韓愛梅

(太原市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，山西 太原 030002)

1 污染過程分析

2017年11月25日至28日，太原市AQI、PM2.5和PM10的時(shí)間序列見圖1。由圖1可知，AQI、PM2.5和PM10的變化趨勢(shì)基本一致，AQI從11月26日下午15:00開始逐漸增長(zhǎng)到11月27日11:00達(dá)到中度污染，中度污染持續(xù)4 h后進(jìn)入重度污染，重度污染一直持續(xù)17 h，到11月28日上午9:00結(jié)束，重污染期間AQI最高值達(dá)到270。同時(shí)，PM2.5和PM10小時(shí)均值均達(dá)到最高，分別為220 μg/m3和385 μg/m3。從PM2.5與PM10比值來(lái)看，在整個(gè)污染過程期間，PM2.5與PM10的比值均小于0.6，在重污染期間，PM2.5與PM10平均比值為0.58，25日至28日的平均值PM2.5與PM10為0.41，說(shuō)明空氣中仍然以粗顆粒為主，揚(yáng)塵可能是太原市主要的污染源之一[1-2]。

氣態(tài)污染物的質(zhì)量濃度隨時(shí)間的變化曲線見圖2。由圖2可知，CO和SO2變化趨勢(shì)保持高度一致性，在中度和重度污染期間CO和SO2都表現(xiàn)出較高的濃度值，尤其重污染前期出現(xiàn)一個(gè)比較高SO2峰值質(zhì)量濃度高達(dá)203 μg/m3，但是在重污染加重的過程中SO2濃度逐漸降低，可能是重污染期間受溫度、濕度的影響二氧化硫轉(zhuǎn)化為硫酸鹽顆粒的速度加快[3-4]。

圖1 空氣質(zhì)量及顆粒物濃度時(shí)間序列圖

圖2 空氣質(zhì)量及氣態(tài)污染物質(zhì)量濃度時(shí)間序列圖

各站點(diǎn)PM10和PM2.5的變化特征基本一致，晉源站的PM10和PM2.5質(zhì)量濃度高于其他站點(diǎn)，但是，粗顆粒物(PM10～2.5)晉源點(diǎn)位仍然比較高，因此，加強(qiáng)對(duì)晉源區(qū)周邊區(qū)域道路揚(yáng)塵和企業(yè)運(yùn)輸揚(yáng)塵的管控。從SO2、NO2和CO的濃度序列分析可知，小店區(qū)和塢城區(qū)的SO2濃度較高，一方面，加強(qiáng)周圍工業(yè)污染源排查，挖掘減排潛力。另一方面，小店區(qū)站點(diǎn)較高SO2排放濃度的原因是否是仍然存在民用煤的使用。

從128個(gè)微觀站PM2.5的空間分布可以看出，太原市城區(qū)污染較重的區(qū)域?yàn)樾〉陞^(qū)和晉源區(qū)，尖草坪區(qū)也有一定的污染，小店區(qū)與晉中市接壤，而晉源區(qū)與與呂梁市的部分區(qū)縣相鄰，一方面是受本地源排放的影響，另一方面外來(lái)傳輸也對(duì)當(dāng)?shù)氐目諝赓|(zhì)量有一定的貢獻(xiàn)。而尖草坪區(qū)目前有兩家高耗能、高污染企業(yè)。

2 污染成因分析

2.1 天氣形勢(shì)的演變

11月25日，白天受低壓控制，偏南風(fēng)，夜間有弱冷空氣，全天污染物擴(kuò)散條件較差，太原市空氣質(zhì)量為3級(jí)輕度污染；11月26日，白天受弱冷空氣影響，污染物擴(kuò)散條件略有好轉(zhuǎn)，夜間再次轉(zhuǎn)差，太原市空氣質(zhì)量為2級(jí)良；11月27日，全天氣壓場(chǎng)弱，屬靜穩(wěn)天氣，污染物擴(kuò)散條件差，同時(shí)，濕度較大，一方面，促進(jìn)硫酸鹽、硝酸鹽和銨鹽的二次轉(zhuǎn)化，另一方面，細(xì)微顆粒物的吸濕增長(zhǎng)，進(jìn)一步增加細(xì)顆粒物的濃度，因此，太原市空氣質(zhì)量為4級(jí)中度污染；11月28日0時(shí)至8時(shí)受均壓場(chǎng)控制，風(fēng)力弱，不利于污染物擴(kuò)散，0時(shí)至9時(shí)太原市AQI為231，屬于五級(jí)重度污染。但9時(shí)后受冷空氣影響，有4級(jí)～5級(jí)西北風(fēng)，污染物濃度很快回落。太原市空氣質(zhì)量為3級(jí)輕度污染。

2.2 氣象因素分析

2017年11月25日00:00至28日23:00太原市氣象觀測(cè)站風(fēng)向、風(fēng)速、溫度和相對(duì)濕度逐時(shí)的變化曲線圖如圖3、圖4。由圖3、圖4可知，與非重污染時(shí)段相比，重污染期間(27日13:00到28日2:00)氣象特征表現(xiàn)為：風(fēng)速較小，重污染時(shí)段平均風(fēng)速為0.92 m/s，主要以西南風(fēng)為主，大氣擴(kuò)散能力弱，有利于地面局地污染物的累積，非重污染時(shí)段平均風(fēng)速為1.61 m/s，而且以西北風(fēng)為主，有利于太原市污染物的擴(kuò)散，所以，每次西北風(fēng)過后太原市的空氣質(zhì)量指數(shù)都有不同程度的降低。重污染期間相對(duì)濕度較高，平均濕度為72.44%，非重污染時(shí)段平均濕度為40.65%，且相對(duì)濕度和溫度有明顯的晝夜循環(huán)，較大的濕度有利于二次粒子的轉(zhuǎn)化，容易造成顆粒物的吸濕性增長(zhǎng)和積累。氣壓較弱，重污染期間平均壓力為3.3 kPa，非重污染時(shí)段平均壓力為93.291 kPa。且重污染時(shí)段氣壓波動(dòng)幅度較小。

圖3 11月25日至28日的天氣形勢(shì)變化

圖4 11月25日至28日氣象參數(shù)的時(shí)間序列圖

2.3 雷達(dá)觀測(cè)結(jié)果分析

由圖5可知，11月25日凌晨開始至中午，雷達(dá)退偏比顯示高空存在粗顆粒物氣溶膠團(tuán)過境，消光系數(shù)顯示近地面細(xì)顆粒物持續(xù)積累，再加上邊界層在400 m左右，擴(kuò)散條件較差。11月25日中午至26日凌晨，退偏比顯示高空粗顆粒物沉降至近地面，同時(shí)局部產(chǎn)生揚(yáng)塵污染，污染物主要為粗顆粒物，邊界層高度維持在1 200 m以上，擴(kuò)散條件較好，預(yù)計(jì)為風(fēng)力較強(qiáng)導(dǎo)致。11月26日上午，邊界層短暫降低至400 m，之后很快抬升，雷達(dá)消光系數(shù)顯示，近地面有少量細(xì)顆粒物積累，但很快擴(kuò)散。11月26日晚間開始，邊界層高度在500 m左右起伏，擴(kuò)散條件持續(xù)較差，消光系數(shù)顯示，近地面細(xì)顆粒物逐漸積累，退偏比顯示污染物主要為細(xì)顆粒物；27日上午，雷達(dá)監(jiān)測(cè)到高空出現(xiàn)細(xì)顆粒物傳輸，并沉降至近地面，導(dǎo)致污染進(jìn)一步加重。

圖5 消光系數(shù)、退偏比及邊界層高度逐時(shí)變化情況

2.4 氣流后向軌跡分析

根據(jù)后向圖6，太原市污染期間主要受西南方氣團(tuán)的影響，25日12時(shí)，氣團(tuán)軌跡傳輸高度較高，最高在2 000 m左右，26日6:00下降到500 m左右，一直持續(xù)到27日12時(shí)。在此期間，污染物開始積累，直到28號(hào)2:00達(dá)到最大值。

2.5 SPAMS在線源解析

監(jiān)測(cè)時(shí)間從11月25日01時(shí)至11月28日08時(shí)，具有粒徑信息的顆粒為1 298 366個(gè)，有正負(fù)質(zhì)譜圖的顆粒為487 683個(gè)。按照空氣質(zhì)量級(jí)別將11月25日01時(shí)至28日08時(shí)分為4個(gè)時(shí)間段，如圖7所示。時(shí)段1(輕度污染)中燃煤、工藝工業(yè)、機(jī)動(dòng)車尾氣占比排名前三名，分別為37.37%、18.76%、15.75%。時(shí)段2(優(yōu)良)至?xí)r段4(重度污染)的變化過程中，燃煤、機(jī)動(dòng)車尾氣、二次無(wú)機(jī)源呈逐步上升的趨勢(shì)，三者的變化范圍分別為31.99%～35.05%、13.57%～19.21%、10.18%～15.32%。生物質(zhì)燃燒、工藝工業(yè)、其他占比都呈下降的趨勢(shì)，揚(yáng)塵源占比比較穩(wěn)定。本次污染過程主要是由燃煤源、機(jī)動(dòng)車尾氣、二次無(wú)機(jī)源的占比上升所致。

圖6 后向軌跡變化趨勢(shì)

圖7 11月25至28日08時(shí)不同時(shí)段污染源貢獻(xiàn)率變化

3 結(jié)論

對(duì)本次重度污染過程進(jìn)行多元分析發(fā)現(xiàn)：

1) 從氣象角度來(lái)看，11月27日，全天氣壓場(chǎng)弱，屬靜穩(wěn)天氣，不利于污染物水平擴(kuò)散，同時(shí)，邊界層高度降低，污染物垂直方向的擴(kuò)散也受到限制；

2) 從雷達(dá)觀測(cè)結(jié)果來(lái)看，本次重污染過程中受本地積累和外來(lái)傳輸沉降雙重影響；

3) 從后向軌跡圖來(lái)看，太原市重污染期間主要受西南方向氣團(tuán)的影響，可見，太原市這次重污染過程除由不利氣象條件導(dǎo)致的本地積累外，還受到來(lái)自太原市西南方向燃煤和工業(yè)污染的影響。