流动比率分析_2020年春节期间我国华北区域大气污染成因分析​​——以北京为例

北极星大气网络新闻:1。重工业的大点源排放和小的环境大气容量仍然是重污染事件的主要原因在过去五年的春节期间，北京地区大气中的微粒平均浓度持续下降。过去两年的浓度水平相当。今年，气态污染物二氧化氮和二氧化硫与去年相比略有增加。在极其不利的天气条件下，北京在2020年春节期间经历了四次严重的污染事件。最严重的一次是在新年的第一天到第四天，大气中PM2.5的日平均浓度接近或超过150微克/立方米，达到严重污染水平。其原因仍与区域污染源排放量大、超过区域大气环境容量密切相关。调查结果显示，春节期间，北京、天津、河北及周边地区的高污染行业，包括钢铁、焦化、玻璃、耐火材料、炼油和制药，由于生产过程不间断，几乎都是24小时轮班。一个典型的例子是，2020年1月的粗钢产量是近年来同比最高的。一些企业还承担了协调供暖的任务，春节期间仍需继续加班。同时，燃煤电厂和供热锅炉需要连续运行，以保证正常用电和居民供暖，排放强度与日常生活相差不大。受南风影响，山东、河北和天津的发电厂、钢厂和化工厂等点污染源排放的硫酸盐、SO2和氮氧化物等污染物被输送到北京，在高湿度条件下进行二次转化。北京地面观测数据显示，1月24日至28日，北京大气中SO2和NO2浓度因南风而持续升高，与PM2.5的上升趋势高度一致

2。低风速、高湿度和低大气边界层高度是导致污染物不断积累和快速转化的客观条件。2020年春节期间，北京周围大气的相对湿度将在40%至80%之间，交替出现弱北风和南风，导致该地区污染气团的反复振荡和累积，导致污染向南输送和局部排放污染的快速混合。整个春节期间，边界层大气出现多重分层，对流不畅，污染物容易积聚，难以扩散。特别是25日和28日，大气边界层高度不到1000米，这大大降低了大气污染能力。有限空间内的快速二次反应导致颗粒物污染的爆炸和增长，导致北京及南山前地区形成重霾污染区。

3。燃放烟花爆竹会造成短期的重度雾霾污染，但恶劣的天气条件会导致这种影响持续下去。由于周边地区燃放烟花爆竹，雷达观测显示，除夕之夜，北京市区500-1000米高空出现大量污染气团，并于年初一早晨强对流到达地面，这是导致北京新年第一天污染物增加的主要诱因。接下来的几天，虽然没有发现明显的区域输送现象，但是区域边界层的高度非常低，中午边界层的高度仍然低于1000米。它不利于污染物的扩散，但非常有利于颗粒物质的吸湿增长和非均相化学反应。烟花燃放的细颗粒含有大量亲水性无机盐，为氮氧化物、二氧化硫和氨气的二次非均相化学反应提供了充分的反应界面因此，燃放烟花爆竹如果遇到与今年相似的低风速、高湿度和极低的大气边界层高度，将长期造成严重的霾污染。

以下是根据观测结果进行的详细分析:

图1北京春节期间PM2.5等污染物的日变化图

1月24-28日，北京市大气中SO2和NO2的浓度持续上升，与PM2.5的上升趋势高度一致(见图1)北京地面观测数据显示，由于南风，山东、河北和天津的发电厂、钢厂和化工厂等点污染源排放的硫酸盐、SO2和氮氧化物等污染物被输送到北京，并在高湿度条件下进行二次转化。在整个过程中，中和剂NH3的浓度也高达10-20微克/立方米。

图2北京市2020年春节期间PM2.5化学成分变化特征

图3 2020年春节期间北京市不同污染水平PM2.5化学成分变化特征

根据PM2.5浓度将污染水平分为轻度、中度和重度。NR-PM2.5浓度依次增加，分别为38.9、127.9和219.0μg/m3。硫酸盐、硝酸盐和铵盐的绝对浓度逐渐增加，其中硝酸盐(NO3)是主要成分之一，而重污染的浓度增加了7个百分点，占被测成分的三分之一。硫酸盐(SO4)和铵盐(NH4)分别增加了3个和2个百分点，有机碳减少了12个百分点参照图3

重污染的主要化学机理是硫酸盐的比例比春节前高8%，表明该地区燃煤排放的二氧化硫相对较高。轻微的南风导致北京南部的河北和天津的硫酸盐和氮氧化物污染被输送到北京。在高湿度条件下(相对湿度在40%和80%之间变化)，主要在局部排放的氮氧化物促进了外来二氧化硫向硫酸盐的转化。大气中充足的氨使其形成水溶性无机盐——硫酸铵和硝酸铵，进一步加剧了颗粒物的吸湿增长。在污染严重的情况下，区域传播减弱，局部转化加强。对比香河PM1.0和北京PM2.5的化学成分差异，发现二次粒子的转化主要在1.0-2.5微米的较粗粒子中进行在污染加剧的过程中，微粒的酸度不断上升，酸碱度呈下降趋势，这有利于污染物的酸催化氧化。图4 2020年1月24 -29日期间气溶胶后向散射系数和边界层高度

。春节期间，边界层大气出现多重分层，对流不畅，污染物容易积聚，难以扩散特别是25日和28日，大气边界层高度不到1000米，大大降低了大气污染能力。参考图4

图5北京、天津、河北及周边地区2020年1月20日至30日春节期间PM2.5浓度空间分布图

2-2020年春节期间，北京、天津、河北及周边地区许多城市受到以PM2.5为主要污染物的严重污染，特别是在1月22日至28日的山前平原风场辐合带，形成了山前污染带参考图5

图6 2020年1月20 -30日北京春节期间典型天气图及关键气象要素演变

2-020年春节期间，华北地区受变性高压影响，气压梯度小，风速弱，区域内无强冷空气南下，造成北京、天津、河北及周边地区空气停滞，因弱风、高湿导致污染积累和二次转化增加。北京地区的湿度在40-80%之间，弱北风和南风交替，谷平风振荡，南风污染输送和局地排放交织，山前(太行山和燕山)有明显的高污染带长期滞留(见图5)直到29日，北京的污染才得以清除，但北京以南、太行山以东的平原地区污染仍然严重。参考图6

图7显示了北京、天津、河北重污染期间卫星反演的NO2大气柱浓度的变化，显示了高污染点源的位置。结合风场的变化，不难分析其对整个区域近地表大气污染变化的影响。

图7 2020年春节期间北京、天津、河北及周边地区大气中NO2柱浓度分布图

(本报告中的卫星图像由中国科技大学刘成教授提供)

摘要:区域重工业点源排放和局部污染排放的叠加，加上不利的气象条件，导致大气中以次生无机盐为主的细粒子爆炸和增长，共同导致严重的大气污染