论文部分内容阅读
北京市于2008年8月至9月成功举办第29届奥运会和残奥会,举办期间空气质量良好。为保障北京奥运会期间具有良好的空气质量,自2005年至2008年国家相关部门、北京市政府及以中国科学院、在京高校和众多科研机构进行了大量的研究工作,其中最主要的是北京及周边六省区市的空气质量保障措施制定实施和奥运会期间华北地区大气环境监测、预报和预警等工作.对北京及其周边地区大气污染物联网观测正是为这一目的进行的前沿研究工作,其观测数据为奥运前期空气质量保障措施的制定、奥运期间空气质量的监控预警和后期保障措施实施的有效性评估提供了可靠的科学依据.
本学位研究以北京及其周边地区大气污染联网观测为基础,进行了如下几项研究工作:第一,对2003-2006年北京夏季奥运时段大气污染物浓度进行分析,确定超标风险最大的是可吸入颗粒物和臭氧(根据课题组任务分工,本文仅对首要污染物—可吸入颗粒物进行分析研究);第二,对2007年奥运会测试赛期间北京市临时限行50％机动车时段空气质量改善情况进行评估,并结合北京周边污染源分析和后向轨迹流场分析,确定了北京偏南区域对北京奥运时段存在不可避免大气污染输送影响,为奥运空气质量保障措施制定控制区域和控制污染源方案明确了主要控制方向;第三,对2008年6-9月北京市及周边地区大气颗粒物污染联网观测分析,对照污染源控制措施和天气状况,评估了措施实施的实际效果;根据降水事件和措施执行阶段筛选典型时段,对比分析了均有奥运赛事的奥运村和昌平阳坊站PM10与PM2.5的变化特征;第四,利用统计方法,半定量分析了北京市空气质量变化的天气条件影响和污染源控制措施影响的程度。
本文研究得到如下主要结果:
1、2003-2006年北京市空气质量数据分析结果表明,奥运时段北京大气PM10平均超标率为11.8%,臭氧平均超标率为11.3%.如不采取任何措施,北京在举办第29届夏季奥运会期间存在空气质量超标风险,无法实现申办奥运时保证空气质量全面达的承诺。
2、从2007年奥运会测试赛观测看,机动车控制措施的环境效果是很明显的,但天气要素不能忽略。华北地区夏季主要城市之间大气污染存在明显相互输送,且污染容易在北京山前积累,造成污染事件.因此,为确保奥运期间北京市空气质量达标,周边地区应与北京市一样,根据污染源分布状况和污染物类型,采取对应的减控措施.
3、北京市空气中首要污染物为可吸入颗粒物PM10,其中50%-70%为细粒子PM2.5.如若降低大气中PM10质量浓度,必须考虑降低PM2.5质量浓度的有效方法。细粒子多数来自大气光化学产生的二次粒子,其主要组成为硫酸盐、硝酸盐和氨盐及二次有机气溶胶(SOA),因此要着力控制其前体物SO2、Nox、NH3和VOC的排放源。
4、2008年奥运会举办期间大气中二氧化硫、一氧化碳、二氧化氮、可吸入颗粒物浓度比上年同期分别下降47%、43%、57%和54%。奥运主会场(奥运村站)和场频赛场(阳坊站)PM2.5监测结果分析表明,奥运污染源减排措施非常有效。
5、联网监测分析结果表明,北京周边城市污染源协同减排,为保障北京奥运空气质量全面达标起到了十分重要的作用。北京西南线城市大气颗粒物浓度下降了15%-40%;东南线下降了18%-50%;东线下降了12%-55%。北京近周边区域比远周边下降更加显著。
6、减排措施对PM2.5-PM10之间的粗颗粒物控制效果非常明显,对PM2.5控制效果较为明显。两者综合作用,使得在不利扩散气象条件下北京大气中PM10的浓度仍能保持在国家标准以内。在不利扩散的积累天气过程中,粗粒子仍能得到有效控制,此时,PM2.5的浓度变化主导了PM10的变化。典型过程分析表明,细粒子和粗粒子影响增长速度的程度分别是68%-70%和30%-32%;在无减排措施控制之前,PM10增速高于PM2.5约50%,在实施减排措施过程中,二者增速基本同步.
7、一般情况下,奥运主赛场奥运村站细粒子增长速率高于昌平分赛场阳坊站30%-40%,采取污染源减排措施之前的一次典型天气过程,奥运村站细粒子增长速度约为阳坊站的1.5倍;而采取减排措施后,出现了奥运村站PM2.5浓度低于阳坊站28%-45%的情况。在8月4-9日,两站均出现了PM2.5浓度降低的情况,阳坊站降低的程度远大于奥运村站。
8、通过2000年至2009年API分析可以看出,机动车限号,工业污染控制、扬尘污染控制、燃煤污染控制等综合措施平均环境效果约为35%-42%.比较2008年6月至9月典型时段的积累与扩散条件下的颗粒物变化可以看出,总的综合减排措施在积累条件下大气污染物降低24%-47%.将减排措施综合影响和天气影响视为1时,气象要素对大气污染物降低的效果为25%-30%,综合减排措施效果占70%-75%。
科学合理的污染源减排措施和有利于污染物扩散的天气条件,使2008年北京奥运会残奥会空气质量全面达标,兑现了我国绿色奥运的承诺。综合污染源控制措施减少了可吸入颗粒物中的粗粒子部分和细粒子的气态前体物;有利的天气条件不仅使一次排放的污染物易于扩散,而且不利于气态污染物的气-粒光化学转化,从而使细粒子也得到了有效控制。北京及周边地区大气污染观测站点的科学布局和快速高效的联网观测预警,是奥运空气质量保障措施制定和效果评估的科学保障,也是进一步实现京津冀区域大气污染协同防控治理的科学研究平台。
本文的创新性工作在于:①科学研究的结果对奥运大气质量控制措施制定的直接支撑。奥运前期大量观测数据的分析、特别是2007年奥运测试赛期间区域联网观测研究结果,为区域大气污染源协同防控措施的最终确定做出了重大贡献。②研究证实奥运期间北京市大气中可吸入颗粒物全面达标得益于北京局地粗粒子排放源(工地、燃煤电厂和汽车扬尘等)的有效控制、一次排放细粒子的全面控制和对细粒子前体物(SO2、Nox和VOCs等)排放量的有效控制;并且有利的天气条件加速了大气颗粒物的沉降和扩散,并使气-粒转化大气化学过程受到限制。