贵阳市2023年1-2月一次PM_%282.5%29污染过程及成因分析.pdf
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1、2023年第3 期环保科技Vol.29No.3贵阳市2 0 2 3 年12 月一次PM2.5污染过程及成因分析焦树友,2王琴1.3*石宇1,3陈远航4李光一5张会6(1.贵阳市生态环境局;2.贵阳市节能监测站;3.贵阳市环境空气质量预测预报中心;4.贵州楚云环保科技有限公司;5.贵州省生态气象和卫星遥感中心,贵阳550 0 0 2;6.广州禾信仪器股份有限公司,广州510 0 0 0)摘要:对污染天气的污染过程及成因进行研究分析,有利于提高污染天气预警预报精准度及污染源管控效率。本文针对贵阳市2 0 2 3 年1月3 1日-2 月1日一次PM2.5污染过程(污染期间AQI分别为10 4和115
2、),利用反距离权重插值、WRF-Chem数值模拟、卫星遥感监测和在线源解析等手段,从气象条件、本地污染源排放和区域传输叠加等方面进行分析。结果表明,此次污染过程污染期间的PM2.5浓度较污染前期增幅43.5%,污染结束的PM2.5浓度较污染期间降幅6 4.0%,另外,污染期间贵阳市PM2.5与PMio、SO 2、NO 2、CO 的波动变化高度一致,各区(县、市)PM2.5浓度整体都较高,此次污染事件为大范围的区域污染事件;此次污染过程前期及污染期间登夜温差较大,夜间降温后近地面形成辐射逆温,不利于PM2.5扩散稀释,个别时段边界层高度与PM2.5质量浓度呈同步增降,且当边界层高度位于6 0 0
3、 米以下时容易出现PM2.5高值;从排放源来看,污染期间二次无机源、机动车尾气排放和生物质燃烧源较非污染日的贡献占比都有增加;整体来看,本次污染成因主要是由于机动车尾气、生物质燃烧等本地污染源排放,加上贵阳市上风向森林火灾等区域传输叠加共同作用造成的。关键词:PM2.5;污染过程;本地排放;区域传输;贵阳市中图分类号:X513Analysis on the process and causes of PM2.s pollution in GuiyangJiao Shuyou2,Wang Qin-3*,Shi Yu,Chen Yuanhang,i Guangyi,Zhang Huis(1.Gui
4、yang Ecological Environment Bureau;2.Guiyang Energy Conservation Monitoring Station;3.Guiyang Ambient Air Quality Forecasting and Forecast Center;4.Guizhou Chuyun EnvironmentalProtection Technology Co.,Ltd;5.Guizhou Ecological Meteorological and Satellite Remote Sensing Center,Guiyang 550002;6.Guang
5、zhou Hexin Instrument Co.,Ltd.,Guangzhou 510000)Abstract:Studying the pollution process and causes of polluted weather helped improving the accura-cy of pollution weather warning and prediction,as well as the efficiency of pollution source control.This article focuses on a PM2.5 pollution process in
6、 Guiyang City from January 31 to February 1,2023(with AQI of 104 and 115 respectively during the pollution period).Using methods such as inversedistance weight interpolation,WRF-Chem numerical simulation,satellite remote sensing monito-ring,and online source analysis,the analysis is conducted from m
7、eteorological conditions,local pol-lution source emissions,and regional transmission superposition.The results showed that the concen-tration of PM2.5 during the pollution process increased by 43.5%compared to the pre pollution收稿日期:2 0 2 3-0 3-13;2 0 2 3-0 5-3 1修回作者简介:焦树友(19 8 7-),男,工程师,研究方向:大气环境和应对
8、气候变化技术服务。Ema i l:52 9 8 6 47 2 4 q q.c o m通讯作者:王琴(19 8 8-),女,工程师,研究方向:大气环境分析及空气质量预报等。E-mail:8 0 7 3 8 3 8 8 5 q q.c o m38文献标志码:ACity from January to February 20232023年第3 期period,and the concentration of PM2.s at the end of the pollution decreased by 64.0%compared to thepollution period.In addition,t
9、he fluctuation and changes of PM2.s and PMio,SO2,NO2,CO in GuiyangCity during the pollution period were highly consistent,and the PM2.s concentration in each district(county,city)was generally high.This pollution event is a large-scale regional pollution event;thetemperature difference between day a
10、nd night is large in the early stage of the pollution process and dur-ing the pollution period.Radiation inversion is formed near the ground after the temperature drops atnight,which is not conducive to the diffusion and dilution of PM2.5.In some periods,the height of theboundary layer and the PM2.5
11、 mass concentration increase and decrease synchronously,and when theboundary layer height is below 600 meters,it is easy to have a high value of PM2.5;from the perspectiveof emission sources,the contributions of secondary inorganic sources,motor vehicle exhaust emissions,and biomass combustion sourc
12、es have all increased during the pollution period compared to non pollutiondays;overall,the main cause of this pollution is due to the combined effects of local pollution sourcessuch as motor vehicle exhaust and biomass combustion,as well as the transmission of upwind to forestfires and other areas
13、in Guiyang City.Keywords:PM2.5;pollution process;local emissions;regional transmission;Guiyang细颗粒物PM2.5是指空气动力学当量直径小于或等于2.5m的颗粒物,可长时间悬浮在空中,浓度过高会对环境和公共健康造成严重影响 1-3 ,除此之外,PM2.5也能够增强地表辐射,使得地表温度升高,造成全球气候变暖 4。根据中国生态环境部发布的2 0 2 1年中国生态环境状况公报统计,PM2.5的超标天数占了环境空气质量总超标天数的39.7%5,由此可见,颗粒物污染形势依然严峻。近年来,贵阳市不断优化调整产业结
14、构、能源结构、运输结构、用地结构;开展了建筑施工和道路扬尘治理、柴油货车污染治理、工业企业大气污染防治、工业炉窑大气污染综合整治、重点行业挥发性有机物(VOCs)综合治理、散烧燃煤治理和煤炭消费减量替代等专项行动。系列措施和专项行动为我市空气质量带来巨大改善,2 0 2 2 年环境空气质量优良率达到了10 0%。但随着疫情管控的放开和经济的复苏,大气细颗粒物(PM2.5)污染态势依然严峻。分析研究贵阳市PM2.5污染的过程及成因,有利于提高PM2.5污染天气的预警预报及应对措施。吴战平等 6 对贵阳市2 0 13 年2 次空气污染过程进行了分析,得出动力和热力气象因子均为2 次污染过程维持和发
15、展提供了有利条件。张春辉等 7 分析了能见度与相对湿度及PM2.5浓度的关系,发现RH90%时,能见度骤降与PM2.5浓度相关性并不强。刘群等 8 对贵阳市2 0 2 0 年12 月一次典型污染天气过程进行了分析,发现区域性大气静稳、近地面水平风速弱、相对湿度高是此次污染过程的重要原因。张娜等 9 对贵阳市主城区大气污染物时空分环保科技布特征及成因进行了分析,发现春季影响大气污染物的关键因素是相对湿度;夏季是降水量和气压;秋季是风速;冬季是气压。本研究针对2 0 2 3 年1月29日2 月1日这一污染过程,从气象条件、本地污染源排放和区域传输叠加等方面进行分析,为贵阳市污染天气预警预报及污染源
16、管控提供参考。1材料与方法1.1区域概况贵阳市位于贵州省中部,是贵州省省会,经纬度范围为10 6 7 10 7 17 E,26112722N。贵阳市下辖10 个县级行政区划单位(市辖区6,县级市1,县3),面积8 0 3 4km,其主城区包括南明区、云岩区、白云区、观山湖区、花溪区和乌当区,面积2525.46km。属亚热带湿润温和型气候,兼具高原季风气候特征,年平均降水量为117 3.9 mm,年平均气温15.16,年平均湿度8 0%,年平均风速2.42m/s。地势西南高,东北低,研究区平均海拔10 0 0m。研究区海拔高度及监测点位分布如图1所示。1.2数据来源空气质量数据来源于贵阳市生态环
17、境局,主要为各县(区)自动监测站点(国控、省控)监测的PM1o、PM 2.5、NO 2、SO 2、O,和CO小时浓度数据(站点信息如表1所示),时间跨度为2 0 2 3 年1月2 9 日至2 月3 日。气象数据气温、风速(风向)、气压和相对湿度为日均值数据,从中国气象数据网(ht-tp:/)获取,时间跨度为2 0 2 3 年1月2 9 日至2 月3 日。火点数据来源于贵州省生39Vol.29No.32023年第3 期态气象和卫星遥感中心,时间跨度为2 0 2 3 年1月29日至2 月1日。卫星遥感监测的PM2.5浓度数据主要是利用Himawari-8/9卫星的数据(JAXAHi-环保科技maw
18、ari Monitor(PT r e e Sy s t e m)反演得到,时间跨度为2 0 2 3 年2 月1日10 时14时。10620东10640东Vol.29No.31070东10720东息好具阳县修文县白云区清镇市观山湖区海拨高度(m)南明区花溪区监测站点国挖站点省控站点0151.3研究方法1.3.1IDW反距离加权插值(IDW)是一个加权平均插值法,可以进行确切的或者圆滑的方式插值。方次参数控制着权系数如何随着离开一个格网结点距离的增加而下降。对于一个较大的方次,较近的数据点被给定一个较高的权重份额,对于一个较小的方次,权重比较均匀地分配给各数据点。本研究以2023年1月2 9 日一
19、2 月3 日PM2.5浓度数据作为数据源,运用反距离加权插值,借助ArcGIS10.6平台的分析工具,以各空气质量监测站点的经纬坐标为基础,分析贵阳市1月2 9 日2 月3 日PM2.5污染前期、污染期间、污染结束的空间分布特征。403000273024602190192016501380111084030千米57030010620东10640东图1矿研究区海拔高度及监测点位分布图1.3.2WRF-ChemWRF-Chem模式是美国最新发展的区域大气动力化学耦合模式,是在NCAR开发的中尺度数值预报气象模式(WRF)中加入大气化学模块集成而成。本研究利用WRF-Chem模式对污染期间的风场、大
20、气混合层高度以及PM2.5浓度进行模拟分析。1.3.3SPAMS 0525单颗粒气溶胶质谱仪(简称SPAMS0525),可以分别根据颗粒物质谱特征进行化学组成表征、根据颗粒物的空气动力学直径对颗粒物进行分类;也可以同时对颗粒的大小与颗粒化学成分组合进行分类;建立主要化学成分和颗粒粒径之间的对应关系,从而进行PM2.5的在线源解析。本研究利用单1070东10720东2023年第3 期颗粒气溶胶质谱仪对市环保站站点2 0 2 3 年1月2 9日一2 月3 日期间PM2.5进行在线解析,分析污染期间颗粒物的来源贡献。表1贵阳市环境空气质量自动监测点位信息表序号点位名称所属区(县、市)经度(E)纟1太
21、慈桥2市环保站3新华路4红边门5马鞍山6中院村7碧云窝8鉴湖路9燕子冲10南苑路11云峰站12沙坡站13开州大道14城西村站15坪上站16息烽县第一中学17白虎山站18龙岗山站19百花大道20红枫大坝21接官厅22保利公园2 0 102结果与分析2.1污染过程与特征2023年1月2 9 日一2 月3 日期间,AQI范围为49115,造成此次污染的首要污染物为PM2.5(图2)。此次污染过程可分为四个阶段,第一阶段在1月2 9 日2 3 时,AQI超过10 0,此时PM2.5浓度为7 7g/m;第二阶段在1月3 0 日19 时,AQI超过10 0,此次污染事件持续15个小时,PM2.5浓度在7
22、8 8 6(a)污染前期(b)污染前间NN4环保科技g/m之间;第三阶段在1月3 1日19 时,AQI超过10 0,此次污染事件持续2 2 个小时,PM2.5浓度在7610 8 g/m之间;第四阶段在2 月1日18 时,AQI超过10 0,此次污染事件持续6 个小时,PM2.5浓纬度(N)备注南明区106.686726.5495国控南明区106.6971南明区106.716426.5697国控云岩区106.710526.6009国控云岩区106.685626.6029国控经开区106.694826.5155国控花溪区106.655426.4364观山湖区106.624326.6266乌当区10
23、6.748726.6343国控观山湖区106.628526.6517白云区106.62926.6836省控白云区106.671126.6606开阳县106.983927.0545省控开阳县106.952727.0611省控息烽县106.721927.1044省控息烽县省控106.738827.0681修文县106.603626.8339省控修文县106.598926.8467省控清镇市106.457426.5673省控清镇市106.426626.5528省控清镇市106.472926.5597乌当区106.755526.6595省控Vol.29No.3度在7 7 8 8 g/m之间。整体来看,
24、此次污染过程污染期间的PM2.5浓度较污染前期增幅43.5%,污26.5689国控国控国控省控省控省控染结束的PM2.5浓度较污染期间降幅6 4.0%;另外,污染前后各污染物的浓度都有明显波动,PM2.5与PM1o、SO 2、NO,、CO 的波动变化高度一致,尤其是在污染发生期间。175污染前期150125-(e/)x100-1OV755025001/29.00,01/30.00.:01/31 00.02/01.00.02/02.00.:02/03 00COSO2NO2PMio03PM2.5AQI图2 2 0 2 3 年1月2 9 日-2 月3 日污染物浓度变化特征从贵阳市污染期间PM2.5浓
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