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| 把脈大氣重污染 大氣攻關(guān)項目為環(huán)境決策提供科學(xué)支撐 |
| （時間:2019-4-15 11:12:42） |
“我們建立了國內(nèi)最大的天地一體化觀測網(wǎng)，其中依托中國環(huán)境監(jiān)測總站和環(huán)科院，建立了京津冀地區(qū)組分觀測網(wǎng)和雷達(dá)監(jiān)測網(wǎng)；依托北京大學(xué)和環(huán)科院，開展了京津冀大氣綜合觀測實驗，首次在4個超級觀測站上對大氣氧化性-新粒子生成-顆粒物增長和消光特性等關(guān)鍵參數(shù)開展了同步觀測研究。”大氣攻關(guān)項目專家、北京大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院研究員陸克定說。
從2017年10月開始，到現(xiàn)在短短一年多，大氣攻關(guān)項目組的專家們深入一線調(diào)研，針對當(dāng)前大氣重污染成因研究碎片化和認(rèn)識片面化的問題，以重污染發(fā)生-演變-消散全過程的核心科學(xué)問題為導(dǎo)向，采用閉合研究的技術(shù)思路，開展邊界層氣象和大氣化學(xué)過程天地空一體化同步立體綜合觀測實驗，構(gòu)建基于觀測的模型、近真實條件下煙霧箱模擬和空氣質(zhì)量模型相互印證的方法體系，強化硫-氮-碳污染物轉(zhuǎn)化機制及高濕富氨條件下二次顆粒物形成機制的研究，定量解析污染排放、氣象過程和化學(xué)轉(zhuǎn)化對重污染過程的影響，提出我國大氣重污染成因的耦合新機制及參數(shù)化方案，形成具有共識性的科學(xué)結(jié)論，構(gòu)建持續(xù)開展重污染過程全方位監(jiān)控和來源成因診斷的業(yè)務(wù)化能力，為環(huán)境管理部門綜合決策提供科學(xué)支撐。
摸清“2+26”城市大氣污染特征
2018年，山西、陜西、河北、湖北、重慶、內(nèi)蒙古、四川等地區(qū)對水泥行業(yè)實施夏季錯峰生產(chǎn)。以山西省為例，通過2018年錯峰生產(chǎn)，全省減少水泥熟料產(chǎn)量390.9萬噸，減少燃煤消耗45萬噸(折標(biāo)煤)，減少CO2排放338.1萬噸，減少SO2排放120噸，減少NOx排放4340噸，減少粉塵排放720噸，減少熟料庫存約400萬噸，減少企業(yè)流動資金占用約6億元。
在這些地區(qū)實行水泥行業(yè)錯峰生產(chǎn)的舉措并不是無的放矢，而是基于大氣攻關(guān)項目的研究成果。哪些地區(qū)需要對水泥進(jìn)行錯峰生產(chǎn)，哪些地區(qū)需要加大淘汰鋼鐵落后產(chǎn)能力度，環(huán)保措施在大氣攻關(guān)項目的支持下，有了更為清晰和明確的目的。
基于手工觀測數(shù)據(jù)，大氣攻關(guān)項目對京津冀及周邊地區(qū)秋冬季顆粒物化學(xué)組分的空間分布開展了定量研究。陸克定介紹說，“2+26”城市的硫酸鹽濃度范圍在3.98μg/m3~17.52μg/m3，濃度最低的是北京市，濃度最高的是晉城，除了北京、天津、廊坊、滄州和唐山，其他23個城市的濃度均超過10.0μg/m3。濃度較高的城市是鶴壁、焦作、晉城，分別為16.73μg/m3，17.42μg/m3，17.52μg/m3。“2+26”城市的有機物濃度范圍在17.17μg/m3~351.54μg/m3，濃度最低的是天津，濃度最高的是保定。除了北京和天津，其他26個城市的濃度均在20.0μg/m3以上，只有保定超過了50.0μg/m3，達(dá)到了最高值51.54μg/m3。
“這說明，京津冀大氣PM2.5主要來自二次轉(zhuǎn)化及機動車和燃煤一次排放，在區(qū)域?qū)用嫔瞎I(yè)排放對PM2.5的貢獻(xiàn)仍然比較顯著。”陸克定解釋說。
發(fā)現(xiàn)主要大氣輸送通道
陸克定介紹說，立體監(jiān)測網(wǎng)從2017年10月下旬至目前，觀測到主要的輸送過程以太行山輸送帶為主。
“北京地區(qū)除本地排放在區(qū)域逆溫等不利擴散條件下的累積外，系統(tǒng)性的偏南風(fēng)導(dǎo)致的外來污染輸送也是污染形成的主要原因。”陸克定解釋說，污染物主要在太行山山前的城市帶上形成堆積和輸送，輸送通道上各城市顆粒物污染發(fā)生有明顯先后順序，上風(fēng)向城市污染狀況對下風(fēng)向城市空氣質(zhì)量有明顯影響。與2016年同期相比，污染輸送總量和峰值有明顯降低。2017~2018年度秋冬季，幾次污染形成初期，京津冀地區(qū)均主要以偏南風(fēng)（西南風(fēng)或南風(fēng)）為主，風(fēng)速較低，并且存在明顯的邊界層降低和逆溫現(xiàn)象。
針對與京津冀冬季顆粒物污染有密切聯(lián)系的大地形和氣象條件的綜合影響問題，大氣攻關(guān)項目發(fā)現(xiàn)此區(qū)域大氣顆粒物污染受我國青藏高原大地形影響，其大氣擴散條件存在“先天不足”。這一地區(qū)易受到大地形“背風(fēng)坡”效應(yīng)所導(dǎo)致的下沉氣流和“弱風(fēng)效應(yīng)”的影響。
2017~2018年秋冬季北京地區(qū)氣溫相對于氣候平均狀態(tài)總體偏低，且低于其南部地區(qū)，京津冀地區(qū)相對于氣候平均狀態(tài)為低槽控制，高度場負(fù)距平，冷空氣活躍，京津冀地區(qū)相對于氣候平均狀態(tài)為異常偏北風(fēng)控制。“上述氣象條件是2017~2018冬季空氣質(zhì)量改善的外部條件。”陸克定告訴記者。
切斷污染輸送的通道
很多人發(fā)現(xiàn)，從2017年年底開始，重污染預(yù)警的天數(shù)明顯減少。像以前持續(xù)一周重污染的情況幾乎沒有再出現(xiàn)，污染團(tuán)的轉(zhuǎn)移也很少出現(xiàn)。切斷污染輸送通道，才能降低重污染發(fā)生的頻率，減少大氣重污染持續(xù)時間。
在我國現(xiàn)有污染物排放量大的內(nèi)因條件下，京津冀區(qū)域冬季相隔一段時間就會出現(xiàn)的PM2.5重污染過程是在不利氣象條件出現(xiàn)的背景下形成的；當(dāng)PM2.5污染累積到一定程度，會使邊界層氣象條件進(jìn)一步惡化，不利氣象條件與PM2.5質(zhì)量濃度在數(shù)小時或十幾小時內(nèi)至少上升一倍的“爆發(fā)性增長”之間存在“雙向反饋”的相互促進(jìn)機制，不利氣象條件的反饋作用控制了PM2.5濃度的“爆發(fā)性增長”量：在北京體現(xiàn)為南風(fēng)輸送污染物到兩面環(huán)山的北京地區(qū)累積。
“當(dāng)PM2.5污染累積到一定程度會顯著改變邊界層結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致逆溫、低層增濕、湍流下降、邊界層高度下降到300 m甚至更低，使污染物在更貼近地面、更小范圍內(nèi)混合，這種邊界層氣象條件進(jìn)一步轉(zhuǎn)差的反饋作用導(dǎo)致了PM2.5在數(shù)小時或十幾小時內(nèi)質(zhì)量濃度至少上升一倍爆發(fā)性增長現(xiàn)象。”陸克定告訴記者，這種現(xiàn)象受不利氣象條件與累積到一定程度PM2.5污染之間“雙向反饋”機制控制。
在2013年以來冬季持續(xù)時間超過3天的絕大多數(shù)重污染過程中，這種“雙向反饋”的機制被發(fā)現(xiàn)普遍存在。陸克定介紹說，2017年11月~2018年2月京津冀出現(xiàn)的5次持續(xù)性重污染過程中，有4次存在這種“雙向反饋”機制。有一次因PM2.5沒有累積到足以顯著改變邊界層結(jié)構(gòu)的門檻條件，南風(fēng)的輸送控制了PM2.5的上升。這表明將PM2.5污染在冬季大幅削減、使之達(dá)不到觸發(fā)“雙向反饋”機制的濃度，會大幅減少持續(xù)性重污染過程；同時表明即使在有利氣象條件下，也不宜無限制地允許污染排放，因為當(dāng)污染累積到一定程度后會顯著改變邊界層氣象條件，“關(guān)閉”污染擴散的“氣象通道”。
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