粒的數量，得到PM2.5中各來源顆粒的情況。根據污染源譜庫，結合《大氣顆粒物源解析技術指南》確定污染來源。

3 結果與討論

3.1 重污染期間空氣質量變化特征

3.1.1 時間變化特征

1月23日至2月14日以來，秦都區及周邊的渭城區、興平市遭遇了兩次重度污染過程，其中重度污染秦都區4天、渭城區5天、興平市7天[2]。

秦都區重度及以上污染分別發生于1月22日、1月23日、1月24日、1月25日，連續4天重度及以上污染，AQI為204～329，PM2.5日濃度最大值為279 μg/m3（1月25日），小時峰值濃度為372 μg/m3（1月25日12時），日濃度最大值超過《環境空氣質量標準》（GB3096-2012）二級標準限值2.7倍。

3.1.2 污染過程分析

1月20日全天AQI維持在較低水平，平均為89，全日空氣質量良；1月21日空氣質量開始惡化，其中1時至4時、15時至次日0時PM2.5濃度大于75 μg/m3（AQI＞100），全天空氣質量累計輕度污染；1月21日15時以后PM2.5濃度開始迅速增長，到1月22日1時，實時AQI開始超過200（PM2.5濃度＞115 μg/m3），空氣質量由輕度污染變為中度污染，并持續至1月23日7時；1月23日8時起，空氣質量開始變為重度污染，污染持續至1月24日15時，1月24日15時起至1月25日1時空氣質量在中度與重度之間相互轉換。1月25日2時起污染再次加重，重度污染持續影響至1月26日9時，其中1月25日2時至6時、11時至17時、1月26日0時至6時PM2.5濃度均大于250 μg/m3，AQI處于“爆表”狀態。針對此次污染過程，咸陽市重污染天應急指揮部辦公室將重污染預警等級由黃色升級為橙色。1月27日凌晨，在冷空氣和強降水作用下，污染得以消除，空氣質量轉為良[3]。

結合氣象資料，此次污染過程，1月23日空氣濕度58%～91%，平均濕度60%；1月24日受冷空氣和小雨影響，空氣濕度57%～96%，平均濕度78%，較1月23日平均濕度增加30%，濕度進一步增大，擴散條件進一步轉差；1月25日受降水影響，相對濕度61%～97%，平均濕度83%，較1月24日平均濕度增長6.4%。逐日增大的濕度導致一次污染物的二次轉化，加劇了PM2.5的形成。

區域持續靜穩天氣，大氣逆溫層結穩定，1月23日近地面西南偏西風1級，使得周邊興平市污染物在微風場作用下向秦都區小幅輸送，區域內風速0～1米/秒，極小，導致污染物不能跨區域輸送而不斷在區域內累積；1月24日至1月25日近地面東北偏東風1～2級，渭城區污染物在風場作用下向秦都區小幅輸送，兩股氣流輻合形成的污染累積經過一段時間最終呈現濃度爆發式增長。因此，風速小，污染物垂直和水平擴散能力受限，區域小幅傳輸，高低度累積污染使得秦都區PM2.5濃度增大，導致重污染天發生。

3.2 質譜儀數據分析

對采用飛行質譜儀監測得到的實驗中學點位的PM2.5進行源解析。PM2.5貢獻占比從高到低依次為：二次無機源23.2%、一次污染源中機動車尾氣19.8%、燃煤源18.1%、工業工藝源12.7%、煙花源為7.0%、生物質燃燒源6.7%，揚塵源4.4%、餐飲源2.2%。二次無機源主要受一次污染源排放污染物發生二次轉化的影響較大。

二次無機源對PM2.5影響較大的二次離子以NO3-、SO42-、NH4+為主，高濃度的二次離子是導致污染嚴重的直接影響因素。而這些離子的產生又與此時段濕度較高，風速較小，排放SO2、NOx、NH3的工業企業以及居民燃煤、生物質燃燒在高濕環境下經過大氣化學反應生成二次氣溶膠有關。

4 污染成因分析與管控建議

4.1 污染成因分析

總之，此次重污染過程主要受以下方面影響：

（1）秦都區地處低洼地帶，袋子狀的地理位置，遇到靜穩天氣，因外來輸入淤積，在冬季發生重污染。

（2）受新型冠狀病毒影響，機動車尤其是汽油車等交通運輸車輛排放量明顯下降；施工工地停工，非道路移動機械和揚塵排放量下降；餐飲業、家具、包裝等加工業和輕工業企業停產，污染排放量較以往下降。但由于處于采暖期，站點周邊的西區供熱、彩虹光電等民生保障類企業污染物未納入重污染天應急減排清單，這些企業正常排放，排放量未有減少。區域冬季盛行東風、東北風，東邊長慶石化、藍星玻璃廠、大唐電廠、渭河電廠等生產排放，疊加本地排放，污染物排放量與往年相比有所減少，但污染基數仍然居高，同時受疫情影響，農村居民散煤燃燒時間有所增加。污染物減少量還沒有下降到抵消不利氣象條件影響的水平，導致重污染天氣發生。

（3）冬季處于高濕、靜穩、低風甚至無風的氣象條件。

4.2 管控建議

為減少區域重污染發生的頻次，建議采取以下管控措施：（1）通過區域聯防聯控和減少本地源排放的二次無機源、燃煤、機動車尾氣源可以有效改善區域空氣質量。（2）秋冬季應加強對西區供熱、彩虹光電等重點工業企業污染源以及東風、東北風上風向企業污染源排放的監管。

5 結語

2020年1月23日至2月14日，秦都區實驗中學站點空氣質量持續重度污染，其中1月25日污染最嚴重，1月27日凌晨，在冷空氣和強降水作用下，污染得以消除，空氣質量轉為良。從氣象條件分析，持續重污染期間，近地面風力小、濕度逐日增大及持續逆溫等條件，不利于污染物擴散，這是導致持續重污染的重要客觀條件。從地形條件分析，區域地形地貌呈現袋子狀，導致污染物不易擴散而累積。結合區域污染源特征，本次污染過程主要為本地源排放的污染物疊加區域傳輸遇到高濕靜穩天氣所致。因此，通過制定區域間聯防聯控措施，同時削減本地源排放可以降低重污染天氣發生的概率。