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近期关中地区重污染天气成因及应对情况分析报告

来源:中国科学院地球环境研究所     发布时间:2018-12-07 09:28:33     【字体:

 2018 年 11 月 23 日至 12 月 2 日,关中地区遭受了重污染天气过程。结合气象要素和化学组分分析,期间发生的两次沙尘过程及其在关中地区的滞留是造成空气污染的主要原因。 在冷空气输送下,第一次沙尘事件 11 月 26 日到达关中,并造成西安、咸阳和渭南的 PM10 浓度爆表,高浓度 PM10 一直 持续到 11 月 29 日。在浮尘尚未完全散去的情况下,第二次 沙尘事件于 12 月 2 日再次发生,造成关中除铜川外,其余 4 市均严重污染。从颗粒物化学组分来看,钙离子和地壳元素均在两次沙尘期间浓度明显升高,而与人为活动相关的二次污染物浓度变化不大,明显为沙尘输入型污染,且滞留的沙 尘与本地排放混合累积加重了本次污染过程。重污染期间, 关中各市“一市一策”工作组与各地环保部门一起积极应对, 削峰减排。数值模拟结果表明,减排措施促使西安、宝鸡、咸阳、铜川、渭南的 PM2.5 小时浓度最高值削减幅度分别为 9%、18%、9%、4%、10%,且缩短了污染时长。

一、近期空气污染特征

1. 时间变化特征。11 月 23 日至 26 日上午,西安、咸阳出现了部分时段重度污染;26 日午间随着西北沙尘经长武、彬州、永寿输入, 关中区域 PM10 浓度快速上升,14 时左右关中各地陆续出现污染爆表,17 时区域内 PM10 小时浓度最高值为 1098 μg/m3,出现在渭南市;此后,PM10 呈现波动降低的趋势, 29 日沙尘影响尚未完全退去,在高湿静稳天气下区域内出现雾霾天气,PM2.5 污染问题开始凸显,30 日夜间开始随着扩 散条件略有好转 PM2.5 浓度有所降低,2 日关中区域再次遭遇起源于新疆地区沙尘的侵扰,除铜川因地理位置与地形地势的原因受到影响较小外,其余四市全部严重污染,2 日 20 时区域内 PM10 小时浓度最高值为 1030μg/m3,出现在宝鸡市。3 日开始关中地区 PM10 逐渐减弱,空气质量有所好转。

2. 空间分布特征。第一轮沙尘天气中,整个关中地区均出现了 PM10浓度过高的现象,尤其是西安,咸阳南部,渭南南部地区,PM10浓度均爆表。与沙尘来临前相比,西安,咸阳南部及渭南PM2.5 并未出现明显变化,宝鸡、铜川 PM2.5 有所升高。沙尘过境后,关中地区PM10浓度有所下降,但是不利的天气条件加上本地污染物排放及沙尘过境所带来的污染物混合,颗粒物的堆积及二次生长造成PM2.5 浓度出现明显升高。12 月 2 日第二轮沙尘天气来临,除渭南外,整个关中地区 PM10 浓度升高,宝鸡、咸阳及西安西北部 PM10 爆表,加上 11 月 30-12 月 1 日的颗粒物堆积,PM2.5 浓度出现大面积超标。

3. 同期对比。本次污染过程中,关中区域 PM10 浓度明显高于去年同 期。11 月 26 日受沙尘影响区域 PM10 平均浓度达到 450μg/m3,与同期相比涨幅达到 220%,此后由于沙尘未完 全退去及 12 月 2 日新一轮沙尘再次袭来,涨幅也在维持在 较高水平(71%-147%)。

二、污染成因分析

1. 扩散条件不利。28 日高空 700hPa(约 3000 米)出现暖平流,使大气垂直方向的对流减弱,近地面出现静稳天气。29 日,500hpa高度场上气流较为平直,关中地区有西北气流强输送,低层为西南暖湿气流输送,地面处于高压后部,气压梯度力小,大气扩散条件 不利。30 日,关中地区位于槽前位置西北气流传输, 有冷空气传输,空中气流平直,低层弱的辐散,地面位于高压前部,气压梯度不明显,风力小,大气扩散条件不利。持 续三天不利扩散条件导致关中地区污染物持续累积,重污染天气由东至西先后爆发。

12 月 1 日,关中地区位于槽前位置高空气流平直,中低有西北冷空气输送,地面场关中地区位于高压南部,东风盛行,大气扩散条件不利。受冷空气和大风天气的影响,12 月 2 日夜间,嘉峪关、酒泉的 AQI 沙尘天气爆发,冷空气沿着 西北路径传输进入陕西境内,沙尘沿冷空气的传输路径入侵 关中地区;12 月 2 日 14 时偏北大风将河西走廊沙城带入宝鸡地区宝鸡,受关中地形的影响,偏北大风转为西北风传输 进入关中地区,沙尘天气先后影响咸阳、西安、铜川渭南地 区,2 日 14 时至 3 日 06 时,关中地区 AQI 指数连续 16 小 时处于爆表状态。

2. 沙尘输入为主要原因。结合近期关中不同观测点和观测数据的化学组分来看, 沙尘输入型污染特征十分明显。这期间来自沙尘的地壳元素(钙、钾和钠)与人为排放污染物(硫、 氮、有机碳和元素碳)已发生了充分的混合,这种混合在不利的气候条件下不断累积,对本次污染过程有辅助作用。从各种颗粒物的比例时间变化图,也可以看出在粉尘颗粒增加的同时, 与生物质燃烧排放有关的污染比例也在增加,这与冷空气到来, 居民取暖增加有关。

三、各市应对效果分析

重污染期间,国家大气污染防治公关联合中心“一市一策”驻点跟踪研究工作组与当地环保部门紧密合作,多措并举,为本次污染削峰减排做开展了大量的工 作。参照西安、咸阳、宝鸡、铜川、渭南等城市启动大气污染预 警时间及级别,使用 NAQPMS 空气质量预报模式评估此次重污染过程各地应急减排措施的执行效果显示,关中五个城市在 11 月 30 日 -12 月 2 日的 PM2.5 浓度值均有较明显降低。此次污染过程中, 减排措施促使西安、宝鸡、咸阳、铜川、渭南的PM2.5 小时浓度最高值削减幅度分别为 9%、18%、9%、4%和 10%;促使西安市重度污染时长比模式预报结果降低了 19个小时,咸阳市降低了 8个小时,渭南市降低了 7 个小时,铜川市的中度污染时长降低了 2 个小 时,宝鸡市的轻度污染时长降低了 14 个小时。可见,采取减排 措施使得关中城市的 PM2.5 峰值降幅达 4%-18%,污染时长 显著缩短。


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