污染减排及新冠肺炎对广州空气质量影响分析_黄若琳.pdf
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1、第 43 卷第 1 期2023 年 1 月Vol.43,No.1Jan.,2023环境科学学报Acta Scientiae Circumstantiae污染减排及新冠肺炎对广州空气质量影响分析黄若琳1,朱云1,*,张冰瑶1,王韶翊1,袁颖枝1,黎杰1,游志强21.华南理工大学环境与能源学院,广东省大气环境与污染控制重点实验室,广州 5100062.华云创信(广东)生态环境科技有限公司,佛山 528000摘要:自2017年 广州市空气质量达标规划 实施以来,广州空气质量大幅改善并于2020年首次实现全面达标,评估 规划 中本地污染减排措施实施成效可为后续大气污染防治提供参考.本研究基于各种减排情
2、景的排放核算结果,综合运用空气质量模型模拟和数据融合技术,量化评估了本地污染减排措施、新冠疫情防控工作、周边排放控制及气象条件变化4种影响因素对20172020年广州市空气质量改善的贡献.评估结果显示,本地污染减排措施是20172020年SO2、NO2、PM10及PM2.5浓度下降的主导因素,其浓度削减贡献分别为53.58%、31.60%、34.24%及30.82%;疫情防控工作的浓度削减贡献在初期较大,但在后期随着复工复产而减弱;周边减排空气质量改善效果弱于本地污染减排;气象条件变化对各污染物浓度下降均存在正贡献,且对O3浓度削减的贡献(81.96%)尤为显著.关键词:污染减排;新型冠状病毒
3、肺炎;空气质量;WRF-CMAQ模型;控制措施;广州文章编号:0253-2468(2023)01-0204-12 中图分类号:X51 文献标识码:AImpact assessment of emission control policies and COVID-19 pandemic on air quality improvement in GuangzhouHUANG Ruolin1,ZHU Yun1,*,ZHANG Bingyao1,WANG Shaoyi1,YUAN Yingzhi1,LI Jie1,YOU Zhiqiang21.Guangdong Provincial Key Lab
4、oratory of Atmospheric Environment and Pollution Control,College of Environment and Energy,South China University of Technology,Guangzhou 5100062.Cloud Information and Environmental Technology Company Limited,Foshan 528000Abstract:Since the publicly releasing of the Guangzhou Air Quality Compliance
5、Plan(GAQCP)in 2017,the air quality in Guangzhou had been significantly improved,with all the air quality indices attaining standards for the first time in 2020.Qualifying the impact of the local emission control measures in GAQCP would provide critical references for subsequent air pollution control
6、 policy-making.In this study,the emission reductions caused by three anthropogenic factors,including reductions contributed by the local emission control measures,the COVID-19 shutdown,and the emission control in neighboring cities,were first estimated.The associated estimates were then applied to q
7、uantify the contributions of these three anthropogenic factors and the meteorological variation to the air quality improvement in Guangzhou from 2017 to 2020 by using the WRF-CMAQ and the SMAT-CE.The results showed that the implementation of local emission control measures was the dominant factor in
8、 SO2,NO2,PM10,and PM2.5 concentration decreases during 20172020,with contributions of 53.58%,31.60%,34.24%,and 30.82%,respectively.The contributions of the COVID-19 shutdown to the pollutant concentration decreases were significant in the early period but then declined as the industrial and manufact
9、uring activities recovered.The emission reduction in neighboring cities was less beneficial to air quality improvement compared with the local emission control measures.The changes in meteorological conditions had positive effects on all the pollutant concentration decreases,with significant contrib
10、utions to the O3 concentration reductions(81.96%).Keywords:emission reduction;COVID-19;air quality;WRF-CMAQ model;control measures;Guangzhou1引言(Introduction)广州市地处珠江三角洲城市群腹地,在经济和生产高度发展的同时,也存在着相对严峻的区域性复合型大气污染问题(Yang et al.,2017;赖安琪等,2017;Wu et al.,2021).广州于2017年首次实现PM2.5达标,但 DOI:10.13671/j.hjkxxb.2022
11、.0450黄若琳,朱云,张冰瑶,等.2023.污染减排及新冠肺炎对广州空气质量影响分析 J.环境科学学报,43(1):204-215HUANG Ruolin,ZHU Yun,ZHANG Bingyao,et al.2023.Impact assessment of emission control policies and COVID-19 pandemic on air quality improvement in Guangzhou J.Acta Scientiae Circumstantiae,43(1):204-215收稿日期:2022-09-30 修回日期:2022-11-27 录用
12、日期:2022-12-05基金项目:广东省科技计划项目(科技创新平台类)(No.2019B121201002);南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海)创新团队建设项目(No.311021001);无人机集群高精度快速溯源项目(No.2130218003008)作者简介:黄若琳(1996),女,E-mail:;*责任作者,E-mail:1 期黄若琳等:污染减排及新冠肺炎对广州空气质量影响分析二氧化氮及臭氧仍面临达标难题(广州市生态环境局,2018).为持续改善环境空气质量,广州于2017年发布了 广州市空气质量达标规划(以下简称 规划),明确提出2020年实现空气质量6项主要污染物全面达标,并颁
13、布了燃煤机组超洁净改造、锅炉整治、机动车污染治理、挥发性有机物污染治理及施工扬尘整治等一系列大气污染控制措施(广州市人民政府,2017).规划 实施后,广州市空气质量改善明显,于2020年首次实现全面达标(广州市生态环境局,2021).评估 规划 实施对广州市空气质量的改善成效,有利于广州市 总结经验、科学布局“十四五”大气污染防治工作.然而,2020年爆发的新冠肺炎疫情给 规划 实施效果的评估带来了较大的不确定性.广州市自2020年1月底实施的一系列疫情防控措施在减少人口流动与经济生产活动的同时,也致使相关大气污染排放水平骤降(Wang et al.,2020;Wang et al.,202
14、1;Wen et al.,2022).此外,气象条件差异、周边排放控制等其它因素对空气质量变化的贡献(Zhao et al.,2021;Lin et al.,2021),也是评估 规划 实施的空气质量改善效果时所必须考虑的因素.国内外有不少学者对大气防控政策的空气质量效果开展了研究,但考虑疫情等因素在内的综合评估较少.Zhang等(2021)基于夏季臭氧浓度监测数据,使用GeoDectector模型量化识别得到 大气污染防治行动计划(20152017年)和 蓝天防御行动政策(20182020年)两项政策实施期间,影响中国6个典型地区夏季臭氧浓度的主要气象因素、社会经济因素及污染物种类,但其对后
15、一项政策的评估中忽视了2020年政策实施期间的疫情影响;Li等(2022)基于4种空气污染物的地表监测数据变化,分析得知 打赢蓝天保卫战三年行动计划(20182020年)实施期间,更加严格的排放控制政策加快了中国空气质量的改善,但其结论的推导缺乏对气象条件变化及疫情影响的考虑.本文基于本地化大气污染源排放清单,通过空气质量模型模拟量化得到2017(基准年)2020(目标年)本地大气污染控制措施、周边排放控制、气象条件及新冠肺炎疫情4种因素对广州市空气质量影响,并进一步融合空气质量自动监测数据,量化识别各因素浓度贡献,以期为广州下一阶段大气污染控制策略的制定与调整提供科学依据和数据支持.此外,由
16、于广州市作为经济发达的超大城市,在大气污染防治工作上具有 技术和实践的先行性,在全国各地大气污染控制工作面临瓶颈、区域污染治理边际递减效应逐步显现的现阶段,对广州市20172020年间空气质量的进一步改善经验进行总结,也能为其它地区突破瓶颈、持续完成大气治理攻坚目标提供参考.2研究方法(Research methods)2.1技术路线本研究技术路线如图1所示,以实现量化评估广州本地污染减排措施、新冠肺炎疫情防控工作、周边城市排放控制及气象条件变化4种因素对广州市20172020年期间空气质量改善贡献为主要目的.本文编制了广州市及周边城市的2017年及2020年排放清单,并估算了广州市污染减排措
17、施实施及新冠肺炎疫情防控工作的减排量;之后,利用中尺度气象模式-多尺度空气质量模式耦合体系(the Weather Research and Forecasting-Community Multiscale Air Quality Model,WRF-CMAQ)模拟了基准情景及各评估情景对广州市SO2、NO2、O3、PM10及PM2.5浓度的影响;最后,通过空气质量达标评估工具(Software of Model Attainment Test-图 1研究技术路线Fig.1Research technical route205环境科学学报43 卷Community Edition,SMAT-C
18、E)将模型模拟结果与监测数据融合,用于量化4种因素对广州市国控点污染物浓度变化贡献.由于新冠肺炎疫情对大气污染物排放源活动水平的影响具有明显的阶段性特征,在对4种因素进行空气质量影响分析时,根据疫情响应等级变化将2020年划分1月1日1月22日(未响应)、1月23日2月23日(公共卫生一级响应)、2月24日5月8日(公共卫生二级响应)及5月9日12月31日(公共卫生三级响应)4个研究时段,以进一步细分不同因素在不同时段对广州市空气质量的改善贡献.2.2排放清单编制及减排量核算2.2.1广州市及周边城市排放清单编制广州市及其周边城市(韶关、清远、佛山、中山、东莞及惠州)的2017年及2020年高
19、时空分辨率排放清单由课题组团队按照排放清单编制技术指南(中华人民共和国生态环境部,2014a;2014b)使用排放因子法核算得到,其中包含化石燃料固定燃烧源、工艺过程源、道路移动源、非道路移动源、溶剂使用源、农业源、扬尘源、餐饮油烟源、生物质燃烧源、储存运输源及废弃物处理源共11类排放源的SO2、NOx、CO、VOCs、NH3、PM10及PM2.5排放量核算结果.清单编制所用排放源活动水平数据主要来自统计年鉴(广东省统计局,2018;2021;广州市统计局,2018;2021)及生态环境、交通、住建、农业、水务等相关职能部门的统计调研工作,排放因子主要来自清单编制指南及相关文献(中华人民共和国
20、生态环境部,2014a;2014b;Zhong et al.,2018).2.2.2本地污染减排措施减排量估算为识别措施减排贡献,量化 规划 实施效果,研究基于生态环境部门环统数据及相关调研工作,对 规划 中燃煤机组超洁净改造、燃煤锅炉污染整治、生物质锅炉污染整治、挥发性有机污染物治理、机动车污染控制及施工扬尘整治6类污染减排措施在研究期间的减排量进行估算,各措施的减排量估算依据如表1所示.表 1污染减排措施的减排量估算依据Table 1Reference for estimation of emission reduction from various emission control me
21、asures措施类型燃煤机组超洁净改造燃煤锅炉污染整治生物质锅炉污染整治挥发性有机污染物治理机动车污染控制施工扬尘整治减排量估算依据环统数据对比20182020年广州市10万千瓦及以上燃煤机组较2017年的关停情况和“气代煤”工程中新建成投运的能源站及电厂的使用情况环统数据对比20182020年广州市35蒸吨以下燃煤锅炉较2017年的淘汰或清洁能源改造情况环统数据对比20182020年广州市生物质锅炉较2017年的淘汰情况广州市重点企业“一企一方案”专家验收核实统计结果广州市机动车维修企业的VOCs污染整治工作调研结果广州市重点企业VOCs工序搬迁、关停、废弃处理改善情况调研结果广州市家重点企
22、业VOCs污染整治工作实施情况调研结果环统数据对比20182020年广州市相对2017年新投入运营的纯电动公交车数量以及淘汰的非纯电动公交车数量环统数据对比20182020年广州市相对2017年新增的纯电动出租车数量以及淘汰的非纯电动出租车数量环统数据对比20182020年广州市相对2017年新注册及转入的符合国六排放标准的轻型汽车数量以及淘汰置换为国六车型或纯电动车的老旧汽油轻型汽车数量广州市重点施工单位扬尘污染防治整改工作实施情况调研结果统计调研结果关停10万千瓦及以上燃煤机组10台,新建成能源站4座,实施“气代煤”工程电厂1座完成了26台35蒸吨以下燃煤锅炉淘汰或清洁能源改造,淘汰或者清
23、洁能源改造锅炉共计641.75蒸吨,减煤约31.3万吨生物质锅炉由507台减少到78台,生物质成型燃料消耗量由约92.5万吨削减到约34.2万吨共完成410家重点企业挥发性有机物综合整治工作,VOCs减排量约为9657 t共完成1240家机动车维修企业的VOCs污染整治工作,共减排562 t VOCs共完成872家企业销号式综合整治任务,VOCs减排量约为10360 t共完成293家家具企业的VOCs污染整治工作,扣除与其他整治工作重复的135家企业后,VOCs减排量约为741 t累计新投入运营纯电动公交车 11394 辆,淘汰非纯电动 公交车10378辆累计推广应用纯电动出租车约 1.3 万
24、台,淘汰非纯电动 出租车1137辆20192020年间新增轻型汽车约16万辆,其中约65.3%符合国六排放标准,引导2029辆老旧汽油车淘汰置换为国六汽油车型,引导153辆老旧汽油车淘汰置换为纯电动车冬春季确保工地全面落实“6个100%”同时加大扬尘巡查频次,施工扬尘控制率的提高约使PM2.5减排1273 t,PM10减排5445 t2061 期黄若琳等:污染减排及新冠肺炎对广州空气质量影响分析2.2.3新冠肺炎疫情减排量估算广州市自2020年1月23日起按广东省统一要求启动了重大突发公共卫生事件一级响应,随后实施的一系列疫情防控措施对全市交通及工业活动有较大影响,广州大气污染排放源活动水平受
25、疫情影响幅度及减排量贡献估算方法如表2所示.首先,选取不同类型的活动水平参数用于评估各排放源受新冠疫情影响的幅度大小;其次,基于由广州市统计局及广东省统计局提供的各类活动水平 参数20172019年的逐月统计数据,估算得到无疫情影响情况下各类活动水平参数2020年的逐月预测值,随后与疫情影响下的2020年逐月实际统计数据进行比较,使用2020年活动水平参数的实际数值相对于预测值的相对偏差(表3)来表示各排放源排放活动受疫情影响程度;最后,使用各排放源的活动水平相对偏差估算结果与广州市2020年对应月份的源排放量相乘,计算得到2020年1月23日12月31日期间相关排放源受疫情影响所致的减排量贡
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