辽阳市典型重污染过程特征及成因分析

苏璇 杨薇薇

（1.辽宁省辽阳生态环境监测中心，辽宁辽阳 111000；2.辽宁省营口生态环境监测中心，辽宁营口 115000）

1 引言

随着经济发展和城市化建设进程的加快，人类活动规模不断扩大，大气污染问题频繁发生，尤其在以重工业为主的东北地区，秋冬季节已成为重污染频发时段，对人体健康造成极大威胁［1］。辽阳市地处辽东半岛中部城市群，北临沈阳、南部接壤鞍山，位于辽宁省中部污染传输带。近年来，随着区域联防联控、城市群大气污染防治工作力度加大，辽阳市重污染天气频次逐渐下降，PM2.5浓度整体呈现下降趋势，但在每年1 月仍会发生重污染天气，且逐渐形成更加复杂的新型区域复合型污染［2］，需对多种污染源进行联合控制［3］，环境空气质量治理压力较大。同时研究表明，近地面逆温层结、地面高湿静稳等气象因素有利于污染物累积［4-5］，叠加本地冬季排放源更易造成重污染［6-7］。因此探究辽阳市重污染天气污染特征及其原因，对辽宁省中部城市群大气污染治理具有非常重要的意义［8］。

2 研究数据

本文运用辽阳市4 个国控气站及3 个省控气站2021 年1 月监测数据进行分析，点位分别为辽阳市宏伟区、新华园、滨河路、铁西工业园，灯塔市生态环境局，辽阳县气象局，弓长岭区。气象数据由辽阳市气象局提供。

3 污染时空特征

从日AQI 上看，辽阳市连续6 d 空气质量等级不达标，其中，严重污染1 d，重度污染3 d，轻度污染2 d。从污染时长上看，2021 年1 月22 日11：00 至27日12：00 累计严重污染32 h，重度污染58 h，中度污染16 h，轻度污染11 h。

辽阳市此次污染过程变化趋势见图1。从2021年1 月22 日开始，污染物浓度逐步攀升，至22 日23：00 达到重度污染，24 日13：00 污染物浓度短暂降低，22：00 再次达到重度污染，从25 日17：00 开始污染物浓度突增达到严重污染，并持续到26 日23：00，27 日13：00 此次污染过程结束。

图1 2021 年1 月22—28 日辽阳市AQI 变化趋势

此次污染过程首要污染物为PM2.5，辽阳市分布在各县市区的7 个监测点位PM2.5浓度变化趋势基本同步，从2021 年1 月23 日开始进入污染物累积阶段，污染物浓度开始缓慢上升；23 日深夜至24 日凌晨铁西工业园和新华园点位达到峰值并出现“爆表”，重污染进入持续阶段，24 日午间污染物浓度有所降低，但夜间重新开始累积，25 日午后，污染物浓度突增，并持续至26 日；27 日午后扩散条件转好，污染进入显著减弱阶段，此次污染过程结束，变化趋势见图2。

图2 2021 年1 月22—27 日辽阳市3 个监测点位PM2.5 变化趋势

从各点位浓度转折点来看，辽阳市7 个监测点位呈现先南部（宏伟区、新华园、辽阳县）、中部（滨河路、铁西工业园），后北部（灯塔市）、东南部（弓长岭）的特点。

从各监测点位污染物PM2.5浓度来看，铁西工业园＞灯塔市＞辽阳县＝滨河路＞新华园＞宏伟区＞弓长岭，距离工业区和农村面源及居民聚集区较近的子站污染物均值较高。辽阳市2021 年1 月1—21 日PM2.5浓度均值为40 μg/m3，经过此次污染后，2021年1 月1—27 日PM2.5浓度均值为71 μg/m3，上升了31 μg/m3。

此次污染过程中，2021 年1 月23—27 日污染程度最重，通过辽阳市2021 年1 月23—26 日PM2.5浓度折线图（见图3）可知，太子河区、灯塔市、辽阳县、白塔区污染物浓度明显高于其余3 个区，与辽阳市工业企业分布、居民聚集区分布情况相符。

图3 2021 年1 月23—26 日辽阳市PM2.5 浓度折线图

4 污染成因分析

4.1 自然因素

辽阳市地形整体西北侧低、东南高，当出现西风、西北风时，污染物易在山前积聚，造成较严重污染。此次污染过程中，辽阳市气象条件极为不利，冷空气总体偏弱，温度偏高，持续大范围静稳、高湿天气，地面风速总体低于1.5 m/s，相对湿度总体高于75%，大气污染扩散条件持续不利。

（1）水平扩散条件极差。2021 年1 月22—27日，辽阳市主导风向以东风和东南风为主，平均风速总体低于1.5 m/s，甚至部分时段风速为0 m/s，地面极度静稳，水平扩散条件极其不利，详见图4。

图4 2021 年1 月22—27 日辽阳市10 min 平均风速

（2）垂直扩散条件受限。此次污染过程中，辽阳市高空混合层较低，随着气温升高，易产生逆温，阻碍近地面空气的上升运动，不利于大气污染物的垂直稀释扩散。

（3）空气中相对湿度迅速增大。2021 年1 月22—27 日，辽阳市总体相对湿度高于75%，部分时段高于90%，吸湿增长导致污染物浓度持续升高。25 日21：00 至26 日06：00，辽阳市出现降雪，雪前湿度增加，污染物吸湿增长情况加剧。辽阳市相对湿度变化情况见图5。

图5 2021 年1 月22—27 日辽阳市相对湿度

4.2 污染源排放

经现场调查和收集相关材料，辽阳市污染源主要有工业排放源、城市生活源（道路交通源、生物质燃烧源）、散烧煤等，在不利气象条件叠加下，污染气团形成后难以消散，导致辽阳市出现重度及以上污染过程。

4.2.1 工业企业排放

根据辽阳市污染浓度空间分布情况可知，此次污染过程中，污染较重的太子河区、灯塔市、辽阳县均为辽阳市工业源聚集区域，分布着辽阳市制造业、轧钢厂、化工企业等大量重工业企业，连续不断的源排放累积，使短时间内污染物形成大量污染气团，即便启动应急预案减少了排放，但在不利气象条件下污染气团难以消散，同时吸湿增长导致污染物浓度居高不下。

4.2.2 城市生活源

辽阳市汽车保有量较大，且7 个空气质量监测站周边都有主干道。交通高峰特别是叠加雨雪天气，导致道路拥堵，各种车辆均处于怠速或低速行驶状态，加剧了机动车尾气排放污染。根据污染源分布情况可知，污染浓度较高的县市区，均地处辽阳市工业聚集区和居民生活聚集区，工业聚集区内大型柴油车众多，居民聚集区内小型机动车较多，其中铁西工业园站点周边有两个高速口，是出入辽阳市的交通枢纽。

此次污染过程中，祭祀烧纸造成的污染贡献不可忽视，夜间扩散条件极端不利时，集中大量的烧纸导致污染物浓度激增，污染物浓度不断累积，位于居民聚集区中的新华园点位受影响最重。

4.2.3 散烧煤

根据近3 年空气质量变化趋势的分析，冬季取暖期也是每年污染最严重的时期，集中在每年的12月—次年3 月。辽阳市虽然全力推进煤改气工作，但城郊地区仍散布着大量靠小锅炉取暖和生活的平房及“小作坊”，进入采暖期后煤烟排放量激增，且排放时间集中，短时间内排放量较大，在不利气象条件下，极易形成污染气团。

道西庄村点位为辽阳市农村源监测点，对比铁西工业园和道西庄村两个监测点位，PM2.5浓度变化趋势一致，虽然峰值浓度铁西工业园点位高于道西庄村点位，但是在早晚居民集中烧炉子的时段，2021年1 月22—27 日道西庄村浓度略高于铁西工业园点位。同时对比CO 监测数据，道西庄村点位CO 浓度总体高于铁西工业园点位，说明此次污染散烧煤是主要污染源之一。道西庄村与铁西工业园点位PM2.5，CO 变化趋势见图6。

图6 2021 年1 月22—27 日道西庄村与铁西工业园点位PM2.5，CO 变化趋势

5 结语

（1）随着大气污染防治工作力度加强，辽阳市重污染天气频次逐渐下降，PM2.5浓度整体呈现下降趋势，但在每年1 月仍会发生重污染天气情况。

（2）辽阳市地形整体西北侧低、东南高，当出现西风、西北风时，污染物易在山前积聚，叠加高湿静稳天气，垂直及水平扩散条件均较差时，易造成较重污染。

（3）经现场调查和收集相关材料，辽阳市污染源主要有工业排放源、城市生活源（道路交通源、生物质燃烧源）、散烧煤等，在不利气象条件叠加下，污染气团形成后难以消散，导致辽阳市出现重度及以上污染过程。