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2019年1月10-14日京津冀及周边地区重污染过程分析

发布人:   承德环保             发布时间:   2019-01-15

1月13日是中国农历的“腊八”,京津冀及周边地区空气中的“厚重感”也在腊八前夕登峰造极,“2+26”城市出现了一轮区域性重污染过程,区域北部的污染程度相对较重。国家大气污染防治攻关联合中心及时组织来自中国环境科学研究院、中国环境监测总站、国家气象中心、北京大学、清华大学、北京市环境保护监测中心等单位的专家会商,对本次污染的成因进行解读。

  1. 总体情况

  本次污染过程为2019年以来最为严重的一次,在全国范围内,北到辽宁,南至河南,都出现了比较明显的大气污染,其中以京津冀及周边地区污染程度最重。

图1 2019年1月12日22时全国能见度实况图

  1月10日起,污染首先在“2+26”城市的区域西部和南部形成,最终发展至区域内大部分城市,首要污染物为PM2.5。截至1月14日8时,“2+26”城市已累计出现54个重度污染天,14个严重污染天。PM2.5日均浓度最高值出现在保定市,为396微克/立方米(12日),达严重污染;PM2.5小时浓度最高值也出现在保定市,为507微克/立方米(12日9时),达严重污染。保定市在1月12日7时和9~12时空气质量指数(AQI)“爆表”5小时;石家庄市在1月12日13时AQI“爆表”1小时,北京市部分监测站点在12日夜间至13日凌晨也出现了小时AQI“爆表”的现象。

图2 2019年1月12日18时“2+26”城市PM2.5浓度分布

  北京市PM2.5日均浓度最高值出现在12日,为217微克/立方米,达重度污染;PM2.5小时浓度最高值出现在12日22时,为456微克/立方米,达严重污染(参考日均评价标准),这也是北京市2018-2019年秋冬季以来的最高值。

  2.成因分析

  >>>>气象条件分析

  国家气象中心的分析结果显示:本次污染过程中,京津冀及周边地区的大气污染扩散气象条件为2018年秋冬季以来最差,也较2013年1月9-15日过程偏差。从表征大气综合扩散能力的静稳天气指数来看,1月10-12日,京津冀及周边地区的平均静稳指数均高于2018年冬季以来其它5次过程(11月12-15日,11月24日-12月3日,12月12-16日,12月18-22日,1月1-4日),分别偏高31%。其中,本次污染过程中北京市的平均静稳指数较其它5次过程偏高18%。

  从具体气象要素来看,此次过程的混合层高度、相对湿度和风速均较其它5次过程平均情况偏差,诸多不利气象因素的叠加,导致此次过程的大气污染扩散气象条件较2018年秋冬季以来的其它污染过程明显偏差。

  >>>>污染特征分析

图3 2019年1月12日“2+26”城市相对湿度分布

  本次过程中“2+26”城市的相对湿度较高,太行山东侧的城市在1月12日日均相对湿度已达80~100%,区域特征雷达图显示污染特征比较一致,总体为偏二次型。保定、石家庄等城市自1月9日下午起,PM2.5浓度快速上升,由燃煤、生物质燃烧排放的一次污染物是造成过程初期污染累积的主要原因。

图4 1月12日北京-保定-石家庄-邢台走航结果

  1月11日凌晨起,随着相对湿度的急剧上升,特征雷达图转变为偏二次型,二次无机组分中,硫酸盐、硝酸盐和铵盐的占比随PM2.5浓度同步上升,指示SO2、NOx、NH3等气态前体物在高湿条件下的二次转化是污染过程发展、污染程度加重的关键因素。

图5 2019年1月4-14日石家庄PM2.5化学组分图(来源:河北省环科院灰霾实验室)

  其中,石家庄市二次无机离子中,硫酸盐占比最大,表明SO2在高湿条件下的快速二次转化对石家庄PM2.5的贡献非常突出,高浓度NO2的存在为SO2的二次转化提供了充足的氧化剂,高湿为SO2转化提供了合适的液相反应条件,导致硫酸盐的爆发式增长,加剧了污染的程度。12日10-16时北京-保定-石家庄-邢台的走航观测结果显示,近地面大气的消光系数和PM2.5浓度分布比较一致,保定至邢台路段近地面颗粒物消光系数高。

图6 北京市污染特征雷达图(上)和组分分析(下)

  北京市此次过程初期污染程度较低,但PM2.5浓度自12日12时起迅速上升,北京市的污染特征雷达图自11日20时起持续为偏二次型。在二次组分中,硝酸盐占比较高,且PM2.5浓度最高时NO2的浓度仍处于较高水平(大于100微克/立方米),说明本地机动车和工业排放的氮氧化物向硝酸盐的二次转化对于PM2.5的贡献明显,且具有继续推高PM2.5浓度的潜力。而在12日18时,北京市PM2.5浓度出现爆发式增长,在短短3个小时内浓度升高超过200微克/立方米,达短时严重污染,接过保定的“接力棒“成为“2+26“城市的“排头兵“,至13日4时以后快速下降。考虑到北京市在12日下午以弱偏南风主导,此次过程北京市出现的短时严重污染受到来自西南方向区域传输的影响较大。空气质量模式结果也显示,1月12日下午来自保定方向的贡献为20–40%,甚至高过本地贡献,沿西南通道的区域传输特征明显。值得注意的是,在12日下午PM2.5浓度爆发式增长的时段,北京城区站点PM2.5中的有机物和硫酸盐浓度也迅速上升,超过硝酸盐成为占比最大的两种组分,分析是受到区域上燃煤排放的传输影响。

图7 北京市、保定市和“2+26”城市PM2.5小时浓度变化(注:红线为“2+26”城市平均,粗蓝线为保定,细蓝线为北京)

  3. 重污染应对

  针对此次重污染天气过程,“2+26”城市积极开展应对工作。截至1月13日12时,共有27个城市发布了重污染天气预警,启动了相应的应急管控措施。模式模拟结果显示,“2+26”城市针对本次污染过程采取的应急减排措施起到了较好的削峰作用,PM2.5浓度平均下降5~10%。

图8 本次重污染期间“2+26”城市发布预警情况

  上文提及本次污染过程的气象条件为2017/2018年秋冬季以来最差,而本次污染过程与2013年1月9-15日过程相比,京津冀及周边地区大气污染扩散条件也明显偏差,静稳指数较2013年过程偏高33%,混合层高度偏低12%,相对湿度偏高6%。其中北京市静稳指数偏高2%,平均风速偏低24%。气象条件更为不利的形势下,污染程度却比2013年过程有明显下降。以北京市为例,2013年1月9-15日的PM2.5日均浓度最高值为459微克/立方米,本次过程PM2.5日均浓度最高值为217微克/立方米,下降幅度为53%,体现了长期污染治理工作的成效。

  4. 预测预报

  根据最新空气质量监测实况数据,以及未来气象条件变化趋势综合研判,受外蒙古东部方向沙源地影响,京津冀及周边地区部分城市可能出现轻度扬沙或浮尘天气。

  14日夜间至15日上午,随西北冷高压系统逐渐东移南下,预计区域自西北向东南陆续受到扬沙浮沉传输影响,空气质量在现有预报级别基础上可能偏高1级,部分地区预计出现短时轻至中度污染,个别城市可能达到短时重度级别。

  15日下午至傍晚,冷空气及沙尘天气系统完全过境后,空气质量预计重新恢复至优良水平。