2015年北京“阅兵蓝”现象多维度解析

作者:薛亦峰来源:蝌蚪五线谱发布时间:2018-02-28

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北京市大气污染源排放量大

作为中国的首都,北京是一个典型的快速发展的大城市,人口超过2000万,机动车保有量超过560万。由于城市化和经济发展,能源消耗量大,造成大量污染的排放。此外,北京三面环山,地形条件不利于污染扩散,在气象扩散条件较差的情况下,容易产生大气重污染。

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北京市能够取得短期的空气质量改善

2015年北京市PM2.5年平均浓度80.6ug/m3,超过国家标准的1.3倍,从长期来看,北京市大气污染面临严峻的形势。但蓝天也不总在风雨后,在短期内,北京市也取得过一系列的蓝天,包括“奥运蓝”、“APEC蓝”、“阅兵蓝”和“一带一路蓝”等等。事实证明,北京市短期的空气质量能够得到较大的改善,而其背后的原因需要进行探究和分析,从而为长期空气质量改善提供借鉴和参考。

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探索短期空气质量改善的“秘诀”

因此,本研究以阅兵蓝为研究对象,(1)对实施短期临时控制措施前后北京市大气PM2.5污染特征和污染来源进行分析; (2)评估气象条件对PM2.5质量浓度的影响; (3)确定影响北京PM2.5浓度的主要来源和降低PM2.5污染的控制策略的有效性; (4)探索今后进一步改善北京等特大城市日常空气质量的启示和意义。

研究思路

阅兵蓝多维度解析总体思路,是建立一套“天、地、空”全面覆盖的大气污染来源及空气质量改善和变化的监测网络,通过3个地面离线监测站点和1个地面在线监测站点,对阅兵前后PM2.5浓度及组分变化进行全面的分析,并利用PMF模式对污染来源进行解析;在高空中,利用OMI卫星遥感数据,对阅兵前后的SO2、NO2柱浓度的变化进行分析和对比;在中空上,结合气象站点温度、湿度、风速和风向等气象参数,评估阅兵前后及同比气象条件对空气质量的影响,并利用后向式轨迹HYSPLIT模式对阅兵前中后重点时点的污染变化过程进行分析和研判,从而解析阅兵蓝现象出现的内外原因、变化过程、控制措施有效性评价及对未来空气质量改善的启发。

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阅兵蓝PM2.5浓度下降了多少?

从地面监测站点PM2.5浓度分析来看,2015年阅兵期间PM2.5平均浓度为25.1 µg·m-3,同比下降63.7%;保障期一阶段平均浓度为19.2µg·m-3,同比下降72.7%,短期大气污染控制措施效果显现,保障期二阶段浓度进一步下降为11.2 µg·m-3, 同比下降幅度达到最大,为76.8%;活动结束后,短期控制中止,9月4日北京市PM2.5平均浓度为44.7 µg·m-3,相对于保障二阶段增加了3倍,污染水平反弹明显。可以看出,不管是PM2.5的同比下降还是保障前、保障期一阶段、二阶段的环比下降,及保障期后的反弹,都说明了空气质量的改善是由污染源排放变化所主导的。


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阅兵期间北京市污染物排放量发生了哪些变化?

对短期控制措施进行梳理和归纳,结合活动水平的变化,采用排放因子法对控制措施的减排量进行测算。通过实施阅兵空气质量保障措施,与2014年同期相对,北京市SO2, NOX, PM10, PM2.5和VOCs日排放量分别下降39.6%, 53.2%, 59.8%, 51.8% 和 34.2%,5种污染物平均下降48%。污染排放强度的下降,是空气质量改善的根本原因。

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气象条件变化对空气质量的影响几何?

对比了阅兵前后及去年同期的气象条件包括气温、相对温度、风向及风速。从总体上来讲,与2014年相比,2015年同期的气象条件有利于污染物的扩散,平均风速为8.6 m/s, 同比增加13.2%。2015年阅兵控制I阶段与2014年同期气象条件基本相同但PM2.5下降明显,再次印证了清洁空气行动计划措施产生了效果,2015年阅兵控制II阶段与控制I阶段相比,同样气象条件没有发生明显的变化,但PM2.5浓度下降很多,也再次表明此次污染的改善是由于污染减排所主导的。

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利用后向式轨迹HYSPLIT 4模式,对8月20、8月31日、9月3日和9月11日气象轨迹进行了分析。可以看出,这一阶段整体气象条件较为有利,主要来自相对清洁的北部气团,南部远距离污染输送较少,有利于大气污染物的扩散。采取临时控制措施期间与采取措施前后相比,气象更为有利一些,南部气团比例更小一些,为整体的空气质量改善提供较好的条件。


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阅兵前后北京市PM2.5组分发生了哪些变化?

从阅兵前后北京市PM2.5组分变化情况来看,草酸根离子(C2O4-)下降幅度最大,达到74.3%,主要由于生物质等开放源燃烧减少有关。SO42-、NO3-分别下降52.4%和51.9%,主要来自于燃烧和机动车减排。Cl-下降了50.0%,从另一角度印证了燃煤减排对空气质量的改善。Ca元素是建筑扬尘的重要标识物,Ca的富集因子明显下降,下降56.0%,显示了建筑扬尘的控制效果。


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阅兵前后北京市大气污染源发生了哪些变化?

对北京市阅兵期间采取临时措施和不采取临时措施PM2.5来源进行解析,可见:受严格的机动车单双号限行的影响,机动车污染排放对PM2.5来源贡献下降,从27.6%下降到23.8%。从8月20日~9月3日期间,全市拆除、土方等工序全部停工,加强了道路清扫频次,降低了道路扬尘,采取措施后扬尘源对PM2.5的贡献率从15.8%下降到11.1%,扬尘源得到较好的控制。PM2.5的二次转化贡献增加,从8.8%上升到13.4%。


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卫星遥感监测来看阅兵期间北京市发生了哪些变化?

从OMI遥感监测数据来看,阅兵前未采取控制措施时,北京市城区、河北省东南部、西南部及山东省北部NO2呈现高值,成片污染面积较大。在采取措施一阶段,北京市城区及周边地区NO2浓度下降明显,说明燃烧控制、工业停限产及机动车限行效果显现。采取措施二阶段,NO2浓度继续下降,尤其河北省,整体NO2浓度下降较多,高值出现在天津市东南部。阅兵结束后NO2浓度迅速反弹,与机动车出行需求的释放及工业生产恢复有关,北京市城区和天津市大部分区域及河北省东南、西南部呈现NO2浓度高值。

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结论

— 从多维角度出发,全面研究了2015年8月底至9月初北京及周边地区清洁空气质量的原因,即所谓 “阅兵蓝”现象

— 我们认为,“阅兵蓝”是北京及周边地区大气污染物减排,有利的气象条件,加强监管共同作用的结果。特别是北京和周边6省的污染大量减排对实现“阅兵蓝”起着至关重要的作用。

— 研究也提示着,北京空气质量的长期改善仍然面临着巨大的挑战。通过实现汽车,扬尘,燃煤等各种来源的排放量的临时控制措施,实现了“阅兵蓝”。然而,由于经济成本巨大,对公共日常生活和就业市场的重大影响,目前这些针对各种来源的临时严格管制措施,还不能转化为正常的管理政策。

— 未来,全年的蓝天将取决于经济发展与环境保护平衡,区域空气污染治理与管理如何协调,污染源如何得到充分控制和管理。


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