冬季减排对广东省空气污染的影响分析*

沈劲 陈多宏 巫楚 王晓彦 张敬伟 邓滢

(1. 广东省环境监测中心，国家环境保护区域空气质量监测重点实验室 广州 510308；2. 广东省环境监测中心，广东省环境保护大气二次污染研究重点实验室 广州 510308；3. 河源市环境监测站 广东河源 517000；4. 中国环境监测总站，国家环境保护环境监测质量控制重点实验室 北京 100012)

0 引言

近年来，公众对大气污染的关注程度日益增加，大气污染防治已上升为国家战略，我国重点区域大气污染综合治理攻坚行动方案已陆续出台。改善空气质量是建设美丽中国、推进生态文明建设、改善民生福祉的重要内容之一。

2015年，珠三角地区在全国各大城市群中率先实现空气质量全面达标[1]，至2017年，广东省与珠三角地区PM2.5平均浓度已连续三年稳定达标。但2017年后，广东省多项空气污染物浓度出现反弹，空气质量达标率出现较大幅度下降，臭氧第90百分位数浓度达到2013年大范围自动化监测以来的最高值，并超过国家二级标准。为了使广东省的大气污染物浓度重回下降通道，需要不断更新大气污染减排措施，同时对措施的成效进行评估[2]。三维空气质量模型可以模拟不同排放情景下的空气质量，评估减排措施产生的空气质量改善效果[3]。

广东省大气重污染事件时有发生[4]，很多研究团队已针对重污染过程的成因进行了深入研究[5-6]。冬季是污染最严重的季节[7]，其中一月重污染事件频发[8]，重污染时段削峰对于空气污染的改善极其重要。因此，本研究主要以一月为研究对象，基于2017年的情况与三维空气质量模型，研究到2020年减排措施实施后空气污染的变化情况。

1 数据与方法

使用WRF-SMOKE-CAMx模型[9]，模型的设置可参考文献[10]。根据珠三角排放源清单的最新研究成果[11]，建立了2015年的基准源清单，利用区域内主要污染源活动的预测数据及发展指标推算2020年的排放量，同时，结合国家“十三五”规划的减排要求，就2020年主要大气污染物的减排目标进行估算。在预测2020年的排放量时，主要考虑维持2017年底前实施的政策和措施外，还考虑了2018-2020年期间规划实行的减排措施。使用2017年1月的气象场，分别用基准清单与2020年的估算源清单进行主要空气污染物浓度模拟，先对比模拟结果与实测值的差距评估模型的准确性，再通过对比减排与空气污染物浓度变化的关系，定量评估减排成效。

2 结果分析与讨论

2.1 2017年1月模型与实测数据的对比

采用2015年基准源清单与2017年1月的气象场，模拟出广东省21个地级市的主要空气污染物浓度，通过与空气质量国控点数据的对比，揭示模型对广东省各市大气污染的模拟能力(见表1)。除NO2之外，各项污染物的模拟值与实测值较接近。从全省平均情况看，SO2模拟值与实测值仅相差3 μg/m3，PM2.5与PM10的模拟偏差分别为2 μg/m3与11 μg/m3，O3的偏差约6 μg/m3，但NO2的偏差较大，达到15 μg/m3。总体而言，模型较好地重现了各市不同污染物的浓度水平，与其它大气污染模拟研究的误差水平接近，表明本研究建立的模型系统适用于定量研究减排对广东省空气污染的影响。同时，各市NO2模拟浓度的普遍低估表明排放源清单很有可能低估了NOx的排放量。

表1 2017年1月实测空气污染物月均值与模拟值的对比 μg/m3

2.2 排放总量的变化情况

如图1所示，考虑一系列减排措施后，预计2020年广东省各大气污染物排放量均有所下降。与基准年2015年相比，2020年人为源的SO2，NO2，CO，PM10，PM2.5，VOCs，NH3排放分别下降40%，32%，37%，23%，25%，31%，18%。其中与燃烧相关的气态污染物降幅较大，主要是由于固定燃烧源与移动源的大幅减排；其次是VOCs，主要得益于溶剂使用与工艺过程源的较大力度减排；降幅最少的是与农业等关系密切的NH3。

图1 基准排放清单与2020年的估算清单的对比

注：CO/10为CO年排放量的1/10。

2.3 空气质量的变化情况

选取2017年1月为冬季的代表月份，通过使用2015年基准与2020年估算的源清单，使用2017年的气象场，对广东省各市的主要大气污染物进行模拟(见表2)。使用2020年的模拟结果减去2017年的模拟结果，再除以2017年的模拟值可以得到不同污染物的变化率。结果表明，通过一次污染物的较大幅度减排，广东省各市NO，NO2，SO2，PM10和PM2.5在1月的月均值均出现了不同程度的下降，其中NO降幅最大，平均达31%；NO2与SO2的下降幅度也达19%与17%；PM10和PM2.5的降幅相对较低，均为14%左右。O3平均浓度则是出现了反弹，均值涨幅为11%。

从空间分布来看(图2)，各市的污染物浓度变化率也存在较大差异，珠三角城市各项主要大气污染物的变化率较大。各城市间气态污染物的变化率差异较大，如不同城市NO的变化率少则减少1%(潮州市)，多则变动50%(中山市)；而PM10与PM2.5则没有显著的城市间差异，各城市的变化率接近。臭氧与PM2.5是目前最受关注的两项大气污染物，全省不同城市的臭氧均有不同程度的上升，珠三角的升幅较大，粤东与粤北的升幅相对较少，这主要是由于NO的大幅下降导致了臭氧滴定效应减弱。特别是珠三角的NO浓度下降比例显著大于其它地区，生成或输送过来的臭氧无法得到很好的去除，导致臭氧累积，这一累积效应要大于由于VOCs减少而导致的臭氧生成减少。所以在大幅减排一次污染物的同时，臭氧有较大的上升风险，建议在大力减排NOx的同时加大力减排VOCs。而PM2.5则实现了全省各市的普遍下降，主要是由于SO2与NO2等前体物得到了较好的控制，加上一次排放的细颗粒物也有所下降，最终导致PM2.5的普降，而且各市的下降比例接近。

表2 2020年相对于2017年广东省各市污染物的变化率 %

图2 2020年1月臭氧与PM2.5浓度变化率

3 结论

(1)使用WRF-SMOKE-CAMx模型系统模拟了2017年1月广东省各市的主要大气污染物，模型对SO2，O3，PM10和PM2.5的模拟效果较好，但对NO2存在低估，表明目前的排放源清单可能普遍低估了NOx的排放量。

(2)与基准年2015年相比，2020年广东省人为源的SO2，NO2，CO，PM10，PM2.5，VOCs，NH3排放分别下降40%，32%，37%，23%，25%，31%，18%，使用2017年1月的气象场，2020年同期广东省各市平均NO，NO2，SO2，PM10，PM2.5月均值下降率分别为31%，19%，17%，14%，14%。O3平均浓度出现了反弹，涨幅均值为11%，主要是由于NO滴定效应减弱导致。这表明目前的污染防治措施在大力减排一次污染时会对臭氧污染的改善造成较大压力。

(3)气态污染物的浓度变化率存在较大的地区差异，2020年冬季珠三角地区的臭氧浓度上升显著，粤东与粤北的上升幅度相对较低；各市气溶胶的变化率相对接近。