秸秆燃烧导致的大连市空气质量重污染过程分析

阎守政 王曼华 纪徳钰（大连市环境监测中心 辽宁 大连 116023）

近年来，国内多地多次发生过由于秸秆燃烧导致的空气质量污染过程，对当地空气质量造成极为明显的影响。2016年11月5日～6日，受上游秸秆燃烧导致的污染输送和不利气象条件影响，大连市区出现一次空气质量重污染过程。本次污染共有14个小时AQI达到200以上（重度污染），其中4个小时达到300以上（严重污染），为2016年大连市污染程度最重的一次污染过程。本文从周边城市、大连市污染状况，气象条件等方面入手，对本次污染过程展开分析。

1 周边污染状况分析

由中国环境监测总站全国城市空气质量实时发布平台可以看出，11月4日黑龙江、吉林多个城市空气质量达到重度污染，PM2.5浓度近乎“爆表”，5日辽宁省多个城市空气质量达到重度污染，PM2.5浓度升高明显。

本次重污染过程，黑龙江省哈尔滨市4日4时至5日5时空气质量均为严重污染，AQI最大值达到500并持续14个小时，PM2.5浓度4日18时达到峰值为1281μg/m3；在较强北风持续输送下，大连市上游传输方向的多个城市空气质量自北向南相继达到严重污染（图1）。各主要城市PM2.5峰值时刻及浓度分别为：长春4日24时658μg/m3，四平5日2时343μg/m3，沈阳5日8时669μg/m3，鞍山5日6时1066μg/m3（图2）。

2 大连市区污染过程分析

11月5日大连市区AQI为218，空气质量达到重度污染，首要污染物为PM2.5。

图1 11月4日至6日大连上游地区主要城市AQI变化趋势

图2 11月4日至6日大连上游地区主要城市PM2.5浓度变化情况

图3 11月4日至5日大连上游传输方向主要城市

10个国控点位AQI为158～231（图3），青泥洼桥点位为中度污染，其他点位均为重度污染。各点位中，PM2.5小时浓度最大值出现在星海三站点位（15时），为626μg/m3，超出二级标准7.35倍。

图3 11月5日10个国控点位AQI情况

由中国环境监测总站全国城市空气质量实时发布平台可见，受上游黑龙江等地污染传输影响，11月5日早间7时起辽宁省多个城市达到重度以上污染，午前污染区域集中于辽宁省中部及北部城市。

大连10时地面风向由西南风2级转为正北风3级，污染物自北向南输送，监测数据显示，大连市区北部3个国控点位（金州、开发区和双D港）PM2.5浓度率先上涨，涨幅明显，10时大连市区空气质量达到重度污染，市区AQI由9时135（轻度污染）迅速升高为206（重度污染），PM2.5浓度达到156μg/m3，超过二级标准1.08倍，15时污染达到峰值，AQI“爆表”（AQI达到500）。16时起空气质量迅速好转，空气质量降为良至轻度污染。由于5日下午13时起，辽宁地区自北向南多个城市经历第二轮重度到严重污染过程，本轮污染传输速度较快，受传输影响21时起市区AQI再次上涨，21时至24时维持重度污染水平。6日凌晨空气质量未明显改善，维持在中度至重度水平，上午7时起上游污染输送强度减弱空气质量迅速好转，至12时起空气质量降至良并维持。11月5日1时至11月6日14时市区及10个国控点位PM2.5变化趋势见图4和图5。

图4 11月5日1时至11月6日14时市区PM2.5均值变化情况

图5 11月5日1时至11月6日14时10个国控点位PM2.5均值变化情况

3 污染成因分析

3.1 周边地区形势分析

环境保护部全国秸秆燃烧遥感监测结果显示（图6），东北地区11月3日至11月5日分布大量秸秆燃烧火点，北部地区大量火点燃烧增加了空气中污染物排放量，叠加区域供暖污染物排放，形成了高污染气团。

3.2 气象条件及后向轨迹分析

从5日起东北区域地面形势为高压前部，主导风向为东北风（图7）。高污染气团随东北风南下，污染气团过境城市PM2.5浓度迅速升高并达到“爆表”程度，气团过后多数城市污染程度明显降低。

图6 11月3日-5日秸秆燃烧遥感监测分布图

图7 中央气象台11月5日地面形势实况

自11月5日5时起，辽宁省地面风向自北向南转为东北风且风速加大（图8），多个城市空气质量迅速升高至重度及严重污染。10时起大连市地面风向由西南风转为东北风，上游污染物持续传输，10个国控点位PM2.5浓度自北向南升高明显。由大连市11月5日后向轨迹图可见（图9），气流运动轨迹与污染过程较为一致，且不同高度的气团轨迹表明，污染物主要通过近地面（100m）由东北方向输送至大连。

3.3 在线单颗粒气溶胶质谱仪PM2.5快速源解析

利用SPAMS单颗粒气溶胶飞行时间质谱仪对本次污染过程开展了PM2.5快速源解析监测。由解析结果可见，11月5日10时至16时为重污染峰值时段，生物质燃烧源、二次源均有明显上升，其中生物质燃烧源占比较污染前增加了4倍，二次源占比增加1倍；5日21时至6日6时另一峰值时段，生物质燃烧占比较污染前增加3倍，二次源占比增加近2倍。

研究表明，钾可作为秸秆燃烧的示踪物，通过分析本次污染前后颗粒物中钾元素的检出率可以看出，5日10时之前，颗粒物中钾元素的检出率为80%，10时之后颗粒物中钾元素检出率为100%，并持续处于接近100%的状态，钾元素含量的增加进一步表明东北地区秸秆燃烧对大连地区PM2.5产生明显的影响。

图8 11月5日地面风情况

图9 11月5日大连市不同高度后向轨迹

4 小结

综上，大连市本次重污染过程主要由于东北地区大面积秸秆焚烧导致的高污染气团随东北风通过近地面传输所导致，为大连市自2013年空气质量新标准实施以来PM2.5峰值浓度最高的一次污染过程。

秸秆燃烧导致的空气质量污染具有污染程度高、影响范围广、传输速度快等特点，而其偶发性特点，在各类空气质量预报模式中均无法准确预测，给空气质量预报及应急管控工作带来极大挑战，因此各地要采取有效手段严防野外露天秸秆燃烧，以降低对空气质量的影响。

图10 在线单颗粒气溶胶质谱仪颗粒物来源解析结果

图11 SPAMS单颗粒气溶胶飞行时间质谱仪含钾颗粒占比情况

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