精細化源解析支持精準施策

2018年，朋友圈曬藍天已經(jīng)成為常態(tài)。今年3月中旬，攝影愛好者鄧偉發(fā)出了自己拍攝的北京藍天白云的照片，立刻刷爆朋友圈。媒體都在驚呼：“朋友圈藍天”檔期延長，空氣凈化器銷量下降。

藍天白云天數(shù)增多的背后，離不開大氣攻關(guān)項目的科技支持。正是這些科技成果支撐了政府打好藍天保衛(wèi)戰(zhàn)的科學決策。

為了獲得基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，2017~2018年和2018~2019年的秋冬季，國家大氣污染防治攻關(guān)聯(lián)合中心源解析工作組不停穿梭在“2+26”城市之間。工作組與“2+26”城市駐點跟蹤研究團隊密切配合，克服時間緊、任務重、經(jīng)費少等種種困難，結(jié)合區(qū)域和城市精準治霾的管理需求，通過基于源譜庫、源清單、空氣質(zhì)量模型和受體模型組成的精細化源解析融合技術(shù)體系，實現(xiàn)精細到行業(yè)、精準到過程的京津冀及周邊地區(qū)城市PM2.5污染來源精細化解析。

“從區(qū)域?qū)用嫔蟻碇v，秋冬季PM2.5污染的主要來源是燃煤、工業(yè)、機動車和揚塵，其中燃煤中相當一部分指的是散煤燃燒，這些污染源的具體排名在‘2+26’城市中還會有一些區(qū)別，比如說北京市最重要的排放源就是機動車。”大氣攻關(guān)項目專家、北京大學環(huán)境科學與工程學院研究員陸克定介紹說。

“目前，我們已分析得出2017年和2018年秋冬季京津冀及周邊地區(qū)細顆粒物（PM2.5）組分和來源特征，并對比分析了2016年采暖期和2017年采期季同期變化。”唐偉介紹說。大氣顆粒物受體模型源解析結(jié)果表明，2017年采暖期京津冀及周邊地區(qū)PM2.5主要組分為有機物、硝酸鹽和硫酸鹽。2017年P(guān)M2.5主要組分濃度較2016年同期明顯下降，硫酸鹽降幅最大，元素碳（EC）和地殼元素不降反增。2017年采暖期京津冀及周邊地區(qū)各城市細顆粒物PM2.5主要污染來源為工業(yè)源、機動車源、燃煤源和揚塵源。各類污染源貢獻濃度值較去年同期下降明顯，主要污染源占比呈現(xiàn)“兩降兩升”特征，工業(yè)源和燃煤源的貢獻占比下降，機動車源、揚塵源貢獻占比上升。

空氣質(zhì)量模型源解析結(jié)果顯示，區(qū)域間的PM2.5及其生成前體物的傳輸加重了“2+26”城市秋冬季污染的累積，全年平均貢獻在20%~30%左右，重污染過程中區(qū)域傳輸影響增加15%~20%。對比2016和2017年區(qū)域源解析的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，“2+26”城市各地污染治理取得一定成效，PM2.5區(qū)域貢獻比例增加，對區(qū)域性污染聯(lián)防聯(lián)控的需求加大。對“2+26”城市整體區(qū)域而言，行業(yè)解析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，工業(yè)、電力、民用燃燒、機動車為主要污染源。

唐偉介紹說，爆發(fā)性增長的定量分析側(cè)重于對重污染的過程分析，包含了顆粒物在線組分分析、氣象條件分析，定量解析大氣物理化學過程在重污染期間所占的比重，當然其中也包含了來源解析，分析結(jié)果對降低重污染過程的強度和持續(xù)時間有支持作用。

國家大氣污染防治攻關(guān)聯(lián)合中心源解析工作組對秋冬季污染物來源進行了解析。“這個解析工作是針對整個秋冬季，時間跨度更長，是為‘2+26’城市科學制定和評估大氣污染防治政策措施及其實施效果提供科學支撐作用的。”唐偉說，來源解析包含區(qū)域來源解析和行業(yè)來源解析，其中區(qū)域來源解析可以分析“2+26”城市的污染相互影響作用，發(fā)現(xiàn)污染物的傳輸通道，對制定秋冬季“2+26”城市的聯(lián)防聯(lián)控措施提供支持；精細化的行業(yè)來源解析可以分析“2+26”城市中哪一種污染排放源對PM2.5污染起主導作用，貢獻量是多少，為各城市對各行業(yè)污染源減排的精準施策提供支持。

“不利氣象條件與污染過程的雙向反饋機制使得邊界層壓低、低層逆溫增強、相對濕度增加，是導致PM2.5快速增長的主要氣象機制。”陸克定說。

給京津冀大氣進行全面“體檢”

2018年1月，河北、天津、河南等地遭遇了罕見的大雪。在莽莽雪原上，一群大氣攻關(guān)項目專家們扛著監(jiān)測設備，冒著大雪、頂著寒風，向著目的地艱難行進。他們需要在外場進行觀測。從2017年10月開始，即使是天寒地凍，很多人的手腳被凍傷，他們?nèi)詧允卦诒O(jiān)測設備旁邊，生怕錯過一個有用的數(shù)據(jù)。

“在工作過程中，我們也遇到了不少科學和實際操作上的困難，但是都一一克服了。” 陸克定舉例說，比如，多源數(shù)據(jù)的質(zhì)控和融合分析是一個難點。在冬季低溫條件下架設和開展外場觀測也遠比春季和夏季艱苦，參與觀測的師生和研究人員要克服凍傷、滑倒摔傷等困難，頂著刺骨的寒風，起早貪黑從采暖季開始一直持續(xù)到春節(jié)前。“甚至在春節(jié)，少部分骨干還要守住一些關(guān)鍵設備開展跨年觀測。”

“我們從環(huán)境、監(jiān)測、化學、氣象、模式和源解析等多角度給京津冀大氣重污染過程進行了一次全面體檢。”陸克定介紹說，“體檢”報告的詳細程度是前所未有的，基于這份體檢報告，我們可以綜合判斷京津冀大氣重污染的來源和成因。

在專家們的努力下，“體檢”工作進展順利。陸克定介紹說，大氣攻關(guān)項目自主研發(fā)了精細化受體源解析模型與軟件，基于統(tǒng)一的技術(shù)方案開展了“2+26”城市受體源解析，明確城市間污染輸送矩陣，識別了PM2.5分空間區(qū)域、分行業(yè)、分時段的精細來源。

陸克定說，京津冀大氣重污染形成的根本原因是遠超環(huán)境承載力的超高排放強度；在此基礎(chǔ)上遇到不利氣象條件，污染物水平擴散急劇下降、邊界層垂直高度顯著壓低，于是一次污染物的高排放就轉(zhuǎn)化成了一次污染物的高濃度。重污染過程中，大氣還存在強氧化性，一次污染物會被大氣自由基和顆粒物反應界面中的各種氧化劑快速轉(zhuǎn)化為二次顆粒物，比如硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽和二次有機顆粒物。近年來，基于對SO2排放的有效控制，硫酸鹽在京津冀地區(qū)出現(xiàn)了顯著下降，硝酸銨已經(jīng)成為主導性的二次無機鹽，主要來自于自由基對氮氧化物的氧化過程。“不過，二次有機顆粒物的來源和氧化機制比較復雜，尚需時間加以厘清。”陸克定說。

陸克定說，大氣攻關(guān)項目建立了國內(nèi)最大的天地一體化觀測網(wǎng)，其中依托中國環(huán)境監(jiān)測總站和環(huán)科院，建立了京津冀地區(qū)組分觀測網(wǎng)和雷達監(jiān)測網(wǎng)；依托北京大學和環(huán)科院，開展了京津冀大氣綜合觀測實驗，首次在4個超級觀測站上對大氣氧化性-新粒子生成-顆粒物增長和消光特性等關(guān)鍵參數(shù)開展了同步觀測研究。

誰是北京大氣污染的“禍首”？

要治理好大氣污染，必須找到大氣污染的“罪魁禍首”。但是很長時間以來，大氣污染源像幽靈一樣到處游蕩，無法捉摸。沒有任何專家能夠說清，到底是什么污染了空氣。

經(jīng)過長期不懈的監(jiān)測和分析，大氣攻關(guān)項目終于捉到了這只狡猾的“幽靈”。

“結(jié)果表明，北京市的排放源主要來自機動車尾氣、燃煤、生物質(zhì)燃燒、揚塵、工業(yè)及二次源，其中機動車尾氣排放源占比在14.5%~26.5%，燃煤源占比在12.5%~33%，生物質(zhì)燃燒源占比在3%~8%，揚塵源占比在6.5%~13%，工業(yè)源占比在9.5%~26%，二次源占比在15%~37.5%。”陸克定表示，顯而易見，北京市PM2.5的二次源是占比最大的，其次是機動車尾氣排放源及燃煤源。

“通過數(shù)值模式和觀測對比發(fā)現(xiàn)，在不同過程中，區(qū)域輸送的貢獻有所不同。”陸克定介紹說，基于受體模型對顆粒物開展來源解析發(fā)現(xiàn)，2017年11月4~7日觀測期間，北京市PM2.5的來源貢獻由高到低依次為：二次源>機動車源>燃煤源>生物質(zhì)燃燒源>工業(yè)源>塵源。污染發(fā)生前 (11月4日)，機動車源 (24%) 與生物質(zhì)燃燒源 (22%) 是PM2.5的主要貢獻源；11月5日之后，二次源貢獻迅速升高，燃煤源的貢獻也有所上升；污染期間 (11月6~7日)，二次源的貢獻最大，平均占比為55%，燃煤源的貢獻也上升至16%。

2018年1月12~22日觀測期間，北京市PM2.5的來源貢獻由高到低依次為：二次源>機動車源>生物質(zhì)燃燒源>燃煤源>工業(yè)源>塵源。在1月13~14日污染發(fā)生階段，燃煤源及二次源的貢獻較大，分別占到23%及32%，機動車源和生物質(zhì)燃燒源的貢獻次之，占比分別為21%及17%。

文雯