孙丽娟
（山西省生态环境监测和应急保障中心（山西省生态环境科学研究院），山西 太原 030027）
PM2.5指空气动力学当量直径小于或等于2.5 μm的悬浮颗粒物，是环境空气质量指数（AQI）六参数之一。PM2.5易于吸附各种有毒的有机物和重金属元素，且在大气中滞留时间长，传输距离远，也更易于滞留在终末细支气管和肺泡中，对人体健康的危害极大。
目前对PM2.5污染天气的成因已有较多研究，梁晓宇等[1]对唐山市2017 年12 月27 至31 日的典型重污染过程研究表明，颗粒物二次反应和有机物在此次污染过程有较大贡献，是导致此次大气重污染过程的重要影响因素；李义宇等[2]对太原市2016 年12 月29 日至2017 年1 月6 日的重污染过程分析表明，细粒子是污染过程的主要贡献，稳定的大气环流背景场、高湿度低风速的地面气象条件也会在很大程度上影响细颗粒物等污染物的扩散，是重污染形成的必备条件；韩霄等[3]对2013 年1 月华北平原出现的罕见重污染天气过程分析表明，本次污染过程期间大部分地区水平风速较多年平均值偏小约20%，相对湿度则较多年平均值偏高达10%～40%，除本地源的积累和稳定的气象条件，多种气流输长/近距离输送也是重污染天气形成的主要原因之一。
多年来，因工业结构及地形因素造成了太原市较为严重的大气污染，为了扭转太原市空气质量交叉的不利局面，虽然现阶段的硬措施如迁移工厂、限制燃煤、机动车限行等对有效防治区域高PM2.5浓度事件发生起到一定的作用，但距离民众所盼的目标还有一定的差距，大气质量改善研究和改善工作任重而道远。
本研究选取2020 年11 月24 日至26 日太原市发生的一次的空气质量重污染过程，从周边区域形势，本地气象条件、颗粒物组分分析等方面进行综合研究，分析此次重污染特征并探讨其形成原因。
1 污染过程分析
2020 年11 月24 至26 日，太原市发生一次突发性重污染过程，从24 日13 时环境空气质量达到中度污染，15 时达到重度污染，4 h 后空气质量持续转差为严重污染，AQI 最高达348，重度及以上污染过程持续了37 h，随后环境空气质量迅速好转，26 日4 时AQI 降为94，此次污染过程结束。太原市小时变化趋势图见图1。
图1 2020 年11 月24 日-26 日太原市AQI 值小时变化趋势图
2 污染成因分析
2.1 周边地区形势分析
太原市位于太原盆地的北端，西、北、东三面环山，中、南部为河谷平原，全市整个地形北高南低呈簸箕形。太原盆地包括包括迎泽区、万柏林区、杏花岭区、小店区、尖草坪区、晋源区、阳曲县、清徐县、榆次区、太谷县、交城县、祁县、文水县、平遥县、汾阳市、介休市、孝义市、灵石县等县市区（见第267 页图2）。由第267 页图3 中可以看出，此次污染过程从23 日起在太原盆地由南向北逐步传输，11 月23 日11：00灵石达到中度污染，地面以偏南风为主，污染物自西南向东北输送，监测数据显示，太原市区最南端的晋源点位在23 日15 时率先从良涨至轻度污染，小店、桃园和坞城点位有个别时段达到中度污染，24 日凌晨，太原市地面转为弱西北风，06：00 空气质量略有好转，12：00，太原盆地南部县区孝义、文水、交城、祁县、太谷空气质量已达到重度及以上污染，太原市区南部坞城、小店和金胜点位都达到中度污染，15：00太原市达到重度污染，且呈持续上涨趋势；截止26 日03：00，太原市区空气质量一直维持在重度及严重污染水平。26 日凌晨01：00 起，太原市由西南风转为偏北风，03：00 空气质量略有好转，04：00 起下游地区污染传输减弱，PM2.5浓度逐步下降，05：00 降至良的水平（图1），此次污染过程结束。9 个国控点位及太原盆地县区PM2.5浓度小时图见图3 和图4。
图3 2020 年11 月24 日-26 日太原市9 个国控点位PM2.5 浓度小时变化情况
图4 2020 年11 月23 日-26 日太原盆地部分县区PM2.5 浓度小时图
2.2 气象条件分析
11 月23 日，太原盆地处于均压场，静稳天气下，污染物开始累积，南部县区PM2.5浓度短时达到中度污染，夜间受偏南风影响向东北方向传输。由850 kPa天气系统图可知，24 日太原盆地没有明显的冷暖平流，系统较稳定（图5），主导风向为西南风，下游区域高污染气团在西南风的作用下源源不断的输送而来，在这种气象条件下，外来长/近距离输送（辐合流场利于周边污染物的汇聚）加之本地排放的共同作用，造成太原市空气质量迅速变差，15：00 达到重度污染。
24 日19 时至25 日03：00，太原近地面天气系统为均压场，天气静稳（图5），本地湿度较大（见第268页图6），加剧了PM2.5的污染累积和吸湿增长，此时段PM2.5浓度达到严重污染；26 日凌晨受冷空气影响，风力增大，污染物扩散条件逐步好转，AQI 指数下降，污染过程结束。
图5 太原市11 月23 日-25 日天气图
图6 太原市11 月23 日-26 日PM2.5 浓度与湿度小时对比分析图
2.3 颗粒物组分分析
从颗粒物离子色谱的变化来看（见第268 页图7），太原在23日15 时至24 日10：00 空气质量出现短时轻度污染后转为良，24 日13：00 至26 日05：00 空气质量达到中至重度污染。太原的颗粒物组分浓度上升最显着的为硫酸盐，峰值质量浓度上升184.19 μg/m3，且污染期间硫酸盐占比最大，占比为57.8%；随着污染逐渐加重，太原SO2向硫酸根离子的二次转化是PM2.5质量浓度上升的主要原因，这也体现了冬季采暖期燃煤作为太原市PM2.5主要来源对城市环境的巨大影响。
图7 太原市11 月23 日至26 日离子色谱与PM2.5 浓度值变化
3 结论
1）此次太原市重污染过程是在区域性污染背景下形成的，23 日太原盆地处于均压场，24 日下午PM2.5质量浓度的迅速增长反映了在静稳态天气条件下污染物累积增长及西南风带来的区域性污染传输。26日受冷空气影响，风力增大，污染物扩散条件逐步好转，污染过程结束，体现了地面气压场及风场对PM2.5浓度的重要影响。整个污染过程太原盆地处于均压场，盆地县区之间呈现区域性传输，因此各地在严格管控和治理本地污染源排放的基础上，要加强与周边区域的合作，联防联控，才能从根本上提高整体区域的空气质量。
2）稳定的大尺度环流及较弱的天气系统使得污染物不易扩散。均压场、地面弱辐合有利于近地面污染物的输送和聚集，持续出现的高湿度、较低的混合层厚度将污染物聚集于近地面层内，引起污染的持续和加重。
3）通过对此次重污染过程颗粒物组分分析显示，太原市SO2向硫酸根离子的二次转化是PM2.5浓度上升的主要原因，这也体现了冬季采暖期燃煤作为太原市PM2.5主要来源对城市环境的巨大影响。
