污染源減排時刻和減排比例對北京市PM2.5濃度的影響

翟世賢，安興琴*，孫兆彬，劉　?。?中國氣象科學(xué)研究院大氣成分研究所，北京 0008；2.中國氣象局北京城市氣象研究所，北京 00089；3.中國氣象局京津冀環(huán)境氣象預(yù)報預(yù)警中心，北京 00089；.北京大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，環(huán)境模擬與污染控制國家重點聯(lián)合實驗室，北京 0087）

大氣污染與控制

污染源減排時刻和減排比例對北京市PM2.5濃度的影響

翟世賢1，安興琴1*，孫兆彬2，3，劉俊4（1.中國氣象科學(xué)研究院大氣成分研究所，北京 100081；2.中國氣象局北京城市氣象研究所，北京 100089；3.中國氣象局京津冀環(huán)境氣象預(yù)報預(yù)警中心，北京 100089；4.北京大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，環(huán)境模擬與污染控制國家重點聯(lián)合實驗室，北京 100871）

利用Model-3/CMAQ及京津冀地區(qū)高分辨率排放源清單，選取文獻［19］中污染峰值當(dāng)天啟動50%污染源削減方案的同時，進一步設(shè)置了3種污染源控制方案（峰值當(dāng)天啟動75%源削減；峰值日前1d、2d開始啟動25%源削減），比較了峰值日前啟動適量減排與峰值日當(dāng)天啟動大幅度減排的效果差異.結(jié)果表明：污染峰值當(dāng)天啟動50%、75%減排時，北京市PM2.5濃度下降率分布不均勻，高值區(qū)集中于PM2.5濃度高值區(qū)，減排后PM2.5濃度分布較減排前均勻.提前1～2d啟動25%源削減時，峰值日北京市PM2.5濃度整體下降.城、郊PM2.5下降率均表現(xiàn)為當(dāng)天減排50%小于提前1d開始減排25%；當(dāng)天啟動減排提高到75%時，城區(qū)PM2.5下降率大于提前2d啟動25%減排，郊區(qū)表現(xiàn)為峰值前2d啟動25%削減優(yōu)于當(dāng)天減排75%.將峰值前1d、2d啟動25%減排分別與當(dāng)天啟動50%、75%減排時北京市峰值日PM2.5濃度下降率相減，北京市絕大部分區(qū)域下降率差值為正；峰值前1d、2d啟動25%減排分別比峰值日啟動50%、75%減排時北京市平均PM2.5多下降4.7μg/m3（6%）、2.9μg/m3（4%）.綜上所述，在污染峰值來臨之前采取適量減排較污染當(dāng)天才啟動大幅度減排更有利于北京市整體空氣質(zhì)量達標(biāo).

不同時刻啟動減排；不同比例減排；北京市；PM2.5；區(qū)域空氣質(zhì)量達標(biāo)

過去 30年，我國經(jīng)濟迅猛發(fā)展，能源消耗年增長率達10%［1］，城市及城市群［2-8］以霧霾天氣為標(biāo)志的復(fù)合污染嚴(yán)重［9］，解決我國經(jīng)濟發(fā)展與大氣環(huán)境污染之間的矛盾迫在眉睫［9］.大氣污染事件是外因和內(nèi)因共同作用的結(jié)果，外因指微風(fēng)、高濕、穩(wěn)定大氣層結(jié)等不利于污染物擴散的氣象條件［3］，內(nèi)因則歸結(jié)為污染源的過量排放.在外因不可控的前提下，內(nèi)因是治理大氣污染的關(guān)鍵因素［9］.為改善環(huán)境，我國政府相繼頒布了一系列政策，如第十一、十二個五年計劃期間分別對 SO2和NOx排放量進行限制［10］；針對重大活動如2008年北京奧運會［11-13］、2010年上海世博會［14］、2010年廣州亞運會［8］及2014南京青奧會［15］，主辦城市聯(lián)合周邊省市積極采取管控措施，有效保障了重大活動期間的空氣質(zhì)量；在珠江三角洲建立大氣污染聯(lián)防聯(lián)控技術(shù)示范區(qū)［16］等.

科學(xué)評估大氣污染控制措施效果對控制政策的制定和實施十分重要［10］.劉俊等［17］模擬評估了《京津冀及周邊地區(qū)落實大氣污染防治行動計劃實施細則》對降低北京城區(qū)PM2.5年均濃度的影響，指出如果嚴(yán)格按照控制措施，在氣象條件和2012年相似的條件下，北京城區(qū)PM2.5防治目標(biāo)可以實現(xiàn).Wang等［18］在建立2010年山東地區(qū)高分辨率污染源清單的基礎(chǔ)上，預(yù)估了2020年該地區(qū)在幾種可能的污染源排放控制情景下的空氣質(zhì)量.翟世賢等［19］則通過設(shè)置敏感性試驗的方法，進行了重污染時段來臨前幾天開始減排的效果評估.類似的評估還有很多，如對第十一［20-21］、十二個［22］五年計劃、2008年北京奧運會［13］減排措施的評估；對我國城市天然氣替代燃煤集中供暖的減排效果評估［23］；也有對某地大氣污染人群暴露水平［24］、大氣污染與呼吸系統(tǒng)疾病住院率［25］、改善空氣質(zhì)量的健康效益［26-28］等的評估.

2012年北京PM2.5日均濃度超過75μg/m3（三級）和 115μg/m3（四級）的超標(biāo)率分別為 35.7%和14.4%，其對全年平均濃度的貢獻率分別達60.3% 和 31.9%，因此有效預(yù)防和控制不利氣象條件下污染事件的發(fā)生是北京市年均濃度達標(biāo)的關(guān)鍵［29］.為有效降低污染事件發(fā)生頻率與強度，翟世賢等［19］指出在可能引起污染事件的不利氣象條件來臨前 2～3d采取減排措施既能有效降低PM2.5濃度，也可以避免因盲目長時間減排造成的成本過大.本文在此基礎(chǔ)上，選取污染峰值當(dāng)天啟動 50%源削減方案（cut_do_50%）的前提下，進一步設(shè)計了其他3種減排方案：污染峰值當(dāng)天啟動 75%削減（cut_d0_75%）、污染峰值前 1d、2d啟動 25%削減（cut_d1_25%、cut_d2_25%）；并將cut_d0_50%與cut_d1_25%、 cut_d0_75%與cut_d2_25%的減排效果進行了對比，意在利用數(shù)值模式比較評估污染峰值前啟動適量減排與污染峰值當(dāng)天啟動大幅減排的效果差異，以期為制定靈活高效的大氣污染控制措施提供參考.

1　數(shù)據(jù)與方法

本研究采用中尺度氣象模式MM5v3.6模擬結(jié)果作為氣象驅(qū)動場；排放源處理采用美國北卡羅來納微電子中心（MCNC）開發(fā)的SMOKE模型，分面源、點源、及機動車源3種處理方式；空氣質(zhì)量模擬系統(tǒng)采用美國環(huán)保局從20世紀(jì)90年代開始發(fā)展的Models-3/CMAQ.MM5v3.6的氣象輸入資料采用NCAR/NCEP 1°×1°（6h間隔）再分析資料.將MM5v3.6模擬結(jié)果經(jīng)“氣象-化學(xué)界面 處 理 器MCIP （Meteorology-Chemistry Interface processor）”為SMOKE和CMAQ模型提供模擬時段所需的網(wǎng)格化氣象資料.MCIP垂直設(shè)為14層.具體的模式介紹、參數(shù)及網(wǎng)格嵌套設(shè)置（圖1）、排放源清單信息等參見文獻［17，19］.

翟世賢等［19］對比分析了2012年2月份海淀站和上甸子站觀測與模擬的溫度、風(fēng)速及PM2.5濃度.結(jié)果表明 MM5較為準(zhǔn)確地模擬了海淀站和上甸子站2012年2月份溫度和風(fēng)速日變化情況，相關(guān)系數(shù)分別為：0.94（海淀站溫度）、0.95（上甸子站溫度）、0.75（海淀站風(fēng)速）和 0.57（上甸子站風(fēng)速）；CMAQ模式較為可靠的再現(xiàn)了2012年2月份海淀站和上甸子站PM2.5濃度的變化趨勢和濃度水平，相關(guān)系數(shù)分別為0.62和0.77.在此基礎(chǔ)上選擇2012年2月7～16日為代表性污染時段，該時段PM2.5累積時間較長，從2月7日PM2.5濃度最低點開始，一直積累到2月13日PM2.5濃度達到峰值，隨后PM2.5濃度開始下降，到2月17日下降到最低值.有關(guān)模式驗證和污染時段選取的具體分析見文獻［19］.

圖1　模式嵌套網(wǎng)格區(qū)域設(shè)置及城區(qū)海淀站（HD）和郊區(qū)上甸子站（SDZ）位置Fig.1　Nested domain setup of the model and the observation sites

2　結(jié)果與討論

2.1污染時段流場特征分析

利用MICAPS氣象信息處理系統(tǒng)，分析污染時段流場特征.2月 7日有較強冷空氣自西北路徑影響北京，北京地面處于高壓前部，高空500hPa貝加爾湖南側(cè)有橫槽下擺，當(dāng)天有 4、5級偏北風(fēng)，污染物在水平和垂直方向均具有較好的擴散條件；2月8日地面冷高壓強度減弱，北京受華北地形槽影響，高空氣流的經(jīng)向度減弱；2月9日高空低渦繼續(xù)引導(dǎo)冷空氣南下影響北京，北京地面再次轉(zhuǎn)受高壓前部偏北氣流控制，空氣污染物具有較好的擴散條件.

如圖2及圖3所示，2月10日影響北京的地面高壓減弱并向東南方向移動入海，北京地面處于貝加爾湖南部高壓和此入海高壓之間的弱氣壓場中，08：00出現(xiàn)貼地逆溫，高空氣流的經(jīng)向度進一步減弱，空氣污染物的擴散條件開始轉(zhuǎn)差；2月11日貝加爾湖以南的弱高壓南下，北京由弱氣壓場轉(zhuǎn)受高壓后部偏南氣流影響，高空轉(zhuǎn)為平直的偏西氣流，空氣污染物的擴散條件較差，08：00逆溫層頂位于970hPa；2月 12日早晨逆溫層頂進一步抬升至925hPa，大氣層結(jié)進一步趨于靜穩(wěn)，白天北京地面仍處于高壓后部，夜間轉(zhuǎn)受北京北部低壓控制，地面的動力輻合條件較前日進一步加強，高空氣流仍為偏西氣流；2月13日早晨出現(xiàn)輕霧天氣，白天轉(zhuǎn)為霾天氣，能見度小于10km，北京北部的低壓向北收縮，同時位于河套的低壓系統(tǒng)加強發(fā)展，自西向東移動影響北京，午后北京處于低壓內(nèi)部，高空轉(zhuǎn)為偏南風(fēng)氣流影響，20：00北京出現(xiàn)雙層逆溫，逆溫層頂位于870hPa附近，具有穩(wěn)定層結(jié)的大氣變厚，空氣污染物擴散條件很差；2月14日低壓后部的冷空氣南下，擴散條件轉(zhuǎn)好，有3、4級偏北風(fēng)，但高空氣流仍為偏西風(fēng)為主，第一條鋒面經(jīng)過北京，至20：00北京地區(qū)能見度在25～30km，逆溫層消失，夜間北京處于高壓底部偏東風(fēng)影響，北京近地層濕度明顯加大，再次出現(xiàn)輕霧天氣；2月15日早晨近地層出現(xiàn)逆溫，白天伴隨著高空氣流轉(zhuǎn)為經(jīng)向度較大的西北風(fēng)，地面受主冷鋒影響，地面出現(xiàn)4級左右偏北風(fēng)，北京地區(qū)擴散條件轉(zhuǎn)好，逆溫層消失.

圖2　2012年2月9日08：00～14日08：00海平面氣壓Fig.2　Sea-level pressure field from 08：00 Feb 9th2012 to 08：00 Feb 14th2012

圖3　2012年2月9日08：00～14日08：00 500hPa溫度場（紅虛線）及500hPa氣壓場（藍實線）Fig.3　500 hPa temperature field （red dashed line） and pressure field （blue solid line） from 08：00 Feb 9th2012 to 08：00 Feb 14th2012

2.2敏感性試驗方案設(shè)計

在文獻［19］基礎(chǔ)上，將進一步對比不同時刻啟動不同比例減排對降低北京市 PM2.5濃度的影響，意在比較污染峰值前啟動適量減排與污染峰值當(dāng)天啟動大幅減排的效果差異，從而為制定更為靈活高效的減排方案提供參考.基于以上思想，選擇文獻［19］中當(dāng)天啟動50%污染源削減方案（cut_d0_50%）的同時，重新設(shè)計了其他3種減排方案，共得4種減排方案列于表1：污染峰值當(dāng)天啟動50%、75%的源削減（cut_d0_50%、cut_d0_75%）、污染峰值前1d、2d啟動25%的削減（cut_d1_25%、cut_d2_25%）；減排區(qū)域為排放源模式系統(tǒng)SMOKE的D3區(qū)域（北京及其周邊省份）和D4區(qū)域（北京市）（圖1），各情景下對減排物種進行同比例（50%、25%或75%）削減.

表1　不同時刻不同削減率減排方案的敏感性試驗方案設(shè)計Table 1　Design of 3emission scenarios： reducing emission-sources at 3different time points and 3different decreasing ratios

2.3敏感性試驗結(jié)果分析

2.3.1不同減排方案下北京市 PM2.5濃度分布2012年2月13日的污染事件呈現(xiàn)出城、郊及南、北分布不均的態(tài)勢，污染高值區(qū)主要集中于城六區(qū)（海淀區(qū)、朝陽區(qū)、豐臺區(qū)、石景山區(qū)、東城區(qū)、西城區(qū)）中南及其南部（房山區(qū)東部和大興區(qū)西部）（圖4）［19］.由圖5可見，減排情景不同，模擬減排后北京市PM2.5濃度分布也存在較大差異.整體來看，與減排前北京市峰值當(dāng)天 PM2.5濃度分布相比，當(dāng)天啟動減排會使得北京市 PM2.5濃度分布趨于均勻，當(dāng)天啟動減排率越大，減排后北京市PM2.5濃度分布越均勻，采取cut_d0_75%減排方案比采取 cut_d0_50%方案引起的北京市PM2.5濃度分布更均勻.采取 cut_d0_50%方案時，PM2.5濃度最大值由 170μg/m3下降到 140μg/m3左右，依然位于城六區(qū)東南及其南部；北京市PM2.5濃度分布梯度有所減小，即北京市PM2.5濃度分布較減排前均勻.當(dāng)天啟動減排率上升為75%時，PM2.5濃度最大值由 170μg/m3下降到100μg/m3左右，PM2.5濃度分布梯度較 cut_d0_ 50%時進一步減小，即北京市 PM2.5濃度分布更加均勻.可以初步推得：當(dāng)天減排引起的北京市PM2.5濃度下降率分布不均勻；PM2.5濃度越高的區(qū)域，其濃度下降就越明顯.

采取方案 cut_d1_25%及 cut_d2_25%時，峰值當(dāng)天北京市PM2.5濃度保持不均勻分布狀態(tài)整體下降.PM2.5濃度最大值依然位于城六區(qū)東南及其南部.cut_d1_25%方案時，PM2.5濃度最大值由 170μg/m3下降到 140μg/m3左右；cut_d2_25%方案時，PM2.5濃度最大值由 170μg/m3下降到130μg/m3左右.

進一步對比 4種減排方案引起的北京市PM2.5濃度下降率分布（圖 6）.由圖6對比可以看出，不同減排方案對北京市 PM2.5濃度下降率的影響存在空間差異性.首先，污染峰值當(dāng)天啟動減排時，北京市 PM2.5濃度下降率空間分布不均勻，PM2.5濃度下降率分布與該天PM2.5濃度分布相似，高值區(qū)均集中于城六區(qū)中南及其南部地區(qū)，即污染物濃度越高，PM2.5濃度下降率越大.同時，當(dāng)天啟動的減排率由 50%增加為 75%時，PM2.5濃度下降率分布不均勻性更為顯著.這是由于污染物的輸送需要一定時間，污染峰值日當(dāng)天才開始啟動減排方案時，未能考慮城區(qū)高密度污染源排放向郊區(qū)的輸送作用，局地污染源削減僅對局地空氣質(zhì)量改善效果明顯.cut_d0_50%會使以東城區(qū)、西城區(qū)、豐臺區(qū)、朝陽區(qū)南部、石景山區(qū)南部為代表的“城六區(qū)中南及其南部”地區(qū)PM2.5下降約 14%～19%，而以郊區(qū)為主的大部分地區(qū)PM2.5下降率不足2%（圖6（a））.cut_d0_75%引起的PM2.5下降率高值區(qū)同 cut_d0_50%時基本一致，高值下降率（介于 25%～35%）明顯大于cut_d0_50%時的高值下降率，但以郊區(qū)為主的大部分地區(qū)PM2.5下降率較 cut_d0_50%時沒有明顯上升，仍處于較低水平，不足5%（圖6（b））.當(dāng)天啟動減排時，北京市 PM2.5濃度下降率分布不均勻的特點與 2.3.1節(jié)當(dāng)天減排引起北京市 PM2.5濃度分布趨于均勻相互印證.

其次，提前采取減排控制措施較峰值當(dāng)天啟動減排控制措施來說，北京市 PM2.5濃度下降率要均勻，減排啟動的越早，北京市 PM2.5濃度下降率分布越均勻（圖6c～d）；表示減排啟動得越早，北京市整體空氣質(zhì)量改善效果越明顯. cut_d1_25%方案使得城區(qū)及其南部地區(qū) PM2.5約下降15%～17%，僅略低于當(dāng)天減排 50%時此區(qū)域PM2.5濃度下降率（14%～19%）；值得注意的是，密云縣及平谷區(qū) PM2.5濃度下降率比采取cut_d0_50%方案時對應(yīng)區(qū)域的PM2.5濃度下降率（不足 2%）有明顯上升，達 12%左右.方案cut_d2_25%時，郊區(qū)除密云縣和平谷區(qū)外，懷柔區(qū)中北部 PM2.5下降率也出現(xiàn)上升，此東北部郊區(qū)PM2.5下降率大體介于 15%～16%，城區(qū)及其南部PM2.5下降率約 18%～20%.由此體現(xiàn)出郊區(qū)對減排措施不如城區(qū)敏感，這是因為污染源主要位于城區(qū)，郊區(qū)的污染物主要受區(qū)域性污染輸送影響.此結(jié)論亦與2.3.1節(jié)中提前1d或2d減排25%時，北京市PM2.5濃度保持不均勻分布狀態(tài)相符.

圖4　北京市污染峰值當(dāng)天（2012年2月13日）PM2.5濃度空間分布Fig.4　Simulated spatial distribution of PM2.5concentration over Beijing area on the most polluted day （February 13th，2012）

圖5　（a）污染峰值當(dāng)天減排50%、（b）污染峰值當(dāng)天減排75%、（c）提前1d減排25%、（d）提前2d減排25%北京市PM2.5濃度分布Fig.5　Simulated spatial distribution of PM2.5concentration over Beijing： （a） due to 50% emission-sources reduction at Feb 13th，2012； （b） 75% emission-sources reduction at Feb 13th，2012； （c） 25% emission-sources reduction 1d ahead of Feb 13th，2012； （d） 25% emission-sources reduction 2d ahead of Feb 13th，2012

圖6?。╝）污染峰值當(dāng)天減排50%、（b）污染峰值當(dāng)天減排75%、（c）提前1d減排25%、（d） 提前2d減排25%北京市PM2.5濃度下降率空間分布Fig.6　Spatial distribution of PM2.5concentration decreasing ratios： （a） due to 50% emission-sources reduction at Feb 13th2012； （b） 75% emission-sources reduction at Feb 13th，2012； （c） 25% emission-sources reduction 1d ahead of Feb 13th，2012； （d） 25% emission-sources reduction 2d ahead of Feb 13th，2012

圖7　（a）cut_d1_25%與cut_d0_50%、（b）cut_d2_25%與cut_d0_75%下北京市PM2.5濃度下降率差值分布Fig.7　PM2.5concentration decreasing ratio discrepancy distribution between （a）cut_d1_20% and cut_d0_50%；（b）cut_d2_25% and cut_d0_75%

2.3.2不同減排方案對城區(qū)、郊區(qū)及北京市平均PM2.5濃度影響為了比較污染峰值來臨前啟動適量污染源削減與污染峰值日當(dāng)天啟動大幅度污染源削減的效果差異，將方案cut_d1_25%與cut_d0_50%、cut_d2_25%與cut_d0_75%時峰值日PM2.5濃度下降率相減，得到PM2.5峰值濃度下降率差值的分布（圖7）.圖7中暖色系為正值，冷色系為負值.可以明顯地看出，北京市絕大部分區(qū)域下降率差值為正值，說明污染峰值來臨前啟動適量減排比污染峰值日當(dāng)天才啟動大幅度減排更有利于改善北京市整體空氣質(zhì)量.采取 cut_d1_ 25%方案時，僅城六區(qū)南部及房山區(qū)中部一小部分面積 PM2.5濃度下降率小于采取 cut_d0_50%方案時相應(yīng) PM2.5濃度下降率，北京市絕大部分區(qū)域下降率差值為正（圖 7（a））；且負下降率差值（-4%～0%）絕對值小于大部分區(qū)域（懷柔區(qū)、密云縣、平谷縣、大興區(qū)、通州區(qū)等地）正下降率差值（4%～10%）.圖7（b）中的負下降率差值依然位于城六區(qū)偏南及房山區(qū)中東部，面積大于圖 7（a）中的負下降率差值，這是因為 75%是一個相當(dāng)大的污染源減排力度，可以在污染峰值日當(dāng)天及時降低本地源排放對本地 PM2.5濃度的貢獻.但是，啟動75%的減排率幾乎不具備可操作性.即便如此，圖 7（b）中北京市絕大部分面積依然位于正值下降率差值區(qū)，北京市北部區(qū)縣下降率差值高達10%左右.

圖8　采取cut_d0_50%、cut_d1_25%、cut_d0_75%和cut_d2_25%方案對降低海淀站、城六區(qū)、上甸子站及北京市PM2.5日均濃度的效果Fig.8　The PM2.5reduction effectiveness due to cut_d0_50%、cut_d1_25%、cut_d0_75%、cut_d2_25% at the Haidian station，urban Beijing，Shangdianzi station and Beijing municipality

進一步對比分析不同減排方案下，城區(qū)海淀站、郊區(qū)上甸子站、城六區(qū)及北京市 PM2.5濃度下降率.由圖8及表2可見，城區(qū)海淀站和城六區(qū)對削減方案的響應(yīng)相似，而城區(qū)和郊區(qū)對削減方案的響應(yīng)存在明顯不同，城區(qū)對源削減比郊區(qū)敏感.城、郊兩地PM2.5濃度下降率均表現(xiàn)為cut_d0_50%方案小于 cut_d1_25%方案；但是，若將峰值當(dāng)天啟動減排率提高到 75%，由于城區(qū)對減排措施非常敏感，此時城區(qū)PM2.5下降率大于采取cut_d2_25%方案時相應(yīng)下降率，而郊區(qū)表現(xiàn)為方案 cut_d2_ 25%減排效果優(yōu)于 cut_d0_75%. cut_d0_50%、cut_d1_25%、cut_d0_75%、cut_d2_ 25%減排方案下，海淀站 PM2.5峰值濃度分別下降 11.2，15.5，25.0，19.4μg/m3；濃度下降率分別為 10%、14%、22%、17%；cut_d1_25%比cut_d0_ 50%引起海淀站PM2.5多下降 4.3μg/m3，約多下降峰值濃度的 3%；但采取cut_d0_75%方案時海淀站PM2.5濃度下降幅度卻大于 cut_d2_25%時相應(yīng)下降幅度.與海淀站類似，城六區(qū)峰值 PM2.5濃度分別下降 11.3，15.2，25.6，19.0μg/m3；下降率分別為 10%、14%、23%、17%.不同于海淀站和城六區(qū)，郊區(qū)上甸子站明顯地表現(xiàn)為污染峰值日前適量減排優(yōu)于污染峰值日當(dāng)天大幅減排.采取 cut_d0_50%、cut_d1_ 25%、cut_d0_75%、cut_d2_ 25%方案時，上甸子站峰值PM2.5濃度分別下降0.6、7.5、3.7、10.8μg/m3；下降率分別為1%、11%、6%、16%，采取cut_d0_ 50%、cut_d1_25%、cut_d0_ 75%、cut_d2_25%方案時北京市峰值 PM2.5濃度分別下降 3.4，8.1，8.5，11.4μg/m3；相應(yīng)下降率分別為： 5%、11%、12%和16%；cut_d1_25%方案比 cut_d0_50%方案引起的北京市平均峰值PM2.5濃度多下降4.7μg/m3，下降率高出6%；cut_d2_25%方案比cut_d0_75%方案引起的北京市平均峰值濃度多下降2.9μg/m3，下降率高出4%.再次說明，對整個北京市峰值日PM2.5平均濃度來說，在污染峰值之前采取適量減排效果優(yōu)于污染當(dāng)天才開始大幅減排.

表2　采取cut_d0_50%、cut_d1_25%、cut_d0_75%、cut_d2_25%方案對城區(qū)海淀站、城六區(qū)、郊區(qū)上甸子站及北京市PM2.5濃度的影響效果Table 2　The PM2.5reduction effectiveness due to cut_d0_50%、cut_d1_25%、cut_d0_75%、cut_d2_25% at the Haidian station，urban Beijing，Shangdianzi station and Beijing municipality

3　結(jié)論

3.1利用空氣質(zhì)量模式Model-3/CMAQ及京津冀地區(qū)高分辨率排放源清單，在文獻［19］的基礎(chǔ)上，將4種減排方案（cut_d0_50%、cut_d1_25%、cut_d0_75%和 cut_d2_25%）的減排效果進行了對比.結(jié)果表明不同減排方案對北京市 PM2.5濃度下降率的影響存在空間差異性.污染峰值當(dāng)天啟動減排時，北京市城區(qū)對源削減比郊區(qū)敏感，PM2.5濃度下降率分布不均，且與該日PM2.5濃度分布相似，高值區(qū)均位于城六區(qū)中南及其南部地區(qū).當(dāng)天啟動的減排率越大，這種下降率分布不均勻的特點就越明顯.說明污染峰值當(dāng)天啟動減排措施，減排效果僅局限于污染源集中區(qū)，不利于北京市整體空氣質(zhì)量改善.

3.2提前1d、2d啟動25%污染源削減時，北京市 PM2.5濃度整體下降，提前啟動減排得越早，北京市PM2.5濃度下降率分布越均勻.采取cut_d0_ 50%、cut_d1_25%、cut_d0_75%和 cut_d2_25%方案時，北京市峰值 PM2.5濃度下降分別為 3.4，8.1，8.5，11.4μg/m3；相應(yīng)下降率分別為：5%、11%、12%和16%.由此可見，在污染峰值來臨之前采取適量減排較污染當(dāng)天才開始啟動大幅度減排更有利于北京市空氣質(zhì)量整體達標(biāo).

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致謝：感謝兩個測站工作人員的辛苦觀測；感謝國家信息中心肖華東在計算中的技術(shù)支持.

Effects of emission-sources reduction time and ratios on PM2.5concentration over Beijing Municipality.

ZHAI Shi-xian1，AN Xing-qin1*，SUN Zhao-bin2，3，LIU Jun4（1.Institute of Atmospheric Composition，Chinese Academy of Meteorological Sciences，Beijing 100081，China；2.Institute of Urban Meteorology，China Meteorological Administration，Beijing 100089，China；3.Environmental Meteorology Forecast Center of Beijing-Tianjin-Hebei，China Meteorological Administration，Beijing，100089，China；4.State Key Joint Laboratory of Environmental Simulation and Pollution Control，College of Environmental Sciences and Engineering，Peking University，Beijing 100871，China）.

China Environmental Science，2015，35（7）：1921～1930

Models-3 Community Multi-scale Air Quality （CMAQ） modeling system with a high resolution inventory data over Beijing-Tianjin-Hebei region was implemented to investigate the different effects of ‘reducing a moderate amount of emission-sources ahead’ against ‘reducing a large amount of emission-sources on the peak day’ in the region，one of which is to cut emission-sources at a ratio of 50% on the peak day （Feb 13th，2012） as described in reference ［19］. Another 3 emission-sources reduction strategies： （1） cutting 75% emission-sources on the peak day； （2） cutting 25% 1day before the peak day （3） cutting 25% 2days before，were newly designed. The simulation results under these cutting strategies showed that when starting emission-sources reduction ratios of 50%，75% on the peak day，the PM2.5concentration decreasing ratios distribution over Beijing were uneven，with high decreasing ratios at the high PM2.5concentration zone，resulting in more evenly distributed PM2.5concentrations. When reducing 25% emission-sources 1～2days ahead of the peak day，Beijing encountered an overall PM2.5concentration decrease. Both urban and rural Beijing showed a higher PM2.5concentration decreasing ratio when reducing 25% emission-sources 1day ahead than reducing 50% emission-sources on the peak day. When the emission-sources reduction ratio on the peak day was increased to 75%，the PM2.5decreasing ratio was higher than reducing 25% emission-sources 2days ahead over urban Beijing，which was not seen over the rural. When the PM2.5concentration decreasing ratios of cutting 50%，75% emission-source on the peak day were subtracted fromcutting 25% emission-source 1day and 2days ahead of the peak day respectively，the difference of PM2.5concentration decreasing ratios over Beijing were mainly positive. Over whole Beijing，reducing 25% emission-source 1day ahead would decrease more PM2.5（4.7μg/m3，or 6%） than reducing 50% at the peak day； while reducing 25% emission-source 2days ahead would decrease more PM2.5（2.9μg/m3or 4%） than reducing 75% at the peak day. In summary，it’s more effective for Beijing to reach the air quality standard by reducing a moderate amount of emission-sources ahead than reducing a large amount of emission-sources on the peak day.

emission-sources reduction at different time points；different reduction ratios；Beijing municipality；PM2.5；reach regional air quality standards

X513

A

1000-6923（2015）07-1921-10

2014-11-27

北京科技計劃項目“氣象條件對區(qū)域重污染過程影響機理及動態(tài)調(diào)控方法研究”（Z131100006113013）；環(huán)保行業(yè)專項（201309071）

* 責(zé)任作者，研究員，anxq@cams.cma.gov.cn

翟世賢（1992-），女，河北邯鄲人，中國氣象科學(xué)研究院碩士研究生，主要研究方向為大氣化學(xué)數(shù)值模擬.