長(zhǎng)沙市一次空氣重污染過(guò)程分析

曾 鳴，范茂清

（湖南省長(zhǎng)沙生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，長(zhǎng)沙 410000）

在外源性輸入污染、本地污染積累以及不利氣象條件的共同影響下，2020年12月19—28日，長(zhǎng)沙市經(jīng)歷了一次長(zhǎng)達(dá)10 d 的污染過(guò)程，共造成5 個(gè)輕度污染日和5 個(gè)中度污染日，各污染日的空氣質(zhì)量指數(shù)（）如表1所示。本輪污染過(guò)程受北方傳輸影響較大，12月17日開始，河南省、山東省大部分城市出現(xiàn)輕、中度污染，18日污染氣團(tuán)向南擴(kuò)散，安徽省、江蘇省受到較大影響，在低空東北風(fēng)的控制下，湖南省常德市和益陽(yáng)市亦受到滲透影響而出現(xiàn)輕度污染。在干冷空氣的影響下，長(zhǎng)沙市受到明顯的污染傳輸影響，19日14 ∶00 起，空氣質(zhì)量轉(zhuǎn)差至中度污染，此后大氣層結(jié)持續(xù)靜穩(wěn)，污染形勢(shì)維持，直至23日夜間，冷空氣補(bǔ)充南下，長(zhǎng)沙市地面及低空轉(zhuǎn)一致偏北風(fēng)，污染氣團(tuán)快速向南遷移，長(zhǎng)沙市空氣質(zhì)量短時(shí)轉(zhuǎn)差至重度污染。23日夜間開始，長(zhǎng)沙市北面市控站點(diǎn)值先升高，偏南面站點(diǎn)隨后開始升高，污染時(shí)序性良好。28日，新一輪強(qiáng)冷空氣南下，給湖南省傳輸通道城市再次帶來(lái)顯著的污染傳輸影響，直至冷空氣過(guò)境，污染氣象擴(kuò)散條件顯著改善，本輪污染過(guò)程徹底結(jié)束。

表1 長(zhǎng)沙市2020年12月16—29日空氣質(zhì)量變化

1 污染特點(diǎn)

從傳輸通道城市的地理位置和空氣質(zhì)量的變化趨勢(shì)來(lái)看，北方大范圍的重污染氣團(tuán)南下遷移擴(kuò)散對(duì)長(zhǎng)沙市空氣質(zhì)量的影響極大，是造成本輪污染過(guò)程的重要原因。污染期間，長(zhǎng)沙市污染物濃度出現(xiàn)大幅升高的時(shí)間均晚于湖南省內(nèi)西北污染傳輸通道城市常德和益陽(yáng)。本輪污染過(guò)程具有時(shí)間長(zhǎng)、污染反復(fù)、污染氣團(tuán)濃度高等特點(diǎn)。

2 污染成因分析

2.1 氣象條件

本輪污染過(guò)程與氣象條件的影響息息相關(guān)，根據(jù)地面觀測(cè)實(shí)況，長(zhǎng)沙市12月18—19日、23日夜間至24日、28日夜間至29日均有不同強(qiáng)度的冷空氣過(guò)境影響。前兩次冷空氣強(qiáng)度一般，北風(fēng)帶來(lái)了明顯的外源性輸入污染且不能使本地?cái)U(kuò)散條件顯著改善。28日夜間，冷空氣強(qiáng)度較大，強(qiáng)北風(fēng)使得污染氣團(tuán)快速過(guò)境，空氣質(zhì)量顯著改善。

三次冷空氣過(guò)境均使得長(zhǎng)沙市地面及低空北風(fēng)風(fēng)速加大，地面西北風(fēng)不斷滲透，925 hPa 標(biāo)準(zhǔn)等壓面為高壓前部東北風(fēng)，偏北氣流有利于上游城市的污染物向南擴(kuò)散，從而抬高長(zhǎng)沙市細(xì)顆粒物（PM）的濃度。冷空氣間歇期間，本地大氣擴(kuò)散條件以弱風(fēng)靜穩(wěn)的均壓形勢(shì)為主，使得污染物長(zhǎng)期滯留而造成連續(xù)的污染天氣。

2.2 監(jiān)測(cè)因素

2.2.1 雷達(dá)監(jiān)測(cè)

朱良橋站位于長(zhǎng)沙市與益陽(yáng)市的交界處，地理位置如圖1 所示。該站點(diǎn)位于長(zhǎng)沙市的西北角，地處農(nóng)村，是監(jiān)測(cè)湖南省內(nèi)西北傳輸通道上污染氣團(tuán)動(dòng)向的重要依托。朱良橋站周邊本地污染物排放量低，因而監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的變化主要受外來(lái)污染物的影響，同時(shí)氣態(tài)污染物向顆粒物的二次轉(zhuǎn)化有限。朱良橋站的顆粒物激光雷達(dá)監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，在北風(fēng)的引導(dǎo)下，西北傳輸通道上的污染氣團(tuán)向南滲透，影響長(zhǎng)沙市的空氣質(zhì)量。低空消光系數(shù)快速增大時(shí)，結(jié)合朱良橋站的雷達(dá)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和各市控站點(diǎn)出現(xiàn)污染的先后順序，可以推斷，朱良橋站受到污染傳輸影響后，隨著氣團(tuán)的遷移擴(kuò)散，長(zhǎng)沙市主城區(qū)亦受到污染傳輸?shù)挠绊憽?/p>

圖1 長(zhǎng)沙市環(huán)境空氣監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的市控站點(diǎn)分布

2.2.2 氣象風(fēng)廓線雷達(dá)監(jiān)測(cè)

風(fēng)廓線雷達(dá)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)長(zhǎng)沙市上空垂直方向上各個(gè)高度的風(fēng)向、風(fēng)速，掌握空中約4 000 m 高度以下的各層氣流流向和流速情況，對(duì)于外源性輸入污染預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)有重要作用。風(fēng)廓線雷達(dá)資料顯示，12月28日傍晚，長(zhǎng)沙市空中1 500 m 高度以下均轉(zhuǎn)為正北風(fēng)，風(fēng)速為6 ～8 m/s，風(fēng)速大且空中上下風(fēng)向一致，偏北氣流強(qiáng)勁。29日08:00，長(zhǎng)沙市空中風(fēng)速達(dá)到18 m/s，表明冷空氣主體正在過(guò)境。長(zhǎng)沙市空氣質(zhì)量先由于污染傳輸快速轉(zhuǎn)差，繼而因潔凈氣流稀釋，又快速好轉(zhuǎn)。

2.2.3 組分監(jiān)測(cè)

12月19—28日，長(zhǎng)沙市市控站點(diǎn)的污染物組分占比大小排序?yàn)椋合跛岣x子＞有機(jī)碳＞銨根離子＞硫酸根離子＞元素碳。污染期間，硝酸根離子占比增大明顯，各站點(diǎn)硝酸根離子占比接近或超過(guò)40。同時(shí)，長(zhǎng)沙市NO濃度也有明顯增加。高濕環(huán)境有利于NO轉(zhuǎn)化成硝酸根離子，導(dǎo)致PM濃度增長(zhǎng)。本輪污染過(guò)程中，除硝酸根離子、硫酸根離子、銨根離子和有機(jī)碳占比較高外，元素碳、K占比也排名靠前。污染期間，K濃度較污染前抬升明顯，其來(lái)源于生物質(zhì)燃燒積累與傳輸，生物質(zhì)富含有機(jī)碳組分，生物質(zhì)燃燒對(duì)本輪污染過(guò)程有顯著貢獻(xiàn)。相較于優(yōu)良時(shí)段，元素碳濃度有所升高，可能與移動(dòng)源排氣污染、生物質(zhì)燃燒有關(guān)。綜合來(lái)看，長(zhǎng)沙市本輪污染過(guò)程受到北方污染傳輸、本地氣態(tài)污染物向顆粒物的二次轉(zhuǎn)化、生物質(zhì)燃燒以及柴油車排放增大等因素疊加影響。

2.2.4 氣團(tuán)后向軌跡監(jiān)測(cè)

分析發(fā)現(xiàn)，在冷空氣過(guò)程中，長(zhǎng)沙市低空100 m和500 m 的氣團(tuán)19日來(lái)源于華北及周邊地區(qū)，24日來(lái)源于西北地區(qū)，29日來(lái)源于華北及周邊地區(qū)。三次冷空氣過(guò)程中，氣團(tuán)均經(jīng)過(guò)污染較重的河南省和湖北省。因而，在氣團(tuán)南下的過(guò)程中，其路徑上的污染物必將向南遷移擴(kuò)散，從而影響長(zhǎng)沙市空氣質(zhì)量。

3 管控措施

3.1 加強(qiáng)預(yù)警預(yù)報(bào)

為應(yīng)對(duì)本輪污染過(guò)程，在長(zhǎng)沙市12月19日空氣質(zhì)量達(dá)到輕度污染后，湖南省長(zhǎng)沙生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心和長(zhǎng)沙市氣象臺(tái)隨即啟動(dòng)加密會(huì)商，每天發(fā)布3 次監(jiān)測(cè)快報(bào)，支持管理決策。

3.2 啟動(dòng)應(yīng)急管控

12月19日，長(zhǎng)沙市藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)工作領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室根據(jù)污染形勢(shì)啟動(dòng)顆粒物管控一級(jí)響應(yīng)，發(fā)布管控要求。24日，隨著污染傳輸加重，加密會(huì)商認(rèn)為污染形勢(shì)仍將持續(xù)，長(zhǎng)沙市于24日14:00 啟動(dòng)重污染天氣黃色預(yù)警，同時(shí)啟動(dòng)Ⅲ級(jí)響應(yīng)措施；26日，跨部門聯(lián)合會(huì)商一致認(rèn)為，未來(lái)兩天發(fā)生區(qū)域重污染的概率大，污染形勢(shì)嚴(yán)峻，長(zhǎng)沙市于12月26日21:00 將重污染天氣黃色預(yù)警升級(jí)為重污染天氣橙色預(yù)警，并啟動(dòng)Ⅱ級(jí)響應(yīng)措施。同時(shí)，長(zhǎng)沙市藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)工作領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室牽頭，組織多部門分4 組開展現(xiàn)場(chǎng)督查，檢查應(yīng)對(duì)措施落實(shí)情況。

3.3 加強(qiáng)宣傳引導(dǎo)

利用電視臺(tái)、報(bào)紙、網(wǎng)絡(luò)（長(zhǎng)沙市生態(tài)環(huán)境部門官網(wǎng)）和新媒體（微信公眾號(hào)）等平臺(tái)，加強(qiáng)重污染天氣預(yù)警信息和應(yīng)急響應(yīng)措施的宣傳，合計(jì)發(fā)布重污染天氣應(yīng)對(duì)相關(guān)信息107 條，密切關(guān)注并及時(shí)正面引導(dǎo)輿論，回應(yīng)社會(huì)關(guān)注，動(dòng)員全社會(huì)的力量參與，倡導(dǎo)綠色生活和綠色出行，為重污染天氣應(yīng)急響應(yīng)工作營(yíng)造良好的輿論氛圍。

4 工作成效

4.1 預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)及時(shí)，支撐管理決策

本輪污染過(guò)程影響范圍廣，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，污染程度較重。在本次污染應(yīng)對(duì)中，生態(tài)環(huán)境部門與氣象部門跨部門聯(lián)合會(huì)商，綜合運(yùn)用顆粒物激光雷達(dá)、氣象風(fēng)廓線雷達(dá)、空氣質(zhì)量數(shù)值預(yù)報(bào)模型等多種監(jiān)測(cè)技術(shù)，有助于說(shuō)清污染傳輸形式和污染類型，起到較為全面、精準(zhǔn)的分析和預(yù)警作用，科學(xué)研判外源性輸入污染影響的起始時(shí)間和程度。本輪污染過(guò)程的空氣質(zhì)量預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)結(jié)論與實(shí)況變化趨勢(shì)基本吻合，提升了長(zhǎng)沙市應(yīng)對(duì)重污染天氣過(guò)程的能力，如表2所示。

表2 長(zhǎng)沙市2020年12月24—28日空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)與實(shí)況對(duì)比

4.2 應(yīng)急決策果斷，污染管控得力

12月24日啟動(dòng)重污染天氣黃色預(yù)警后，長(zhǎng)沙市加大管控力度，當(dāng)日擴(kuò)散條件稍有改善，24日下午PM濃度有明顯降幅。隨后晚高峰到來(lái)，傳輸持續(xù)，污染物濃度開始再次持續(xù)上漲，長(zhǎng)沙市在26日晚啟動(dòng)重污染天氣橙色預(yù)警，當(dāng)日空氣質(zhì)量保持中度污染。27—28日，長(zhǎng)沙市保持重污染天氣橙色預(yù)警，全力對(duì)本地污染源進(jìn)行減排，空氣質(zhì)量維持中度污染。直至北方寒潮到來(lái)，有效降水及風(fēng)速明顯增大的條件下，各種污染物迅速降至優(yōu)良，長(zhǎng)沙市于29日08:00 解除重污染天氣橙色預(yù)警。長(zhǎng)沙市經(jīng)濟(jì)體量較周邊城市大，本地污染源顯著多于其他傳輸通道城市，總污染天數(shù)和重度污染天數(shù)卻少于其他傳輸通道城市，雖然部分時(shí)段達(dá)到重度污染，但沒(méi)有出現(xiàn)重度污染日，如表3 所示。上游城市常德、益陽(yáng)，鄰近城市湘潭、株洲，下游城市衡陽(yáng)、邵陽(yáng)、永州均出現(xiàn)重度污染日。在應(yīng)對(duì)本次強(qiáng)外源性輸入污染的過(guò)程中，長(zhǎng)沙市預(yù)警及時(shí)，采取有效的管控措施減少本地污染源的排放，對(duì)PM小時(shí)濃度進(jìn)行削峰，從而降低PM日均濃度，成功遏止重度污染日的產(chǎn)生。

表3 湖南省主要城市空氣質(zhì)量等級(jí)天數(shù)統(tǒng)計(jì)

5 結(jié)論

長(zhǎng)沙市本輪污染過(guò)程存在時(shí)間長(zhǎng)，污染反復(fù)，污染氣團(tuán)濃度高，成因復(fù)雜，但長(zhǎng)沙市管控得當(dāng)，預(yù)警及時(shí)，工作成效顯著。未來(lái)可以從多個(gè)角度入手，科學(xué)開展下一步工作。一是持續(xù)強(qiáng)化“六控（控塵、控車、控排、控?zé)?、控煤和控油）十禁（?yán)禁渣土車、混凝土攪拌車、運(yùn)砂車等各類車輛帶泥上路；嚴(yán)禁違法傾倒渣土；嚴(yán)禁工地裸露黃土；嚴(yán)禁重污染天氣下土石方施工；嚴(yán)禁燃燒散煤；嚴(yán)禁露天焚燒垃圾；嚴(yán)禁露天燒烤；嚴(yán)禁露天焚燒秸稈；嚴(yán)禁拖拉機(jī)等高排放車輛進(jìn)城；嚴(yán)禁在禁燃區(qū)域時(shí)段燃放煙花爆竹）”工作措施，落實(shí)重污染天氣應(yīng)急減排清單要求，在應(yīng)急期間最大限度減少本地污染源排放，努力降低污染。二是強(qiáng)化長(zhǎng)株潭城市群及傳輸通道城市的聯(lián)防聯(lián)控，聯(lián)合開展協(xié)同減排，減少上游城市傳輸污染，減緩污染累積速率，盡最大努力降低污染峰值濃度。三是堅(jiān)持以生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展為方向，堅(jiān)持多污染物協(xié)同控制，進(jìn)一步優(yōu)化能源和交通運(yùn)輸結(jié)構(gòu)，深化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，重視農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，以高質(zhì)量發(fā)展為導(dǎo)向，以低碳發(fā)展為抓手，實(shí)現(xiàn)大氣環(huán)境質(zhì)量持續(xù)改善。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，長(zhǎng)沙市大氣環(huán)境保護(hù)結(jié)構(gòu)性、根源性、趨勢(shì)性壓力總體上沒(méi)有根本改變。四是進(jìn)一步強(qiáng)化科技支撐。本次重污染天氣過(guò)程依靠現(xiàn)有能力雖能做到定性分析，但難以對(duì)污染氣團(tuán)的具體來(lái)源做到定量分析，不能判斷外源性輸入污染對(duì)重污染天氣的貢獻(xiàn)率。當(dāng)前，必須依靠空氣質(zhì)量數(shù)值預(yù)報(bào)模型加強(qiáng)對(duì)重污染天氣過(guò)程的成因分析，開展主城區(qū)顆粒物垂直監(jiān)測(cè)和低空風(fēng)向風(fēng)速監(jiān)測(cè)，適時(shí)在湖南省東北傳輸通道上（岳陽(yáng)市與長(zhǎng)沙市交界處）建設(shè)邊界站，監(jiān)測(cè)該通道上污染傳輸?shù)臏?zhǔn)確時(shí)間。