清華新聞網(wǎng)9月17日電 (通訊員 王韻杰) 新冠疫情暴發(fā)之后，我國各地迅速啟動(dòng)了突發(fā)公共衛(wèi)生事件一級響應(yīng)機(jī)制，人類活動(dòng)和污染排放強(qiáng)度大幅降低。清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院吳燁教授、張少君助理教授團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了時(shí)間序列機(jī)器學(xué)習(xí)模型，定量分析了2020年1月至4月間新冠疫情防控對中國大城市空氣質(zhì)量的整體影響，并通過交通大數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)追蹤重點(diǎn)城市交通排放量變化，解析了交通部門對典型污染物變化的貢獻(xiàn)。
本研究選擇北京、成都、上海、深圳、西安和武漢六個(gè)城市為研究對象，基于2015-2020年（疫情暴發(fā)前）歷史氣象和空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)，構(gòu)建時(shí)間序列隨機(jī)森林模型，實(shí)現(xiàn)對無疫情防控情景下城市尺度質(zhì)量的定量預(yù)測。相比簡單對比或者化學(xué)傳輸模擬等傳統(tǒng)方法，該模型可以有效識別氣象短期波動(dòng)對空氣質(zhì)量變化的影響，避免排放清單構(gòu)建帶來的高數(shù)據(jù)需求性和不確定性，適合對較長一段時(shí)期空氣質(zhì)量變化的動(dòng)態(tài)研究。
圖1 城市不同疫情防控階段NO2濃度實(shí)際觀測值與無防控情景預(yù)測值的比較
研究顯示，在防疫措施最嚴(yán)格的一級防控響應(yīng)階段，六城市NO2濃度比無疫情防控情景預(yù)測值降低36%~53%（圖1）。深圳、成都和西安的NO2濃度在解除一級防控響應(yīng)后逐漸回升，4月底已經(jīng)恢復(fù)到無疫情情景預(yù)測濃度90%以上的水平。北京和武漢在4月尚未解除一級防控響應(yīng)，NO2仍然顯著低于無疫情情景預(yù)測值。研究發(fā)現(xiàn)，疫情防控會(huì)導(dǎo)致O3在北方城市（包括武漢）小幅上升，主要是這些城市冬季多處于臭氧VOC控制區(qū)而導(dǎo)致。通過4個(gè)月較長期的動(dòng)態(tài)追蹤，研究指出疫情防控能夠整體上削減城市PM2.5濃度。以北京為例，改進(jìn)的隨機(jī)森林模型顯示疫情防控導(dǎo)致大氣氧化性增強(qiáng)，是1月底和2月中兩次短期特殊氣象（高濕、靜穩(wěn)）條件下PM2.5污染加劇的主要原因；但由于排放整體大幅下降，北京市一級防控響應(yīng)階段的PM2.5比無疫情情景平均下降了42%。
圖2 北京全市和成都市區(qū)不同時(shí)段機(jī)動(dòng)車NOx排放動(dòng)態(tài)變化規(guī)律
研究進(jìn)一步選擇中國機(jī)動(dòng)車保有量最高的北京和成都為案例，借助擁堵指數(shù)、道路監(jiān)控等智能交通大數(shù)據(jù)，構(gòu)建了全路網(wǎng)機(jī)動(dòng)車排放動(dòng)態(tài)計(jì)算模型。結(jié)果顯示，疫情防控一級階段，北京和成都城市機(jī)動(dòng)車排放量全時(shí)段下降，降幅達(dá)60%左右。成都在解除一級防控后（2月底），盡管高峰時(shí)段排放迅速回升，白天平峰和夜間時(shí)段交通排放仍然比疫情前期水平降低30%以上（圖2）。耦合動(dòng)態(tài)排放數(shù)據(jù)和隨機(jī)森林模型的研究結(jié)果顯示，一級防控響應(yīng)階段機(jī)動(dòng)車排放變化導(dǎo)致北京全市NO2濃度降低20%~40%，成都核心區(qū)NO2濃度降低50%~60%。新冠疫情防控的特殊時(shí)期案例分析揭示了，機(jī)動(dòng)車污染控制將是今后中國大城市核心區(qū)空氣質(zhì)量持續(xù)改善的重中之重。
9月9日，該研究成果在《環(huán)境科學(xué)與技術(shù)快報(bào)》（Environmental Science & Technology Letters）在線發(fā)表，題目為“新冠疫情防控措施對中國大城市空氣質(zhì)量的影響（2020年1-4月）”（Four-month changes in air quality during and after the COVID-19 lockdown in six megacities in China）。
該工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目和歐盟地平線2020項(xiàng)目中歐政府間合作計(jì)劃的支持。環(huán)境學(xué)院助理教授張少君為論文通訊作者，環(huán)境學(xué)院2018級直博生王韻杰和2017級直博生溫軼凡為論文的共同第一作者，環(huán)境學(xué)院郝吉明院士、吳燁教授、邢佳副教授和康奈爾大學(xué)K. MaxZhang教授在數(shù)據(jù)采集、模型構(gòu)建和結(jié)果討論等方面提供了重要幫助。
論文鏈接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.estlett.0c00605
供稿：環(huán)境學(xué)院
編輯：李晨暉
審核：程曦
