秸稈燃燒導致的大連市空氣質量重污染過程分析

閻守政 王曼華 紀徳鈺（大連市環境監測中心 遼寧 大連 116023）

近年來，國內多地多次發生過由于秸稈燃燒導致的空氣質量污染過程，對當地空氣質量造成極為明顯的影響。2016年11月5日～6日，受上游秸稈燃燒導致的污染輸送和不利氣象條件影響，大連市區出現一次空氣質量重污染過程。本次污染共有14個小時AQI達到200以上（重度污染），其中4個小時達到300以上（嚴重污染），為2016年大連市污染程度最重的一次污染過程。本文從周邊城市、大連市污染狀況，氣象條件等方面入手，對本次污染過程展開分析。

1 周邊污染狀況分析

由中國環境監測總站全國城市空氣質量實時發布平臺可以看出，11月4日黑龍江、吉林多個城市空氣質量達到重度污染，PM2.5濃度近乎“爆表”，5日遼寧省多個城市空氣質量達到重度污染，PM2.5濃度升高明顯。

本次重污染過程，黑龍江省哈爾濱市4日4時至5日5時空氣質量均為嚴重污染，AQI最大值達到500并持續14個小時，PM2.5濃度4日18時達到峰值為1281μg/m3；在較強北風持續輸送下，大連市上游傳輸方向的多個城市空氣質量自北向南相繼達到嚴重污染（圖1）。各主要城市PM2.5峰值時刻及濃度分別為：長春4日24時658μg/m3，四平5日2時343μg/m3，沈陽5日8時669μg/m3，鞍山5日6時1066μg/m3（圖2）。

2 大連市區污染過程分析

11月5日大連市區AQI為218，空氣質量達到重度污染，首要污染物為PM2.5。

圖1 11月4日至6日大連上游地區主要城市AQI變化趨勢

圖2 11月4日至6日大連上游地區主要城市PM2.5濃度變化情況

圖3 11月4日至5日大連上游傳輸方向主要城市

10個國控點位AQI為158～231（圖3），青泥洼橋點位為中度污染，其他點位均為重度污染。各點位中，PM2.5小時濃度最大值出現在星海三站點位（15時），為626μg/m3，超出二級標準7.35倍。

圖3 11月5日10個國控點位AQI情況

由中國環境監測總站全國城市空氣質量實時發布平臺可見，受上游黑龍江等地污染傳輸影響，11月5日早間7時起遼寧省多個城市達到重度以上污染，午前污染區域集中于遼寧省中部及北部城市。

大連10時地面風向由西南風2級轉為正北風3級，污染物自北向南輸送，監測數據顯示，大連市區北部3個國控點位（金州、開發區和雙D港）PM2.5濃度率先上漲，漲幅明顯，10時大連市區空氣質量達到重度污染，市區AQI由9時135（輕度污染）迅速升高為206（重度污染），PM2.5濃度達到156μg/m3，超過二級標準1.08倍，15時污染達到峰值，AQI“爆表”（AQI達到500）。16時起空氣質量迅速好轉，空氣質量降為良至輕度污染。由于5日下午13時起，遼寧地區自北向南多個城市經歷第二輪重度到嚴重污染過程，本輪污染傳輸速度較快，受傳輸影響21時起市區AQI再次上漲，21時至24時維持重度污染水平。6日凌晨空氣質量未明顯改善，維持在中度至重度水平，上午7時起上游污染輸送強度減弱空氣質量迅速好轉，至12時起空氣質量降至良并維持。11月5日1時至11月6日14時市區及10個國控點位PM2.5變化趨勢見圖4和圖5。

圖4 11月5日1時至11月6日14時市區PM2.5均值變化情況

圖5 11月5日1時至11月6日14時10個國控點位PM2.5均值變化情況

3 污染成因分析

3.1 周邊地區形勢分析

環境保護部全國秸稈燃燒遙感監測結果顯示（圖6），東北地區11月3日至11月5日分布大量秸稈燃燒火點，北部地區大量火點燃燒增加了空氣中污染物排放量，疊加區域供暖污染物排放，形成了高污染氣團。

3.2 氣象條件及后向軌跡分析

從5日起東北區域地面形勢為高壓前部，主導風向為東北風（圖7）。高污染氣團隨東北風南下，污染氣團過境城市PM2.5濃度迅速升高并達到“爆表”程度，氣團過后多數城市污染程度明顯降低。

圖6 11月3日-5日秸稈燃燒遙感監測分布圖

圖7 中央氣象臺11月5日地面形勢實況

自11月5日5時起，遼寧省地面風向自北向南轉為東北風且風速加大（圖8），多個城市空氣質量迅速升高至重度及嚴重污染。10時起大連市地面風向由西南風轉為東北風，上游污染物持續傳輸，10個國控點位PM2.5濃度自北向南升高明顯。由大連市11月5日后向軌跡圖可見（圖9），氣流運動軌跡與污染過程較為一致，且不同高度的氣團軌跡表明，污染物主要通過近地面（100m）由東北方向輸送至大連。

3.3 在線單顆粒氣溶膠質譜儀PM2.5快速源解析

利用SPAMS單顆粒氣溶膠飛行時間質譜儀對本次污染過程開展了PM2.5快速源解析監測。由解析結果可見，11月5日10時至16時為重污染峰值時段，生物質燃燒源、二次源均有明顯上升，其中生物質燃燒源占比較污染前增加了4倍，二次源占比增加1倍；5日21時至6日6時另一峰值時段，生物質燃燒占比較污染前增加3倍，二次源占比增加近2倍。

研究表明，鉀可作為秸稈燃燒的示蹤物，通過分析本次污染前后顆粒物中鉀元素的檢出率可以看出，5日10時之前，顆粒物中鉀元素的檢出率為80%，10時之后顆粒物中鉀元素檢出率為100%，并持續處于接近100%的狀態，鉀元素含量的增加進一步表明東北地區秸稈燃燒對大連地區PM2.5產生明顯的影響。

圖8 11月5日地面風情況

圖9 11月5日大連市不同高度后向軌跡

4 小結

綜上，大連市本次重污染過程主要由于東北地區大面積秸稈焚燒導致的高污染氣團隨東北風通過近地面傳輸所導致，為大連市自2013年空氣質量新標準實施以來PM2.5峰值濃度最高的一次污染過程。

秸稈燃燒導致的空氣質量污染具有污染程度高、影響范圍廣、傳輸速度快等特點，而其偶發性特點，在各類空氣質量預報模式中均無法準確預測，給空氣質量預報及應急管控工作帶來極大挑戰，因此各地要采取有效手段嚴防野外露天秸稈燃燒，以降低對空氣質量的影響。

圖10 在線單顆粒氣溶膠質譜儀顆粒物來源解析結果

圖11 SPAMS單顆粒氣溶膠飛行時間質譜儀含鉀顆粒占比情況

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