楊 琳，楊紅龍，林楚雄，陳嘉曄，李仕平

1.深圳市氣象局，廣東 深圳 518040 2.深圳市環(huán)境監(jiān)測中心站，廣東 深圳 518049

污染物對人體健康產(chǎn)生危害，顆粒越小對人體健康的危害越大[1]，而且細(xì)顆粒物能飄到較遠(yuǎn)的地方，因此影響范圍較大[2-3]。吳兌等[4]研究認(rèn)為，近年來空氣污染已從煤煙型向混合型發(fā)展，主要污染物為PM10中的PM2.5。黃曉鋒[5]認(rèn)為，深圳市PM2.5的31%來源于機(jī)動車，24%來源于工業(yè)源，18%來源于火電廠，其中機(jī)動車尾氣主要來源于本地排放。孫志強(qiáng)等[6]研究發(fā)現(xiàn)，北京大氣中粒子濃度受周邊影響嚴(yán)重，而NOx有向周邊擴(kuò)散的潛勢，尤其是對于PM2.5和O3等區(qū)域性污染物，難以從北京市獨(dú)自的減排措施收到理想的效果。但是深圳的各項(xiàng)污染物，尤其是對PM2.5的氣象條件影響、人為因素貢獻(xiàn)等尚未見具體和有針對性的分析。第26屆世界大學(xué)生運(yùn)動會(簡稱大運(yùn)會)于2011年8月12—23日在深圳舉行，期間深圳藍(lán)天白云，空氣質(zhì)量持續(xù)優(yōu)等，SO2、NO2、PM10、PM2.5均達(dá)到環(huán)境空氣質(zhì)量一級標(biāo)準(zhǔn)，分析各項(xiàng)減排控制措施的具體效果，對于有針對性地采取環(huán)境保護(hù)措施和未來的污染防治有積極意義。

由于污染天氣的形成主要與有利的天氣形勢、本地污染源的排放/擴(kuò)散、外來污染源3個方面作用有關(guān)，因此在相似的天氣形勢下，可認(rèn)為污染濃度的不同是與污染源的變化有關(guān)，在短期內(nèi)污染源變化不大的情況下，差異則在于排放不同，也即是污染控制的結(jié)果[7-11]。氣象學(xué)上相似方法是除了數(shù)值預(yù)報以外，最為有效的預(yù)報和分析方法，如果氣象條件相似，可大致認(rèn)為天氣背景對污染物的擴(kuò)散或稀釋作用也類似，對污染的生/消作用相當(dāng)。因此，文章通過對相似氣象條件下，各種不同地點(diǎn)、不同時間污染物濃度的對比分析，剔除了氣象條件的客觀影響因素，具體分析大運(yùn)期間人為控制的效果，從中得出一些有價值的結(jié)論?；谏钲谑?008—2011年主要污染物NO2、PM10和2011年P(guān)M2.5濃度資料，常規(guī)氣象要素資料、天氣形勢資料等，通過大運(yùn)期間與氣象條件相似時期、各典型時期、深圳各監(jiān)測站點(diǎn)、以及與周邊城市的比較，分析大運(yùn)期間“藍(lán)天白云”的原因，目的在于具體解析各類減排或限行措施的效果，為長期建設(shè)“綠色深圳”和宜居城市，在環(huán)境治理、污染控制措施方面提供有價值的科學(xué)依據(jù)。

1 大運(yùn)期間氣象條件對污染濃度影響評估

1.1 深圳大運(yùn)會期間天氣形勢和氣象要素特征

深圳位于113°46′～114°37′E、22°27′～22°52′N，總面積1 952.84 km2，地勢東南高西北低，海岸線全長230 km。8月的深圳常受海洋氣團(tuán)的影響，普遍吹偏南風(fēng)，雨水豐沛，午后對流旺盛，能見度偏好，但同時空氣濕度大，風(fēng)力偏弱，靜風(fēng)較多。2011年大運(yùn)會期間雖以晴熱天氣為主，但多局地性短時強(qiáng)降水和雷暴，月平均風(fēng)速1.9 m/s，月主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲髂?，SW、SSW、SSE風(fēng)頻率最高，占據(jù)了33 %，ENE、SE、S風(fēng)次之，靜風(fēng)頻率占據(jù)了34.5%，因此上風(fēng)方海洋氣流占主導(dǎo)，擴(kuò)散條件較好，月初和大運(yùn)期間在持續(xù)的偏南風(fēng)影響下，氣象條件有利于污染物的擴(kuò)散，能見度極佳，平均達(dá)到26.2 km，是1988年以來8月平均能見度的最高值。大運(yùn)期間出現(xiàn)罕見持續(xù)晴好天氣，空氣質(zhì)量全為優(yōu)，能見度高。25日轉(zhuǎn)吹弱北風(fēng)，受“南瑪都”外圍下沉氣流影響，能見度明顯下降，并出現(xiàn)間歇性灰霾天氣，部分時段能見度低于10 km。根據(jù)氣象條件的不同劃分優(yōu)劣等級見表1。

表1 2011年8月主要影響氣象因子和對應(yīng)污染物濃度均值

1.2 2011年8月氣象條件和對應(yīng)污染物濃度的關(guān)系

2011年8月NO2、PM10和PM2.5平均質(zhì)量濃度分別為38.03、34.71、17.82 μg/m3。按照2011年8月天氣形勢進(jìn)行分段，參照孫向明等[12]的天氣形勢分型，列出各時間段內(nèi)NO2、PM10和PM2.5濃度以及各主要影響氣象因子，如表1所示。僅從氣象條件來推斷污染情況的優(yōu)劣等級，將該推斷等級與實(shí)際NO2、PM10和PM2.5濃度值相比，可以看出，推斷等級與實(shí)際污染值基本相符，但中等污染條件的大運(yùn)會期間12—23日污染濃度卻是最低的。由此可得出，除氣象條件外，控制措施也起到成效。

2 NO2、PM10、PM2.5的一般變化規(guī)律

2.1 月變化特點(diǎn)

圖1是2008—2010年全市平均NO2、PM10以及2011年竹子林國家基本站PM2.5濃度月變化曲線(PM2.5只有2011年竹子林站的資料)。由圖1可看出：NO2、PM10、PM2.5污染濃度具有明顯的季節(jié)變化規(guī)律，NO2、PM10濃度秋、冬季及春季的3月相對較高。PM2.5污染濃度1—3月和12月較高，即冬、春季高。6—8月NO2、PM10、PM2.5污染濃度均最低。這是因?yàn)椋?、冬季往往存在靜穩(wěn)的氣象條件，不利于污染物的擴(kuò)散，造成污染積聚，且深圳冬季盛行東北、偏北風(fēng)，有利于北部中山、東莞、惠州等地污染的擴(kuò)散。夏季對流旺盛，擴(kuò)散條件好，有利于污染物的擴(kuò)散清除，且東南、偏南風(fēng)居多，常受來自海洋上氣流的影響，帶來海洋上潔凈的空氣。春季的3月多低溫陰雨天氣，空氣濕度大，有時會出現(xiàn)“回南天”，伴隨的是輕霧或霧的現(xiàn)象明顯，霧霾天氣的增多，也是污染物濃度較高的原因。

圖1 2008—2010年NO2、PM10和2011年P(guān)M2.5逐月變化

圖2是2011年深圳市4個不同行政區(qū)的監(jiān)測點(diǎn)PM2.5與PM10質(zhì)量濃度比(PM2.5/PM10)月變化曲線，可以看出，PM2.5/PM10的逐月變化呈明顯的季節(jié)性，與NO2、PM10、PM2.5濃度的月季變化基本呈現(xiàn)一致的趨勢，秋、冬季是高值期，夏季是低值期。2011年P(guān)M2.5/PM10變化幅度較大，日均值為0.4～0.99。PM2.5/PM10年平均石巖為0.83，竹子林和龍崗均為0.72，西涌為0.68。石巖﹥龍崗﹥竹子林﹥西涌，石巖、龍崗、竹子林和西涌4站分別位于深圳市的寶安區(qū)、龍崗區(qū)、福田區(qū)和鹽田區(qū)。寶安區(qū)位于深圳西北部，工業(yè)密集，且與東莞接壤，龍崗區(qū)位于深圳東北部，中小型作坊密集，與惠州接壤，福田區(qū)是中心區(qū)，交通流量最大，鹽田區(qū)位于東部沿海，接近大氣本底狀況。

從圖2還可看出，除石巖站外，其余3站2011年8月PM2.5/PM10明顯下降。值得一提的是根據(jù)距離比賽場館的遠(yuǎn)近，大運(yùn)期間采取的環(huán)境控制措施劃分成3類區(qū)域，而石巖一帶幾乎無賽場，因此相對來說，不如南山和龍崗區(qū)場館集中的地帶措施更嚴(yán)格。由此得出：2011年8月NO2、PM10、PM2.5濃度不是全年最低的，PM2.5/PM10卻是全年最小的。由于4個區(qū)域代表站的PM2.5/PM10年均值均在60 %以上，說明8月 PM2.5的下降比率更大，可以認(rèn)為控制措施對PM2.5的作用更明顯。6—8月PM2.5/PM10的4個區(qū)域代表站的曲線幾乎完全重合，說明比值在夏季較穩(wěn)定。

圖2 2011年各監(jiān)測點(diǎn)PM2.5/PM10逐月變化

2.2 日變化規(guī)律

根據(jù)以往的研究，在無大的天氣系統(tǒng)影響、無明顯降水發(fā)生、無大風(fēng)現(xiàn)象時，除風(fēng)向、風(fēng)速、本地海陸風(fēng)轉(zhuǎn)換的時間、大氣層結(jié)的穩(wěn)定度等氣象因素，污染排放時間和人類活動也同時對日變化產(chǎn)生作用，影響較復(fù)雜。從氣象條件來看：夜間地溫降低，大氣層結(jié)較為穩(wěn)定，風(fēng)力也較小，大氣中的污染物容易造成堆積；而白天溫度升高，對流條件是一天中最好的，尤其是中午時段是海風(fēng)開始強(qiáng)盛的時候，相對有利于污染的擴(kuò)散[7-11]。

污染濃度的變化還與人類活動密切相關(guān)，6：00—7：00人類生產(chǎn)生活開始活躍，日間8：00—20：00是工廠生產(chǎn)排放最多的時段。8：00—9：00是上班高峰時期，車流量增多，中午車流量相對減少，而18：00—20：00是下班高峰時期，車流量最大。氣象因素和人類活動的影響共同決定了污染水平的高低(圖略)。

3 NO2、PM10、PM2.5以及PM2.5/PM10大運(yùn)期間變化特點(diǎn)

由于6—8月氣象條件具有相似特征，因此以此作為歷史背景時期，采取對比分析的方法，比較大運(yùn)期間和2008—2010年6—8月的NO2、PM10、PM2.5濃度值，結(jié)果見圖3，發(fā)現(xiàn)大運(yùn)期間各濃度值均下降。此外，對比2008—2011年6—8月，大運(yùn)期間有如下特點(diǎn)：大運(yùn)期間NO2、PM10、PM2.5濃度均明顯下降，尤其在白天的8：00—16：00下降幅度更大，其中PM10下降幅度最大。2011年P(guān)M2.5在夜間到凌晨是上升階段，由于PM2.5在大氣中壽命長、傳輸距離遠(yuǎn)，有累積過程；而大運(yùn)期間這個累積過程消失，由此也可看出PM2.5得到了控制。大運(yùn)期間控制措施使NO2、PM10、PM2.5污染濃度下降，白天時段下降幅度更大，對PM2.5作用更明顯。

圖3 NO2、PM10、PM2.5(單位均為μg/m3)逐時變化情況

4 大運(yùn)會期間減排措施效果細(xì)化分析

為確保大運(yùn)會期間深圳市環(huán)境空氣質(zhì)量水平達(dá)到國際賽事的要求，廣東省提前采取了一系列區(qū)域綜合減排措施，形成以深圳為主、周邊配合的聯(lián)防聯(lián)控。大運(yùn)會前期(2011年7月10日至8月11日)，黃標(biāo)車部分路段禁行，38萬輛機(jī)動車自愿限行，劃分區(qū)域單雙號限行，深圳、惠州、東莞劃定機(jī)動車限制行駛區(qū)域，投放部分新能源汽車等；停止土石方工程施工，圍蔽施工，不同控制區(qū)采取相應(yīng)的停工措施，燃油或油氣混燒9E機(jī)組關(guān)停等。大運(yùn)會期間(2011年8月12—23日)，31萬輛黃標(biāo)車禁行，48萬輛機(jī)動車自愿限行，單雙號限行，深圳、惠州、東莞劃定機(jī)動車限制行駛區(qū)域，投放最后問量2011輛新能源汽車等；停止土石方工程施工，210個建筑工地停工，停運(yùn)高污染鍋爐134臺、停產(chǎn)生產(chǎn)線32條，燃油或油氣混燒9E機(jī)組關(guān)停，電廠、垃圾廠嚴(yán)格監(jiān)控等。

4.1 大運(yùn)前后不同時段污染物濃度的變化

從2011年7月1日至9月30日NO2、PM10、PM2.5濃度的逐日變化可以看出大運(yùn)期間數(shù)值最低。

為了更精確地解析大運(yùn)期間污染物濃度變化的原因，通過查找2008—2010年8月高空和地面天氣形勢圖，并通過對該時間段內(nèi)風(fēng)、溫度、降水、氣壓等氣象要素資料的分析，尋找大運(yùn)會期間的氣象條件相似日，分別為2008年6月21日、2008年7月1—3日、2008年7月9—10日、2008年8月1日、2008年8月12—13日、2008年8月17日、2008年8月24日，2009年7月6日、2009年7月29日、2009年8月14日、2009年8月17日、2009年8月26—28日、2010年6月29日、2010年8月12—13日、2010年8月16日，共計22 d。然后計算出所有相似日的NO2、PM10、PM2.5濃度平均值，見表2。

表2 大運(yùn)會期間污染物濃度與相似日對比 μg/m3

注：“*”為2010年8月的PM2.5濃度。

7月10日是臨時控制措施逐步實(shí)施的開始日，故以2011年7月10日至8月11日作為大運(yùn)前期。為了盡量平滑掉其中的典型天氣過程，大運(yùn)后期時段延長至9月30日。分別計算出大運(yùn)會前期、大運(yùn)會期間、大運(yùn)會后期的NO2、PM10、PM2.5濃度值，如表2所示。

將各時段與大運(yùn)會期間(2011年8月12—23日)NO2、PM10和PM2.5濃度相比，大運(yùn)會相似日NO2和PM10高出17 %、25 %，PM2.5降低7%；大運(yùn)前期分別高出18%、42%、50%，大運(yùn)會后期分別高出28%、140%和171%?？梢姶筮\(yùn)會期間NO2、PM10和PM2.5濃度較各時段均有較大幅度的降低，氣象條件與人為措施的共同作用造成了大運(yùn)會期間空氣質(zhì)量極優(yōu)和持續(xù)“藍(lán)天白云”。

大運(yùn)會期間PM10下降最明顯，而PM10主要來自化石燃料在交通運(yùn)輸、工業(yè)生產(chǎn)和生活中的廣泛應(yīng)用以及建筑揚(yáng)塵和風(fēng)揚(yáng)塵等，可見大運(yùn)會期間關(guān)停了一些高污染排放企業(yè)對污染濃度的變化影響最快。NO2主要來源于汽車尾車的排放，對機(jī)動車的控制，包括對黃標(biāo)車的停駛等措施，造成了NO2在大運(yùn)會期間迅速下降，大運(yùn)會后期的措施解禁，則造成迅速上升[13-15]。

4.2 深圳不同區(qū)域NO2、PM10和PM2.5濃度對比

將深圳市各監(jiān)測點(diǎn)受控時期與大運(yùn)后期NO2、PM10和PM2.5濃度進(jìn)行對比，結(jié)果見表3、表4。大運(yùn)后期與受控時期PM10比值高達(dá)3.73、3.64和3.6，分別出現(xiàn)在南山區(qū)的南油、荔香和寶安區(qū)的寶安站點(diǎn)；NO2比值最高的是南山區(qū)的荔香、南油和鹽田區(qū)的鹽田站；PM2.5的比值最高為竹子林的4.02，其次為本底站西涌的3.94。

表3 大運(yùn)受控期間與大運(yùn)后期NO2和PM10濃度對比

注：除比值外，單位均為μg/m3，下同。

表4 大運(yùn)受控期間與大運(yùn)會后期PM2.5濃度對比

南山區(qū)有一些大型火電廠，寶安區(qū)則集中了大型制造業(yè)。大運(yùn)賽場集中的南山區(qū)和龍崗區(qū)是大運(yùn)期間交通管控最嚴(yán)格的范圍，開幕式場地也位于南山區(qū)。竹子林位于市中心最主要的交通要道深南大道附近，西涌是大氣本底站。大運(yùn)后期PM10濃度迅速升高，幅度最大在南山區(qū)和寶安區(qū)，NO2濃度升高最多在南山，PM2.5濃度升高最多在竹子林，考慮各區(qū)的工業(yè)布局和機(jī)動車流量狀況，除了氣象條件的影響，污染控制措施的解除也起到了相當(dāng)?shù)淖饔?。PM2.5的比值最大也說明了其作為二次污染物的活躍性[16-23]，占據(jù)比例大且影響明顯。大運(yùn)期間南山區(qū)管控效果最明顯，作為中心區(qū)域的福田區(qū)PM2.5控制得最好。

4.3 深圳市與周邊鄰近城市污染濃度比較

比較2011年8月和2010年8月的HYSPLIT4后向軌跡，分別見圖4、圖5?？梢钥闯?，2011年8月和2010年8月氣流軌跡和污染擴(kuò)散氣象條件非常相似，不利于污染擴(kuò)散的氣象條件均較少，差別在于不利擴(kuò)散的風(fēng)向中2011年8月偏北風(fēng)頻率稍高，而2010年8月東北風(fēng)頻率較高，但月尺度氣象條件大致相似。

圖4 2011年8月HYSPLIT4氣流后向軌跡圖

圖5 2010年8月HYSPLIT4氣流后向軌跡圖

將月尺度氣象條件大致相似月2010年8月與2011年8月深圳工業(yè)集中的寶安區(qū)與鄰近的東莞、龍崗區(qū)與鄰近的惠州NO2、PM10對比，結(jié)果見表5。可見，各時段NO2濃度寶安和龍崗區(qū)均高于周邊相鄰城市，龍崗比惠州高出近50 %。PM10濃度則是寶安和龍崗區(qū)低于相鄰城市。只有2010年8月龍崗較高(因該段時間龍崗建設(shè)大運(yùn)場館，施工較多)。與鄰近市的對比結(jié)果表明，PM10有輸送作用，而NO2有擴(kuò)散作用的區(qū)域效應(yīng)。

深圳的機(jī)動車已經(jīng)突破200萬輛，且呈逐年上升趨勢，無論每平方公里車輛密度還是每公里車輛密度在全國都是第一位的，因此與機(jī)動車排放密切相關(guān)的NO2濃度也相對較高。而鄰近的東莞市內(nèi)大型的電鍍廠等重型工業(yè)對深圳污染濃度有一定的影響。龍崗因施工原因可能導(dǎo)致2010年8月PM10濃度升高，而2011年8月為保障賽事的進(jìn)行，采取了嚴(yán)控措施，使龍崗比惠州低30%。

從表5可見，大部分站點(diǎn)的NO2和PM10濃度，2011年8月反而比2010年8月高，是因?yàn)榇筮\(yùn)會后期，氣象條件加上解禁措施導(dǎo)致污染濃度上升迅速，達(dá)到較高水平。排除大運(yùn)會后期的氣象條件影響，人為解禁措施對濃度上升仍起到重要作用。

注：空表示無數(shù)據(jù)。

從季節(jié)來看，8月常常盛行偏南氣流，是污染濃度相對較低的月份，如果在秋、冬季，盛行偏北氣流，尤其是弱北風(fēng)時，相鄰城市的污染擴(kuò)散對深圳的影響可能更嚴(yán)重[20,23]。

5 結(jié)論

1)相似日、大運(yùn)會前期、大運(yùn)會后期，相比大運(yùn)會時段(2011年8月12—23日)， NO2、PM10和PM2.5濃度分別高出17%～28%、25%～140%、-7%～171 %。表明污染控制措施在大運(yùn)會期間效果顯著，大運(yùn)會期間關(guān)停了一些高污染排放企業(yè)對污染濃度的影響最明顯，而對汽車尾氣排放的控制造成了NO2也隨之迅速上升、下降。本地污染物中二次污染物細(xì)粒子起到了主導(dǎo)作用，在大運(yùn)會期間對PM2.5的控制起到了顯著效果。

2)NO2、PM10和PM2.5濃度在大運(yùn)會期間各時次均明顯下降，且白天下降幅度大，其中NO2白天下降最明顯。PM2.5年變化在20：00至次日8：00的高值階段，在大運(yùn)會期間變成了反位相，即夜間到凌晨的污染累積過程消失。表明周邊協(xié)同減排作用明顯。

3)由于污染排放對污染濃度的日變化起到了主要作用，排除氣象因素的作用，大運(yùn)后期控制措施的解除，致使污染物濃度快速上升到較高水平，且工業(yè)布局密集的區(qū)域及機(jī)動車流量最大的區(qū)域上升幅度最大，所以控制污染的排放是治理空氣環(huán)境的主要方面。

4)深圳與周邊城市的相互影響表現(xiàn)為PM10有輸送作用，NO2有擴(kuò)散作用，污染防治需重視區(qū)域協(xié)同的作用。

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