典型生態保護發展區環境空氣中二氧化硫濃度變化特征研究

楊芙蓉，張永江，馮艷紅

（重慶市黔江區環境監測中心站，重慶409000）

1 引言

隨著全球經濟的發展、城市規模的不斷擴大，全球各地大氣環境問題引起人類的廣泛關注，而二氧化硫則是大氣中最常見的污染物之一。二氧化硫主要來源于火山噴發、含硫金屬礦冶煉、煤炭和石油等化石燃料的燃燒，通過呼吸系統，會引起慢性呼吸道疾病，更重要的是形成酸雨和光化學煙霧，對植物和人類的生活造成嚴重危害。

在國內，對城市大氣環境質量中的研究報道較多，主要集中于北京、上海、天津、銀川等大中型城市，通過大氣自動實時監測，綜合分析城區空氣質量中的PM10、SO2、NO2、CO、O3等主要污染物，而對單獨的污染因子進行綜合分析研究報道較少。因此，本研究以典型武陵山地區的生態保護發展區域的黔江區大氣質量為研究對象，通過實時監測，分析城區大氣中二氧化硫的變化規律及污染狀況（圖1），為黔江區城區大氣污染防治提供參考。

2 監測點位及方法

監測點位為黔江區區政府站（107°47′4″N 29°31′33″）和下壩站點（108°47′5″N 29°31′30″），采取自動連續24h監測。按照《環境空氣質量自動監測技術規范》（HJ/T193－2005），二氧化硫觀測儀器采用瑞典OPSIS公司的長光程DOAS分析系統（AR500），通過OPSIS的控制軟件，對二氧化硫監測數據進行統計分析。

3 二氧化硫監測結果與討論

3.1 二氧化硫質量濃度變化特征

3.2 不同季節二氧化硫質量濃度變化

2014年下壩、區政府兩個監測點的二氧化硫四季濃度值對比見圖2。下壩監測點SO2濃度明顯高于區政府監測站點SO2濃度值，SO2質量濃度隨季節變化較明顯。下壩站春季平均質量濃度為35.7μg/m3，夏季為24.3μg/m3，秋季為32.8μg/m3冬季為68.0μg/m3；區政府站春季平均質量濃度為28.2μg/m3，夏季為19.2μg/m3，秋季為16.7μg/m3，冬季為39.0μg/m3。下壩和區政府觀測站點年均SO2質量濃度分別為39.7和25.8μg/m3。盡管黔江區從2013年起開始大力推進城區“推清”行動，但是從圖3可以看出在冬取暖季，二氧化硫的值明顯升高，這與劉曉剛［1］研究結果相似，冬季的SO2濃度值為夏季的兩倍左右，且在城東片區（下壩監測點）SO2濃度值明顯高于城西片區，主要原因是城東片區作坊式企業較多、人口密度較大，且兩個居民安置區的燃煤取暖和地區習俗煙熏臘肉等原因導致。

圖4繪出了不同季節的二氧化硫濃度日變化曲線。下壩和區政府二氧化硫小時濃度在四季均呈明顯的雙峰分布，其濃度從5時以后逐漸上升，在9時左右出現第一次高峰，隨后逐漸降低，直到17時以后又開始上升，到19時達到第二次高峰。并且冬春兩季的日變化幅度明顯高于夏秋季節，其中夏季SO2日變化幅度最小。這與目前城市地區典型二氧化硫質量濃度日變化規律相符合［2］。黔江地區二氧化硫濃度季節變化趨勢比較明顯，冬季二氧化硫濃度明顯高于春季、夏季、秋季。SO2雙峰型日變化形成的成因，交通早晚高峰、取暖季煤炭燃燒以及24h中邊界層結構引起的大氣擴散能力的差異，一般在10～16時大氣湍流旺盛，水平輸送和垂直擴散能力強，大氣處于不穩定狀態，這時擴散條件非常有利于SO2稀釋、輸送；而10時前與17時后大氣相對穩定，擴散能力較弱，不利于SO2擴散。而季節差異是由于排放源、大氣擴散能力以及大氣光化學反應的差異造成［1］。

3.3 空氣污染指數API超標天與二氧化硫濃度變化

利用空氣污染指數法，對二氧化硫監測數據進行計算分析，獲得冬季取暖季API指數平均值超過國家二級標準有26d，API指數超標天API平均值101～139.5，SO2濃度范圍50～84μg/m3，二氧化硫超出國家二級標準天數有19d，說明API指數超標天與高濃度SO2之間存在著十分密切的關系。冬季取暖季的風速低，不利于大氣污染物擴散與傳輸，容易造成SO2積累，而積累造成的高濃度SO2也會通過氣—粒轉化過程，產生細粒子，進一步降低大氣能見度［3］，加劇大氣污染程度。此結果與溫天雪［4］研究結果相似，均為陰霾天不利于污染物擴散的氣象條件導致SO2積累。

3.4 下壩監測點冬季二氧化硫濃度持續超標案例分析

如圖5所示，2014年1月中旬開始下壩監測點出現SO2持續高濃度值，其中有15d單點濃度值超過國家二級濃度值，雖然影響大氣污染水平的因素有很多，但是單項污染物濃度持續偏高出現往往與不利氣象條件下大氣污染物的積累效應以及監測點范圍居民生產生活污染物的排放有關。在冬季取暖季污染物濃度變化的天氣過程，則為近乎周期性的局地累積—清除變化特征［5］。

因此下面主要針對1月14～31日的污染過程進行分析，尤其是結合氣象要素重點討論1月14～31日SO2持續偏高的成因。5～13日冷空氣活動強，使積累數天的SO2濃度有所降低，13日均值降低到52μg/m3，14日濃度開始上升，在14～22日SO2持續積累，地面揚塵增大，23日最高值達183ug/m3；24～30日受冷空氣影響，地面氣壓增強，SO2濃度呈現下降趨勢，到12月30日濃度值下降到96.2μg/m3。其主要原因是：自14日開始氣壓逐漸減弱，風速逐漸降低，持續多日的晴天，而黔江區城市最主要建成區的地形四面環山屬于“盆地”性，不利于污染的擴撒，從而滯留在城區上空，且SO2在城東與東南有較多的居民點和小型加工廠排放源，從而導致SO2濃度單點上上升快且持續較高。從圖6可以看出SO2濃度變化與風速是成反比，風速越大污染物更容易擴散；氣壓越穩定越不利于SO2的擴散，同時SO2的濃度變化還與空氣濕度有關［6］。

4 結論

通過對2014年黔江區大氣中SO2時間分布特征及風速、風向對SO2濃度影響，API指數超標天與SO2的相互關系成因分析，得出以下結論。

（1）黔江區SO2濃度變化呈現冬季高、夏季低的“U”型分布；統計日變化呈雙峰型，并且冬春季日較差，高于夏秋季節，取暖期SO2污染依然嚴重，其濃度為非取暖期的兩倍以上。

（2）城區二氧化硫區域分布不均，污染較突出的是城東、東南片區，主要與城市建成區功能區布局和居民生產生活有較大關系。

（3）API指數超標天相對容易造成SO2濃度超標。

（4）黔江區城區SO2污染過程呈現周期性的局地累積—清楚特征，地形及風速、氣壓等不利于擴散的氣象條件；“盆地形”城區、不利于擴散的氣象條件造成短時間SO2連續超標。這些結論可對研究黔江區大氣中SO2濃度的變化規律控制策略提供理論支持，同時對黔江區城區大氣污染特征及污染物來源研究提供基礎數據。

［1］劉曉剛.重慶市主城區二氧化硫地面濃度場分布特征及污染防治對策研究［D］.重慶：重慶大學，2007.

［2］吉東升，王躍思，孫 揚，等.北京大氣中SO2濃度變化特征［J］.氣候與環境研究，2009，14（1）：69～72.

［3］王京麗，劉旭林.北京市大氣細粒子質量濃度與能見度定量關系初探［J］.氣象學報，2006，46（2）：221～228.

［4］溫天雪，王思躍，徐宏輝.采暖期北京大氣PM10中硫酸鹽與硫氧化率的觀測研究［J］.中國科學院研究生院學報，2006（5）：584～589.

［5］孫 揚、王躍思，劉廣仁.北京地區一次大氣環境持續嚴重污染過程中SO2的垂直分布分析［J］.環境科學，2006，26（3）：408～414.

［6］林登華，沈 彪.淺析氣象條件對大氣污染時空分布的影響［J］.資源節約與環保，2015（3）：196.