北京市重大活動空氣質(zhì)量評估技術(shù)體系

程念亮，李云婷，孫 峰，李金香，程兵芬，李紅霞，邱啟鴻

(1.北京市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測中心，大氣顆粒物監(jiān)測技術(shù)北京市重點實驗室，北京 100048；2.北京師范大學(xué)水科學(xué)研究院，北京100875；3.中國環(huán)境科學(xué)研究院，北京 100012；4.中山大學(xué)先進(jìn)技術(shù)研究院，廣東廣州 510275)

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北京市重大活動空氣質(zhì)量評估技術(shù)體系

程念亮1，2，3，李云婷1，孫 峰1，李金香1，程兵芬2，3，李紅霞4，邱啟鴻1

(1.北京市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測中心，大氣顆粒物監(jiān)測技術(shù)北京市重點實驗室，北京 100048；2.北京師范大學(xué)水科學(xué)研究院，北京100875；3.中國環(huán)境科學(xué)研究院，北京 100012；4.中山大學(xué)先進(jìn)技術(shù)研究院，廣東廣州 510275)

以2015年國慶大閱兵期間空氣質(zhì)量保障為例，闡述了重大活動期間北京市空氣質(zhì)量分析的技術(shù)體系，北京市監(jiān)測中心在國內(nèi)首次建立了規(guī)范的空氣質(zhì)量綜合觀測組織體系和科學(xué)的措施效果評估方法體系，所獲得的數(shù)據(jù)及其研究結(jié)果具有代表性、完整性和綜合性。評估方法為基于大數(shù)據(jù)的觀測評估和先進(jìn)的模型評估相結(jié)合，綜合各類監(jiān)測數(shù)據(jù)及模擬數(shù)據(jù)，方法可信可行，不確定性更低，對減排措施的環(huán)境改善效果展開評估，目標(biāo)是剔除氣象條件等外在因素對空氣質(zhì)量造成的影響，相對客觀準(zhǔn)確地評估保障措施-污染物排放規(guī)模下降-污染排放量削減-空氣質(zhì)量改善之間的內(nèi)在定性定量關(guān)系。

重大活動；北京；減排；空氣質(zhì)量；APEC；大閱兵

重大活動的空氣質(zhì)量保障是北京市乃至周邊省市/自治區(qū)政府一項常態(tài)化的工作任務(wù)，開展減排措施、氣象條件分析及評估研究是國內(nèi)外急需研究和關(guān)注的問題[1-3]。為保障國際重大活動期間空氣質(zhì)量所采取的臨時性減排措施較為罕見，不可重復(fù)，且為評估減排措施對空氣質(zhì)量改善分析及評估工作提供了難得的機(jī)會[4-6]。國內(nèi)和國際上均有一些城市因為保障重大活動期間空氣質(zhì)量而采取臨時性或階段性控制措施先例，如2002年釜山亞運(yùn)會、2010年印度德里聯(lián)邦運(yùn)動會、2008年北京奧運(yùn)會、2014年北京APEC會議等[6-10]。

分析認(rèn)識重大活動期間北京及周邊地區(qū)保障措施的實施后各項大氣污染物濃度特征，相對客觀準(zhǔn)確地評估保障措施-污染物排放規(guī)模下降-污染排放量削減-空氣質(zhì)量改善之間的內(nèi)在定性定量關(guān)系是重點和難點[10-15]。同時建立規(guī)范的空氣質(zhì)量綜合觀測組織體系和科學(xué)的措施效果評估方法體系，能夠為環(huán)境管理部門的官方權(quán)威發(fā)布第一時間提供準(zhǔn)確的評估結(jié)論和豐富的數(shù)據(jù)支撐。一方面是服務(wù)于環(huán)境管理，為保障措施的總體效果提供評估結(jié)論和數(shù)據(jù)支撐，并將結(jié)果及時向媒體和公眾發(fā)布；另一方面可為 “十三五”北京市大氣污染控制措施及下階段清潔空氣行動計劃的制訂提供技術(shù)支撐。筆者以2015年國慶閱兵空氣質(zhì)量保障為例，闡述了重大活動期間北京市空氣質(zhì)量分析的技術(shù)體系。

1 技術(shù)方法體系

2.3014年11月1—12日12 d的北京APEC會議空氣質(zhì)量保障期間，充分利用各方面資源優(yōu)勢，在數(shù)據(jù)、技術(shù)、業(yè)務(wù)等層面與管理決策緊密結(jié)合，形成了有效支撐。整合了區(qū)域常規(guī)污染物觀測數(shù)據(jù)、綜合觀測數(shù)據(jù)、實時和預(yù)報氣象資料以及減排措施等信息，對環(huán)境信息綜合分析技術(shù)、統(tǒng)計和數(shù)值預(yù)報技術(shù)以及案例分析技術(shù)等加以深入應(yīng)用，通過首席專家診斷、內(nèi)部及區(qū)域會商、專家會診、預(yù)報產(chǎn)品提煉等業(yè)務(wù)流程綜合產(chǎn)出了空氣質(zhì)量短、中期預(yù)報，區(qū)域污染及流場演變分析，空氣質(zhì)量變化形勢分析，不同區(qū)域污染源貢獻(xiàn)，APEC減排措施建議等各方面信息，最終提供了準(zhǔn)確的預(yù)報結(jié)果，支撐了APEC期間京津冀及周邊地區(qū)加強(qiáng)措施的啟動，同時基于空氣質(zhì)量三維觀測對APEC期間的環(huán)境效果進(jìn)行評估。APEC期間空氣質(zhì)量保障效果實施技術(shù)路線見圖1。

北京市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測中心充分借鑒APEC期間、大閱兵期間空氣質(zhì)量保障方案效果評估工作經(jīng)驗，補(bǔ)充和建立了評估技術(shù)手段及方法體系，力爭評估工作的高效、科學(xué)和嚴(yán)謹(jǐn)。評估方法為基于大數(shù)據(jù)的觀測評估和先進(jìn)的模型評估相結(jié)合?；诘孛嬗^測網(wǎng)絡(luò)、綜合實驗室、遙感監(jiān)測、垂直觀測等三維監(jiān)測手段，獲取高時空分辨率的觀測數(shù)據(jù)，同比、環(huán)比、空間差異分析和過程分析等方法評估環(huán)境空氣質(zhì)量狀況和變化響應(yīng)；應(yīng)用源清單、數(shù)值模擬、化學(xué)質(zhì)量平衡、動態(tài)源解析等多種源解析方法，確定污染物減排量、各源類的貢獻(xiàn)，綜合分析定量說明減排措施與空氣質(zhì)量變化之間的關(guān)系。評估大氣污染物包括：重點污染物PM2.5與O3，其他常規(guī)污染物SO2、NO2/NOx、PM10和CO，以及研究性監(jiān)測污染物VOCs、NH3等。評估空間范圍重點是北京市區(qū)，其次周邊區(qū)域，包括京津冀和7省區(qū)。評估的時間段劃分為保障前、保障期間和保障后。2015年閱兵期間北京市空氣質(zhì)量保障技術(shù)路線見圖2。

圖1 APEC期間空氣質(zhì)量保障效果實施技術(shù)路線Fig.1 Technical route for the implementation of air quality assurance during APEC in Beijing

圖2 閱兵期間北京市空氣質(zhì)量評估技術(shù)路線Fig.2 Technology system of air quality assessment during the military parade in Beijing

2 評估內(nèi)容

空氣質(zhì)量評估主要涉及以下5個方面：一是北京市環(huán)境空氣質(zhì)量時間分布及響應(yīng)特征分析。分析比較歷史同期以及各階段氣象條件；通過橫向與縱向比較，確定空氣質(zhì)量的改善程度；二是環(huán)境空氣質(zhì)量空間分布及響應(yīng)特征分析。分析各區(qū)域(含天津、石家莊等重點城市)減排措施前后環(huán)境空氣中污染物濃度變化；三是PM2.5化學(xué)組成及變化特征分析。利用大氣綜合觀測平臺在線組分連續(xù)觀測，分析組分逐時變化特征，特別是污染過程的積累、轉(zhuǎn)化特征；比較分析歷史同期、措施前后，重點比較燃煤、重點工業(yè)行業(yè)、機(jī)動車、工地?fù)P塵、交通揚(yáng)塵等特征組分的變化；四是PM2.5來源解析及措施效果定性評估。應(yīng)用CMB模型開展PM2.5來源解析，分析措施前后來源特征；重點對重污染過程來源特征進(jìn)行分析；五是空氣質(zhì)量數(shù)值模型解析評估。采用CMAQ、CAMx模型，分別模擬測算空氣質(zhì)量綜合保障措施效果，區(qū)分氣象條件的影響和減排作用；評估本地減排、分區(qū)域減排的貢獻(xiàn)，并對主要減排措施的有效性進(jìn)行評估，包括北京市措施效果，周邊6省區(qū)措施綜合效果，北京市和周邊6省區(qū)措施綜合效果，與2014年同期氣象條件的差異及其影響，北京市各項措施的有效性，周邊不同空間范圍措施的有效性等評估情景。

3 評估結(jié)果與分析

中國人民抗日戰(zhàn)爭暨世界反法西斯戰(zhàn)爭勝利70周年紀(jì)念活動(以下簡稱紀(jì)念活動)空氣質(zhì)量保障方案。通過全社會的共同努力，8月20日至9月3日，北京市PM2.5平均濃度為17.8 μg/m3，同比下降73.2%，連續(xù)15 d達(dá)到一級優(yōu)水平，相當(dāng)于世界發(fā)達(dá)國家大城市水平。SO2、NO2、PM10等各項污染物平均濃度分別為3.2、22.7和25.3 μg/m3，同比分別下降46.7%、52.1%和69.2%，均達(dá)到監(jiān)測歷史以來的最低水平。特別是9月3日上午閱兵期間，該市PM2.5平均濃度僅為8 μg/m3，完美呈現(xiàn)“閱兵藍(lán)”。

經(jīng)測算，8月20日至9月3日，與不采取措施相比，北京市11個國控站點PM2.5濃度平均下降約41%；如不采取保障措施，PM2.5濃度將比實際濃度增加約70%；津、冀、晉、蒙、魯、豫等周邊省區(qū)市空氣質(zhì)量同步明顯改善，70個地級以上城市的PM2.5平均濃度同比下降40%左右(圖3)。此次空氣質(zhì)量保障措施實現(xiàn)的污染物減排比例及環(huán)境PM2.5濃度改善比例略高于2014年APEC空氣質(zhì)量保障。北京市SO2、氮氧化物(NOX)、PM10、PM2.5、揮發(fā)性有機(jī)物(VOCS)的減排量分別達(dá)286.3、3 655.5、5 333.5、1 276.2、2 907.5 t，與2014年同期相比總量減排比例分別達(dá)36.5%、49.9%、50.3%、49.0%、32.4%。

圖3 閱兵前后北京市及周邊地區(qū)PM2.5濃度空間變化Fig.3 The spatial variations of PM2.5 concentration in Beijing and surrounding areas before and after the military parade in Beijing

圖4 閱兵期間各項污染物貢獻(xiàn)率分布Fig.4 Contribution rates of pollution sources during the military parade in Beijing

采用數(shù)值模型計算的閱兵期間北京市NO2減排貢獻(xiàn)率(圖4)，從保障措施對NO2濃度變化貢獻(xiàn)率看，8月20至9月3日區(qū)域減排措施對NO2濃度下降貢獻(xiàn)率在38.9%～48.4%，14 d平均貢獻(xiàn)率為44.5%；相對于PM2.5，NO2減排貢獻(xiàn)率較高且變化較為平緩，這主要與北京市機(jī)動車單雙號及工業(yè)減排措施有關(guān)。從削減的各類污染源對各項污染物濃度改善貢獻(xiàn)看，移動源對北京市NO2改善貢獻(xiàn)率最大，達(dá)48.80%，而移動源對其他各項污染物SO2、PM10、PM2.5、VOCs濃度改善貢獻(xiàn)率分別為0、2.50%、9.30%、41.90%，表明單雙號限行對本地NO2濃度改善最為顯著。對比來看，閱兵期間空氣質(zhì)量保障措施實現(xiàn)的污染物減排比例及環(huán)境污染物濃度改善比例略高于2014年APEC空氣質(zhì)量保障。

4 小結(jié)

閱兵期間良好的空氣質(zhì)量得益于保障措施的精準(zhǔn)發(fā)力、有效落實，得益于“人努力，天幫忙”，特別是得益于全社會的共同參與、共同治理。由于空氣污染的復(fù)雜性，控制措施的環(huán)境效果評估需要多方法、多角度、多層次的全面系統(tǒng)評估，才能較為準(zhǔn)確客觀地評估措施的環(huán)境效果[16-17]，閱兵期間空氣質(zhì)量保障評估分析表明，污染控制措施在活動期間的空氣質(zhì)量改善中起到了主導(dǎo)作用?？諝赓|(zhì)量改善是一個長期的、艱巨的過程，需要進(jìn)一步深化聯(lián)防聯(lián)控，推進(jìn)區(qū)域大氣污染協(xié)同治理；進(jìn)一步提高城市精細(xì)化管理水平；優(yōu)化經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、調(diào)整空間布局，倡導(dǎo)和推行生活方式轉(zhuǎn)變，降低社會活動排放強(qiáng)度，完善全社會共同治理大氣污染的格局。

[1] 北京市環(huán)境保護(hù)局.回顧抗戰(zhàn)勝利70周年紀(jì)念活動北京市空氣質(zhì)量保障工作[EB/OL].(2015-09-06)[2015-10-02].http：//www.bjepb.gov.cn/bjepb/413526/331443/331937/333896/4376820/index.html.

[2] 北京市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測中心.2015年兩大活動期間空氣質(zhì)量保障效果綜合評估報告[R].北京：北京市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測中心，2015.[3] 程念亮，李云婷，張大偉，等.2014年APEC期間北京市空氣質(zhì)量改善分析[J].環(huán)境科學(xué)，2016，37(1)：66-73.

[4] 程念亮，李軍杰，李云婷，等.基于matlab北京市PM2.5動態(tài)分區(qū)統(tǒng)計預(yù)報模型的開發(fā)[J].環(huán)境工程學(xué)報，2015，9(10)：4965-4970.

[5] 北京市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測中心.APEC空氣質(zhì)量保障環(huán)境空氣質(zhì)量改善效果評估報告[R].北京：北京市環(huán)境保護(hù)局，2014.

[6] 程念亮，陳添，張大偉，等.2015年春節(jié)北京市空氣質(zhì)量分析[J].環(huán)境科學(xué)，2015，36(9)：3150-3158.

[7] 程念亮，張大偉，李云婷，等.2000～2014年北京市SO2時空分布及一次污染過程分析[J].環(huán)境科學(xué)，2015，36(11)：3961-3970.

[8] 李云婷，程念亮，張大偉，等.2013年北京市不同方位PM2.5背景濃度研究[J].環(huán)境科學(xué)，2015，36(12)：4331-4340.

[9] 程念亮，李云婷，張大偉，等.2013年北京市細(xì)顆粒物時空分布特征研究[J].環(huán)境工程，2015，33(10)：43-46.

[10] 程念亮，李云婷，張大偉，等.2013年1月北京市一次空氣重污染成因分析[J].環(huán)境科學(xué)，2015，36(4)：1154-1163.

[11] 程念亮，李云婷，張大偉，等.2014年10月北京市4次典型空氣重污染過程成因分析[J].環(huán)境科學(xué)研究，2015，28(2)：163-170.

[12] 程念亮，李云婷，孫峰，等.北京市空氣重污染天氣類型分析及預(yù)報方法簡介[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2015，38(5)：189-194.

[13] 程念亮，李云婷，張大偉，等.2014年北京市城區(qū)臭氧超標(biāo)日濃度特征及與氣象條件的關(guān)系[J].環(huán)境科學(xué)，2016，37(6)：2041-2051.

[14] 程念亮，張大偉，陳添，等.2015年北京市兩次紅色預(yù)警期間PM2.5濃度特征[J].環(huán)境科學(xué)，2016，37(7)：2409-2418.

[15] 程念亮，李云婷，張大偉，等.2013～2014年北京市NO2時空分布研究[J].中國環(huán)境科學(xué)，2016，36(1)：18-26.

[16] 劉保獻(xiàn)，張大偉，陳添，等.北京市PM2.5主要化學(xué)組分濃度水平研究與特征分析[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2015，35(12)：4053-4060.

[17] 李令軍，王英.基于衛(wèi)星遙感與地面監(jiān)測分析北京大氣NO2污染特征 [J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2011，31(12)：2762-2768.

Technical System of Air Quality Assessment in Beijing during Major Activities

CHENG Nian-liang1,2,3, LI Yun-ting1, SUN Feng1et al

(1. Key Laboratory of Airborne Particulate Matter Monitoring Technology of Beijing, Beijing Municipal Environmental Monitoring Center, Beijing 100048; 2. College of Water Sciences, Beijing Normal University, Beijing 100875; 3. Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012)

The technical system of air quality assurance in Beijing during major activities in 2015 was elaborated based on the lesson of the parade on the 70th Victory Memorial Day for the Chinese People's War of Resistance against Japanese Aggression(Sept. 3 military parade). Beijing monitoring center established a comprehensive observation system and scientific evaluation system based on the obtained data and research results for the first time in China and the obtained data were representative, complete and comprehensive. Integrating all kinds of monitoring data and simulated data, the method was reliable and feasible, lower uncertainty. The goal was to eliminate meteorological conditions, and other external factors affecting the change of air quality for the evaluation of emission reduction measures. It was relatively objective and accurate to assess the measures of pollutants emissions reduction-decrease of emissions-improvement of the air quality qualitatively and quantitatively.

Major activities; Beijing; Emission reduction; Air quality; APEC; Military parade

北京市團(tuán)委創(chuàng)新項目“北京及周邊城市4+2區(qū)域大氣污染現(xiàn)狀及成因分析”(2016000021733G166)；環(huán)境保護(hù)公益性行業(yè)科研專項“北京地區(qū)大氣臭氧污染特征、發(fā)展態(tài)勢和控制途徑研究”(201409005)；國家重大科研專項“京津冀區(qū)域大氣污染聯(lián)防聯(lián)控支撐技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用”(2014BAC23B03，2016YFC0208902)；北京市環(huán)境保護(hù)局項目“VOCs基準(zhǔn)監(jiān)測體系評估及環(huán)境水平狀況研究”。

程念亮(1987- )，男，山東泰安人，工程師，博士，從事大氣環(huán)境監(jiān)測、模擬、預(yù)報和評估方面的研究。

2016-08-24

S 181.3；X 511

A

0517-6611(2016)29-0044-03