空气重污染应急措施对北京市PM2.5的削减效果评估

利用嵌套网格空气质量模式系统(NAQPMS)模拟了2013年1月10~14日一次典型的大气严重污染过程,并利用同期气象和污染物浓度的小时观测数据验证了NAQPMS的模拟结果.敏感性试验结果表明,在重污染期间,当仅实施《北京市空气重污染应急预案(试行)》一级预警中机动车单双号限行措施时,可削减北京PM2.5小时平均浓度4%~10%;当仅实施工业限产减排30%的措施时,可削减北京PM2.5小时平均浓度1%~6%;当同时实施机动车单双号限行和工业限产减排30%的措施时,可削减北京平均PM2.5小时平均浓度6%~12%,并且PM2.5小时浓度与削减率的变化趋势呈反相关,即该措施对污染较轻时段PM2.5浓度削减率高于污染峰值时段;若京津冀地区两市一省同时实施机动车单双号限行和工业限产减排30%的措施时,可削减重污染期间北京小时平均PM2.5浓度20%~35%,且污染严重的区域和时段削减效果更加显著,空气质量可提升一个等级.研究结果表明,当北京发生重污染时,仅靠北京本地限排限产并不能有效减轻PM2.5浓度,若要有效控制北京重污染,应根据污染物区域输送特征,京津冀地区实施大气污染联防联控.     

环境监测预警在重污染天气应对中的作用与启示

近年来,我国中东部地区秋冬季节频繁发生以细颗粒物(PM2.5)为特征的大范围、长时间、复合型大气重污染过程,引起全社会极大关注。环境监测与预警在重污染天气应对中发挥了重要作用,经过几年的发展建设,目前对于京津冀区域重污染的过程预报准确率接近100%,区域重污染的程度预报准确率接近80%,为各级政府针对重污染过程提前采取预警应急和管控措施提供了关键信息和决策依据。     

水污染预警DSS系统框架下的白河水质预警模型研究

为了应对频发的水环境污染事故,在污染事故发生后快速有效地制定应急响应措施,保护水环境,有必要在水源保护区建立水污染预警DSS系统,重点对系统建立的核心与难点——水质预警模型进行研究.密云水库是北京市最重要的地表水源地,以密云水库上游的白河为研究区域建立水污染预警DSS系统,设计水污染预警DSS系统的三层结构框架,将控制端、核心预警模型、GIS空间数据库紧密联合起来;在此基础上对核心预警模型的建模过程、参数取值等进行研究;最后以典型污染物氰化钠为例,设置水污染事故情景以及应急措施预案情景,进行了情景模拟分析.实例研究表明,此水质预警模型能够较准确地对污染发展趋势进行分析预测,并对不同的应急处理方案的实施效果进行模拟分析,模拟结果能够支持应急方案的制定与优选决策,达到了DSS系统的功能需求.     

南京青奥会期间管控措施空气质量改善效果评估

基于2012年环境统计数据库,量化了南京青奥会期间江苏省13个省辖市临时管控措施的主要大气污染物减排量;应用WRF-CMAQ(天气研究和预报模式-公共多尺度空气质量模型)模拟了不采取控制措施(情景0)和采取工业临时管控措施(情景1)下的ρ(PM_2.5),并结合实际观测数据开展南京青奥会期间管控措施空气质量改善效果评估. 结果表明:与情景0相比,在采取燃煤控制、工业停限产、工地停工、区域联防联控等临时管控措施的情景1下,南京和江苏省ρ(PM_2.5)月均值分别降低了8%和4%;对比情景0的模拟结果和实测值可知,在采取了临时管控和应急管控措施的情况下,南京和江苏省ρ(PM_2.5)平均分别降低了21%和12%. 在13个省辖市中,2014年8月南京工业SO₂、NO_x和烟粉尘减排量分别为2 062、3 037、835 t,月减排比例分别为24%、30%、27%,减排效果突出,PM_2.5改善效果显著,提示内源特别是工业污染控制对当地大气污染治理至关重要. 在扩散条件相对不利的情况下,模型模拟预期的几次重污染并未出现,说明通过加大管控力度可有效减轻或避免重空气污染事件的发生.      

2019年10~12月京津冀及周边“2+26”城市重污染减排效果评估

为评估京津冀及周边区域重污染过程期间应急减排措施的效果,基于情景模拟的方法,采用NAQPMS模式和多种观测资料,分析了2019年10~12月期间京津冀及周边区域环境空气质量、重污染过程和气象条件概况,评估了模式24、72和144 h的PM_2.5预报效果,并对应急减排措施的效果和不确定性进行了讨论.结果表明,2019年10~12月京津冀及周边"2+26"城市PM_2.5平均浓度64 μg ·m^-3,同比降低了10 μg ·m^-3;区域性重污染过程4次,受影响城市重污染过程期间PM_2.5平均浓度156 μg ·m^-3."2+26"城市PM_2.5气象条件评估指数（EMI）变化值范围为-15.6%~16.8%,EMI显示北京、天津和石家庄等12个城市气象条件与同期相比变差,变差程度范围为3.2%~16.8%.减排情景模拟分析显示应急减排措施有效减少了区域性重污染过程的发生,污染物峰值浓度降幅明显,未出现区域性严重污染过程.典型重污染期间,北京、石家庄、保定和唐山等城市PM_2.5日均浓度削减2%~9%.区域应急减排措施促使"2+26"城市PM_2.5季度均值分别降低1~3 μg ·m^-3左右,区域性减排效果明显.     

基于路网车流量的北京城市副中心机动车污染控制情景

应用基于路网车流信息的情景分析方法,对北京城市副中心地区依据不同控制情景,以2015年为基准年建立机动车尾气排放清单.通过计算未来年路网车流信息和各情景下实际路网机动车污染物的排放清单,预测2020年和2025年的污染物排放变化.结果表明,未来10年北京城市副中心路网密度和机动车行驶里程持续增长,与基准情景相比,各控制情景对污染物排放量均有削减,新能源车推广情景对各污染物减排效果显著,且对NOx和PM的减排效果更好.外埠车限行情景对各污染物减排效果均较为显著,淘汰高排放车措施在短时间内削减效果显著,但长期削减效果较弱.综合情景对污染物的削减率达到最佳,机动车污染物CO、NOx、HC和PM排放量分别下降39.0%、58.7%、49.2%和55.5%.     

重污染天气应对“绩效分级、差异化管控”措施首次实践效果后评估

为提高重污染天气应对的科学性和精准度,2019年7月生态环境部制定重污染天气应对“绩效分级、差异化管控”措施.为应对9月底至10月初的重污染过程,京津冀及周边共68个城市启动重污染预警,该措施得以首次实践.通过时间序列断点回归方法对该措施效果进行评估发现,空气质量改善存在滞后的现象,SO₂、 NO₂和CO这3个气态污染物改善速度较快,对涉及二次生成的O₃和PM_2.5两个污染物见效速度相对较慢. 10月1日恰逢在北京举办庆祝中华人民共和国成立70周年阅兵式,对10月1日当天进行评估,发现与假如不采取措施的情形相比,重污染应急措施使北京市PM_2.5、 NO₂和CO日均浓度显著下降,下降幅度分别为54.1%、 62.4%和25.8%.如果不采取重污染应急措施,北京10月1日上午可能出现中重度污染,但实际上空气质量保持在良的水平.区域启动预警的68城市PM_2.5、 PM₁₀、 NO₂、 SO     

天津市重污染应对方案评估方法体系构建研究

在天津市历次重污染过程案例源解析数据库的基础上,对实时发生的不同类型重污染过程归类,优先选择针对性的应急措施,形成不同重污染过程的调控方案情景组合,结合各类排放源在重污染过程中的不同贡献率,充分考虑各类控制措施对应排放源的可削减空间、控制措施的可执行性,以及控制措施的经济可行性等因素,形成最优方案,并以质量先行或成本先行等不同管控目标,通过空气质量模型和实时污染来源解析方法,对方案进行及时修正优化,构建天津市重污染应对方案评估方法体系。     

突发污染应急调控处置启动判别技术:以南水北调中线工程为例

针对突发水污染灾害的特点,把应急处置工程决策纳入应急预警范畴,构建了拓展后的应急预警新框架,为应急处置小组等利益相关者提供系统化的信息支持。综合考虑污染物水溶性、挥发性、持久性和污染性等污染物自身属性及污染发生季节、发生位置和迁移特征等水环境属性,进行污染威胁度评估;进一步结合事故现场及河道沿岸等工况条件生成应急调控处置工程的启动准则。在南水北调中线工程"放水河节制闸-蒲阳河节制闸"典型渠段,以甲苯运输泄漏为事故情景,依托调水工程实际参数和实地调控处置设施,进行案例分析。该预警模式(突发污染应急调控启动判别模型)链接了污染输移、水力调控措施与应急调控处置措施,在传统以水质预测为主的污染预警基础上向减灾过程推进了一步,提供了更为完整的预警信息和决策建议。     

2014年京津冀地区PM2.5浓度时空分布及来源模拟

采用模式(CAMx)模拟与污染物、气象观测资料相结合的方式,分析了2014年京津冀地区PM2.5时空分布及来源特征.结果表明:PM2.5具有较为明显的时间变化规律,呈秋冬高、春夏低的规律和双峰型分布的日变化特征;重污染日PM2.5高浓度(PM2.5>150μg/m3)主要分布在太行山前的华北平原区,特别是北京、保定、石家庄一线,而太行山、燕山等西部及北部山区PM2.5浓度明显低于平原区;重污染日京津冀地区PM2.5平均浓度在150μg/m3以上的面积约占总面积的73%;重污染日北京、天津、石家庄市的PM2.5外来输送率分别为58%、54%、39%;2014年10月6~12日京津冀地区发生的一次重污染过程中污染物由南向北输送,区域输送对于各地区PM2.5浓度有着十分重要的影响.     

首都重大活动与空气重污染应急减排措施效果对比分析

以2015年"9·3"阅兵活动及同年冬季两次空气重污染红色预警为例,针对气象要素及污染物浓度变化特征进行对比分析,对不同减排措施下污染物减排比例估算,并利用WRF-CAMx模型,对减排带来的PM_(2.5)污染改善效果进行了定量评估与对比分析.结果表明,阅兵期间(8月20日至9月4日)PM_(2.5)日均浓度(19.0μg·m~(-3))分别比阅兵前(8月15～19日)和阅兵后(9月5～15日)日均浓度降低了60.0%和48.0%,第一次红色预警期间PM_(2.5)日均浓度(232.3μg·m~(-3))高于第二次红警(216.6μg·m~(-3)),第二次启动重污染红色预警之前的空气质量好于第一次红警.阅兵期间北京及周边省市污染物减排比例普遍大于红警期间,为保障"阅兵蓝"的实现提供了人为可控的有利条件."9·3"阅兵、北京首次及第二次红色预警期间采取污染物应急减排措施情况下,北京PM_(2.5)浓度分别平均降低了32.4%、 17.1%和22.0%.阅兵期间与红色预警相比,PM_(2.5)浓度降低比例较高,归因于更大力度的区域污染物协同减排以及阅兵期间易于污染物扩散的气象条件.污染减排力度、应急控制措施实施时机以及气象条件是可能影响应急污染控制措施污染改善效果的重要因素.     

2015年12月北京市空气重污染过程分析及污染源排放变化

2015年12月,北京市及周边地区连续多次出现重污染天气.在此期间,北京市空气重污染应急指挥部两次发布红色预警.为厘清该月重污染的发生过程、生消变化,测算了应急措施下的污染源排放变化情况,并采用数值模拟和地面观测相结合的分析方法,对重污染的形成原因进行初步分析,同时对应急措施的环境效果进行评估.结果表明:1虽然2015年12月北京市主要大气污染物排放量较去年同期有所下降,但排放强度仍然较大,是重污染过程的内因;气象扩散条件不利是重要的外因,地面风速弱,大气稳定度高,相对湿度高,边界层高度降低,源排放及气象因素共同导致了此轮重污染过程.2红色预警应急措施可实现污染物日排放强度减少36%左右,PM_2.5浓度下降11%~21%,预警的应急措施不能扭转重污染的态势,但对于缓解PM_2.5污染加重趋势有明显的效果.3在重污染天气下,污染物仍在大气中累积,应急措施最明显的效果发生在实施后的48~72 h后,因此建议在PM_2.5浓度快速上升前36~48 h实施减排措施,从而对空气质量预报准确性提出更高的要求.     

我国重污染天气应急管理的问题与对策

重污染天气应急管理是减轻重污染天气危害的必要举措,也是加强大气污染防治的重要抓手.本文总结了重污染天气大气环境容量大幅降低、容易生成二次污染物两个重要特点;分析了当前重污染天气应急管理存在预警管控提前时间不足、预警方案针对性偏弱、源解析能力不足等问题;进一步提出提前预警发布和响应时间,继续加强监管、确保应急预案落实,增强应急预案的针对性和可操作性,大力提升源解析和预测预报能力等对策建议.     

冬季电力行业对长江中游城市群空气质量影响

为分析长江中游城市群电力行业对区域冬季空气质量的影响,本研究基于自下而上建立的高分辨率排放清单,以污染最严重的典型月份1月为模拟时段,采用WRF-CAMx-PSAT模型模拟现状下电力行业对长江中游城市群的空气质量影响,并另设置关停小机组和大机组替代小机组两种减排情景,对区域空气质量影响进行评估.结果表明,电力行业小机组对区域污染物浓度贡献占整个电力行业对区域污染物浓度贡献比例较大.关停小机组和大机组替代小机组情景下,SO2、NOx和PM_(2.5)的区域浓度贡献相对于关停前削减了36.2%~39.8%、30.5%~33.5%和25.9%~30.7%,且两种减排情景的效果相近.鄂西北地区、湘西地区、襄荆宜经济带和江淮城市群四个地区的小机组污染物排放对区域电力行业污染物贡献影响最为明显,两种减排情景下污染物贡献率相对于现状情景降幅在40%~70%.因此,冬季小机组对长江中游城市群的区域影响较为明显,应加强对长江中游城市群小机组的管控.     

基于情景分析的浙江沿海地区环境污染防治战略研究

运用情景分析方法研究了浙江沿海地区经济发展方式对环境产生的压力.首先以COD、氨氮、二氧化硫和氮氧化物这4种污染物的排放量为基准,筛选了某典型城市的18个重污染工业行业.其次以重污染工业行业为对象,设计了情景分析模型和辅助程序,以2008年为基准年,目标年2015年重污染工业行业4种污染物的排放量须在基准年基础上下降一定比例作为约束条件,分析在基准情景、产业结构调整情景、工业结构调整情景、清洁生产技术情景、综合情景、可持续发展6种情景下,目标年该市18个重污染行业4种主要污染物的排放量.目的是明确人均GDP已突破70 000元的沿海经济发达城市如何转变发展方式,使经济发展的同时,污染物排放量有所减少,以期为优化工业行业发展结构提供决策参考.基于情景分析结论,提出了进一步发展建议,包括经济适度增长(GDP增长7%左右),加大力度调整产业结构,控制重污染行业发展速度,加强重污染行业的结构调整,加强源头控制,加大力度推进清洁生产技术,大幅削减污染物产生量,同时加强治污设施运营监管,提高污染物去除效率.通过上述措施在目标年可控制重污染行业的COD、氨氮、二氧化硫和氮氧化物分别在基准年基础上下降10%、10%、5%和15%.     

长三角地区火电行业主要大气污染物排放估算

以2012年为基准年,利用排放因子法估算了长三角地区火电行业主要大气污染物(SO2、NOx、烟尘、PM10、PM2.5)排放.其中,SO2、NOx、烟尘、PM10、PM2.5的排放量分别为473 238、1 566 195、587 713、348 773、179 820 t.对于SO2和NOx,300 MW以上机组的贡献分别为85%和82%;烟尘、PM10和PM2.5方面,100 MW以下的机组贡献占比分别为81%、53%和40%.地区贡献方面,由大到小依次为江苏、浙江和上海.另通过对上海地区多家电厂不同等级机组污染排放数据进行统计计算,得出上海地区300 MW以上等级机组的污染物排放因子,对比分析可知,上海地区火电厂污染物排放因子水平总体较低.假设长三角地区火电行业同等级机组均与现在上海地区机组排放水平相当,则行业排放SO2可削减55.8%~65.3%,NOx可以削减50.5%~64.1%,烟尘可以削减3.4%~11.3%.若能提高较小等级机组的发电技术和污染控制水平,各污染物排放削减量可进一步提高.然而,根据长三角地区实际污染情况,应综合因素考虑火电行业削减排放,以促进区域空气质量不断改善.     

京津冀及周边地区秋冬季PM2.5爆发式增长成因与应急管控对策

京津冀及周边地区秋冬季大气重污染过程频发,而在一些污染过程中PM_2.5会呈现爆发式增长特征,受到社会、公众的广泛关注,但现阶段针对PM_2.5爆发式增长的成因仍缺乏系统性的认知.对京津冀及周边地区在2015-2019年秋冬季（10月-翌年3月）大气重污染过程进行整理分析,并以2016年12月16-22日和2019年1月10-14日两次典型重污染过程中的PM_2.5爆发式增长为典型案例进行成因解析,归纳得出PM_2.5爆发式增长的主要原因为本地积累、区域传输和二次转化.对于北京市,PM_2.5爆发式增长通常不是上述某一原因独立导致,而是三者综合作用的结果.对于主要由本地积累引起的PM_2.5爆发式增长,应提前采取预警应急措施,降低ρ（PM_2.5）峰值;对于主要由区域传输引起的PM_2.5爆发式增长,应开展区域应急联动,降低传输通道沿线城市对ρ（PM_2.5）累积的贡献;对于主要由二次转化引起的PM_2.5爆发式增长,应通过一次颗粒物和SO₂、NO_x、VOCs等气态污染物的协同减排,降低高湿条件下污染物二次转化的影响.在2016年12月16-22日的大气重污染过程期间,京津冀及周边地区通过采取上述应急管控对策,减少了主要污染物排放量,有效降低了ρ（PM_2.5）峰值.建议可根据各地PM_2.5爆发式增长的具体成因,通过提前采取重污染天气预警应急措施、区域应急联动和多污染物（一次颗粒物、SO₂、NO_x、挥发性有机物等）协同减排等应急管控对策,有效减少PM_2.5爆发式增长的次数、降低PM_2.5爆发式增长的速率,减缓大气重污染的发生和发展.      

基于响应面模型的区域大气污染控制辅助决策工具研发

基于CMAQ模型结果,利用高维克里金插值算法,建立了排放控制因子与污染物环境浓度的响应面模型(RSM),实现了大气污染可控源排放与复合污染水平的实时函数响应.研究结果显示,RSM对PM2.5的预测结果与CMAQ实际模拟结果的误差在容许范围内(最大误差小于0.20μg.m-3,3.89%).基于所建立的RSM,开发了RSM-VAT区域大气污染控制可视化辅助决策工具.使用RSM-VAT对美国8个典型城市的PM2.5污染状况进行了控制情景分析,通过"可视化展示"和"图表分析"二大模块,输出不同控制情景下的环境污染物浓度的实时响应图、可视化展示和数据分析图表等结果.     

长三角地区秸秆焚烧污染物排放清单及其在重霾污染天气模拟中的应用

根据2008年长三角地区江苏、安徽、浙江3省各地级市及上海市水稻、小麦、玉米、油菜4种农作物的年产量,结合谷草比、秸秆焚烧比例及排放因子建立了长三角地区秸秆焚烧大气污染物排放清单.结果表明：长三角地区秸秆焚烧产生的PM10、PM2.5、SO2、NOx、CO、EC、OC分别为36.8×104、14.4×104、1.5×104、9.2×104、20.8×104、2.6×104、12.2×104t.秸秆焚烧污染物排放量较大的区域主要集中在江苏中北部和安徽北部.在区域大气环境模拟系统RegAEMS中考虑秸秆焚烧源的影响,针对2008年10月底江苏一次重霾污染天气事件进行模拟,发现考虑秸秆焚烧源后模拟结果有较大的改善.秸秆焚烧可以导致区域PM10、CO浓度上升30%以上,黑碳和有机物的消光贡献明显增强.区域输送研究表明,苏中地区、外省秸秆焚烧排放源对此次重霾污染的贡献分别达到32.4%、33.3%.     

上海市机动车尾气排放协同控制效应研究

以2007~2012年为一个时间序列,通过详细调查上海市机动车道路交通等基础资料对机动车各污染物排放量进行测算,并利用协同控制坐标系评价方法,设计单一措施、结构性措施和综合性措施等3种机动车污染减排控制情景.结果表明:2007~2012年,上海市机动车污染物年排放量呈递减趋势,其中摩托车(MC)、小型汽油客车(LDGV)、重型柴油货车(HDDT)和大型柴油客车(HDDV)是机动车污染物主要的排放源,其排放量总和占到机动车污染物总量的90%以上.按当前上海市机动车保有量增长速度,2018年机动车尾气排放的可吸入颗粒物(PM₁₀)增长7%,温室气体增长比例为15%~108%,其中二氧化碳(CO₂)增长比例达到45%以上.在各控制情景下污染物和温室气体均有不同程度下降,但减排效果有明显差异.在单一措施控制情景下,淘汰黄标车和提高排放标准对两类污染物的削减效果明显,削减比例均在20%以上;而结构性控制措施对这两类污染物的削减尤为明显,削减比例达到40%以上且正向协同效应突出.