COVID-19期间我国空气质量变化特征研究系列成果

新冠疫情(COVID-19)自2019年末爆发至今，仍在世界上肆虐横行。我国政府快速反应，在短时间内按下了社会运行的暂停键，在短短几个月内成功控制住COVID-19。虽然COVID-19给我们生命财产造成了极大创伤，但是在居家隔离期间，也为我们深入了解人为源和气象条件对我国空气质量的影响机制提供了有利的条件。实验室青年教师王红磊副教授，在朱彬教授和赵天良教授课题组的大力支持下，与苏州市环境监测中心站开展合作，对COVID-19期间我国空气质量变化特征开展了系统的研究，相关成果先后发表在国际权威SCI(E)期刊Journal of Cleaner Production、Environmental Pollution、Journal of Environmental Sciences和Atmospheric Pollution Research，并引起广泛关注，其中发表于Journal of Environmental Sciences的研究成果入选为ESI高被引论文。具体研究成果如下：

1、COVID-19期间中国不同气候区空气质量变化特征

我国幅员辽阔，气候多样，既有温润的亚热带气候，又有干旱半干旱地区。此外，不同地区之间的经济、人口等存在巨大差异，人为源空间分布差异大。这些因素叠加就造成了我国不同气候区之间的空气质量变化特征存在较大差异。COVID-19居家隔离期间，全国均执行了统一的隔离措施，不同气候区之间的人为源发生了类似的变化，这为我们了解不同气候区之间气象条件和人为源对空气质量的影响提供了非常好的时机。因此，我们将中国358个城市分为8个气候区，讨论了不同气候区6种主要污染物的变化特征。

图1 气候区分布图

不同气候区之间大气污染物变化特征存在显著差异。疫情期间，PM_2.5在较冷的气候区（如东北（NEC）和西北地区（NW））下降更加明显，下降幅度可达59.0%-64.2%，而在相对比较温度的中南部（CS）和南部沿海（SC）仅分别降低了17.0%和26.0%。O₃的变化则正好相反，在长三角（YR）和CS增加的幅度更大，分别增加了99.0%和99.9%，要比西北地区的O₃增量高出了20%多。

图2 不同气候区大气污染物不同阶段分布

冬季的取暖季，对空气质量的影响也较大。PM2.5, SO2和CO在集中供暖的冷区(NEC, NW, NCP和 MG) 相比没有集中供暖的地区 (YR, CS和 SC)的变化幅度更大。

气候条件对NO₂的影响较小，全国不同气候区NO₂的浓度下降了41.2%–57.1%。

此外，不同气候区气象要素对空气质量的影响不同。总体而言，风速对气候区间空气质量的影响较小，温度、降水和污染源对气候区间空气质量的影响较大。在污染源较多的地区，大气污染物的变化幅度更大，并且能够更早的恢复到疫情之前的浓度水平。

2、COVID-19期间长三角地区城市化对空气质量的影响

作为现代文明和社会进步的象征，城市是经济和社会发展的主要中心。 近几十年来，伴随着城市资源、人口和教育的发展，城市地区的空气污染问题日益受到关注。长三角地处太平洋西岸、亚洲大陆东沿，是中国乃至世界经济发展最快的地区之一。快速的城市化、工业化和人口迁入，对该地区的能源、资源和土地使用类型已产生巨大影响。

以往重大活动空气质量保障过程主要集中在某一区域，因此区域外污染物的输送不可忽视。而COVID-19期间，全国均执行了相同的隔离措施，因此区域间污染物的传输影响非常小，这为我们研究长三角地区城市化对空气质量的影响提供了有利条件。

图3 中东部地区COVID-19期间空气质量变化。a和 b为MODIS AOD和TROPOMI NO₂在2020年1月和2月的差值. c、d 和e为地面 PM_2.5、NO₂和O₃ 在COVID-19前后的差值

我们根据人口、GDP、汽车保有量、商业等方面的差异，将长三角33个主要城市分为超级城市、一线到五线城市六大类，探讨了COVID-19期间城市化对空气质量的影响。结果表明，在COVID-19期间，长三角不同等级城市大气污染物均有显著降低，PM_2.5、PM₁₀、SO₂、NO₂和CO下降了6.6%~62.4%。城市化对城市群的污染物变化影响很大。在封锁期间，大城市（一线和二线）的PM、SO₂、NO₂和CO的降低幅度要高于中小城市（三线和四线城市），而大城市的O₃增加的幅度要明显高于中小城市。

3、COVID-19期间苏州市大气气溶胶化学组分污染特征分析

图4 NO₂柱浓度的时空分布。TJ：天津，SJZ：石家庄，JN：济南，ZH：郑州，WH：武汉，HF：合肥，NJ：南京，SZ：苏州，SH：上海。

    卫星观测结果显示，AOD的分布并不能精确的反应出COVID-19期间由于居家隔离措施对空气质量造成的影响，而卫星观测到的NO₂柱浓度分布则可以较准确的反映出居家措施对空气质量的的影响。

图5 不同阶段下气溶胶水溶性离子浓度变化

居家隔离期间除Mg²⁺ (增加了30.2%)外，其余水溶性离子均比pre-COVID期间下降了48.8%~ 76.3%。Lockdown期间的居家隔离措施对Cl^-、SO₄^2-、Na⁺和 Ca²⁺日变化特征影响较大，对BC、K⁺、Mg²⁺、NH₄⁺ 和 NO₃^-日变化特征的影响较小。

4、COVID-19期间苏州市大气污染物变化特征及其来源解析

COVID-19期间，由于居家隔离措施对排放源的影响，使得大气污染物浓度迅速降低。在春节假期期间（即COVID-19居家隔离期间）期间PM_2.5、BC、SNA（硫酸盐、硝酸盐和铵盐），其他水溶性离子、元素、NO₂和CO平均浓度为38.8、1.5、10.3、1.2、1.6和16.2μgm^-3和0.7mgm^-3，比春节期间前降低了36.9%、51.1%、48.2%、9.9%、23.3%、64.0%和25.2%。

图6 COVID-19前中后期间气溶胶来源分布

在COVID-19期间交通源浓度和占比分别比lockdown之前下降了72.9%和21.7%。在COVID-19期间燃煤源和工业源的占比显著增加，是居家隔离之前的2.9和1.7倍，但是在不同阶段下浓度差异不大。

相关论文：

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2. Wang, H., Miao, Q., Shen, L., Yang, Q., Wu, Y. and Wei, H., 2021. Air pollutant variations in Suzhou during the 2019 novel coronavirus (COVID-19) lockdown of 2020: High time-resolution measurements of aerosol chemical compositions and source apportionment. Environmental Pollution, 271, 116298. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2020.116298.（SCI(E)1区，IF=8.071）

3. Wang, H., Miao, Q., Shen, L., Yang, Q., Wu, Y., Wei, H., Yin, Y., Zhao, T., Zhu, B. and Lu, W., 2021. Characterization of the aerosol chemical composition during the COVID-19 lockdown period in Suzhou in the Yangtze River Delta, China. Journal of Environmental Sciences, 102, 110-122. https://doi.org/10.1016/j.jes.2020.09.019.（SCI(E)2区，IF=5.565，ESI高被引论文）

4. Honglei Wang, Yue Tan, Lianxia Zhang, Lijuan Shen, Tianliang Zhao, Qihang Dai, Tianyi Guan, Yue Ke, Xia Li. Characteristics of air quality in different climatic zones of China during the COVID-19 lockdown, Atmospheric Pollution Research, 2021, 12(12), 101247. https://doi.org/10.1016/j.apr.2021.101247. （SCI(E)3区，IF=4.352）