大氣自然凈化能力監(jiān)測(cè)平臺(tái)在環(huán)保治理中的建設(shè)與應(yīng)用

泰安市生態(tài)環(huán)境局 張成，陳帥，齊兆斐，劉燁，楊倩倩

一、選題意義

生態(tài)文明建設(shè)是黨的十八大確定的國(guó)家層面發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)，大氣污染防治工作是生態(tài)文明建設(shè)的重要組成部分。2018年，國(guó)務(wù)院印發(fā)《打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動(dòng)計(jì)劃》，將我國(guó)的大氣污染防治工作推向了新的階段。當(dāng)前，泰安市大氣污染逐漸從強(qiáng)源時(shí)代轉(zhuǎn)入弱源時(shí)代。科學(xué)精準(zhǔn)治污，成為下一階段泰安市大氣污染治理工作的重點(diǎn)。

影響空氣質(zhì)量的因素主要有兩個(gè)，一是污染排放,二是氣象條件。目前，對(duì)污染排放和污染過程的研究較為成熟，主要集中在污染物成分分析和來源分析、污染時(shí)空特征、污染治理模式及治理效果等方面。但是相對(duì)于污染排放，氣象變化更加難測(cè)，因此分析氣象變化對(duì)空氣質(zhì)量的影響尤為必要。目前對(duì)氣象條件與空氣質(zhì)量關(guān)系的考察主要集中在兩個(gè)方面，一是分析中高尺度、大范圍氣象變化對(duì)空氣質(zhì)量的影響，但是近地面局地氣象條件差異較大。二是獨(dú)立考察各氣象要素對(duì)空氣質(zhì)量的影響，但需要進(jìn)一步考察氣象要素的綜合影響。運(yùn)用大氣自然凈化能力指數(shù)對(duì)大氣污染進(jìn)行分析，既是對(duì)氣象條件影響空氣質(zhì)量研究的補(bǔ)充，也能為大氣污染防治工作提供更精細(xì)、更有針對(duì)性的指導(dǎo)意見。

2019年，泰安市空氣質(zhì)量狀況出現(xiàn)明顯反彈，空氣質(zhì)量和改善率處于全省較差位置。本項(xiàng)目從大氣自然凈化能力實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)角度進(jìn)行了分析和研究，尋找氣象、地形、排放多角度的大氣環(huán)境治理優(yōu)化方案。

二、大氣自然凈化能力平臺(tái)構(gòu)建

大氣自然凈化能力平臺(tái)的構(gòu)建，是運(yùn)用大氣科學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、管理學(xué)、地理學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)，通過監(jiān)測(cè)局地氣象變化，結(jié)合本地歷史氣象、地理信息、氣候特征等數(shù)據(jù)，計(jì)算大氣自然凈化能力指數(shù)，為大氣污染精準(zhǔn)治理提供支撐。

（一）基本原理

排向大氣的污染物一般會(huì)經(jīng)歷擴(kuò)散（稀釋）、搬運(yùn)、沉降等過程，最終從大氣環(huán)境中移除，這個(gè)過程被稱為大氣自然凈化過程。不同氣象條件下，大氣移除污染物的效率不同，大氣對(duì)污染物的移除效率被定義為大氣自然凈化能力。

大氣自然凈化能力排序的依據(jù)是精細(xì)統(tǒng)計(jì)，通過對(duì)近地面氣象數(shù)據(jù)、空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)和污染物排放數(shù)據(jù)的計(jì)量分析，比較不同氣象條件下大氣凈化污染物能力的強(qiáng)弱，得出排序方程，作為大氣自然凈化能力指數(shù)的元函數(shù)。在實(shí)際使用中，對(duì)排序結(jié)果進(jìn)行歸一化處理，將其轉(zhuǎn)化為 0-100之間的實(shí)數(shù)，數(shù)值越高凈化能力越強(qiáng)，數(shù)值越低凈化能力越弱。

大氣自然凈化能力既包括對(duì)大氣環(huán)境中已有污染物的凈化，也包括對(duì)新增（實(shí)時(shí)排放）污染物的凈化。只有當(dāng)大氣自然凈化能力足以凈化新增污染物時(shí)，才有余力凈化大氣中已有的污染物，這種情況下，空氣質(zhì)量會(huì)慢慢改善。反之，當(dāng)大氣自然凈化能力不足以凈化新增污染物時(shí)，大氣中的污染物就會(huì)繼續(xù)增加，空氣質(zhì)量會(huì)慢慢變差。當(dāng)大氣自然凈化能力恰好能凈化新增污染物時(shí)，空氣質(zhì)量就會(huì)保持不變，這種情況被稱為大氣自然凈化能力的排放平衡點(diǎn)。

（二）項(xiàng)目建設(shè)

本項(xiàng)目大氣自然凈化能力監(jiān)測(cè)設(shè)備由南京信息工程大學(xué)提供，安裝在中國(guó)鐵塔股份有限公司泰安市分公司現(xiàn)有鐵塔上，共設(shè)3個(gè)點(diǎn)位，分別是泰安市人口學(xué)校、監(jiān)測(cè)站、電力學(xué)校3個(gè)國(guó)控空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位周邊100米范圍內(nèi)。每個(gè)點(diǎn)位每年投入約30萬(wàn)元。本項(xiàng)目的核心是對(duì)這三個(gè)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)國(guó)控點(diǎn)的大氣自然凈化能力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)包括風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、濕度、大氣壓強(qiáng)、雨量等氣象要素，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括地形地貌、經(jīng)緯度、海拔、季節(jié)等。為了對(duì)標(biāo)國(guó)控點(diǎn)數(shù)據(jù)，大氣自然凈化能力數(shù)據(jù)一小時(shí)報(bào)送一次，報(bào)送數(shù)據(jù)為該小時(shí)內(nèi)每分鐘數(shù)據(jù)的平均值。

三、泰安市大氣自然凈化能力現(xiàn)狀分析

通過對(duì)人口學(xué)校、監(jiān)測(cè)站和電力學(xué)校三個(gè)環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)位大氣自然凈化能力指數(shù)逐小時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可以對(duì)點(diǎn)位周圍氣象條件實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)掌握。

（一）大氣自然凈化能力整體情況分析

2020年5月-12月（電力學(xué)校為6月-12月），人口學(xué)校、監(jiān)測(cè)站和電力學(xué)校環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)位大氣自然凈化能力指數(shù)整體情況如表1所示。總體而言，三個(gè)點(diǎn)位大氣自然凈化能力并不高。人口學(xué)校點(diǎn)位的整體凈化能力最高，平均值為33.36，最有利于污染物的凈化，其次是電力學(xué)校點(diǎn)位，大氣自然凈化能力指數(shù)平均值為32.84，而監(jiān)測(cè)站點(diǎn)位大氣自然凈化能力最低，大氣自然凈化能力指數(shù)平均值為31.48。3個(gè)點(diǎn)位中，人口學(xué)校點(diǎn)位大氣自然凈化能力指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差最高，其次是電力學(xué)校，監(jiān)測(cè)站標(biāo)準(zhǔn)差最低，標(biāo)準(zhǔn)差的高低排序和平均值一致，說明在排放強(qiáng)度相同的情況下，即使3個(gè)點(diǎn)位大氣自然凈化能力指數(shù)相同，人口學(xué)校的空氣質(zhì)量最好，監(jiān)測(cè)站的空氣質(zhì)量最差。

表1 2020年5月-12月三點(diǎn)位大氣自然凈化能力指數(shù)整體情況

（二）大氣自然凈化能力與污染濃度變化關(guān)系

考察大氣自然凈化能力于污染物濃度的變化，對(duì)厘清大氣污染形成原因以及科學(xué)應(yīng)對(duì)大氣污染具有重要意義。當(dāng)前，泰安市主要污染物為PM2.5，因此主要以PM2.5為例，考察大氣自然凈化能力指數(shù)和污染物濃度之間的變化關(guān)系。

表2給出了三點(diǎn)位PM2.5濃度整體情況。可以看出，人口學(xué)校點(diǎn)位PM2.5平均濃度最低，為41.05μg/m3，這與該點(diǎn)位大氣自然凈化能力指數(shù)較高有關(guān)。電力學(xué)校點(diǎn)位PM2.5平均濃度最高，為48.45μg/m3，但該點(diǎn)位大氣自然凈化能力整體水平高于監(jiān)測(cè)站，由此可以判斷，電力學(xué)校點(diǎn)位周圍污染物排放強(qiáng)度高于監(jiān)測(cè)站點(diǎn)位。

表2 三點(diǎn)位PM2.5濃度整體情況（單位：μg/m3）

當(dāng)大氣自然凈化能力指數(shù)在20-30區(qū)間，PM2.5整體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，這意味著當(dāng)大氣自然凈化能力指數(shù)處于低位時(shí)，氣象條件對(duì)污染物的清除能力很弱，在這種情況下，污染物排放很容易超過大氣自然凈化能力，造成顆粒物濃度不斷升高。若大氣自然凈化能力指數(shù)長(zhǎng)期處于低位，污染物在每一時(shí)刻都在積累，只要積累時(shí)間足夠長(zhǎng)，必然形成重污染天氣，而重污染天氣一旦形成，即使關(guān)閉所有污染源，由于大氣自然凈化能力指數(shù)很低，空氣質(zhì)量也不會(huì)立即好轉(zhuǎn)，必須等到氣象條件發(fā)生變化，大氣自然凈化能力指數(shù)上升到足夠高時(shí)，才能解除重污染天氣。當(dāng)大氣自然凈化能力指數(shù)高于30時(shí)，PM2.5濃度變化均為負(fù)值，說明當(dāng)大氣自然凈化能力指數(shù)處于高位時(shí)，氣象條件對(duì)污染物的清除能力較強(qiáng)，不但能清除新排放的污染物，還能清除空氣中原有的污染物，反映在空氣質(zhì)量上就體現(xiàn)為顆粒物濃度下降。隨著大氣自然凈化能力指數(shù)的升高，PM2.5濃度下降越來越快。

四、基于大氣自然凈化能力的大氣污染治理政策建議

根據(jù)對(duì)泰安市三個(gè)環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)和大氣自然凈化能力指數(shù)數(shù)據(jù)的分析，提出基層大氣污染治理工作的改進(jìn)建議。

（一）加強(qiáng)微觀氣象條件的監(jiān)測(cè)和分析

當(dāng)大氣自然凈化能力處于低位時(shí)，空氣質(zhì)量如果快速惡化，說明站點(diǎn)周圍尤其是500米范圍內(nèi)有比較明顯的污染源活動(dòng)，重點(diǎn)關(guān)注加油站、機(jī)動(dòng)車、直排餐飲、工地、道路揚(yáng)塵、植物以及站點(diǎn)附近建筑物頂部的狀況。總之，這種情況下，要重點(diǎn)排查比較明顯的污染源。空氣質(zhì)量如果慢速惡化，說明站點(diǎn)周圍（應(yīng)放寬至 2-3公里）有較遠(yuǎn)距離的強(qiáng)源或者較近距離的面源，這種情況下應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注距離稍遠(yuǎn)處的強(qiáng)源作業(yè)，如大型工程的活動(dòng)、大型工地的活動(dòng)及整個(gè)面源的特殊情況，例如，區(qū)域內(nèi)是否有相對(duì)均勻分布的小餐飲、小型印刷廠、多點(diǎn)小型的有機(jī)溶劑使用等。無(wú)論是哪種情況，都應(yīng)該根據(jù)排查的情況，力所能及地解決排查到的污染源。

（二）提高措施的精準(zhǔn)度和經(jīng)濟(jì)性

通過大氣自然凈化能力實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可以幫助查找點(diǎn)位周圍的弱排放源，并根據(jù)排放平衡點(diǎn)方法判斷措施的有效性。在此基礎(chǔ)上，可以進(jìn)一步提高基層工作措施的精準(zhǔn)度和經(jīng)濟(jì)性。在同類源的情況下，應(yīng)該遵循從易到難的原則，先解決容易治理的污染源，再解決難治理的污染源。在具體的措施選擇上也應(yīng)該如此，先采用成本較低的措施，再采用成本較高的措施。2020年5月以來，每周形成報(bào)告，提出泰城主城區(qū)大氣污染治理工作的改進(jìn)建議。到2020年年底，藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)約束性目標(biāo)全面完成。大氣環(huán)境質(zhì)量明顯改善，2020年全市二氧化硫、氮氧化物、可吸入顆粒物、細(xì)顆粒物平均濃度分別為14μg/m3、29μg/m3、82μg/m3、46μg/m3，分別比2015年改善65.9%、25.6%、35.9%、33.3%，空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良天數(shù)比率為64.2%，空氣質(zhì)量綜合指數(shù)為4.95。