陈琳　罗明

【摘  要】利用2018年-2020年昆山市省控站点监测数据，分析了昆山市环境空气质量变化趋势及NO2污染特征，结合气象数据及后向轨迹，重点分析了2020年12月21日-23的大气NO2污染成因。结果表明：昆山市近年来空气质量整体逐年好转，NO2污染天主要出现在秋冬季，污染前期受区域传输影响，昆山市本底值浓度快速抬升，开始出现污染天;同时伴随着静稳天气带来的不利扩散条件影响，本地污染排放的环境影响有所扩大。下一步需要做好登云学院及第二中学站点周边交通移动源的深度治理和污染防治精准管控。

【关键词】昆山;二氧化氮;污染特征;大气污染;防治对策

引言

在《昆山市“十三五”环境保护与生态建设规划》及《打赢蓝天保卫战三年行动计划》等政策文件的支撑指导下，昆山市开展了一系列的大气污染防治工作，取得了较为明显的成效，但NO2污染天仍旧时常发生[1]。环境空气中二氧化氮（NO2）是大气对流层化学反应中的重要物种之一，对环境空气质量和人体健康都有着极其重要的影响[2][3]。它不仅是大气PM2.5中硝酸盐的重要前体物，同时也是O3的前体物，通过催化反应影响臭氧浓度[4][5][6]。大气NO2的人为源主要来自机动车尾气、化石燃料燃烧、生物质燃烧、硝酸及氮肥等工业生产过程[7]，自然源则主要来自大气中的闪电氧化和微生物硝酸盐分解等[8][9]。本文以空气质量數据为基础，分析近5年昆山市臭氧浓度特征，并根据站点周边小环境提出相应污染防治对策。

1.数据来源与方法

1.1数据来源

空气质量数据主要来自昆山市环境质量管理平台，收集整理了2018年-2020年全市各省控站点逐小时数据，包含常规六因子（PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO、O3）以及气象参数等数据。气团后向轨迹分析采用的气象数据为美国气象环境预报中心（NCEP）提供的全球资料同化GDAS数据。

1.2后向轨迹模式

本研究采用美国国家海洋大气研究中心空气资源实验室（NOAA）的HYSPLIT轨迹模式[10]，该模式是一个计算简单的气团轨迹以及复杂的输运、分散、化学转化和沉积模拟的完整系统，可开展后向轨迹分析，从而得到气团的初始位置，形成气团的源与受体之间的关系。它可以应用于跟踪和预测放射性物质的释放、野火的烟雾、风吹灰尘、来自各种固定和流动排放源的污染物、过敏原和火山灰。已经被广泛地应用于多种污染物在各个地区的传输和扩散的研究中[11][12]。

1.3分析方法

首先利用python分析工具对昆山市3个省控站点（登云学院、第二中学和震川中学）2018-2020年各污染物逐小时浓度进行计算分析，按照时间及空间特征，分析大气NO2浓度的变化特征。其次挑选2020年12月21日-23日的一次NO2污染过程，从气象要素影响和气团来源轨迹等方面，剖析其污染成因。最后结合站点周边局地小环境，从大气环境改善的角度对后续的污染防治对策进行梳理评估。

2.分析与结果

2.1NO2浓度变化特征

通过对昆山市各省控站点2018年和2019年的环境质量数据进行综合分析发现（图1），NO2超标天主要集中在11月至来年3月，其中12月和1月的NO2污染情况最为严重。2019年的NO2污染程度较2018年有所改善。

从日变化趋势可以看出（图2），NO2浓度变化呈现明显的双峰特征，主要集中在早晚出行的交通高峰期间，分别是早8时-9时，晚6时-7时。CO浓度也与之类似，表明受机动车排放影响较大，符合二氧化氮浓度受城市人群生活习惯影响较大的特点[13]。

从各站点NO2浓度的横向对比来看，登云学院站点NO2浓度相对最高;从NO2浓度贡献来看，在NO2污染月份，冬季主要表现为登云学院站点的浓度正贡献，春季则主要表现为第二中学站点的浓度正贡献。因此需重点关注登云学院和第二中学站点。

2.2污染个例分析

2.2.1NO2污染浓度特征

2020年11月1日至12月24日，昆山市省控站点中第二中学和登云学院站点NO2平均浓度相对最高，分别为50.9μg/m3和50.2μg/m3，震川中学站点浓度相对最低，约为47.7μg/m3，各站点浓度均值相差可达3.2μg/m3。

2020年11月1日至12月24日，昆山市省控站点中第二中学和登云学院站点NO2平均浓度相对最高，分别为50.9μg/m3和50.2μg/m3，震川中学站点浓度相对最低，约为47.7μg/m3，各站点浓度均值相差可达3.2μg/m3。

从各站点逐日的NO2浓度变化趋势来看（图3），整体具有较好的一致性。12月21日至23日出现NO2浓度超标，期间登云学院、第二中学站点均值分别为88.7μg/m3和89.7μg/m3，震川中学站点均值为78.3μg/m3。

针对此次污染过程分析发现，12月21日至22日，登云学院、第二中学站点的NO2浓度抬升幅度均为32μg/m3，震川中学站点的抬升幅度为28μg/m3，其浓度抬升幅度差值（4μg/m3）与平均浓度差值（3.2μg/m3）基本一致，因此可说明此次污染过程前期受区域传输影响，整体浓度本底值有快速抬升。通过对比周边邻近站点（太仓监测站）的逐时变化趋势（图4），也同样印证了区域传输的影响[13]。

期间各站点浓度均值相差可达11.4μg/m3，对比平均浓度差值（3.2μg/m3）可知，当污染天出现时，受不利扩散条件的影响，本地污染排放的环境影响将被进一步放大（出现污染峰值），尤其体现在登云学院、第二中学站点。

因此，此次污染过程可以概括为：污染前期受区域传输影响，昆山市本底值浓度快速抬升，开始出现污染天;同时伴随着静稳天气带来的不利扩散条件影响，本地污染排放的环境影响有所扩大，需重点关注登云学院及第二中学站点。

进一步从逐时变化来分析NO2浓度超标时段前后（12月20日至24日）的浓度特征发现（图5），本地污染排放具有较明显的早晚高峰特征，分别出现在早8时-9时，晚6时-7时，其次夜间由于出现逆温现象，边界层高度降低导致浓度累积难以扩散甚至抬升，也是需重点关注的时间段。

从各因子的逐时变化趋势来看（图5），CO和NO2趋势十分一致，可以初步判断受移动源影响相对较大，尤其是机动车、柴油车怠速行驶及不充分燃烧，排放的CO和NO浓度快速上升，其中NO浓度与臭氧快速反应（O3浓度快速消耗下降），导致NO2浓度快速抬升。

2.2.2气象因素相关分析

为进一步分析NO2浓度受气象因素的影响特征，针对2020年11月1日至12月24日昆山市各省控点开展相关性分析。

（1）登云学院站点

从NO2风频玫瑰图可知（图6），该站点主导风向为东风及西北风，结合浓度影响来看，污染高值主要出现在东风和西风的控制下。从三要素玫瑰图可知，当风速在0.5m/s ～2m/s时，易出现NO2浓度超标情况。结合周边局地小环境来看，需重点关注祖冲之南路、马鞍山西路及古城北路等道路的机动车怠速行驶、柴油车过境影响等。

（2）第二中学站点

从NO2风频玫瑰图可知（图7），该站点主导风向为北风及偏西风，结合浓度影响来看，污染高值主要出现在西风、西南风及部分北风的控制下。从三要素玫瑰图可知，当风速在0.5m/s ～2m/s时，易出现NO2浓度超标情况。结合周边局地小环境来看，需重点关马鞍山路及柏庐大桥等道路的机动车怠速行驶、柴油车过境影响等。

（3）震川中学站点

从NO2风频玫瑰图可知（图8），该站点主导风向为北风，结合浓度影响来看，污染高值主要出現在北风的控制下。从三要素玫瑰图可知，当风速在0.5 m/s ～2m/s时，易出现NO2浓度超标情况。结合周边局地小环境来看，需重点关注前进路等道路的机动车怠速行驶、柴油车过境影响等。

2.3气团后向轨迹分析

针对上述污染个例，进一步利用HYSPLIT轨迹模式对昆山市做气团后向轨迹分析，轨迹长说明气团移动迅速，轨迹短说明气团移动缓慢。前人研究表明城市上空300m左右高度处的大气污染主要受城市周边源的影响[11]。因此本次研究以第二中学自动监测站（31.396°N，120.964°E）为模拟起点，模拟高度选为50m、100m和300m，模拟时段选为污染起始阶段（2020年12月21日～2020年12月22日），选取污染峰值BTC20时（UTC12：00）为后推起始时刻，模拟过去24h气团轨迹。不同高度的气团均来自北方输入，且传输速度较快，传输距离较长。且从300m的气团轨迹可以看出，在污染峰值前8小时（BTC12时），污染气团有较明显的传输过境下沉趋势，对应污染浓度来看，NO2的小时浓度也在该时刻开始快速抬升。因此可进一步说明本次污染过程的起始时段，受区域传输影响更为显著。

3.结论

（1）NO2超标天主要集中在11月至来年3月，其中12月和1月的NO2污染情况最为严重。2019年的NO2污染程度较2018年有所改善。NO2浓度变化呈现明显的双峰特征，分别是早8时-9时，晚6时-7时。

（2）2020年12月21日至22日的污染过程可概括为：污染前期受区域传输影响，昆山市NO2本底值浓度快速抬升，开始出现污染天;同时伴随着静稳天气带来的不利扩散条件，本地污染排放的环境影响有所扩大，需重点关注登云学院及第二中学站点。

（3）从污染时段来看：本地污染排放具有较明显的早晚高峰特征，需重点关注早8时-9时，晚6时-7时，其次夜间巡查及管控也是必不可少的。

（4）从本地污染来源看：受移动源排放影响相对较大，尤其是机动车、柴油车怠速行驶及不充分燃烧，需加强交通疏导、减少拥堵，避免柴油车过境影响。

（5）从气象因素来看：①登云学院站点污染高值主要出现在东风和西风的控制下，当风速在0.5m/s ～2m/s时，易出现NO2浓度超标情况，需重点关注祖冲之南路、马鞍山西路及古城北路等道路的移动源管控。②第二中学站点污染高值主要出现在西风、西南风及部分北风的控制下，当风速在0.5m/s ～2m/s时，易出现NO2浓度超标情况，需重点关马鞍山路及柏庐大桥等道路的移动源管控。③震川中学站点污染高值主要出现在北风的控制下，当风速在0.5 m/s ～2m/s时，易出现NO2浓度超标情况，需重点关注前进路等道路的移动源管控。

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作者简介：

陈琳（1982 -），女，广东汕头，汉，工程师，硕士研究生，研究方向：大气环境管理。

（作者单位：苏州市昆山生态环境局）