2015年“九三閱兵”期間北京市空氣質(zhì)量分析

王占山,李云婷,張大偉*,陳 添,魏 強(qiáng),孫彤卉,王步英,潘錦秀,崔繼憲,皮 帥(.北京市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)中心,大氣顆粒物監(jiān)測(cè)技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 00048；.北京市環(huán)境保護(hù)局,北京 00044；.北京工業(yè)大學(xué)環(huán)境與能源學(xué)院,北京 004)

2015年“九三閱兵”期間北京市空氣質(zhì)量分析

王占山1,李云婷1,張大偉1*,陳 添2,魏 強(qiáng)1,孫彤卉1,王步英1,潘錦秀1,崔繼憲3,皮 帥1(1.北京市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)中心,大氣顆粒物監(jiān)測(cè)技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100048；2.北京市環(huán)境保護(hù)局,北京 100044；3.北京工業(yè)大學(xué)環(huán)境與能源學(xué)院,北京 100124)

為研究區(qū)域性大氣污染物減排措施對(duì)北京市空氣質(zhì)量的影響,結(jié)合地面觀測(cè)的氣象參數(shù)、常規(guī)污染物和 PM2.5化學(xué)組分,對(duì)“九三閱兵”期間北京市的空氣質(zhì)量進(jìn)行分析.結(jié)果表明,閱兵期間北京市北風(fēng)平均風(fēng)速、溫度、相對(duì)濕度和地面氣壓等氣象要素水平與相鄰時(shí)段相比較為接近,但北風(fēng)頻率偏高,整體大氣擴(kuò)散條件略有利.閱兵期間 SO2、NO2、O3、PM10和 PM2.5平均濃度分別為 2.7、24.2、63.2、27.2和19.5μg/m3,與相鄰時(shí)段相比分別降低了26.0%、31.3%、24.5%、59.0%和59.4%;PM2.5的降幅最大,體現(xiàn)了一次源排放和前體物排放同時(shí)減排的疊加作用.從PM2.5化學(xué)組分來看,閱兵期間濃度最高前4位依次是OC(6.1μg/m3)、NH4+(3.8μg/m3)、SO42-(3.4μg/m3)和NO3-(2.5μg/m3), OC中二次生成的組分仍高達(dá)57.6%.通過與相鄰時(shí)段中相似天氣形勢(shì)下污染物濃度的對(duì)比測(cè)算了減排措施的“凈環(huán)境效益”,閱兵期間的減排措施使得SO2、O3、NO2、PM10和PM2.5濃度分別降低了50.0%、0.7%、42.1%、45.7%和48.6%,并對(duì)APEC期間和閱兵期間O3濃度變化不同的原因進(jìn)行了討論.

閱兵；減排；空氣質(zhì)量；PM2.5；化學(xué)組分；O3

2015年9月3日,為紀(jì)念中國人民抗日戰(zhàn)爭暨世界反法西斯戰(zhàn)爭勝利70周年,中國在北京舉辦了閱兵儀式,來自俄羅斯、韓國等世界各國的政要出席了此次活動(dòng).為保障活動(dòng)期間的空氣質(zhì)量,自2015年8月20日開始,北京市執(zhí)行了機(jī)動(dòng)車單雙號(hào)限行等污染物減排措施,自8月28日開始,周邊省市也開始執(zhí)行減排措施,包括工廠停產(chǎn)限產(chǎn)、工地停工、機(jī)動(dòng)車單雙號(hào)限行、加強(qiáng)道路清潔等.這些減排措施也起到了良好的環(huán)境效果,2015年8月20日至9月3日期間(簡稱為“閱兵期間”),北京市PM2.5濃度在有監(jiān)測(cè)歷史上首次連續(xù)15d達(dá)到一級(jí)優(yōu)[1]水平,O3濃度也僅有1d超標(biāo),空氣質(zhì)量維持較好水平,創(chuàng)造了廣為人知的“閱兵藍(lán)”[2-3].

2008年北京奧運(yùn)會(huì)期間以及2014年APEC會(huì)議期間,北京市及周邊地區(qū)曾經(jīng)采取過類似的污染源減排措施,同樣成功的完成了空氣質(zhì)量保障工作.Wang等[4]對(duì)2006～2008年8月份密云站點(diǎn)氣態(tài)污染物的監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn),奧運(yùn)期間 O3、SO2、CO和NOy的日均濃度分別下降了23%、61%、25%和21%.Zhang等[5]在中國氣象局站點(diǎn)的監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn),2008年7月中上旬的CO、NOx、BC(Black carbon)、SO2和PM10小時(shí)平均濃度與6月份相比分別下降了 23%、30%、26%、45%和 21%.孔茜等[6]對(duì)交通環(huán)境的監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn),奧運(yùn)期間北四環(huán)道路附近的CO、NO2和NOx平均濃度分別下降了63%、70%和71%; NOx單人高峰小時(shí)與日間小時(shí)平均吸入劑量分別下降了58%和55%.王占山等[7]的觀測(cè)發(fā)現(xiàn),APEC期間密云、榆垡、昌平、奧體中心和西直門北大街 5個(gè)站點(diǎn) SO2、NO2、PM10和PM2.5平均濃度分別為(8.0±8.0)、(37.4±21.6)、(67.7±43.4)和(48.6±42.2)μg/m3,與近5年同期(PM2.5為2013年同期)相比分別下降了61.5%、40.8%、36.4%和47.1%; O3日均濃度為(36.0±22.5)μg/m3,與近 5年同期相比上升了101.8%.張霖琳等[8]于 APEC期間在北京及周邊城市的監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn),北京、天津、石家莊、保定和濟(jì)南5個(gè)城市PM2.5日平均濃度略高于75μg/m3,并計(jì)算了PM2.5中Zn、Pb和Cu等重金屬元素的致癌風(fēng)險(xiǎn),結(jié)果表明APEC期間的重金屬元素的健康風(fēng)險(xiǎn)水平整體低于2012年和2013年同期.

針對(duì)奧運(yùn)會(huì)、APEC會(huì)議和閱兵儀式等重大國際活動(dòng)所實(shí)施的一系列大氣污染物臨時(shí)減排措施在國內(nèi)較為罕見,為研究區(qū)域性大氣污染特征以及污染物排放量與環(huán)境濃度之間的關(guān)系提供了難得的機(jī)會(huì).另外,奧運(yùn)會(huì)在夏季舉辦,APEC會(huì)議在秋季舉辦,而閱兵儀式在夏末秋初舉辦,減排措施的實(shí)施效果也受到不同的氣象條件的影響.本研究對(duì)閱兵期間北京市氣象條件、大氣污染物濃度以及PM2.5化學(xué)組分等地面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,探討污染物減排措施對(duì)北京市空氣質(zhì)量的影響,以期為今后相關(guān)污染調(diào)控政策的制定提供科學(xué)依據(jù).

1 材料與方法

目前,北京市環(huán)境保護(hù)局對(duì)社會(huì)實(shí)時(shí)發(fā)布35個(gè)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的空氣質(zhì)量,選擇其中的密云水庫站(城市背景站)、榆垡站(區(qū)域站)、昌平站(郊區(qū)站)、官園站(城區(qū)站)和西直門北大街站(交通站)進(jìn)行分析.這5個(gè)站點(diǎn)具有不同的監(jiān)測(cè)功能,且分布于北京市的不同方位,所以認(rèn)為能較好的代表北京市的整體水平.PM2.5化學(xué)組分監(jiān)測(cè)儀器安裝在北京市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)中心七樓樓頂,氣象數(shù)據(jù)來自北京市南郊觀象臺(tái),站點(diǎn)位置見圖1.

PM2.5監(jiān)測(cè)儀采用Thermo Fisher 1405F監(jiān)測(cè)儀,原理是以恒定的流速將環(huán)境空氣中的 PM2.5顆粒通過采樣切割器吸入儀器內(nèi)部,用濾膜動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)(FDMS)配合微量震蕩天平法(TEOM),測(cè)量PM2.5的質(zhì)量濃度.PM10監(jiān)測(cè)儀采用Thermo Fisher 1400監(jiān)測(cè)儀,原理同樣為TEOM法.NOx分析儀采用 Thermo Fisher 42C 化學(xué)發(fā)光NO-NO2-NOx分析儀,其原理是NO與O3發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生激發(fā)態(tài)的 NO2分子,當(dāng)激發(fā)態(tài)的NO2分子返回基態(tài)時(shí)發(fā)出一定波長的光,所發(fā)出光的強(qiáng)度與 NO的體積分?jǐn)?shù)呈線性正相關(guān).檢測(cè)NO2時(shí)先將NO2通過鉬轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成NO,然后再通過化學(xué)發(fā)光反應(yīng)進(jìn)行定量分析.該分析儀最低檢測(cè)限:0.05×10-9(體積分?jǐn)?shù));零漂:小于0.025×10-9/24h;跨漂:±1%/24h.O3分析儀采用Thermo Fisher 49C紫外光度法分析儀,原理為O3分子吸收波長為254nm的紫外光,該波段紫外光被吸收的程度直接與O3的體積分?jǐn)?shù)相關(guān),根據(jù)檢測(cè)樣品通過時(shí)紫外光時(shí)被吸收的程度來計(jì)算出O3體積分?jǐn)?shù).分析儀最低檢測(cè)限:1×10-9(體積分?jǐn)?shù));精度:1×10-9(體積分?jǐn)?shù));零漂:0.4%/24h;跨漂:±1%/24h,±2%/7d.SO2監(jiān)測(cè)儀采用 Thermo Fisher 43i脈沖紫外熒光法分析儀,分析儀最低檢測(cè)限:0.5×10-9(體積分?jǐn)?shù));精度:1×10-9(體積分?jǐn)?shù));零漂:小于1×10-9/24h; 跨漂:±0.5%/24h.化學(xué)組分分析儀采用 RT-4型有機(jī)碳元素碳分析儀和URG 9000S陰陽離子在線監(jiān)測(cè)儀.能見度監(jiān)測(cè)采用芬蘭VAISALA公司生產(chǎn)的FD12型能見度儀.使用國家計(jì)量院生產(chǎn)的NO、CO和SO2標(biāo)氣進(jìn)行校準(zhǔn),使用Thermo 49i-PS型紫外光度計(jì)法O3校準(zhǔn)儀對(duì)O3分析儀進(jìn)行校準(zhǔn).各儀器均兩天校準(zhǔn)一次,采樣管路至少每月清洗一次,保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和有效性.PM2.5、SO2、O3和NOx監(jiān)測(cè)儀輸出的為5min數(shù)據(jù),根據(jù)每個(gè)小時(shí)內(nèi)5min數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值求得小時(shí)濃度;能見度儀和PM2.5化學(xué)組分在線監(jiān)測(cè)儀輸出的為小時(shí)數(shù)據(jù).本研究中使用的均為小時(shí)數(shù)據(jù).

圖1 各監(jiān)測(cè)站點(diǎn)位置Fig.1 Location of monitoring sites

2 結(jié)果與討論

對(duì)于SO2、NO2、O3、PM10和PM2.5等5項(xiàng)污染物,將閱兵期間濃度水平與2013～2015年間同一時(shí)段的濃度進(jìn)行對(duì)比,以探討閱兵期間空氣質(zhì)量變化.對(duì)于 PM2.5化學(xué)組分,將閱兵期間觀測(cè)值與 2015年夏季(6～8月)非閱兵期間濃度水平進(jìn)行對(duì)比分析.將閱兵期間和相鄰的非閱兵時(shí)段兩次相似天氣形勢(shì)下的污染物濃度對(duì)比,以測(cè)算閱兵減排措施的“凈環(huán)境效益”,并對(duì) APEC期間和閱兵期間O3濃度變化趨勢(shì)相反的現(xiàn)象進(jìn)行了討論.

2.1 閱兵期間氣象條件和污染物濃度水平

將閱兵時(shí)段及其相鄰的年8月5日至9月15日期間分為3個(gè)階段,即S1(8月5～19日)、S2(閱兵期間)和S3(9月4～15日).表1顯示了各階段的氣象要素水平,可以看出,閱兵期間北京市北風(fēng)頻率明顯高于前后相鄰時(shí)段,但北風(fēng)平均風(fēng)速和溫度、相對(duì)濕度以及氣壓等其他氣象要素并沒有明顯有利于其他時(shí)段.整體來看,閱兵期間大氣擴(kuò)散條件比前后相鄰時(shí)段相比略有利.

圖2顯示了3個(gè)階段中氣象要素和5項(xiàng)污染物濃度變化,可以看出,除O3外,其他4項(xiàng)污染物閱兵期間濃度均明顯低于前后相鄰時(shí)段,由于S3中溫度明顯低于S2,導(dǎo)致其O3濃度降低,主要是氣象因素導(dǎo)致的.S2中SO2、NO2、O3、PM10和PM2.5平均濃度分別為2.7、24.2、63.2、27.2和19.5 μg/m3,與S1和S3中平均濃度相比分別降低了26.0%、31.3%、24.5%、59.0%和59.4%,PM2.5的降幅最大,體現(xiàn)了一次源排放和前體物排放同時(shí)減排的疊加作用.

表1 各階段氣象要素水平Table 1 meteorological factors in the three stages

圖2 2015年8月5日至9月15日北京市氣象數(shù)據(jù)及各污染物濃度Fig.2 Meteorological data and concentrations of air pollutants in Beijing during August 5 – September 15, 2015

2.2 各污染物與近兩年的比較

圖3顯示了近3年閱兵時(shí)段5項(xiàng)污染物平均濃度.對(duì) SO2來說,南部的榆垡站的降幅最小,與2013年和2014年平均濃度相比降低了27.3%,城區(qū)的官園站降幅最大,達(dá)到60.0%.從各站點(diǎn)濃度水平來看,也是城區(qū)站最高,體現(xiàn)了夏季SO2區(qū)域排放源較少的特征.對(duì) NO2來說,榆垡站和密云水庫站濃度水平較低,2015年閱兵期間濃度出現(xiàn)輕微反彈,其他3個(gè)站點(diǎn)NO2濃度均表現(xiàn)出明顯下降,官園站降幅最大,與2013年和2014年平均濃度相比降低了42.9%.對(duì)O3來說,榆垡站濃度略有反彈,其他站點(diǎn)濃度降幅也低于其他4項(xiàng)污染物的降幅,其中密云水庫站濃度降幅最大,為46.5%.PM10和PM2.5的整體降幅明顯高于其他3項(xiàng)污染物,所有站點(diǎn)均達(dá)到 50%以上,PM10降幅最大的為昌平站,達(dá)到66.4%,PM2.5降幅最大的為密云水庫站,達(dá)到73.0%.

圖3 閱兵期間與近2年同時(shí)期污染物平均濃度Fig.3 Average concentrations of air pollutants during the military parade period of 2014 and the same time period of the last two years

2.3 閱兵期間污染物日變化規(guī)律分析

官園站位于北京市城區(qū)市委黨校內(nèi),受區(qū)域傳輸以及交通污染排放等特殊因素的影響相對(duì)較小,更能代表北京市的平均水平.圖4顯示了閱兵期間和夏季非閱兵期間(2015-06-01～2015-08-19)官園監(jiān)測(cè)站的各污染物日變化規(guī)律的對(duì)比.SO2日變化呈單峰型曲線,峰值出現(xiàn)在上午10:00～11:00,與 SO2全年的日變化規(guī)律一致[9].閱兵期間日變化濃度明顯低于非閱兵時(shí)段,降幅最大的出現(xiàn)在上午的峰值時(shí)段.NO2日變化呈雙峰型分布,第1個(gè)峰值出現(xiàn)在交通早高峰時(shí)段,主要是由機(jī)動(dòng)車排放引起的; 第2個(gè)峰值出現(xiàn)在夜間00:00左右,由交通晚高峰的排放疊加夜間邊界層高度降低的“擠壓效應(yīng)”共同導(dǎo)致的[10].閱兵期間后半夜和白天時(shí)段 NO2濃度明顯低于非閱兵時(shí)段,前半夜2個(gè)時(shí)段的NO2濃度接近.O3日變化呈單峰型曲線,白天閱兵時(shí)段濃度明顯低于非閱兵時(shí)段,夜間 2個(gè)時(shí)段的濃度較為接近.PM10和 PM2.5的日變化規(guī)律呈波浪型曲線,閱兵期間濃度明顯低于非閱兵期間,濃度降幅在白天時(shí)段更為明顯.

值得注意的是,APEC活動(dòng)期間,由于減排措施的實(shí)施,導(dǎo)致北京市 O3濃度出現(xiàn)上升,而本次活動(dòng)保障期間,并未出現(xiàn) O3濃度上升的現(xiàn)象,可能的原因?qū)⒃谙挛拈_展討論.

2.4 PM2.5化學(xué)組分分析

圖5和圖6展示了閱兵期間和夏季非閱兵期間的 PM2.5化學(xué)組分濃度水平和占比.從絕對(duì)濃度來看,非閱兵期間組分濃度最高的前4位依次是 SO42-(11.8μg/m3)、 NO3-(10.6μg/m3)、OC(10.3μg/m3)和 NH4+(6.8μg/m3),閱兵期間前 4位依次是 OC(6.1μg/m3)、NH4+(3.8μg/m3)、SO42-(3.4μg/m3)和 NO3-(2.5μg/m3),排序發(fā)生了明顯的變化.從4大主要組分濃度降幅來看,從大到小依次為 NO3-(76.2%)、 SO42-(70.7%)、NH4+(44.1%)和 OC(40.6%),NO3-和 SO42-的巨大降幅反映了閱兵期間機(jī)動(dòng)車和工業(yè)排放管控措施的環(huán)境效益.從各組分占比來看,非閱兵期間SO42-、NO3-和OC占比比較接近,均為25%左右;閱兵期間 OC占比達(dá)到 34.6%,明顯高于其他組分,NH4+占比上升了 35.4%,SO42-和 NO3-占比分別下降了29.1%和42.7%.

圖4 5項(xiàng)常規(guī)污染物在2015年閱兵期間和夏季非閱兵期間的日變化曲線Fig.4 Diurnal variation curves of five pollutants during the military parade period and the other time period in summer in 2015

圖5 2015年閱兵期間和夏季非閱兵時(shí)段PM2.5化學(xué)組分濃度Fig.5 Average concentrations of chemical compositions of PM2.5during the military parade period and the other time period in summer in 2015

OC中包括一次有機(jī)碳(POC)和二次有機(jī)碳(SOC),目前對(duì)于SOC復(fù)雜的大氣形成過程、凝結(jié)/分配機(jī)制尚缺乏全面認(rèn)識(shí),還不具備公認(rèn)的對(duì)SOC直接測(cè)量的分析手段.除利用煙霧箱在特定的條件下直接模擬其生成外,大氣環(huán)境中的SOC濃度一般采用間接方法進(jìn)行估算,如OC與EC濃度比值法、有機(jī)分子示蹤法以及數(shù)值模型預(yù)測(cè)法

[11].其中OC與EC濃度比值法最為簡單直接,在識(shí)別和評(píng)估SOC污染中應(yīng)用廣泛.OC/EC比值法認(rèn)為,污染源之間排放的顆粒物中OC與EC濃度比值是一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的特征值,它與排放源種類有關(guān),當(dāng)大氣顆粒物中OC/EC比值超過此值時(shí),表示有SOC形成.根據(jù)這一理論,Castro等[12]提出SOC的計(jì)算方法:式中: TOC代表總有機(jī)碳,(OC/EC)min表示最低OC/EC比值,本研究根據(jù)此公式計(jì)算了 OC中SOC的比例,在夏季非閱兵期間和閱兵期間的比例分別為 72.3%和 57.6%,即使采取了大規(guī)模的減排措施后,OC中二次生成的組分仍超過50%,VOCs向 OC的二次轉(zhuǎn)化可能是閱兵期間OC濃度仍相對(duì)較高的原因.

圖6 2015年閱兵期間和夏季非閱兵時(shí)段PM2.5化學(xué)組分占比Fig.6 Proportions of chemical compositions of PM2.5during the military parade period and the other time period in summer in 2015

2.5 減排措施的“凈環(huán)境效益”測(cè)算

由于北京市正在實(shí)施《北京市 2013～2017年清潔空氣行動(dòng)計(jì)劃》等大氣污染物排放量控制措施,因此近 2年的大氣污染物排放量基數(shù)并不相同,氣象條件也不可能完全一致.因此,閱兵期間污染物濃度與往年同期的對(duì)比可以在一定程度上反映減排措施的環(huán)境效益,但并不能反映出其“凈環(huán)境效益”.參照 Zhang等[5]和 Wang等[13]的評(píng)估方法,對(duì)閱兵期間的天氣系統(tǒng)進(jìn)行分類,然后與相鄰的時(shí)間段內(nèi)相似天氣系統(tǒng)下的污染物濃度進(jìn)行對(duì)比,兩者的差值被認(rèn)為閱兵減排措施的“凈環(huán)境效益”.由于夏季污染物濃度水平相對(duì)較低,天氣系統(tǒng)對(duì)污染物濃度變化的影響相對(duì)較大,所以必須嚴(yán)格篩選臨近時(shí)間段內(nèi)十分相似的天氣系統(tǒng).選定時(shí)間段及其對(duì)應(yīng)的污染物濃度見表 2,可以看出,閱兵期間的減排措施使得 SO2、O3、NO2、PM10和PM2.5濃度分別降低了50.0%、0.7%、42.1%、45.7%和48.6%.

表2 相似天氣形勢(shì)下污染物濃度對(duì)比Table 2 Comparison of concentrations of air pollutants in similar weather periods

2.6 與APEC期間對(duì)比分析以及O3濃度降低原因討論

作者[14]曾對(duì)2014年APEC會(huì)議期間空氣質(zhì)量進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)與近5年同期相比,O3濃度上升了 101.8%.而閱兵期間,O3濃度出現(xiàn)明顯下降,甚至在去掉氣象條件的影響后,測(cè)算的O3濃度仍略低于相似氣象條件下的濃度.APEC會(huì)議在秋末舉辦,而閱兵活動(dòng)在夏末秋初舉辦,氣象條件差異較大,對(duì) O3生成的影響作用也不同[15-17].本研究僅從前體物濃度水平的角度,對(duì)APEC期間和閱兵活動(dòng)期間O3濃度變化進(jìn)行分析.圖7顯示了兩大活動(dòng)期間各污染物濃度水平,由于氣象條件有利于 O3生成,所以閱兵期間 O3濃度明顯高于APEC期間,其他污染物濃度均為閱兵期間明顯低于APEC期間.

當(dāng)NO2濃度水平較低時(shí),影響O3生成的主要是NO2濃度,此時(shí)為NOx控制區(qū); 當(dāng)NO2濃度水平較高且不能被完全消耗時(shí),影響O3生成的主要是VOCs濃度,此時(shí)過高的NO2濃度反而限制O3生成,此時(shí)為VOCs控制區(qū)[18-19].之前的研究[20-21]多表明,北京市城區(qū)和近郊區(qū)O3生成為VOCs控制區(qū),那么造成APEC期間O3濃度升高而閱兵期間 O3濃度降低的可能原因是:(1)若兩大活動(dòng)中O3控制區(qū)都沒變,則APEC期間區(qū)域VOCs減排量明顯小于 NOx減排量,而閱兵活動(dòng)期間區(qū)域VOCs減排量明顯高于NOx減排量; (2)閱兵期間O3生成已經(jīng)變?yōu)镹Ox控制區(qū),則NO2濃度降低會(huì)帶來O3濃度降低,而APEC期間仍為VOCs控制區(qū),則NO2濃度降低導(dǎo)致O3濃度升高,那么北京市劃分O3前體物控制區(qū)的NO2閾值將介于閱兵期間平均NO2濃度(29.6 μg/m3)和APEC期間平均NO2濃度(53.4 μg/m3)之間,這一閾值對(duì)于指導(dǎo)北京市以及區(qū)域的O3前體物控制政策具有重要的意義.由于本研究并未同步觀測(cè) VOCs,另外國家并未公布重大活動(dòng)保障期間具體減排方案以及實(shí)施力度,所以這兩個(gè)原因也無從驗(yàn)證.不過由此可得出 O3污染控制措施的建議為:加大區(qū)域VOCs減排力度,使其減排量遠(yuǎn)大于NOx減排量,或者加大區(qū)域 NOx減排力度,但必須保證區(qū)域NO2濃度降至能改變O3生成前體物控制區(qū)的閾值以下.

圖7 APEC期間和閱兵期間各污染物濃度水平Fig.7 Concentration levels of air pollutants during the APEC period and the military parade period

Liu等[22]使用衛(wèi)星反演了APEC和閱兵期間O3及前體物濃度,研究發(fā)現(xiàn),閱兵期間京津冀區(qū)域O3生成為NOx控制區(qū),而APEC期間為NOx和VOCs混合控制區(qū),閱兵期間由于污染控制得當(dāng),沒有來自周邊的區(qū)域輸送,本地減排使NO2下降達(dá)到了控制的閾值,從而使得O3濃度也同時(shí)下降,而APEC期間對(duì)周邊區(qū)域的控制以及NO2濃度的下降并未達(dá)到有效控制的閾值,該研究結(jié)果與筆者分析的第二種原因相似.類似于APEC和閱兵這種能夠在京津冀及周邊七省市區(qū)采取大規(guī)模減排措施的重大活動(dòng)在國內(nèi)較為罕見,因此提供了絕佳的分析污染物減排量和環(huán)境濃度變化之間非線性關(guān)系的實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì),對(duì)今后污染物控制措施的制訂也具有重要的指導(dǎo)意義.

3 結(jié)論

3.1 從氣象條件來看,閱兵期間大氣擴(kuò)散條件比前后相鄰時(shí)段相比略有利.閱兵期間 SO2、NO2、O3、PM10和PM2.5平均濃度分別為2.7、24.2、63.2、27.2和19.5 μg/m3,與閱兵前后時(shí)段相比分別降低了26.0%、31.3%、24.5%、59.0%和 59.4%,與近2年同比多數(shù)站點(diǎn)污染物濃度也明顯降低.

3.2 從日變化來看,閱兵期間SO2日變化濃度明顯低于非閱兵時(shí)段,降幅最大的出現(xiàn)在上午的峰值時(shí)段.閱兵期間后半夜和白天時(shí)段NO2濃度明顯低于非閱兵時(shí)段,前半夜2個(gè)時(shí)段的NO2濃度接近.閱兵期間白天時(shí)段O3濃度明顯低于非閱兵時(shí)段,夜間 2個(gè)時(shí)段的濃度較為接近.閱兵期間PM10和 PM2.5日變化濃度明顯低于非閱兵期間,濃度降幅在白天時(shí)段更為明顯.

3.3 從 PM2.5化學(xué)組分來看,非閱兵期間組分濃度最高的前 4位依次是 SO42-(11.8μg/m3)、NO3-(10.6μg/m3)、OC(10.3μg/m3)和 NH4+(6.8μg/ m3),閱兵期間前 4位依次是 OC(6.1μg/m3)、NH4+(3.8μg/m3)、SO42-(3.4μg/m3)和 NO3-(2.5μg/ m3).從組分占比來看,非閱兵期間SO42-占比最高,閱兵期間OC占比最高.

3.4 通過與相鄰時(shí)段中相似天氣形勢(shì)下污染物濃度的對(duì)比測(cè)算了減排措施的“凈環(huán)境效益”,發(fā)現(xiàn)閱兵期間的減排措施使得SO2、O3、NO2、PM10和PM2.5濃度分別降低了50.0%、0.7%、42.1%、45.7%和48.6%,并對(duì)APEC期間和閱兵期間O3濃度變化不同的原因進(jìn)行了討論.

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Analysis on air quality in Beijing during the military parade period in 2015.

WANG Zhan-shan1, LI Yun-ting1, ZHANG Da-wei1*, CHEN Tian2, WEI Qiang1, SUN Tong-hui1, WANG Bu-ying1, PAN Jin-xiu1, CUI Ji-xian3, PI Shuai1(1. Beijing Key Laboratory of Airborne Particulate Matter Monitoring Technology, Beijing Municipal Environmental Monitoring Center, Beijing 100048, China；2.Beijing Environmental Protection Bureau, Beijing 100044, China；3.College of Environmental and Energy Engineering, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China). China Environmental Science, 2017,37(5)：1628～1636

During the military parade period in 2015, air quality in Beijing was analyzed to investigate the impact of regional-scale air pollutant control strategies on Beijing. Ground-observed meteorological data, regulated air pollutant concentrations, and chemical compositions of PM2.5were analyzed. The results showed that the average wind speed of north wind, temperature, relatively humidity and ground-level atmospheric pressure during the military parade period were at the same level with the adjacent period, whereas, frequency of north wind was obviously higher. In general, atmospheric dispersion conditions during the military parade period was more favorable than the adjacent period. The average concentrations of SO2, NO2, O3, PM10and PM2.5were 2.7, 24.2, 63.2, 27.2 and 19.5μg/m3, respectively, which decreased by 26.0%, 31.3%, 24.5%, 59.0% and 59.4% compared with the adjacent period, respectively. The decrease of PM2.5was the largest, indicating the combination effect of reduction of primate emission and precursor emission. OC concentration (6.1μg/m3) was the highest in PM2.5chemical composition, followed by NH4+(3.8μg/m3)、SO42-(3.4μg/m3) and NO3-(2.5μg/m3). Notably, secondary OC accounted for 57.6% of total OC even with the implementation of emission reduction measures. The net effectiveness of the emission reduction measures was calculated through comparisons of concentrations of air pollutants under similar meteorological conditions. Through the implementation of emission reduction measures, concentrations of SO2, O3, NO2, PM10, and PM2.5decreased by 50.0%, 0.7%, 42.1%, 45.7% and 48.6%, respectively. In addition, the mechanisms of the different variations of O3during the APEC period and the militaryparade period were discussed.

military parade；reduction measures；air quality；PM2.5；chemical compositions；O3

X51

A

1000-6923(2017)05-1628-09

王占山(1987-),男,山東濰坊人,工程師,碩士,主要從事大氣環(huán)境研究與模擬及空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)預(yù)警研究.發(fā)表論文40余篇.

2016-10-12

環(huán)保公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(201409005);國家科技支撐計(jì)劃課題(2014BAC23B03);北京市優(yōu)秀人才培養(yǎng)資助

* 責(zé)任作者, 研究員, zhangdawei@bjmemc.com.cn