咸阳市秦都区2020年秋冬季一次重污染成因分析

杨 静

（咸阳环境科学研究院有限责任公司，陕西 咸阳 712000）

秋冬季重污染天气频发，这使重污染天的PM2.5平均浓度为其他季节的3倍左右，而了解其来源及成因，对改善空气质量尤为关键。

程念亮[1]等指出重污染过程与当地气象条件密切相关，稳定的大气环流形势为污染的持续提供了大气环流背景，风速较小、湿度较大、边界层较低、持续逆温是造成重污染的主要原因。杨素英[2]等指出秋季北京重污染过程的不利因素主要包括三个方面，一是较强的海平面高压、均压场控制导致北京地区垂直大气层结稳定，不利于污染物垂直扩散；二是北京地区三面环山，导致近地面为弱的偏南气流控制，不利于污染物水平扩散；三是近地面弱的偏南气流从江苏、山东、河北、天津等地携带了大量污染向北京地区输送。杨孝文[3]等指出冬季北京一次重污染过程的原因是稳定的大气环流背景场、高湿度低风速的地面气象条件和低而厚的逆温层导致区域大气层结稳定，加上北京属于三面环山的特殊地形结构。

相关文献都是对某一区域大范围重污染的成因进行了讨论，而对小范围一个区县的讨论还鲜有研究，对区域空气环境质量的改善指导意义不足。本文选取咸阳市秦都区一次重污染过程期间的实验中学站点空气质量指标和秦都区气象局气象资料，对污染期间空气质量的变化进行分析，结合区域企业污染源资料和飞行时间质谱仪PM2.5源解析数据，掌握重污染天气成因，为空气质量的改善提供决策依据。

1 数据来源

本研究选取秦都区实验中学站点为研究区域，采用监测站点2020年1月23日至2月14日重污染发生过程中的空气指标（PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO、O3）浓度。气象资料来源于秦都区气象局污染发生期的湿度、温度、气压等观测资料。

2 材料与方法

监测地点：秦都区实验中学站点；监测时间：2020年1月23日至2月14日；周边环境：点位位于实验中学教学楼顶楼，东南侧为咸阳三号桥，西侧约1 000 m有咸阳西区供热公司，周边2 000 m内西北偏北分布有多家大型餐饮，西北偏西分布橡胶、医药、电子、印刷、机械制造及电器制造等企业[1]；监测仪器：单颗粒气溶胶飞行时间质谱仪；采样方式：采用广州禾信单颗粒气溶胶飞行时间质谱仪，大气颗粒物PM2.5经切割头切割后被引入单颗粒气溶胶飞行时间质谱仪，然后24小时不间断监测颗粒物化学组成及污染源的持续变化。通过激光粒径扫描和飞行时间质谱在线分析统计PM2.5颗粒中各来源颗粒的数量，得到PM2.5中各来源颗粒的情况。根据污染源谱库，结合《大气颗粒物源解析技术指南》确定污染来源。

3 结果与讨论

3.1 重污染期间空气质量变化特征

3.1.1 时间变化特征

1月23日至2月14日以来，秦都区及周边的渭城区、兴平市遭遇了两次重度污染过程，其中重度污染秦都区4天、渭城区5天、兴平市7天[2]。

秦都区重度及以上污染分别发生于1月22日、1月23日、1月24日、1月25日，连续4天重度及以上污染，AQI为204～329，PM2.5日浓度最大值为279 μg/m3（1月25日），小时峰值浓度为372 μg/m3（1月25日12时），日浓度最大值超过《环境空气质量标准》（GB3096-2012）二级标准限值2.7倍。

3.1.2 污染过程分析

1月20日全天AQI维持在较低水平，平均为89，全日空气质量良；1月21日空气质量开始恶化，其中1时至4时、15时至次日0时PM2.5浓度大于75 μg/m3（AQI＞100），全天空气质量累计轻度污染；1月21日15时以后PM2.5浓度开始迅速增长，到1月22日1时，实时AQI开始超过200（PM2.5浓度＞115 μg/m3），空气质量由轻度污染变为中度污染，并持续至1月23日7时；1月23日8时起，空气质量开始变为重度污染，污染持续至1月24日15时，1月24日15时起至1月25日1时空气质量在中度与重度之间相互转换。1月25日2时起污染再次加重，重度污染持续影响至1月26日9时，其中1月25日2时至6时、11时至17时、1月26日0时至6时PM2.5浓度均大于250 μg/m3，AQI处于“爆表”状态。针对此次污染过程，咸阳市重污染天应急指挥部办公室将重污染预警等级由黄色升级为橙色。1月27日凌晨，在冷空气和强降水作用下，污染得以消除，空气质量转为良[3]。

结合气象资料，此次污染过程，1月23日空气湿度58%～91%，平均湿度60%；1月24日受冷空气和小雨影响，空气湿度57%～96%，平均湿度78%，较1月23日平均湿度增加30%，湿度进一步增大，扩散条件进一步转差；1月25日受降水影响，相对湿度61%～97%，平均湿度83%，较1月24日平均湿度增长6.4%。逐日增大的湿度导致一次污染物的二次转化，加剧了PM2.5的形成。

区域持续静稳天气，大气逆温层结稳定，1月23日近地面西南偏西风1级，使得周边兴平市污染物在微风场作用下向秦都区小幅输送，区域内风速0～1米/秒，极小，导致污染物不能跨区域输送而不断在区域内累积；1月24日至1月25日近地面东北偏东风1～2级，渭城区污染物在风场作用下向秦都区小幅输送，两股气流辐合形成的污染累积经过一段时间最终呈现浓度爆发式增长。因此，风速小，污染物垂直和水平扩散能力受限，区域小幅传输，高低度累积污染使得秦都区PM2.5浓度增大，导致重污染天发生。

3.2 质谱仪数据分析

对采用飞行质谱仪监测得到的实验中学点位的PM2.5进行源解析。PM2.5贡献占比从高到低依次为：二次无机源23.2%、一次污染源中机动车尾气19.8%、燃煤源18.1%、工业工艺源12.7%、烟花源为7.0%、生物质燃烧源6.7%，扬尘源4.4%、餐饮源2.2%。二次无机源主要受一次污染源排放污染物发生二次转化的影响较大。

二次无机源对PM2.5影响较大的二次离子以NO3-、SO42-、NH4+为主，高浓度的二次离子是导致污染严重的直接影响因素。而这些离子的产生又与此时段湿度较高，风速较小，排放SO2、NOx、NH3的工业企业以及居民燃煤、生物质燃烧在高湿环境下经过大气化学反应生成二次气溶胶有关。

4 污染成因分析与管控建议

4.1 污染成因分析

总之，此次重污染过程主要受以下方面影响：

（1）秦都区地处低洼地带，袋子状的地理位置，遇到静稳天气，因外来输入淤积，在冬季发生重污染。

（2）受新型冠状病毒影响，机动车尤其是汽油车等交通运输车辆排放量明显下降；施工工地停工，非道路移动机械和扬尘排放量下降；餐饮业、家具、包装等加工业和轻工业企业停产，污染排放量较以往下降。但由于处于采暖期，站点周边的西区供热、彩虹光电等民生保障类企业污染物未纳入重污染天应急减排清单，这些企业正常排放，排放量未有减少。区域冬季盛行东风、东北风，东边长庆石化、蓝星玻璃厂、大唐电厂、渭河电厂等生产排放，叠加本地排放，污染物排放量与往年相比有所减少，但污染基数仍然居高，同时受疫情影响，农村居民散煤燃烧时间有所增加。污染物减少量还没有下降到抵消不利气象条件影响的水平，导致重污染天气发生。

（3）冬季处于高湿、静稳、低风甚至无风的气象条件。

4.2 管控建议

为减少区域重污染发生的频次，建议采取以下管控措施：（1）通过区域联防联控和减少本地源排放的二次无机源、燃煤、机动车尾气源可以有效改善区域空气质量。（2）秋冬季应加强对西区供热、彩虹光电等重点工业企业污染源以及东风、东北风上风向企业污染源排放的监管。

5 结语

2020年1月23日至2月14日，秦都区实验中学站点空气质量持续重度污染，其中1月25日污染最严重，1月27日凌晨，在冷空气和强降水作用下，污染得以消除，空气质量转为良。从气象条件分析，持续重污染期间，近地面风力小、湿度逐日增大及持续逆温等条件，不利于污染物扩散，这是导致持续重污染的重要客观条件。从地形条件分析，区域地形地貌呈现袋子状，导致污染物不易扩散而累积。结合区域污染源特征，本次污染过程主要为本地源排放的污染物叠加区域传输遇到高湿静稳天气所致。因此，通过制定区域间联防联控措施，同时削减本地源排放可以降低重污染天气发生的概率。