毛敏娟, 胡德云

1.浙江省氣象科學(xué)研究所， 浙江 杭州 310008 2.浙江省杭州市氣象局， 浙江 杭州 310058

杭州G20峰會(huì)空氣污染控制狀況評(píng)估

毛敏娟1, 胡德云2

1.浙江省氣象科學(xué)研究所， 浙江 杭州 310008 2.浙江省杭州市氣象局， 浙江 杭州 310058

為了實(shí)現(xiàn)杭州G20峰會(huì)(二十國(guó)集團(tuán)財(cái)長(zhǎng)和央行行長(zhǎng)會(huì)議)期間的環(huán)境空氣質(zhì)量目標(biāo)，2016年初開始長(zhǎng)江三角洲地區(qū)尤其是浙江省加快推進(jìn)大氣污染防治行動(dòng)，分區(qū)分時(shí)間節(jié)點(diǎn)實(shí)施多種污染控制措施. 為了評(píng)估這些措施實(shí)施成效，利用WRF-Chem (Weather Research and Forecasting Model Coupled to Chemistry)模式對(duì)2015—2016年浙江省AQI(air quality index)、PM2.5、SO2等污染物濃度觀測(cè)資料進(jìn)行了模擬計(jì)算及分析. 結(jié)果表明: ①模擬計(jì)算顯示，G20峰會(huì)期間各污控措施減排效果明顯，核心區(qū)減排比例最大，嚴(yán)控區(qū)次之，管控區(qū)最小，4種污染物濃度減排比例從大到小順序依次是SO2、PM2.5、NOx和VOCs. ②觀測(cè)資料分析顯示，G20峰會(huì)期間浙江省環(huán)境空氣質(zhì)量明顯改善，但不同控制區(qū)改善狀況不盡相同. 與2015年9月、2016年8月相比，2016年9月核心區(qū)月均AQI的降幅約為35和25；嚴(yán)控區(qū)次之，AQI降幅約為20和15；管控區(qū)最弱，AQI降幅約為8和5.ρ(PM2.5)情況與AQI相似，觀測(cè)結(jié)果與模擬計(jì)算一致. ③G20峰會(huì)期間日均AQI及各種污染物濃度振蕩下降，9月5日降至最低值.9月4—5日杭州市和浙江省日均AQI分別為90、62和77、51，均在GB 3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值以下；日均ρ(PM2.5)分別為37、35 μgm3和20、21 μgm3，優(yōu)于GB 3095—2012二級(jí)標(biāo)準(zhǔn). ④污控措施改變了大氣中的首要污染物. 以杭州市為例，2016年6—8月沒有出現(xiàn)以PM2.5為首要污染物的污染天氣情況；7—9月沒有出現(xiàn)以NO2為首要污染物的污染天氣情況，2015僅8月出現(xiàn)這種情況，10月出現(xiàn)躍升，日數(shù)占比高達(dá)60%左右；從4月開始以O(shè)3為首要污染物的日數(shù)占比較往年呈更快的增長(zhǎng)狀態(tài)，7月出現(xiàn)最大值，并呈現(xiàn)與往年雙峰型不同的單峰型結(jié)構(gòu). 研究顯示，除有利氣象條件外，對(duì)污染源所采取的嚴(yán)格控制措施是杭州G20峰會(huì)取得良好效果的主要原因.

杭州G20峰會(huì)； 污染控制措施； WRF-Chem模式； AQI；ρ(PM2.5)

社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展意味著城市化進(jìn)程的加快. 2015年我國(guó)的城市化率已達(dá)到56.1%[1]. 《2013年中國(guó)城市發(fā)展報(bào)告》指出，到2050年我國(guó)城市化率將達(dá)到75%. 城市發(fā)展的同時(shí)，也會(huì)帶來一系列的環(huán)境問題，包括城市氣候效應(yīng)[2-4]、能源需求增長(zhǎng)[5]、碳存儲(chǔ)變化[6]、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力下降[7]等，其中城市氣候效應(yīng)表現(xiàn)為城市近地面風(fēng)速下降、溫度升高、大氣相對(duì)濕度降低等[8]，能源需求增長(zhǎng)則會(huì)增加NOx、CO、VOCs(volatile organic compounds，揮發(fā)性有機(jī)物)等諸多污染物的排放，由此導(dǎo)致大氣污染越來越嚴(yán)重[9-24].

長(zhǎng)三角是城市化快速發(fā)展地區(qū)，其南冀的浙江省也不例外. 浙江省經(jīng)濟(jì)發(fā)展在全國(guó)名列前茅，汽車保有量位列全國(guó)前列，杭州市人均汽車保有量更是位列全國(guó)城市第一[1]. 多元化的排放來源造就了浙江省復(fù)合性的大氣污染特點(diǎn)[25-26]，霾已經(jīng)成為常態(tài)性天氣現(xiàn)象. 以2015年為例，全省年均霾天氣達(dá)到53 d，在杭州、溫州一些城市甚至達(dá)到全年日數(shù)的一半及以上. 因此，2015年末在土耳其安塔利亞確定第十一次G20峰會(huì)于2016年9月4—5日在中國(guó)浙江省杭州市舉辦后，如何保障會(huì)期的環(huán)境空氣質(zhì)量成為迫切需要解決的問題.

杭州G20峰會(huì)期間要求的空氣質(zhì)量目標(biāo)是杭州市達(dá)到GB 3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，PM2.5(細(xì)顆粒物)指標(biāo)日均值優(yōu)于GB 3095—2012二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，浙江省達(dá)到GB 3095—2012二級(jí)標(biāo)準(zhǔn). 為確保達(dá)標(biāo)，自2016年初開始，除在長(zhǎng)三角地區(qū)加快推進(jìn)《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》中的相關(guān)內(nèi)容，浙江省政府?dāng)y同環(huán)境保護(hù)相關(guān)部門還將這一地區(qū)劃分為核心區(qū)、嚴(yán)控區(qū)、管控區(qū)等，實(shí)施不同的G20峰會(huì)污染控制措施[27-28].

該研究利用WRF-Chem模式計(jì)算了管控措施后不同控制區(qū)污染物排放量及減排比例，再結(jié)合2015—2016年大氣成分實(shí)時(shí)觀測(cè)資料，分析G20峰會(huì)前后各種大氣污染物濃度及首要污染物實(shí)際變化；結(jié)合同步氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)，研究不同控制措施對(duì)浙江省及杭州市環(huán)境空氣質(zhì)量的影響，以期為環(huán)境空氣質(zhì)量的改善及其他重要事務(wù)的環(huán)境空氣質(zhì)量保障提供參考.

1 材料與方法

1.1 杭州G20峰會(huì)環(huán)境空氣質(zhì)量保障措施簡(jiǎn)介

雖然G20峰會(huì)期間環(huán)境空氣質(zhì)量目標(biāo)的針對(duì)區(qū)域是杭州市和浙江省，但環(huán)境空氣質(zhì)量從來不是單個(gè)城市或單個(gè)地區(qū)的問題. 同時(shí)，由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)30多年的非可持續(xù)性發(fā)展，給環(huán)境空氣質(zhì)量留下了許多歷史性問題，要解決絕不是一蹴而就的事情. 為保障G20峰會(huì)期間杭州市和浙江省環(huán)境空氣質(zhì)量，除需要整個(gè)長(zhǎng)三角地區(qū)的協(xié)同配合外，還需要提前開展大氣污染防治行動(dòng). 為此，浙江省政府?dāng)y同環(huán)境保護(hù)部門制定了《G20峰會(huì)環(huán)境空氣質(zhì)量保障方案》(簡(jiǎn)稱“方案”)，周邊地區(qū)根據(jù)總方案，分別制定了《G20峰會(huì)長(zhǎng)三角及周邊地區(qū)協(xié)作環(huán)境空氣質(zhì)量保障方案》、《G20峰會(huì)浙江省環(huán)境空氣質(zhì)量保障分方案》等. 根據(jù)長(zhǎng)三角及浙江省保障方案，從2016年初開始重點(diǎn)加快推進(jìn)污染物主要排放源的治理工作，主要包括黃標(biāo)車和老舊車輛淘汰、電力行業(yè)排放控制、揮發(fā)性有機(jī)物治理和鋼鐵、水泥、石化、玻璃等重點(diǎn)行業(yè)的污染治理，以及建設(shè)綠色港口等，該研究將其稱為G20峰會(huì)前期空氣質(zhì)量保障階段.2016年8月下旬—9月上旬，進(jìn)入會(huì)期保障階段，以主場(chǎng)館為中心50、100、300 km為參考半徑劃分核心區(qū)、嚴(yán)控區(qū)、管控區(qū)，不同控制區(qū)在不同時(shí)間節(jié)點(diǎn)分別開啟企業(yè)停業(yè)、工地停業(yè)、汽車單雙號(hào)限行等減排措施. 對(duì)達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)(按照《關(guān)于印發(fā)煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃(2014—2020)的通知》)(發(fā)改能源〔2014〕2093號(hào))的電廠優(yōu)先發(fā)電，對(duì)僅達(dá)到火電廠燃煤機(jī)組特別排放限值的電廠，核心區(qū)限產(chǎn)50%，嚴(yán)控區(qū)限產(chǎn)30%，管控區(qū)力爭(zhēng)限產(chǎn)30%，對(duì)未達(dá)到特別排放限值的電廠，核心區(qū)全部停廠，嚴(yán)控區(qū)限產(chǎn)50%，管控區(qū)力爭(zhēng)限產(chǎn)50%. 對(duì)廢氣排放來說，核心區(qū)除與城市日常生活必需的排放企業(yè)外，全部停廠，嚴(yán)控區(qū)水泥、有色金屬冶煉、化纖及有揮發(fā)性有機(jī)物產(chǎn)生的化工企業(yè)全部停產(chǎn)，其他按排放減少50%以上的要求排定一批停廠、限產(chǎn)企業(yè)，管控區(qū)按排放減少30%～50%的要求排定一批停產(chǎn)、限產(chǎn)企業(yè). 此外，8月28日—9月6日期間浙江省地級(jí)市實(shí)行機(jī)動(dòng)車單雙號(hào)限行、8月26日—9月6日核心區(qū)和嚴(yán)控區(qū)浙江省轄范圍內(nèi)建筑工地、拆除工地全部停工. 應(yīng)急時(shí)，核心區(qū)、嚴(yán)控區(qū)落實(shí)應(yīng)急保障措施，在杭州市上風(fēng)向傳輸通道的管控區(qū)落實(shí)高架源等管控措施. 杭州G20峰會(huì)期間環(huán)境空氣質(zhì)量保障控制區(qū)劃分如圖1所示.

圖1 杭州G20峰會(huì)環(huán)境空氣質(zhì)量保障控制區(qū)劃分Fig.1 Division of air quality control areas during the Hangzhou G20 Summit

1.2 數(shù)據(jù)來源

長(zhǎng)三角地區(qū)SO2、NOx、VOCs和PM2.54種污染物管控措施后不同控制區(qū)排放量及減排比例的模擬計(jì)算結(jié)果為利用WRF-Chem模式計(jì)算獲得.

目前，浙江省范圍內(nèi)進(jìn)行大氣成分觀測(cè)的站點(diǎn)有160個(gè)左右，開展的主要觀測(cè)內(nèi)容包括GB 3095—2012中涉及的6類大氣污染成分，杭州主城區(qū)站點(diǎn)同時(shí)也開展VOCs等的觀測(cè)，該研究所用大氣污染成分觀測(cè)數(shù)據(jù)包括2015—2016年浙江省所有大氣成分觀測(cè)站點(diǎn)的PM10、PM2.5、SO2、NOx、NO2、CO及O3等小時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)，浙江省相應(yīng)數(shù)據(jù)是所有站點(diǎn)的平均結(jié)果. 國(guó)際上通用的用來評(píng)價(jià)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的AQI是將PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO及O3等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)按照統(tǒng)一規(guī)定的計(jì)算方法處理后，變成一種簡(jiǎn)潔而易被理解的參數(shù)[29].

為了保證觀測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性，大氣成分觀測(cè)均采用獲得US EPA認(rèn)可的儀器. 為了確保數(shù)據(jù)的可比性，不同站點(diǎn)采用相同型號(hào)的觀測(cè)儀器. 大氣顆粒物質(zhì)量監(jiān)測(cè)為Thermo Electron公司生產(chǎn)的TEOM 1400顆粒物在線監(jiān)測(cè)儀〔TEOM(Tapered Element Oscillating Microbalanc，錐形元件振蕩微天平)為石英錐形管，可換式濾膜置于按自然振蕩頻率的錐形管頂端，而振蕩頻率取決于濾膜的質(zhì)量〕. 根據(jù)質(zhì)量和頻率間的相關(guān)變化，可以計(jì)算出濾膜上所累計(jì)顆粒物的質(zhì)量. TEOM可實(shí)現(xiàn)對(duì)PM10、PM2.5及PM1的連續(xù)實(shí)時(shí)在線測(cè)量，測(cè)量精度為±1.5 μgm3(小時(shí)平均質(zhì)量濃度). SO2、NOx、CO及O3的測(cè)量則采用相同公司的MODEL系列熒光、吸收等分析儀，同樣可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)實(shí)時(shí)的在線測(cè)量.

氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)包括2015—2016年浙江省所有常規(guī)氣象站的地面氣象要素如氣溫、降水量、相對(duì)濕度、風(fēng)速以及云量、日照時(shí)數(shù)、氣溫日較差、蒸發(fā)量等小時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù). 針對(duì)杭州市，利用探空數(shù)據(jù)可以獲得靜力能量等參數(shù)，這些參數(shù)主要用于判斷大氣層結(jié)穩(wěn)定性.

2 結(jié)果與討論

2.1 杭州G20污染控制措施減排成效

以1.1節(jié)中的污染物控制措施為基礎(chǔ)，設(shè)置相應(yīng)的減排情景，如表1所示. 根據(jù)表1中的減排情景，利用US NCAR研制的空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)和評(píng)估模式——WRF-Chem模式，對(duì)核心區(qū)、嚴(yán)控區(qū)和管控區(qū)的污染物排放進(jìn)行模擬，獲得控制措施后SO2、NOx、VOCs和PM2.54種污染物的排放總量和減排比例，如表2所示. 由表2可見，污染控制措施減排效果明顯，總體來說核心區(qū)減排比例最大，嚴(yán)控區(qū)次之，管控區(qū)最小，這是和各區(qū)控制措施的力度相對(duì)應(yīng)的. 控制措施后，4種污染物的減排比例從大到小順序依次是SO2、PM2.5、NOx和VOCs，其中NOx和VOCs的減排比例非常接近.

2.2 杭州G20峰會(huì)空氣質(zhì)量總體改變情況

上述控制措施減排成效是模式計(jì)算結(jié)果，受實(shí)時(shí)氣象條件、措施實(shí)施到位程度等因素的影響，實(shí)際空氣質(zhì)量狀況與模式計(jì)算結(jié)果也可能存在不一致性. 2015年9月、2016年8—9月浙江省月均AQI分布及2015、2016年1—10月月均AQI變化如圖2所示. 由圖2可見，2015年9月AQI最大，2016年8月次之，同年9月則最小，說明G20峰會(huì)期間空氣質(zhì)量得到明顯改善. 雖然各月AQI指數(shù)總體都呈杭州、湖州、紹興、寧波等浙北地區(qū)較大，麗水等西南地區(qū)較小的特點(diǎn)，但不同地區(qū)改善狀況不盡相同. 與2015年9月和2016年8月相比，2016年9月杭州、湖州、紹興城市等地AQI下降最明顯，平均降幅分別達(dá)到35和25左右，金衢盆地等地平均降幅分別為20和15左右，臺(tái)州南部、溫州地區(qū)以及麗水部分地區(qū)降幅分別為8和5左右，溫州個(gè)別地點(diǎn)甚至出現(xiàn)略微上升的情況. 可見，空氣質(zhì)量改善與污染控制措施之間存在良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，控制力度最強(qiáng)的核心區(qū)改善最好，嚴(yán)控區(qū)次之，管控區(qū)最小，這與模式計(jì)算的減排結(jié)果相一致.

表1 長(zhǎng)三角各污染源減排情景設(shè)置

表2 控制措施后SO2、NOx、VOCs和PM2.5 4種污染物排放總量和減排比例

圖2 浙江省2015年9月、2016年8—9月月均AQI分布圖及2015、2016年1—10月月均AQI指數(shù)變化曲線Fig.2 The distributions of monthly average AQI in September 2015, August and September 2016 and the time series of monthly average AQI from January to October in 2015 and 2016 in Zhejiang

當(dāng)然，僅從污染物質(zhì)量濃度變化與控制措施在落區(qū)上的一致性，還不能完全確定控制措施的成效，因?yàn)檫@也可能是氣象條件影響所致. 氣象條件對(duì)空氣質(zhì)量的影響主要通過大氣污染物擴(kuò)散、沉降及化學(xué)自凈3種方式實(shí)現(xiàn)，其中擴(kuò)散和沉降為主要方式，影響它們的主要?dú)庀笠胤謩e是風(fēng)速和降水. 該研究利用浙江省常規(guī)站氣象觀測(cè)資料，著重分析了與2016年8月相比，同年9月風(fēng)速和降水量的變化情況(見圖3). 從圖3可以看到，浙江省舟山、臺(tái)州及溫州等沿海地區(qū)2016年9月風(fēng)速較8月有所增大，諸暨及江山等周邊小范圍基本不變，其他大部分地區(qū)風(fēng)速均變小，說明除東南沿海地區(qū)外，浙江省其他地區(qū)9月的風(fēng)場(chǎng)與8月相比不利于污染物的擴(kuò)散. 降水變化分布圖則表明，浙江省9月降水量明顯增多，其中寧波、溫州地區(qū)增幅最大，臺(tái)州、紹興東部、金華東南部、麗水南部及湖州次之，杭州、衢州、紹興北部則增幅最小. 風(fēng)速和降水量增大分別有利于大氣污染物的擴(kuò)散和沉降，但事實(shí)是9月空氣質(zhì)量改善最大的核心區(qū)風(fēng)速基本不變或變小，降水量增幅也最小，而空氣質(zhì)量改善最小的溫州等管控區(qū)風(fēng)速和降水量增幅都最大. 這一結(jié)果說明，2016年9月浙江省氣象條件改善落區(qū)與實(shí)際空氣質(zhì)量改善落區(qū)存在很大差別，甚至可以說是完全錯(cuò)開，這有力證明了2016年9月空氣質(zhì)量改善是污染控制措施實(shí)施的結(jié)果.

圖3 浙江省2016年9月相較于8月風(fēng)速和降水量的變化情況Fig.3 The variations of monthly average wind speed and precipitation in September and August 2016 in Zhejiang

由圖2也可以看到，2015、2016年1—10月AQI指數(shù)呈相似下降趨勢(shì)，除3月外，2016年AQI較2015同期小.2016年3月較上年同期平均風(fēng)速更小、降水量較少，不利于大氣污染物擴(kuò)散和沉降，所以AQI指數(shù)相對(duì)較高.

2015年9月、2016年8—9月ρ(PM2.5)的分布特征(圖略)與AQI相似，也是核心區(qū)下降最明顯，嚴(yán)控區(qū)次之，管控區(qū)最小，其中2015年9月ρ(PM2.5)最大，2016年8月次之，9月值最小. 浙江省2015、2016年1—10月ρ(PM2.5)月均值變化情況如圖4所示.從圖4可以看到，2015年和2016年ρ(PM2.5)呈相似下降趨勢(shì)，除3月外，2016年ρ(PM2.5)皆小于2015年相應(yīng)月份.

圖4 浙江省2015、2016年1—10月月均ρ(PM2.5)的變化情況Fig.4 The time series of monthly average PM2.5 concentration from January to October in 2015 and 2016 in Zhejiang

2.3 G20峰會(huì)期間空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)情況

前期保障措施為G20峰會(huì)空氣質(zhì)量提供了良好基礎(chǔ)，但會(huì)期空氣質(zhì)量仍需進(jìn)一步確認(rèn).2016年8月21日—9月10日期間杭州市和浙江省日均AQI指數(shù)和ρ(PM2.5)的變化情況如圖5所示. 從圖5(a)可以看到，自2016年8月21日開始，杭州市和浙江省日均AQI振蕩下降，杭州市下降速率大于浙江省，9月5日降到最小，9月7日后，隨著控制措施的取消，AQI出現(xiàn)較大幅度上升. G20峰會(huì)召開的9月4—5日，杭州市和浙江省日均AQI分別為90、62和77、51，都達(dá)到了GB 3095—2012二級(jí)標(biāo)準(zhǔn).

圖5(b)中杭州市和浙江省日均ρ(PM2.5)變化與AQI有所不同，9月1日前出現(xiàn)較明顯增大趨勢(shì).9月 1日之后，ρ(PM2.5)開始下降，9月5日降到最低，9月4—5日其值分別為37、35 μgm3和20、21 μgm3，均優(yōu)于GB 3095—2012二級(jí)標(biāo)準(zhǔn).ρ(PM2.5)表現(xiàn)出的變化特征，究其原因: ①其包含的主要成分來自于二次氣溶膠，工地不是其主要來源[30]，因此工地停業(yè)等對(duì)其影響不明顯，而8月28日車量單雙號(hào)限行減少的NOx等排放，要體現(xiàn)對(duì)二次氣溶膠的影響需要一定的“馳豫”時(shí)間；②二次氣溶膠濃度受氣象條件的直接影響[25]. 由圖6可見，2016年8月21日—9月10日期間，靜力能量變化平緩，相對(duì)濕度明顯下降，風(fēng)速則是8月28日之前下降顯著，8月28日—9月1日變化平緩，可見9月1日前的氣象條件不利于空氣質(zhì)量的改善，所以盡管8月下旬會(huì)期污染控制措施已經(jīng)實(shí)施，但ρ(PM2.5)變化并不明顯.9月5日，靜力能量、相對(duì)濕度都達(dá)到了最大值，風(fēng)速快速增加，氣溫處于低谷，氣象條件有利于空氣質(zhì)量改善.

圖5 2016年8月21日—9月10日杭州市和浙江省日均AQI和ρ(PM2.5)的變化情況Fig.5 The time series of daily average AQI and PM2.5 concentration from August 21st to September 10th in 2016 in Hangzhou and Zhejiang

圖6 2016年8月21日—9月10日日均靜力能量、風(fēng)速、相對(duì)濕度及氣溫的變化情況Fig.6 The time series of daily average convective energy,wind speed,relative humidity and air temperature from August 21st to September 10th in 2016

2.4 G20峰會(huì)前后大氣污染物濃度變化狀況

G20峰會(huì)空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)的對(duì)象是AQI和日均ρ(PM2.5)，考慮到AQI由6種大氣成分計(jì)算獲得及PM2.5中二次氣溶膠以SO2、NO2等為前體物，因此，AQI和ρ(PM2.5)改變的根源是其他大氣污染物濃度變化的結(jié)果. 對(duì)這些大氣污染物濃度變化展開分析，可以評(píng)估它們對(duì)污染控制措施的響應(yīng)，為以后的類似事件提供參考.

大氣中CO含量很少、變化起伏小，目前尚沒有作為首要污染物出現(xiàn)過，同時(shí)考慮到觀測(cè)資料的質(zhì)量需要進(jìn)一步論證，因此該研究對(duì)其不做討論.2015年、2016年1—10月杭州市和浙江省月均ρ(PM10)、ρ(SO2)、ρ(NO2)及ρ(O3)變化情況如圖7所示，從圖7中可以看到: ①?gòu)?016年4月開始，杭州市和浙江省月均ρ(SO2)及ρ(NO2)較2015年相應(yīng)月份低，ρ(PM10)變化并不明顯，而ρ(O3)則較高；②與2015年最低值出現(xiàn)在7月不同，2016年月均ρ(PM10)、ρ(SO2)和ρ(NO2)的最低值均出現(xiàn)在8月；③杭州市月均ρ(NO2)、ρ(PM10)及ρ(O3)總體高于全省平均水平，ρ(SO2)則低于全省平均水平；④ρ(NO2)與ρ(O3)的變化存在一定的反相位特征，當(dāng)ρ(NO2)處于低值時(shí)，ρ(O3)一般較高，但并不嚴(yán)格對(duì)應(yīng). 究其原因，G20峰會(huì)前期污染控制措施主要利于SO2、NOx、PM2.5及VOCs的減排，根據(jù)長(zhǎng)三角地區(qū)ρ(O3)的變化特點(diǎn)[31]，當(dāng)ρ(NOx)和ρ(VOCs)都變小時(shí)，ρ(O3)變大. PM10主要來源是揚(yáng)塵等一次性排放，前期污染控制措施對(duì)其影響不大. 進(jìn)入會(huì)期保障階段，大型企業(yè)停工進(jìn)一步有利于NOx、SO2的減排，工地停業(yè)主要有利于PM10減排，汽車限行主要有利于NO2減排，因此8月ρ(SO2)、ρ(NO2)和ρ(PM10)最低. 受汽車保有量更大、城市工地?fù)P塵更嚴(yán)重的影響，杭州市ρ(NO2)、ρ(PM10)一般較浙江省平均值大，但8月ρ(PM10)基本相同，ρ(NO2)也非常接近，說明會(huì)期污染控制措施發(fā)揮作用.

圖7 2015、2016年1—10月杭州市和浙江省月均ρ(PM10)、ρ(SO2)、ρ(NO2)及ρ(O3)變化曲線Fig.7 The time series of monthly average concentration of PM10,SO2,NO2 and O3 from January in 2015 to October in 2016 in Hangzhou and Zhejiang

圖8 2016年8月21日—9月10日杭州市和浙江省日均ρ(PM10)、ρ(SO2)、ρ(NO2)及ρ(O3)的變化Fig.8 The time series of daily average concentration of PM10,SO2,NO2 and O3 from August 21st to September 10th in 2016 in Hangzhou and Zhejiang

2016年8月21日—9月10日杭州市和浙江省日均ρ(PM10)、ρ(NO2)、ρ(SO2)及ρ(O3)的變化情況如圖8所示，從圖8中可以看到，與ρ(PM2.5)一致，日均ρ(PM10)、ρ(NO2)及ρ(SO2)在9月5日出現(xiàn)最低值，而且杭州市和浙江省ρ(PM10)、ρ(NO2)大小關(guān)系出現(xiàn)反轉(zhuǎn)，這是因?yàn)闀?huì)期工地停工、機(jī)動(dòng)車單雙號(hào)限行針對(duì)核心區(qū)及杭州市區(qū)，因此會(huì)期杭州市ρ(PM10)和ρ(NO2)都有明顯下降，從而出現(xiàn)其值小于浙江省平均結(jié)果的情況.9月7日后，隨著工地作業(yè)恢復(fù)及機(jī)動(dòng)車限行措施取消，又恢復(fù)杭州市ρ(PM10)、ρ(NO2)高于浙江省平均值的情況，9日甚至出現(xiàn)了大躍升.

污染控制措施對(duì)首要污染物影響明顯. 對(duì)于浙江省來說，PM10、SO2及CO成為首要污染物的可能性很低甚至沒有，所以該研究?jī)H給出了杭州市2015年、2016年1—10月以PM2.5、NO2和O3為首要污染物的日數(shù)占當(dāng)月有效觀測(cè)日數(shù)的比值(簡(jiǎn)稱“日數(shù)占比”). 從圖9可以看到，與2015年相比，2016年1—3月以PM2.5為首要污染物的日數(shù)占比有所增長(zhǎng)，3—4月甚至大于2015年同期，5月開始低于2015年同期，6—8月則沒有出現(xiàn)以其為首要污染物的情況，9月與2015年同期持平.2016年1月以NO2為首要污染物的日數(shù)占比大于2015年同期，2—4月低于2015年同期，5—6月略大于2015年同期，7—9月沒有出現(xiàn)以其為首要污染物的情況，而2015年僅有8月為這種情況，10月出現(xiàn)一個(gè)明顯躍升，日數(shù)占比達(dá)到60%左右. 以O(shè)3為首要污染物的日數(shù)占比變化情況與NO2及PM2.5相反，1—3月沒有出現(xiàn)以其為首要污染物的日數(shù)，4月開始呈快速增長(zhǎng)狀態(tài)，7月出現(xiàn)最大值. 與2015年以前年份4月或5月及9月出現(xiàn)的雙峰結(jié)構(gòu)不同，2016年變成以7月為峰值的單峰型結(jié)構(gòu).

圖9 杭州市2015年、2016年1—10月以PM2.5、NO2和O3為首要污染物的日數(shù)占比Fig.9 The day percentages of primary pollutants for PM2.5,NO2 and O3 from January to October in 2015 and 2016 in Hangzhou

3 結(jié)論

a) 根據(jù)設(shè)置的減排情景，用WRF-Chem空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)和評(píng)估模式計(jì)算可知，杭州G20峰會(huì)污染控制措施減排效果明顯，總體來說核心區(qū)減排比例最大，嚴(yán)控區(qū)次之，管控區(qū)最小，4種污染物減排比例從大到小順序依次是SO2、PM2.5、NOx和VOCs.

b) 實(shí)時(shí)觀測(cè)資料分析表明，污染控制措施對(duì)浙江省空氣質(zhì)量改善的實(shí)際成效明顯，與模式計(jì)算減排結(jié)果一致. 與2015年9月、2016年8月相比，G20峰會(huì)召開當(dāng)月，核心區(qū)月均AQI下降35和25左右，嚴(yán)控區(qū)下降20和15左右，管控區(qū)下降8和5左右，對(duì)ρ(PM2.5)的控制成效也是核心區(qū)最明顯，嚴(yán)控區(qū)次之. 2015年、2016年1—10月月均AQI和ρ(PM2.5)的對(duì)比分析表明，G20峰會(huì)前期黃標(biāo)車和老舊車輛淘汰等保障措施在空氣污染控制中發(fā)揮了作用，為會(huì)期空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)建立了良好的基礎(chǔ).

c) G20峰會(huì)期間大型企業(yè)停工進(jìn)一步有利于NOx、SO2減排，工地停業(yè)主要有利于PM10減排，汽車限行主要有利于NO2減排，因此這些污染物濃度于G20峰會(huì)召開期間達(dá)到最低.9月4—5日杭州市和浙江省日均AQI分別為90、62和77、51，皆達(dá)到GB 3095—2012二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，ρ(PM2.5)分別為37、35 μgm3和20、21 μgm3，均優(yōu)于GB 3095—2012二級(jí)標(biāo)準(zhǔn).

d) 污染控制措施對(duì)首要污染物影響明顯. 從2016年5月開始，以PM2.5為首要污染物的日數(shù)占比較2015年同期低，6—8月沒有出現(xiàn)以其為首要污染物的情況，9月與2015年同期持平.2016年7—9月沒有出現(xiàn)以NO2為首要污染物的情況，而2015年僅8月為如此，10月出現(xiàn)大的躍升，達(dá)到60%左右. 以O(shè)3為首要污染物的日數(shù)占比變化情況與NO2及PM2.5相反，從4月開始快速增長(zhǎng)，7月出現(xiàn)最大值，與往年4月或5月、9月出現(xiàn)的雙峰結(jié)構(gòu)不同，2016年變成了以7月為峰值的單峰型結(jié)構(gòu).

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EvaluationoftheAirPollutionControloverZhejiangProvinceduringtheG20SummitinHangzhou

MAO Minjuan1, HU Deyun2

1.Zhejiang Institute of Meteorology Science, Hangzhou 310008, China2.Hangzhou Meteorological Bureau, Hangzhou 310058, China

In order to evaluate the effects of pollution control measures executed during the G20 Summit in Hangzhou, data from the numerical simulation of the WRF-Chem model and observations of AQI, PM2.5, SO2and others were analyzed. The results indicated: (1) The data of numerical simulation indicated that the pollution control measures induced obvious emissions reductions. The greatest proportion of pollutant reductions was in the core area, the second was in the strict control area and the last was in the normal control area. The levels of pollutant reductions were in the order (biggest to smallest): SO2, PM2.5, NOxand VOCs. (2) According to the observational data, the air quality in Zhejiang Province was improved obviously, but with different levels in different control areas, during the G20 Summit in Hangzhou. Compared to the AQI in September 2015 and August 2016, the AQI in September 2016 in the core area was decreased by about 35 and 25, respectively, while the decreases in the strict control area were about 20 and 15, and the decreases in the normal control area were about 8 and 5. The distributions of PM2.5concentration showed the same change characteristics as AQI, and thus the actual observations were in agreement with the simulation results. (3) During the G20 Summit in Hangzhou, the daily AQI and pollutant concentrations decreased and reached the lowest values on September 5thin Hangzhou City and Zhejiang Province. From September 4thto 5th, the daily AQIs in Hangzhou City and Zhejiang Province were 90, 62 and 77, 51, reaching the national secondary standard, and the daily average PM2.5concentrations were 37, 35 μgm3and 20, 21 μgm3, respectively, which were superior to the national secondary standard. (4) Pollution control measures changed the characteristics of primary pollutants. In Hangzhou, there were no daily proportions of primary pollutants for PM2.5from June to August 2016. The daily proportions of primary pollutants for NO2declined to zero from July to September 2016 and then greatly increased to 60% in October. The daily proportions of primary pollutants for O3appeared to quickly rise beginning in April 2016, and then reached the maximum in July. Its change trend presented a unimodal type which was totally different from the bimodal type in the past years. Besides advantageous meteorological conditions, pollution control measures were the key factor for achieving good air quality during the G20 Summit in Hangzhou.

G20 Summit in Hangzhou; pollution control measures; WRF-Chem model; air quality index; PM2.5concentration

2017-05-10

2017-08-02

國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(41475134)；浙江省公益性社會(huì)發(fā)展重點(diǎn)項(xiàng)目(2014C23004);浙江省公益性社會(huì)發(fā)展重大項(xiàng)目(2014C03025)

毛敏娟(1971-)，女，浙江衢州人，高級(jí)工程師，博士，主要從事大氣遙感探測(cè)、大氣邊界層科學(xué)研究，mayammj@mail.ustc.edu.cn.

毛敏娟,胡德云.杭州G20峰會(huì)空氣污染控制狀況評(píng)估[J].環(huán)境科學(xué)研究,2017,30(12):1822-1831.

MAO Minjuan,HU Deyun.Evaluation of the air pollution control over Zhejiang Province during the G20 Summit in Hangzhou[J].Research of Environmental Sciences,2017,30(12):1822-1831.

X513

1001-6929(2017)12-1822-10

A

10.13198j.issn.1001-6929.2017.03.15