專家解讀 | 北京市2月下旬重污染過程分析
2023-03-14 440 分享
導讀
2023年2月26日至2月28日，受不利擴散條件影響，北京市經(jīng)歷了一次PM2.5污染過程。過程期間，輕度以上污染水平總時間長達36小時，小時峰值濃度達到154微克/立方米，出現(xiàn)在2月28日05時。從區(qū)域來看，污染主要集中在區(qū)域西南、山西、河北中部和北京地區(qū)。從組分分析來看，PM2.5濃度上升主要由二次組分導致，且硝酸鹽對本次污染過程貢獻最大。從模式分析來看，本次污染過程是在東南通道和西南通道共同輸送作用下疊加本地排放導致的。
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污染過程發(fā)展
從區(qū)域來看，25日夜間開始，在區(qū)域性南風作用下，污染物逐漸向南傳輸擴散，至26日上午，北京及河北北部仍保持1級優(yōu)水平，但近周邊城市濃度已顯著上升，其中，東南方向上唐山、天津、廊坊達到輕度污染，西南方向上石家莊、保定達到中度污染；26日夜間至27日上午，在較強南風輸送下，南部污染物不斷向北傳輸，污染得到緩解，而北部污染則進一步加重，北京達到并維持中度污染，保定一度達到重度污染；27日晚至28日凌晨，污染進一步向北傳輸，北京達到并維持重度污染，張家口一度達到小時中度污染；28日上午，隨著冷空氣到來，區(qū)域自北向南開始改善，污染過程逐漸結(jié)束。
從北京市來看，26日中午前，PM2.5濃度始終保持1級優(yōu)；午后，在偏南風輸送下，濃度快速升高，4小時內(nèi)從29微克/立方米上升至81微克/立方米，平均每小時上升超過10微克/立方米，傳輸特征明顯；下午，以接近每小時10微克/立方米的速度繼續(xù)抬升，但維持在輕度污染級別；26日夜間至27日晚，北京市達到中度污染并長時間維持在130微克/立方米左右；28日凌晨，PM2.5濃度波動上升，最高達到154微克/立方米；28日上午，西北冷空氣影響北京市，PM2.5濃度快速下降，過程結(jié)束。
圖1 區(qū)域PM2.5濃度空間演變圖
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氣象分析
2月26日至2月28日地面形勢圖如圖2所示，925hPa形勢圖如圖3所示。由地面形勢可知，2月26日北京地區(qū)受到東南側(cè)的高壓中心控制，氣壓梯度較低，不利于污染物擴散，地面形成偏南風的氣象場。2月27日，高壓系統(tǒng)向東推進，北京地區(qū)氣壓梯度變高，東南方的高壓中心和東北方的低壓中心形成偏西南風的風場，利于污染物從西南方向傳輸。27日晚，高壓中心東移，此時北京地區(qū)處于均壓場的控制，污染物進一步累積。28日，西北方冷高壓系統(tǒng)向南推進，擴散條件轉(zhuǎn)好，污染過程結(jié)束。從925hPa形勢圖來看，2月26-27日，北京地區(qū)東南側(cè)的高壓系統(tǒng)較強，在此高度下形成較強的西南風，同時引導地面形成西南風。
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污染成因分析
PM2.5組分分析：從清華園站點在線離子色譜儀的數(shù)據(jù)來看（如圖4），2月26日12時至27日2時，水溶性無機離子濃度有持續(xù)升高趨勢，27日2時至28日6時，水溶性無機離子濃度持續(xù)維持在較高濃度。此次污染過程中，水溶性無機離子對PM2.5的貢獻平均為64%，其中硝酸鹽、硫酸鹽和銨鹽的平均濃度分別為52.2微克/立方米、11.6微克/立方米和20.6微克/立方米，分別占水溶性無機離子質(zhì)量分數(shù)的58%、13%和23%。28日7時后，擴散條件迅速轉(zhuǎn)好，水溶性無機離子的濃度迅速下降。
從清華園站點氣溶膠質(zhì)譜儀的數(shù)據(jù)來看（如圖5），2月26日17時至28日6時，NR-PM1平均濃度為61.2微克/立方米，相較于PM2.5的平均占比為43%，其中主要組分為有機物（32%）、硝酸鹽（42%）、硫酸鹽（10%）和銨鹽（14%）。細顆粒物濃度上升主要由二次組分導致，且硝酸鹽對本次污染過程貢獻最大。
圖4 北京市清華園站點PM2.5水溶性無機離子的濃度時序變化
圖5 北京市清華園站點NR-PM1.0濃度時序變化
區(qū)域傳輸分析：利用CMAQ-ISAM模型對本次污染過程進行來源解析（圖6），結(jié)果顯示，本次污染過程出現(xiàn)兩個傳輸階段：一是26日上午至27日中午，西南通道和東南通道傳輸共同增強，推動本地PM2.5濃度逐漸升高，達到第一個峰值，其中東南方向的山東和西南方向的河南貢獻較為突出，單位時間最大貢獻比例分別達到23%和16%；二是27日下午至28日早，東南通道傳輸略有下降，西南通道傳輸增強，推動本地PM2.5濃度進一步升高，達到重度污染，其中西南方向的河北保定和河南貢獻較為突出，單位時間最大貢獻比例分別達到22%和18%。
總體來看，過程期間，本地貢獻18%，區(qū)域傳輸貢獻82%。從各省市傳輸累積貢獻來看，河北省對北京市影響最大，高達32%。從不同傳輸通道貢獻來看，區(qū)域東南傳輸通道和西南傳輸通道貢獻對北京市影響均較大，其中東南傳輸通道貢獻約29%，西南傳輸通道貢獻約27%。從單個城市來看，區(qū)域西南方向的保定（8.5%）對北京市貢獻相對突出。
圖6 CMAQ-ISAM源解析北京及周邊地區(qū)PM2.5濃度時間序列及所占百分比餅圖