作者:辛雨 来源: 中国科学报 发布时间:2019/12/31 0:00:00
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打赢“哈长城市群”蓝天保卫战

项目组进行实地监测。

▲科研人员进行地面验证,获得火的实际观测贡献值。

▲科研人员监测颗粒物中无机与有机离子。

■本报见习记者 辛雨

自2013年10月吉林长春等东北主要城市PM2.5“爆表”的新闻报道以来,秋冬季重度大气污染便成为哈长城市群(哈尔滨—长春城市群)地区每年如期而至的“回头客”。

从2018年秋季开始,哈长地区的空气质量得到了明显改善;今年10月以来,这里的空气质量优、良天数比例高达98%。这场蓝天保卫战终于取得初步成效,但在中国科学院东北地理与农业生态研究所(以下简称东北地理所)研究员修艾军看来,这是一场持久战。

“大气污染必须得管,可工业和农业又不能停,需要找到一个既‘准’又‘狠’的解决方案。”修艾军说。

2017年,经科技部批准,国家重点研发计划“东北哈尔滨—长春城市群大气污染联防联控技术集成与应用示范”项目正式立项。项目由东北地理所牵头,修艾军担任首席科学家,全国10家优势单位联合试图从“立体监测—预报预警—联防联控”出发,提出治理哈长城市群大气污染的整体技术解决方案,为地方政府打赢蓝天保卫战提供理论和技术支持。

烧出来的重污染

哈长城市群作为国务院批复的九大区域性城市群中最北部的一个,包含哈尔滨、长春等重要工业和农业产业基地。近年来,该地区秋冬季重度大气污染频发,重污染天数比例最高可超过25%,通常持续3~7天,污染区域涵盖整个松嫩平原。频繁发生的重污染成为掣肘该区可持续发展乃至东北振兴的重要难题,已然是管理部门的“心头之患”。

“大气污染管控必须在明确污染成因的基础上开展。”修艾军向《中国科学报》介绍,过去,哈长城市群大气污染的基础实验和数值模拟研究相对不足,致使重污染过程的机制并不明确。

“联防联控只有在科学性的前提下才能有力度、有效果。因此在行动前,必须明确污染的机制原理。”修艾军说。

项目在国控空气质量监测站点的基础上,重点在哈长城市群的城郊和农村建立了空气质量立体监测网,包括大气污染物在线监测、理化检测、激光雷达、卫星遥感等。同时,结合大量实地调研,科研人员明确了秋冬季大气重度污染的主要来源是农作物秸秆集中露天焚烧和供暖燃煤燃烧。

项目组采用源解析和敏感性数值模拟定量分析发现,2018年以前,秸秆露天焚烧对哈长城市群区域重度污染期间的贡献率高达37%。

“特别是在集中供暖起炉期间,即使在气象条件较好的情况下,燃煤燃烧对PM2.5浓度的贡献率也高达40%。”修艾军强调,如果遇静风、高湿等不利气象条件,或与其他污染源(如扬尘等)相互叠加,污染程度就会显著增加。

“定制”预报预警

空气污染模式预报预警是区域性大气污染防控的重要手段之一,但模式系统要想高效发挥作用,也要“因地制宜”。因此,实现空气污染预报预警需要一套符合东北地区特点(低温多雪)的模式系统和精细化排放清单。

为了与吉林、黑龙江两省空气质量预报预警系统进行对接与升级,项目组在省级区域尺度选取了3个国际主流空气质量模型,并采用欧盟空气质量法规化模型构建了一套高精度预报预警系统,空间降低尺度至1公里,依次开展地级市空气质量预报。与此同时,项目组还对模式中的关键理化参数等方案进行了甄选优化,同时构建了重点污染源的高分辨率排放清单。

修艾军表示,针对主要人为排放源,我国各地相继开展了排放清单研究工作,但是东北地区排放清单编制相对落后,尚不能满足本地区大气污染治理的需求。

“排放清单既是影响预报结果优劣的关键因素之一,又能依据它对目标区域污染物进行准确快速的清单源解析,因此建立本地化的高分辨率排放清单十分必要。”项目课题负责人之一、东北地理所青年研究员陈卫卫告诉《中国科学报》。

例如,东北冬季比南方冷,机动车尾气排放量在冷启动和运行过程中会显著高于南方。此外,东北供暖燃煤用量也显著高于其他地区,且区域间使用煤炭的品种不同,如农村地区多使用较便宜的散煤,不同品种煤炭的排放量差异很大。“这便是具有‘东北特色’的排放源。”陈卫卫说。

为此,项目组一方面测定了本地化的排放因子,另一方面通过大量实测和调研工作,获得了包括燃煤、机动车、秸秆焚烧、工业、农业、餐饮、烟花爆竹、道路扬尘等多种污染源的哈长城市群本地化高精度排放清单。

瞄得准 打得狠

在精准的空气质量预报预警系统的支持下,项目组进行了大量情景模拟。例如,为降低空气污染排放,采取哪些联防联控措施、每项措施能减排多少、相应的经济损耗是多少等,从而为管理部门预报预警和联防联控提供科技支撑。

针对秸秆焚烧管控问题,项目组通过模式分析,建议相关职能部门分别在吉林省和黑龙江省执行不同的秸秆焚烧管控方案,包含划定各地区的秸秆禁烧区和限烧区(吉林省),以及指定时段全面禁烧区(黑龙江省)。

修艾军解释,秸秆禁烧区内要力争实现“零火点”;秸秆限烧区根据气象条件、秸秆焚烧排放量和区域实时空气质量等因素,进行科学有序焚烧,定量评估秸秆管控的有效性,兼顾平衡大气污染和农业生产的关系。

此外,针对钢铁、焦化、铸造、水泥等不同行业的污染特点,项目组协助相关部门分别做出应急减排方案,并突出重点区域、重点时段和重点领域,参与编制落实打赢蓝天保卫战三年行动计划实施方案。接下来,项目组将开展不同行业大气污染物排放量估算及重污染天气减排量估算,并通过不同情景模拟,为管理者提供更多的减排管控方案。

“我们采取了‘区域—地级’预报预警双层并行模式,不仅注重区域尺度模式的优化,开发的地级市空气质量预报预警系统也进一步提升了模拟预报的空间精度和管控的机动响应能力。”东北地理所副研究员张学磊告诉《中国科学报》。

“项目已进入预报预警系统调试优化及联防联控机制效果评估技术攻关的最后阶段,我们将持续为相关管理部门和社会公众积极提供科技支撑和科普信息。”修艾军坚定地说,科学家都铆足了劲儿,为打赢这场哈长城市群蓝天保卫战贡献自己的一份力量。

《中国科学报》 (2019-12-31 第1版 要闻)
 
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