【摘 要】
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我国北方农村生活能源的消费结构中,除了秸秆薪柴,民用散煤便是家庭燃料的重要组成部分,煤炭直接燃烧会产生很高浓度的SO2、CO、烟尘等空气污染物。因其排放高度较低,距离农村人群很近,对空气质量和人群健康构成了较大危害和影响。我国农村能源消耗存在着消费分散、利用方式落后、低能效等问题,为推进农村能源结构调整,改善京津冀地区空气质量,特别是近年来,随着北方农村地区秋冬季取暖“煤改电”、“煤改气”等清洁化
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我国北方农村生活能源的消费结构中,除了秸秆薪柴,民用散煤便是家庭燃料的重要组成部分,煤炭直接燃烧会产生很高浓度的SO2、CO、烟尘等空气污染物。因其排放高度较低,距离农村人群很近,对空气质量和人群健康构成了较大危害和影响。我国农村能源消耗存在着消费分散、利用方式落后、低能效等问题,为推进农村能源结构调整,改善京津冀地区空气质量,特别是近年来,随着北方农村地区秋冬季取暖“煤改电”、“煤改气”等清洁化改造工作步伐的加快,北方农村地区家庭散煤燃烧造成的环境和健康问题已得到有效解决。为评估京津冀及周边“2+26”城市农村居民面源控制阶段性工作完成后,该区域特别是北京市秋冬季节PM2.5污染、硫酸盐浓度的改善成效,采用空气质量模型对北京市2018—2019年秋冬季5次重污染事件进行了模拟,结果表明,基准情景“2+26”城市PM2.5浓度高值区位于河北省西部、山东省西南部等邻近地区,呈南北向带状、或零散片状分布格局。“2+26”城市民用散煤燃烧控制情景模拟结果表明,区域PM2.5污染浓度最大值由324μg/m3降至251μg/m3,下降比例23%,与此同时,北京市区PM2.5浓度由139μg/m3降至124μg/m3,下降比例11%,说明民用散煤替代措施使得该区域重污染天气得到有效控制;硫酸盐是PM2.5重要组分部分,农村居民燃煤排放产生SO2对北京市硫酸盐浓度有较显著贡献影响,基准情景结果显示,与PM2.5浓度分布类似,硫酸盐高值区呈点状、南高北低空间分布,显示硫酸盐对PM2.5有较大贡献。控制情景下,随着区域内SO2浓度的显著下降,模拟区域硫酸盐浓度高值区范围已有明显收缩,各城市硫酸盐污染均有较大改善,区域内硫酸盐浓度最大值下降4.70μg/m3,下降比9%,与此同时,北京市区硫酸盐浓度下降4.68μg/m3,下降比24%。本文应用数值模型过程分析方法,进一步探讨了控制情景下北京市硫酸盐浓度受传输、扩散、气溶胶化学和源排放等主要大气物理、大气化学过程的影响和贡献变化特征,研究表明,控制前5次重污染案例,北京市硫酸盐的形成受物理过程影响较为显著,水平平流和垂直扩散是影响北京市硫酸盐浓度的最主要过程,但不同重污染水平平流过程的贡献存在差异。控制后,主导北京市硫酸盐形成的物理过程不变但强度减弱,垂直扩散清除过程浓度贡献下降34%,同时气溶胶二次转化过程浓度贡献下降25%。但水平平流在水平和垂直方向平流输送、水平和垂直方向湍流扩散这4个物理过程绝对值总和中的占比有了明显上升,同比增幅为7%,说明北京市硫酸盐的形成受外来输送影响绝对重要性上升、影响增大。为探究京津冀区域内目标城市SO2、硫酸盐浓度形成的区域及行业贡献和影响,结合空气质量模型ISAM颗粒物源示踪技术,秋冬季5次重污染过程,以北京市为对象进行了SO2、硫酸盐区域与行业来源解析,SO2来源解析显示,控制情景下,从源类别看,民用源贡献占比显著下降,北京市SO2浓度主要受工业过程源影响(占比65%),说明散煤控制取得成效,工业是北京市及周边城市重点控制行业。区域来源分析显示,北京市SO2主要为外地贡献,占比达55%。外地贡献中河北省对北京市平均贡献较大为43%,河北省境内8个城市对北京市硫酸盐的形成起着重要贡献作用,其中保定市对北京市SO2浓度贡献最大达19%;而硫酸盐来源解析表明,硫酸盐浓度主要受工业过程源影响(占比82%),区域来源分析结果显示,北京市硫酸盐主要为外地贡献,这与过程分析结果相符,外地贡献中河北省贡献最大,平均贡献达56%。河北省8个城市对北京市硫酸盐贡献最大的为保定市,平均贡献占比达17%。建议北京市污染防控进一步关注其周边城市污染源的排放控制。
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