蘇小莉，馮 添,，曹軍驥,

1.中國科學院地球環(huán)境研究所 中國科學院氣溶膠化學與物理重點實驗室，西安710061

2.中國科學院地球環(huán)境研究所 黃土與第四紀地質國家重點實驗室，西安710061

3.西安交通大學 人居環(huán)境與建筑工程學院，西安710049

4.西安交通大學 全球環(huán)境變化研究院，西安710049

2015年國慶期間我國城市空氣污染特征及成因分析

蘇小莉1,2，馮 添1,2,3，曹軍驥1,2,4

1.中國科學院地球環(huán)境研究所 中國科學院氣溶膠化學與物理重點實驗室，西安710061

2.中國科學院地球環(huán)境研究所 黃土與第四紀地質國家重點實驗室，西安710061

3.西安交通大學 人居環(huán)境與建筑工程學院，西安710049

4.西安交通大學 全球環(huán)境變化研究院，西安710049

本文基于我國31個省會城市283個環(huán)境監(jiān)測站的實時觀測數(shù)據(jù)，分析了2015年國慶期間我國城市空氣污染特征，并結合MODIS/Terra數(shù)據(jù)、歐洲中期天氣預報中心（ECMWF）氣壓場及風場數(shù)據(jù)對其成因進行了討論。結果表明：本次區(qū)域性空氣污染最先出現(xiàn)在華中和華東地區(qū)，但是在華北地區(qū)最為嚴重。不同城市的主要污染物具有顯著的時空差異。除西安和烏魯木齊以外，其他城市的顆粒物污染主要由細顆粒物主導。NO2、CO和SO2的變化趨勢基本一致，而O3僅在北京、天津和濟南三個城市與其他污染氣體同步變化；在其他城市則與NO2和CO等呈現(xiàn)相反的變化趨勢。由衛(wèi)星影像、天氣形勢和風場變化分析得知：不考慮本地背景排放源的前提下，本次污染事件主要由我國秋季的秸稈燃燒和不利的氣象條件共同作用造成的。

空氣污染；時空變化；標準污染物；形成機制

近幾十年來，隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展和城市化進程的加快，我國的大氣污染形勢日益嚴峻（曹軍驥，2012），具體表現(xiàn)為極端灰霾事件頻繁發(fā)生，大氣能見度急劇下降。從1961年到2011年期間，全國平均年霾日數(shù)在五十年內幾乎增加了五倍；而平均能見度也從1961年的4 — 10 km減小到2 — 4 km（丁一匯和柳艷菊，2014）。此外，我國大氣污染的空間分布格局和污染物組成也發(fā)生了顯著改變。首先，大城市重污染企業(yè)向中小城市的轉移改變了我國的污染源分布，使我國的大氣污染從二十世紀八九十年代的點源型污染發(fā)展成為當前的區(qū)域性污染，我國東部三大污染區(qū)域已經(jīng)基本連成一片（van Donkelaar et al，2010）。其次，我國以煤為主的能源結構沒有發(fā)生根本性變化（國家統(tǒng)計局能源統(tǒng)計司，2011），而機動車的保有量又在持續(xù)增加，多種高濃度的污染物被集中排放到大氣中，通過復雜的光化學反應最終形成一次排放和二次轉化污染物并存的復合型污染（吳兌，2012）。長期暴露在這種高濃度空氣污染物中會對人體健康產(chǎn)生嚴重影響（Fannet al，2012；Correia et al，2013）。2013年10月，世界衛(wèi)生組織（WHO）下屬國際癌癥研究機構（IARC）正式確認室外空氣污染為一級致癌物。而近期研究結果顯示：全球范圍內室外空氣污染每年會造成330萬人過早死亡，其中僅中國每年就分別有140萬人口因室外空氣污染而早亡（Lelieveld et al，2015）。因此，如何減緩、防治和應對灰霾天氣已經(jīng)成為當前我國各級政府和社會公眾普遍關注的重要問題。

然而，由于灰霾天氣的形成和持續(xù)受到污染物構成、非均相化學反應過程和氣象條件等多方面因素的影響（張小曳等，2013），我國的灰霾成因極其復雜，且存在明顯的時空差異（王自發(fā)等，2014；Zhang and Cao，2015）。生物質燃燒作為我國空氣污染的重要來源之一， 尤其是在春耕、夏收、秋收等時期對于污染物排放有著不容忽視的貢獻（Zheng et al，2005；Yang et al，2008；Huang et al，2012）。Cheng et al（2014）基于WRF/CMAQ模式模擬了2011年夏收期間長江三角洲地區(qū)生物質燃燒對于該區(qū)域空氣污染的貢獻，結果表明生物質燃燒對于PM2.5的貢獻高達37%。近期， Long et al（2016）利用WRF-Chem模式模擬了2014年10月初秸稈燃燒對于華北地區(qū)空氣污染的影響，研究發(fā)現(xiàn)華北地區(qū)南部的秸稈燃燒不僅會使當?shù)氐腜M2.5增加35%，在南風的作用下，該區(qū)域高濃度的大氣污染物還會輸送到華北地區(qū)北部，使其PM2.5的濃度增加32%。除了高濃度的污染物排放以外，氣象條件對于空氣污染的形成也有著重要作用。Liu et al（2013）研究發(fā)現(xiàn)：穩(wěn)定的地面反氣旋天氣系統(tǒng)和不斷降低的邊界層高度等氣象條件可能是區(qū)域空氣污染形成和發(fā)展的關鍵性因素。國慶節(jié)作為我國的法定假期之一，是人們出行的高峰期，又恰逢秋收秋種黃金期，大氣污染物的排放在該段時間會有顯著增加（Huang et al，2012）。一旦氣象條件不佳，高濃度的污染物排放和不利的氣象條件綜合作用下很容易出現(xiàn)嚴重空氣污染事件。2015年國慶長假期間：我國華北中南部、黃淮中東部、陜西關中、東北地區(qū)中南部出現(xiàn)中度霾，局地重度霾，部分地區(qū)出現(xiàn)重度污染至嚴重污染；東北、華北東部、四川盆地東部等地甚至出現(xiàn)能見度不足1千米的情況。本文基于我國31個省會城市283個環(huán)境監(jiān)測站的實時觀測數(shù)據(jù)（AQI、PM10、PM2.5、SO2、 NO2、O3和CO），分析了2015年國慶期間我國空氣污染的基本特征，并結合衛(wèi)星和氣象數(shù)據(jù)對其成因進行了探討。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 地面環(huán)境監(jiān)測站點數(shù)據(jù)

2012年2月，國務院常務會議上正式通過新的 《環(huán)境空氣質量標準》（GB 3095—2012），首次把細顆粒物（PM2.5）和臭氧寫入“國標”，納入各省市強制監(jiān)測范疇，并規(guī)定了相應濃度限值。會議要求2013年在113個環(huán)境保護重點城市和國家環(huán)境保護模范城市開展監(jiān)測，同步對外發(fā)布各站點污染物濃度和環(huán)境空氣質量指數(shù)AQI（Air Quality Index）數(shù)據(jù)；2015年覆蓋所有地級以上城市；2016年在全國正式實施新的空氣質量標準。與此同時，環(huán)境保護部發(fā)布了國家環(huán)境保護標準《環(huán)境空氣質量指數(shù)技術規(guī)定（HJ 633—2012）（試行）》，該標準規(guī)定了環(huán)境空氣質量指數(shù)AQI的分級方案、計算方法等；參與空氣質量評價的主要污染物除了原有的二氧化硫（SO2）、氮氧化物（如NO2）和大氣可吸入顆粒物（PM10）以外，還增加了一氧化碳（CO）、臭氧（O3）和PM2.5。本文基于我國31個省會城市（不含臺北、香港和澳門，見圖1）的283個環(huán)境監(jiān)測站數(shù)據(jù)，通過在城市尺度上取平均，分析了我國2015年國慶期間（10月1—10日）AQI和主要污染物的變化特征。

1.2 衛(wèi)星數(shù)據(jù)及氣象場數(shù)據(jù)

地面環(huán)境監(jiān)測站能夠全天候直接獲取污染物的地表濃度，并準確捕捉到其時間變化規(guī)律；但是由于儀器成本和設施維護等方面的限制，地面觀測站點在空間覆蓋上還存在很大局限性。為了彌補地面觀測的不足，本文采用了搭載于Terra衛(wèi)星上的中分辨率成像儀MODIS （Moderate-resolution Imaging Spectro-radiometer）觀測資料，包括氣溶膠光學厚度AOD（Aerosol Optical Depth）（Kaufman et al，1997）、RGB真彩圖像（Tao et al，2012）和火點分布（Justice et al，2002）。由于氣象條件在我國灰霾事件的形成和發(fā)展中起著重要作用（張人禾等，2014），本文利用歐洲中期天氣預報中心ECMWF地表海平面氣壓場和850 hpa高度（約1.5 km）的風場數(shù)據(jù)（0.5°分辨率），結合衛(wèi)星影像及火點分布，對本次污染事件的成因進行了討論。

2 結果與討論

2.1 國慶期間我國空氣污染的空間分布特征

為了獲取國慶期間我國空氣污染的總體特征，本文綜合采用氣溶膠衛(wèi)星遙感產(chǎn)品和地基空氣質量監(jiān)測網(wǎng)數(shù)據(jù)。首先，本節(jié)基于MODIS/Terra Level 2 AOD產(chǎn)品（分辨率為10 km， https:// ladsweb.nascom.nasa.gov/index.html），計算得到我國2015年10月1 — 7日期間AOD的空間分布（圖1a）。如圖所示，AOD的高值區(qū)主要集中在我國華北、東北、華東北部及華南地區(qū)。圖1b則給出了該段時間我國31個省會城市的平均AQI分布。比較兩圖可以發(fā)現(xiàn)，AOD和AQI的高值區(qū)分布大體一致，主要集中在華北和華東北部地區(qū)。值得注意的是在東北、華南和西北地區(qū)，兩者區(qū)別較大。我國東北和華南地區(qū)的AQI數(shù)值相對較低，但是相應的AOD卻相對比較高；西北地區(qū)則相反：較高的AQI對應的AOD卻不高。這種區(qū)別可能是由兩者物理含義的不同造成的。AOD表征的是整個大氣柱內顆粒物的消光效應；除了地表顆粒物濃度以外，它還跟其垂直分布、相對濕度等氣象要素有關（Wang and Christopher，2003）。而AQI則由地表首要污染物（顆粒物或者污染氣體）濃度直接換算得到，是地表污染物濃度的直接反映。在本文的研究時段，我國絕大多數(shù)地區(qū)的首要污染物都是顆粒物（約占89%，其中有近60%的情況為PM10），因此圖1b中的AQI主要表征的是地表顆粒物的濃度。周順武等（2015）研究發(fā)現(xiàn)我國相對濕度呈現(xiàn)“南北高，中間低”的空間分布特征，因此考慮到顆粒物的吸濕增長，同等濃度的地表顆粒物在我國南方和北方可能會造成更為顯著的消光效應，即具有相對較高的AOD。而西北地區(qū)較低的AOD可能跟MODIS反演算法中的暗背景假設有關。西北地區(qū)的地表反射率較高，可能會影響到MODIS氣溶膠產(chǎn)品在該區(qū)域的反演精度。此外，由于MODIS只能在無云條件下獲取其過境時刻的氣溶膠信息，而AQI則是基于各個站點小時AQI值在24小時內求得的平均數(shù)值，反映的是近地面顆粒物的日均濃度，這可能也會使得兩者最終的結果存在差異。

圖1 2015年國慶期間（10月1 — 7日）我國MODIS/Terra氣溶膠光學厚度（a:AOD）及31個省會城市的平均空氣質量（b:AQI）分布Fig.1 MODIS/Terra AOD (a) and averaged AQI (b) over 31 provincial capital cities over China from Oct.1 — 7,2015

2.2 國慶期間我國不同區(qū)域AQI的時間變化

根據(jù)所處地理位置，大致把31個省級行政區(qū)（不含港澳臺）分為華東-華中（EC-CC）、華北-東北（NC-NEC）、華南-西南（SC-SWC）和西北（NWC）四部分，并在圖2給出了城市的劃分細節(jié)和相應各區(qū)域AQI的日變化。由圖可知，總的看來華東-華中區(qū)域和華北-東北區(qū)域在國慶期間（10月1—7日）都經(jīng)歷了輕度（100 ＜ AQI ＜ 150）到嚴重（AQI ＞ 300）的空氣污染；而華南-西南地區(qū)除了成都（四川?。┮酝猓渌》莩鞘械钠骄諝赓|量均比較良好（AQI ＜100）。進一步比較華東-華中地區(qū)和華北-東北地區(qū)可以發(fā)現(xiàn)，前者的空氣污染大多集中在國慶前期，即4日以前；而華北-東北地區(qū)除了太原市以外，污染則大多出現(xiàn)在4日以后。10月5日、6日和7日，北京甚至出現(xiàn)了連續(xù)三天污染程度都在重度以上（AQI ＞ 250）的情況。西北地區(qū)的污染特征與其他三區(qū)區(qū)別較大。蘭州、銀川和西寧在國慶期間污染程度起伏不明顯，且空氣質量大多處于良好狀態(tài)；而西安和烏魯木齊則出現(xiàn)了輕度到重度的空氣污染，其中烏魯木齊的空氣質量變化與其他城市區(qū)別較大。為了進一步獲取我國不同區(qū)域國慶期間的空氣污染特征，并探討其成因，根據(jù)不同城市AQI變化曲線在四大分區(qū)中選取了幾個污染程度較為嚴重的城市（北京、天津、濟南、鄭州、合肥、成都、西安和烏魯木齊），并在下文中針對其主要污染物組分進行詳細分析。

圖2 2015年10月1—10日我國31個省會城市AQI日變化特征Fig.2 Daily Variation of AQI over 31 cities in China from Oct.1 to Oct.10 of 2015

2.3 不同城市國慶期間主要污染物濃度的變化

基于環(huán)境監(jiān)測站觀測資料，把八個城市范圍內所有站點獲取的主要污染物（PM2.5、PM10、SO2、NO2、O3和CO）逐時濃度做平均，得到相應的小時濃度值；再在24小時內取平均，最終得到該城市主要污染物的日均濃度。圖3給出的是2015年10月1—10日期間八個城市主要污染物濃度的日變化。

由圖可知：（1）在所有城市中，PM2.5和PM10基本呈現(xiàn)比較一致的變化趨勢，但是兩者之間的比值（PM2.5/PM10）卻存在明顯的日變化。以北京為例，10月1—3日，PM2.5/PM10基本維持在0.5以下，相對較粗的顆粒（PM10— PM2.5）占主導；而10月4日開始，細顆粒物PM2.5開始逐漸占據(jù)絕對主導，其中10月5日PM2.5/PM10高達0.9。此外，PM2.5和PM10的濃度及兩者之間的比值存在明顯的空間差異?？偟膩碚f，北京的PM2.5、PM10及兩者之間的比值都比較高，說明國慶期間北京的污染程度最為嚴重，且主要由細顆粒物主導。而在烏魯木齊和西安，PM2.5濃度和兩者之間的比值都相對較低，但是PM10濃度比較高，說明這兩個城市的空氣污染主要是由粗顆粒主導的。（2）在所有城市中，NO2和CO的變化趨勢都比較一致，這主要是由于NO2和CO都主要由燃燒過程排放，如化石燃料的燃燒（汽車尾氣）和秸稈燃燒等（王自發(fā)等，2014）。（3）SO2濃度的日變化趨勢與NO2和CO比較相似，但是濃度相對較低，尤其是在北京。這可能跟近年來北京壓減燃煤工作（如“煤改電”、“清潔燃燒”和“去煤化”等政策的實行）取得顯著成效有關。（4）與其他污染物相比，O3的變化趨勢較為復雜。對于北京、天津和濟南三個城市來說，O3的變化基本與其他污染氣體同步；而在其他城市，O3則與NO2和CO等氣體呈現(xiàn)相反的趨勢。這主要是由于O3為其前體物NO、NO2和CO等在太陽輻射的作用下經(jīng)過光化學反應生成的二次污染物，其濃度與NO、NO2和CO等的濃度及其配比，以及輻射強度等諸多因素有關（李凌霜和趙景波，2015）。八個城市主要污染物在國慶期間的平均濃度見表1。

圖3 2015年10月1—10日我國八個城市主要污染物的日變化特征Fig.3 Daily variations of the major pollutants over eight cities in China from Oct.1 to Oct.10 of 2015

表1 八個城市國慶期間主要污染物的平均濃度及標準偏差（10月1—7日）Tab.1 Averaged concentrations of the major pollutants （Mean ± Stand deviation）over eight cities during the National Holidays (Oct.1—7)

2.4 2015國慶期間我國城市空氣污染成因分析

大氣污染產(chǎn)生的前提無疑是大氣中污染物的一次排放及二次轉化；而大氣污染的形成區(qū)域以及污染程度則與氣象條件密切相關（穆穆和張人禾，2014）。不僅如此，大氣中氣體污染物的氣-固轉化過程在很大程度上依賴于氣象條件，氣象-污染雙向反饋對于重污染的形成也有重要貢獻（王自發(fā)等，2014）。因此，在較短時期內，大氣污染的背景排放強度可認為大致穩(wěn)定，此時影響大氣污染程度的主要因素應該是氣象條件和一些非常態(tài)的自然或者人類活動，比如火山爆發(fā)、沙塵暴或者季節(jié)性的秸稈燃燒等。本文的研究時段為2015年國慶期間，國慶節(jié)作為我國的法定長假之一，也是民眾出行的高峰期。據(jù)報道，僅北京市在2015年國慶期間就接待了1100萬游客。如此規(guī)模的人類活動可能會在一定程度上增加整個城市的交通污染源排放，進而影響城市空氣質量。此類因素之外，本文主要結合衛(wèi)星影像、地表天氣形勢圖ECMWF風場從秸稈燃燒和氣象條件兩個方面來對本次污染事件的成因展開討論。

由MODIS/Terra真彩圖和火點分布（圖4）可以看出，10月1日除了陜西以外，其他地區(qū)沒有出現(xiàn)明顯污染（真彩圖上表現(xiàn)為灰色的區(qū)域）；但是河南和山東境內出現(xiàn)大片密集火點，尤其是河南，境內可見明顯煙羽。而西安市該日上午9時、10時、11時等多個時段的AQI均高達500，屬于嚴重污染等級，首要污染物為PM10。據(jù)報道，此次嚴重污染主要是由甘肅、寧夏部分地區(qū)的沙塵自西北向東南方向傳輸所致。2日開始，我國華東和華中地區(qū)開始出現(xiàn)明顯污染，并逐漸向華北蔓延，并一直維持、發(fā)展，直到8日開始消散。這一趨勢與本文在上兩節(jié)獲取的污染特征基本一致。而火點的分布也不僅局限于河南和山東地區(qū)，華北和東北地區(qū)也相繼出現(xiàn)。這與我國秋收秋種時節(jié)大規(guī)模的秸稈燃燒有關。需要指出的是，此處火點的分布僅是在Terra衛(wèi)星過境時刻（上午10:30左右）探測所得，并不能完全反映國慶期間我國的秸稈燃燒規(guī)模。再加上云層的干擾，勢必有相當一部分火點沒有被衛(wèi)星探測到。因此，實際上秸稈燃燒排放對于污染形成的作用可能更為明顯。

結合圖5給出的國慶期間地面天氣形勢圖可知，10月1日，華北地區(qū)處于高壓系統(tǒng)的移動路徑上，當?shù)嘏欧诺奈廴疚飼桓邏合到y(tǒng)清除；而河南和山東地區(qū)則被高壓中心控制，下沉氣流使得該區(qū)域秸稈燃燒排放的污染物不能有效擴散，從而在當?shù)乩鄯e形成污染。2日之后高壓開始減弱，并于3日在華東地區(qū)出現(xiàn)一個較弱的低壓中心，華中和華東地區(qū)風向轉為南風，把該區(qū)域的污染物向北輸送至華北地區(qū)。4日，弱低壓進一步移動至華北地區(qū)，該區(qū)域風速較小，且濕度大，污染擴散條件不利，造成污染物的快速積累和轉化。5、6兩日，華北地區(qū)逐漸被一弱高壓控制，污染繼續(xù)積累；直至7日，西北地區(qū)的強高壓攜冷空氣把污染吹散。

圖4 2015年10月1— 8日期間我國MODIS/Terra RGB真彩圖像及火點分布Fig.4 MODIS/Terra RGB true color images and fi re maps over China from Oct.1 to Oct.8

圖5 2015年10月1—8日我國地面天氣形勢圖（地方時14:00）Fig.5 Synoptic maps at 14:00 (Local time) over China from Oct.1 to Oct.8

為了進一步分析氣象條件在本次污染事件中的作用，本文分析了2015年10月1—8日我國31個省會城市的首要污染物，分析表明在本文的研究時段我國絕大部分區(qū)域的首要污染物都是顆粒物，其中PM10占59%，PM2.5占30%。因此選取PM10作為該段時間的代表性污染物，對900多個地面站點的實測PM10濃度進行了插值處理，得到國慶期間我國PM10的空間分布，并結合ECMWF 850 hpa的數(shù)據(jù)分析了風場在該污染事件中的作用（圖6）。需要指出的是，由于站點分布的不均勻性，插值區(qū)域主要覆蓋在我國中、東部的絕大部分地區(qū)。

圖6 2015年10月1 — 8日（a — h）我國PM10空間分布及相應的風場變化Fig.6 Evolutions of PM10 spatial distribution and the wind fi elds from ECMWF from Oct.1 to 8 (a—h)

如圖6所示，10月1日，PM10濃度高值區(qū)主要分布在陜西、寧夏、甘肅及內蒙古地區(qū)，由上文的分析可知，這主要是由寧夏、甘肅等地區(qū)的沙塵向陜西方向輸送導致；而風場數(shù)據(jù)顯示當天的主導風向為西北風，風速高達10 m · s?1以上，與上文的分析非常一致。10月2 — 3日，我國華東及華中地區(qū)（河南、山東等省份）開始出現(xiàn)污染，并逐漸增強；10月4 — 7日，華東-華北地區(qū)的盛行風向以南風為主，華東的污染逐漸向華北方向輸送，PM10高值區(qū)也從華東轉移到了華北地區(qū)；10月8日，華北-華東地區(qū)風向轉為偏北風，結合圖5可知，在西北方向冷高壓的作用下，空氣污染物開始被清除，該區(qū)域的污染程度大幅度降低。

由上可知，本次區(qū)域性污染事件，除了本地固有的背景排放貢獻以外，還受到季節(jié)性生物質燃燒、區(qū)域性的污染物輸送及相對穩(wěn)定的高壓天氣系統(tǒng)等因素的共同作用。

3 結論

本文基于我國31個城市283個環(huán)境監(jiān)測站點的數(shù)據(jù)，分析了2015年國慶期間出現(xiàn)的一次區(qū)域性空氣污染事件的時空變化特征，并結合衛(wèi)星數(shù)據(jù)和天氣形勢圖對其成因進行了討論。主要結論如下：

（1）2015年國慶期間我國出現(xiàn)的空氣污染事件具有明顯的區(qū)域性，華北、華東、東北、西北及西南地區(qū)均出現(xiàn)了不同程度的空氣污染，部分地區(qū)達到了嚴重污染等級。從時間上來看，華中和華東地區(qū)的污染要先于華北和東北地區(qū)。

（2）不同城市的主要污染物具有顯著的時間及空間差異。除西安和烏魯木齊以外，其他城市的顆粒物污染主要由細顆粒物主導。NO2、CO和SO2的變化趨勢基本一致， O3的變化規(guī)律則較為復雜。在北京、天津和濟南三個城市，O3的變化基本與其他污染氣體同步；而在其他城市，O3則與NO2和CO等氣體呈現(xiàn)相反的趨勢。

（3）除本地背景排放源以外，我國秋季的秸稈燃燒、區(qū)域性的污染物輸送和不利的氣象條件是造成我國2015年國慶期間華東及華北地區(qū)污染事件的主要因素。

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Characteristics and formation mechanism of a heavy air pollution episode over Chinese cities during the National Day holiday in 2015

SU Xiaoli1,2,FENG Tian1,2,3,CAO Junji1,2,4
1.Key Laboratory of Aerosol Chemistry amp; Physics,Institute of Earth Environment,Chinese Academy of Sciences,Xi’an 710061,China
2.State Key Laboratory of Loess and Quaternary Geology,Institute of Earth Environment,Chinese Academy of Sciences,Xi’an 710061,China
3.School of Human Settlements and Civil Engineering,Xi’an Jiaotong University,Xi’an 710049,China
4.Institute of Global Environmental Change,Xi’an Jiaotong University,Xi’an 710049,China

Background,aim,and scopeAir pollution is increasingly becoming the focus of government and citizen concern around the globe,especially over China during recent years.Due to the travel peak and straw burning after autumn harvest in China,extreme haze often appears in the seven-day National Day holiday and offers an opportunity to study the effects of human activities on air quality.In order to characterize a heavy air pollution episode and investigate its formation mechanism,hourly concentrations of gaseous pollutants and PM (particulate matter) derived from national environmental monitoring network were collected and analyzedover China during the National Day holiday in 2015,combining the satellite observations and Synoptic maps.Materials and methodsHourly concentrations of gaseous pollutants and PM (particulate matter) were derived from Oct.1 to Oct.10,2015 at 283 stations over 31 provincial capital cities (except Taipei,Hong Kong and Macau).Based on the spatial and temporal variability of Air Quality Index (AQI) in four regions,eight typical cities were selected and daily variation in major air pollutants were analyzed.To investigate the major causes of the air pollution event,AOD and true color images of the Moderate Resolution Spectroradiometer (MODIS) aboard the Terra spacecraft were studied combing with meteorological datasets from the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF).ResultsThe results showed that:(1) The regional air pollution event fi rstly appeared in the East China and Central China,and then transported to the North China and became the heaviest there.Note that there were also a heavy air pollution observed on Oct.1st in Xi’an,which were contributed by transported dust pollution from the northwest,but cleared away on Oct.2nd due to the strong wind.(2) The dominance of particle pollutant varied in different cities.For example,fi ne particles dominated most of the particle pollution over Beijing and Tianjin,while the coarse mode particles were often dominant over Xi’an and Urumqi.(3) Spatial variability in gaseous pollutants evolutions were very signi fi cant.NO2,CO and SO2followed the similar trend,while O3only varied following other gaseous pollutants over Beijing,Tianjin and Jinan.For other cities,O3varied in the opposite trend.(4) According to the satellite observations and the evolution of synoptic situations,biomass burning in the autumn of China and the unfavorable meteorological conditions were the major causes of this heavy air pollution event over most areas of China,while dust transport played a leading role in the air pollution over the Northwest China (Xi’an).DiscussionBased on comprehensive analyses on in situ measurements,satellite observations and synoptic situations,we identi fi ed the important contribution of the biomass burning (straw burning) to the autumn haze of China,especially in stagnant meteorological conditions,although crop straw burning has been banned in most regions of China before several years.Our study suggested that the present agricultural burning policy in China required some improvement to effectively reduce air pollution during harvest or other active burning periods.ConclusionsThe intense emission from straw burning during harvest seasons was liable to cause heavy regional air pollution once the meteorological condition was unfavorable.The combination of ground-based air quality monitoring network and satellite remote sensing,as well as meteorological measurements offers an effective tool to monitor and characterize regional air pollution.Recommendations and perspectivesOur study demonstrated that human activity,such as biomass burning,has significant effects on air quality,especially in stagnant meteorological conditions.Consequently,air pollution would probably be controlled and mitigated under a supervision of the forecast results about atmospheric diffusion condition from the meteorological of fi ce.

National Natural Science Foundation of China (41505032)

SU Xiaoli,E-mail:suxl@ieecas.cn

air pollution; temporal and spatial variation; criteria pollutants; formation mechanism

2016-10-25；錄用日期2016-12-20

Received Date:2016-10-25;Accepted Date2016-12-20

國家自然科學基金項目（41505032）

蘇小莉，E-mail:suxl@ieecas.cn

蘇小莉,馮 添, 曹軍驥.2017.2015年國慶期間我國城市空氣污染特征及成因分析[J].地球環(huán)境學報,8(1):25 – 36.

: SU X L,Feng T,Cao J J.2017.Characteristics and formation mechanism of a heavy air pollution episode over Chinese cities during the National Holidays in 2015 [J].Journal of Earth Environment,8(1):25 – 36.]

10.7515/JEE201701004