找出大气污染的“祸首”——大气攻关源解析工作取得阶段性成果

2019-04-19 15:27:16 浏览：12404 来源：国家大气污染防治攻关联合中心

“我们在‘2+26’城市布设受体采样点109个，从采暖季开始对‘2+26’城市进行连续采样，至今已采集约30000个样品。”中国环境科学研究院副研究员唐伟介绍说，通过一年多的努力，大气重污染成因与治理攻关项目（以下简称“大气攻关项目”）终于搞清了京津冀及周边地区大气重污染精细化来源。

01

精细化源解析支持精准施策

2018年，朋友圈晒蓝天已经成为常态。今年3月中旬，摄影爱好者邓伟发出了自己拍摄的北京蓝天白云的照片，立刻刷爆朋友圈。媒体都在惊呼：“朋友圈蓝天”档期延长，空气净化器销量下降。

蓝天白云天数增多的背后，离不开大气攻关项目的科技支持。正是这些科技成果支撑了政府打好蓝天保卫战的科学决策。

为了获得基础数据，2017~2018年和2018~2019年的秋冬季，国家大气污染防治攻关联合中心源解析工作组不停穿梭在“2+26”城市之间。工作组与“2+26”城市驻点跟踪研究团队密切配合，克服时间紧、任务重、经费少等种种困难，结合区域和城市精准治霾的管理需求，通过基于源谱库、源清单、空气质量模型和受体模型组成的精细化源解析融合技术体系，实现精细到行业、精准到过程的京津冀及周边地区城市PM2.5污染来源精细化解析。

“从区域层面上来讲，秋冬季PM2.5污染的主要来源是燃煤、工业、机动车和扬尘，其中燃煤中相当一部分指的是散煤燃烧，这些污染源的具体排名在‘2+26’城市中还会有一些区别，比如说北京市最重要的排放源就是机动车。”大气攻关项目专家、北京大学环境科学与工程学院研究员陆克定介绍说。

“目前，我们已分析得出2017年和2018年秋冬季京津冀及周边地区细颗粒物（PM2.5）组分和来源特征，并对比分析了2016年采暖期和2017年采期季同期变化。”唐伟介绍说。大气颗粒物受体模型源解析结果表明，2017年采暖期京津冀及周边地区PM2.5主要组分为有机物、硝酸盐和硫酸盐。2017年PM2.5主要组分浓度较2016年同期明显下降，硫酸盐降幅最大，元素碳（EC）和地壳元素不降反增。2017年采暖期京津冀及周边地区各城市细颗粒物PM2.5主要污染来源为工业源、机动车源、燃煤源和扬尘源。各类污染源贡献浓度值较去年同期下降明显，主要污染源占比呈现“两降两升”特征，工业源和燃煤源的贡献占比下降，机动车源、扬尘源贡献占比上升。

空气质量模型源解析结果显示，区域间的PM2.5及其生成前体物的传输加重了“2+26”城市秋冬季污染的累积，全年平均贡献在20%~30%左右，重污染过程中区域传输影响增加15%~20%。对比2016和2017年区域源解析的结果发现，“2+26”城市各地污染治理取得一定成效，PM2.5区域贡献比例增加，对区域性污染联防联控的需求加大。对“2+26”城市整体区域而言，行业解析结果发现，工业、电力、民用燃烧、机动车为主要污染源。

唐伟介绍说，爆发性增长的定量分析侧重于对重污染的过程分析，包含了颗粒物在线组分分析、气象条件分析，定量解析大气物理化学过程在重污染期间所占的比重，当然其中也包含了来源解析，分析结果对降低重污染过程的强度和持续时间有支持作用。

国家大气污染防治攻关联合中心源解析工作组对秋冬季污染物来源进行了解析。“这个解析工作是针对整个秋冬季，时间跨度更长，是为‘2+26’城市科学制定和评估大气污染防治政策措施及其实施效果提供科学支撑作用的。”唐伟说，来源解析包含区域来源解析和行业来源解析，其中区域来源解析可以分析“2+26”城市的污染相互影响作用，发现污染物的传输通道，对制定秋冬季“2+26”城市的联防联控措施提供支持；精细化的行业来源解析可以分析“2+26”城市中哪一种污染排放源对PM2.5污染起主导作用，贡献量是多少，为各城市对各行业污染源减排的精准施策提供支持。

“不利气象条件与污染过程的双向反馈机制使得边界层压低、低层逆温增强、相对湿度增加，是导致PM2.5快速增长的主要气象机制。”陆克定说。

02

给京津冀大气进行全面“体检”

2018年1月，河北、天津、河南等地遭遇了罕见的大雪。在莽莽雪原上，一群大气攻关项目专家们扛着监测设备，冒着大雪、顶着寒风，向着目的地艰难行进。他们需要在外场进行观测。从2017年10月开始，即使是天寒地冻，很多人的手脚被冻伤，他们仍坚守在监测设备旁边，生怕错过一个有用的数据。

“在工作过程中，我们也遇到了不少科学和实际操作上的困难，但是都一一克服了。” 陆克定举例说，比如，多源数据的质控和融合分析是一个难点。在冬季低温条件下架设和开展外场观测也远比春季和夏季艰苦，参与观测的师生和研究人员要克服冻伤、滑倒摔伤等困难，顶着刺骨的寒风，起早贪黑从采暖季开始一直持续到春节前。“甚至在春节，少部分骨干还要守住一些关键设备开展跨年观测。”

“我们从环境、监测、化学、气象、模式和源解析等多角度给京津冀大气重污染过程进行了一次全面体检。”陆克定介绍说，“体检”报告的详细程度是前所未有的，基于这份体检报告，我们可以综合判断京津冀大气重污染的来源和成因。

在专家们的努力下，“体检”工作进展顺利。陆克定介绍说，大气攻关项目自主研发了精细化受体源解析模型与软件，基于统一的技术方案开展了“2+26”城市受体源解析，明确城市间污染输送矩阵，识别了PM2.5分空间区域、分行业、分时段的精细来源。

陆克定说，京津冀大气重污染形成的根本原因是远超环境承载力的超高排放强度；在此基础上遇到不利气象条件，污染物水平扩散急剧下降、边界层垂直高度显著压低，于是一次污染物的高排放就转化成了一次污染物的高浓度。重污染过程中，大气还存在强氧化性，一次污染物会被大气自由基和颗粒物反应界面中的各种氧化剂快速转化为二次颗粒物，比如硫酸盐、硝酸盐、铵盐和二次有机颗粒物。近年来，基于对SO2排放的有效控制，硫酸盐在京津冀地区出现了显著下降，硝酸铵已经成为主导性的二次无机盐，主要来自于自由基对氮氧化物的氧化过程。“不过，二次有机颗粒物的来源和氧化机制比较复杂，尚需时间加以厘清。”陆克定说。

陆克定说，大气攻关项目建立了国内最大的天地一体化观测网，其中依托中国环境监测总站和环科院，建立了京津冀地区组分观测网和雷达监测网；依托北京大学和环科院，开展了京津冀大气综合观测实验，首次在4个超级观测站上对大气氧化性-新粒子生成-颗粒物增长和消光特性等关键参数开展了同步观测研究。

03

谁是北京大气污染的“祸首”

要治理好大气污染，必须找到大气污染的“罪魁祸首”。但是很长时间以来，大气污染源像幽灵一样到处游荡，无法捉摸。没有任何专家能够说清，到底是什么污染了空气。

经过长期不懈的监测和分析，大气攻关项目终于捉到了这只狡猾的“幽灵”。

“结果表明，北京市的排放源主要来自机动车尾气、燃煤、生物质燃烧、扬尘、工业及二次源，其中机动车尾气排放源占比在14.5%~26.5%，燃煤源占比在12.5%~33%，生物质燃烧源占比在3%~8%，扬尘源占比在6.5%~13%，工业源占比在9.5%~26%，二次源占比在15%~37.5%。”陆克定表示，显而易见，北京市PM2.5的二次源是占比最大的，其次是机动车尾气排放源及燃煤源。

“通过数值模式和观测对比发现，在不同过程中，区域输送的贡献有所不同。”陆克定介绍说，基于受体模型对颗粒物开展来源解析发现，2017年11月4~7日观测期间，北京市PM2.5的来源贡献由高到低依次为：二次源>机动车源>燃煤源>生物质燃烧源>工业源>尘源。污染发生前 (11月4日)，机动车源 (24%) 与生物质燃烧源 (22%) 是PM2.5的主要贡献源；11月5日之后，二次源贡献迅速升高，燃煤源的贡献也有所上升；污染期间 (11月6~7日)，二次源的贡献最大，平均占比为55%，燃煤源的贡献也上升至16%。

2018年1月12~22日观测期间，北京市PM2.5的来源贡献由高到低依次为：二次源>机动车源>生物质燃烧源>燃煤源>工业源>尘源。在1月13~14日污染发生阶段，燃煤源及二次源的贡献较大，分别占到23%及32%，机动车源和生物质燃烧源的贡献次之，占比分别为21%及17%。