蘇志華楊俊吳邦向田一瓊

(1.貴州財(cái)經(jīng)大學(xué)管理科學(xué)與工程學(xué)院,貴州 貴陽 550025；2.貴州財(cái)經(jīng)大學(xué)新體育研究中心,貴州 貴陽 550025)

引言

2019年年底新型冠狀病毒疫情暴發(fā),給中國帶來前所未有的社會影響。為阻斷病毒在人與人之間傳播,中國政府積極采取有效措施,國務(wù)院發(fā)布了《國家突發(fā)公共事件應(yīng)急預(yù)案》。各省市先后啟動重大突發(fā)公共衛(wèi)生事件一級響應(yīng),采取一系列強(qiáng)制性措施制止集市集會,加強(qiáng)交通管制,限制居民旅行等[1,2]。多舉并重之下,我國新冠疫情防控取得了顯著成效,疫情于2020年3月底顯著緩解,全國大部分地區(qū)陸續(xù)實(shí)現(xiàn)復(fù)工復(fù)產(chǎn)。在這場史無前例的疫情阻擊戰(zhàn)中,我國工業(yè)生產(chǎn)、商業(yè)運(yùn)營和居民生活都有重大調(diào)整。除部分不可中斷工序特殊項(xiàng)目和重大民生保障項(xiàng)目未停止生產(chǎn)外,其余各行業(yè)幾乎停止生產(chǎn)和營業(yè),生活源、交通源以及中小企業(yè)工業(yè)源的排放顯著降低[1]。疫情管控措施導(dǎo)致人類活動水平下降,本質(zhì)上類似于重大會議及體育賽事期間的污染源臨時排放管制,不同的是疫情管控的力度更大,范圍更廣,持續(xù)時間更長。在疫情期間,人為活動及其污染物排放大幅減少,為評估空氣質(zhì)量對極限減排的響應(yīng)建立了“天然實(shí)驗(yàn)室”[3]。疫情管控措施對環(huán)境空氣污染物濃度的影響已成為當(dāng)前環(huán)境空氣研究領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn),并取得了一系列成果。本文綜述了當(dāng)前疫情管控措施對PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO和O3等6項(xiàng)常規(guī)污染物濃度變化的影響機(jī)制,分析其對空氣污染防治的指導(dǎo)意義,從而為未來的空氣環(huán)境管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 疫情管控對環(huán)境空氣污染物濃度變化的影響

當(dāng)前,學(xué)者們主要通過對比疫情前后不同階段的環(huán)境空氣污染物濃度,結(jié)合氣象參數(shù),研究疫情管控措施對空氣污染物濃度變化的影響。PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO和O3等6項(xiàng)污染物的來源各不相同[4]。其中,顆粒物PM2.5和PM10來源既有燃料燃燒產(chǎn)生的煙塵,生產(chǎn)過程產(chǎn)生的粉塵,建筑和交通等一次性排放,同時也包含大氣中SO2、NOx和碳?xì)浠衔锏惹绑w物經(jīng)過復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)生成的二次顆粒物；SO2主要來源于含硫燃料的燃燒,涉及的工業(yè)企業(yè)主要為鋼鐵、火電和陶瓷等行業(yè)。此外,居民生活的散煤燃燒也是SO2的重要來源；NO2人為源主要來自于燃料的燃燒過程,其中以汽車等流動源的排放貢獻(xiàn)最大；O3為二次污染物,由前體物NOx和揮發(fā)性有機(jī)物經(jīng)過光化學(xué)反應(yīng)生成,受控于太陽輻射強(qiáng)度變化的影響；CO是城市中數(shù)量最多的污染物,來源于碳?xì)浠衔锏牟煌耆紵?如居民燃煤排放和機(jī)動車尾氣等。

1.1 疫情管控對顆粒物(PM2.5和PM10)的影響

大量研究表明,PM2.5相比于一次污染物存在較大比例的二次來源貢獻(xiàn),疫情期間顆粒物PM2.5和PM10濃度的變化較為復(fù)雜。大多數(shù)城市PM2.5濃度在疫情期間并沒有像NO2出現(xiàn)突然的大幅下降,其原因與顆粒物的二次生成有關(guān)。疫情管控大大降低了機(jī)動車的活動水平,從而使NOx濃度大幅下降,減少了對O3的“滴定”消耗,使得空氣中的O3濃度升高,導(dǎo)致大氣氧化性增強(qiáng),進(jìn)而促進(jìn)了二次無機(jī)和有機(jī)顆粒物生成,一定程度上抵消污染減排的效果。由于生成的二次顆粒物主要為粒度較細(xì)的PM2.5,導(dǎo)致疫情“封鎖”通常對PM2.5的影響不如PM10顯著,表現(xiàn)為疫情期間PM2.5相比PM10下降幅度不大。如,長江三角洲在“封城”期間的PM2.5/PM10比值高于疫情前和疫情后,表明氣溶膠二次生成對疫情期間仍出現(xiàn)的PM2.5污染有重要貢獻(xiàn)[5]。

PM2.5濃度對疫情管控政策的響應(yīng)存在明顯的地區(qū)差異,疫情期間大部分地區(qū)的PM2.5濃度均存在一定程度的下降,但也有部分地區(qū)的PM2.5濃度反而增加,如倫敦和巴黎的PM2.5濃度在疫情期間出現(xiàn)上升[6]。在管控異常嚴(yán)格的一級“封鎖”期間,京津冀及周邊地區(qū)仍出現(xiàn)持續(xù)多日的區(qū)域性重污染天氣[7]。在極限減排的背景下,仍然發(fā)生霧霾污染與不利氣象條件有關(guān)。研究表明,除了污染源排放,氣象條件是影響空氣質(zhì)量變化的重要因素[8]。相對濕度增加有利于各種氣體前體物通過氣相氧化和多相反應(yīng)生成二次氣溶膠,并進(jìn)一步導(dǎo)致PM2.5濃度的爆發(fā)性增長[9]。Le等[3]基于地面觀測和衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù),估算疫情“封鎖”對污染物濃度的減排高達(dá)90%,但疫情期間的高濕度天氣,加上電廠和石化行業(yè)的持續(xù)排放是華北平原嚴(yán)重灰霾事件發(fā)生的本質(zhì)原因。

1.2 疫情管控對氣態(tài)污染物的影響

NOx的最大排放源為交通運(yùn)輸源,疫情期間由于異常嚴(yán)格和大范圍的交通管制,對環(huán)境空氣中NO2的影響最為顯著,疫情期間的NO2濃度相比于疫情前期下降了20%～100%[10]。SO2主要來源于燃煤企業(yè)的排放,疫情期間下降幅度較小,甚至出現(xiàn)了不降反升的現(xiàn)象[3,11-13]。這是由于SO2主要來源于鋼鐵廠和電廠等燃煤企業(yè),因生產(chǎn)和工藝設(shè)備的特殊性及保障民生的需要不能中斷生產(chǎn)[14]。另外,疫情期間居民長期居家,需要更多的散煤燃燒取暖也會加大SO2的排放,從而使環(huán)境空氣中的SO2濃度增加。大范圍的交通管制大幅降低了NO的排放量,減少了對O3的“滴定”消耗,導(dǎo)致疫情期間環(huán)境空氣中的O3濃度普遍上升[6,12,13]。疫情期間CO濃度的下降幅度通常大于SO2,但小于NO2,CO濃度的降低除了與機(jī)動車出行率顯著減少外,還與其源貢獻(xiàn)組成及自身化學(xué)穩(wěn)定性有關(guān)。

2 啟示

2.1 預(yù)防PM2.5的二次生成

在受人類活動影響的空氣環(huán)境中,SO2和NOx可以通過多種物理化學(xué)途徑分別生成硫酸鹽和硝酸鹽,顆粒物中的次生無機(jī)成分往往以硫酸鹽和硝酸鹽為主[15,16]。研究表明,硫酸鹽和硝酸鹽的二次氣溶膠形成往往是PM2.5爆發(fā)性增長驅(qū)動因素[9]。疫情期間NO2濃度大幅下降,而PM2.5濃度下降幅度較小,兩者的變化并不同步。疫情期間鋼鐵廠和電廠等燃煤企業(yè),因生產(chǎn)和工藝設(shè)備的特殊性及保障民生的需要不能中斷生產(chǎn),導(dǎo)致環(huán)境空氣中的SO2濃度變化不大,甚至出現(xiàn)不降反升的現(xiàn)象。因此,疫情期間PM2.5濃度降幅不大的原因可能是SO2與OH自由基反應(yīng)生成更多的硫酸鹽氣溶膠,替代了硝酸鹽氣溶膠對PM2.5濃度的貢獻(xiàn)[17]。以此為基礎(chǔ),環(huán)境管理部門在制定環(huán)保措施時,不能理所當(dāng)然認(rèn)為減排一定會減少環(huán)境空氣中的PM2.5濃度,必須考慮氣體-顆粒轉(zhuǎn)換生成的二次氣溶膠對PM2.5濃度的貢獻(xiàn)。對于鋼鐵廠和電廠等不可中斷生產(chǎn)的流程式企業(yè),迫切需要改進(jìn)生產(chǎn)工藝,推廣更先進(jìn)的過程減排技術(shù)。

2.2 預(yù)防減排導(dǎo)致O3污染

疫情管控導(dǎo)致機(jī)動車的出行率顯著降低,大幅減少了NO的排放,使環(huán)境空氣中的NO濃度大幅下降。從而削弱了對O3的“滴定”消耗,導(dǎo)致疫情期間O3濃度大幅增加。本次疫情發(fā)生在冬季,該季節(jié)全國在大部分時間太陽輻射較弱,不利于光化學(xué)反應(yīng)生成O3,因此環(huán)境空氣中的O3濃度并不高,但如果疫情發(fā)生在其它季節(jié),O3污染必然會顯著加重。因此,采取減排措施控制污染物排放時必須制定預(yù)防O3污染的方案,這對于交通型污染為主的城市尤其重要。另外,O3濃度的增加會導(dǎo)致大氣氧化性增強(qiáng),使更多的前體物經(jīng)過氧化作用生成二次顆粒物PM2.5,從而加重細(xì)顆粒物污染。因此,需要制定科學(xué)性、針對性和操作性強(qiáng)的PM2.5和O3污染協(xié)同防控方案,因地制宜,一市一策,綜合解決PM2.5和O3復(fù)合污染,以科技助力打好藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)。

2.3 進(jìn)一步認(rèn)清減排和污染的關(guān)系

極少數(shù)地區(qū)盡管在極限減排的背景下仍出現(xiàn)霧霾天氣,表明污染源減排與空氣質(zhì)量改善并不具有必然聯(lián)系。各個地區(qū)不同的能源結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)組成、交通設(shè)施和氣象條件,都會影響污染物濃度變化對管控措施的響應(yīng)。其中氣象條件對大氣污染物濃度具有顯著影響。風(fēng)速持續(xù)降低和相對濕度逐漸增加通常是污染事件發(fā)生的導(dǎo)火索,風(fēng)速逐漸降低使大氣處于停滯狀態(tài),污染物不易擴(kuò)散,相對濕度增加有利于各種氣體前體物通過氣相氧化和多相反應(yīng)生成二次氣溶膠。當(dāng)大氣處于停滯狀態(tài)下,主要?dú)鈶B(tài)污染物向二次氣溶膠的快速轉(zhuǎn)化會促進(jìn)PM2.5爆發(fā)性增長。