四川盆地城市細(xì)顆粒物污染特征分類分析研究

劉培川，羅 彬，張 巍，曹 攀，周書華，吳 瑤

(1.四川省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，成都 610000；2.宜賓市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，四川 宜賓 644000)

1 引 言

隨著工業(yè)化、城市化進(jìn)程的高速發(fā)展，城市人口和能源消耗的大量增加，污染物排放量逐年增加；同時(shí)受四川盆地特殊地形與氣候條件影響，污染物在盆地內(nèi)容易累積；受制于盆地外圍高山的阻隔，污染物向外部空間無(wú)法有效輸送，尤其在秋、冬季污染氣象條件較差的靜穩(wěn)天氣時(shí)期，易形成與城市群空間區(qū)域疊加的污染天氣，進(jìn)一步加大了四川盆地大氣污染防治難度[1～4]。本文致力于構(gòu)建對(duì)四川盆地大氣污染特征的分析，尤其是近年來(lái)典型污染類型對(duì)四川盆地空氣質(zhì)量的影響及時(shí)空變化特征，提出大氣污染防治措施。

2 資料與方法

2.1 資料介紹

利用四川盆地內(nèi)21個(gè)城市的環(huán)境空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)各城市PM10、PM2.5的質(zhì)量濃度進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，并對(duì)2015年21個(gè)城市的PM10、PM2.5日均濃度發(fā)布數(shù)據(jù)進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)。

2.1.1 煙花爆竹燃放污染主要集中在每年除夕、初一、十五等，基于燃放煙花爆竹時(shí)環(huán)境空氣中SO2、NO2、PM10、PM2.5的質(zhì)量濃度變化等進(jìn)行判別[5]。

2.1.2 秸稈焚燒的識(shí)別基于PM10、PM2.5、CO等監(jiān)測(cè)濃度變化、日常監(jiān)測(cè)記錄等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)[6]。

2.1.3 冬季不利氣象條件下，區(qū)域污染天氣的識(shí)別基于空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果及日常工作記錄。本文所統(tǒng)計(jì)的區(qū)域重污染天數(shù)是指出現(xiàn)AQI>200的5個(gè)及以上連片城市的天數(shù)(且持續(xù)時(shí)間超過3天)。

2.2 四川盆地PM2.5的貢獻(xiàn)計(jì)算方法

PM2.5貢獻(xiàn)量(Contribution Amount)、PM2.5貢獻(xiàn)率(Contribution Rate) ：以細(xì)顆粒物( PM2.5) 監(jiān)測(cè)日均濃度積分，計(jì)算區(qū)域污染、秸稈焚燒污染、煙花爆竹污染期間造成PM2.5升高部分對(duì)全年P(guān)M2.5濃度的貢獻(xiàn)量。區(qū)域污染、秸稈焚燒污染、煙花爆竹污染對(duì)顆粒物PM2.5的貢獻(xiàn)率計(jì)算方法見以下公式[7]。

式中，CR表述典型特征污染狀態(tài)下的PM2.5貢獻(xiàn)率，指扣除全省年平均值后的各類污染時(shí)段的所有城市PM2.5濃度增量的時(shí)間積分值與全省城市數(shù)乘以全年統(tǒng)計(jì)時(shí)間數(shù)的比值，無(wú)量綱；

NCPM2.5表示無(wú)特殊污染(通常)狀態(tài)下各城市PM2.5的年均濃度，指各城市除秸稈焚燒、煙花爆竹燃放、區(qū)域污染等典型污染天氣影響后的日平均濃度算術(shù)平均，各城市典型污染天數(shù)按照1.1的方法統(tǒng)計(jì)實(shí)際污染天數(shù)，μg/m3；

FDCPM2.5表示區(qū)域污染(區(qū)域污染、秸稈焚燒、煙花爆竹集中燃放)期間PM2.5日平均值濃度，μg/m3；

CPM2.5表示參與統(tǒng)計(jì)城市的PM2.5日平均值濃度；DAYfd表示各類型污染天數(shù)(區(qū)域污染、秸稈焚燒、煙花爆竹集中燃放)，μg/m3；

DAYtotal表示有效監(jiān)測(cè)總天數(shù)，d。

全省PM2.5年平均濃度為21個(gè)城市年均濃度的算術(shù)平均，μg/m3。

3 結(jié)果分析

3.1 四川盆地PM2.5空間分布特征

2015年四川省包括攀西高原的21個(gè)市(州)城市的PM2.5濃度具有明顯的區(qū)域性差異，平均濃度為47.5μg/m3；盆地內(nèi)17個(gè)城市PM2.5濃度52.7 μg/m3(17個(gè)城市PM2.5年均濃度算術(shù)平均)，其中，盆地南部(包括瀘州、宜賓、自貢、內(nèi)江等4個(gè)城市)PM2.5濃度最高，為63.3 μg/m3，其次是盆地西部(包括成都、德陽(yáng)、綿陽(yáng)、眉山、資陽(yáng)、樂山、雅安等7個(gè)城市)，為52.1 μg/m3，盆地東北部(包括南充、達(dá)州、廣安、遂寧、廣元、巴中等6個(gè)城市)最低，為46.8 μg/m3，比例為1.4∶1.2∶1(見圖1)。

21個(gè)市(州)城市中有16個(gè)城市PM2.5濃度超過國(guó)家環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)二級(jí)年均濃度限值35μg/m3要求。其中，9個(gè)城市超標(biāo)20%以上，4個(gè)城市超標(biāo)30%以上，1個(gè)城市超標(biāo)50%以上。PM2.5濃度能夠達(dá)標(biāo)的城市僅有阿壩、甘孜、涼山、廣元和攀枝花等5個(gè)城市，四川盆地PM2.5污染形勢(shì)不容樂觀。

圖1 2015年四川省21個(gè)城市PM2.5對(duì)全省濃度的污染負(fù)荷Fig.1 The pollution load of PM2.5 in 21 cities of Sichuan province in 2015

3.2 四川盆地PM2.5時(shí)間序列特征

2015年四川省城市環(huán)境PM2.5與PM10的質(zhì)量濃度具有明顯的季節(jié)分布征:冬季>秋季> 春季>夏季；PM2.5與PM10濃度的比值介于0.585～0.678之間，其季節(jié)分布特征與質(zhì)量濃度略有不同，即冬季>秋季>夏季>春季。這主要是由于春季易出現(xiàn)沙塵天氣，導(dǎo)致PM10濃度升高，而PM2.5濃度因擴(kuò)散條件好轉(zhuǎn)而降低。從污染級(jí)別來(lái)看，污染級(jí)別越重，PM2.5與PM10濃度的比值越高，細(xì)顆粒物二次轉(zhuǎn)化突出；城市空氣質(zhì)量為嚴(yán)重污染時(shí)，PM2.5占PM10比例達(dá)76.4%；城市空氣質(zhì)量為優(yōu)、良時(shí)，PM2.5占PM10比例約59.0%，前者高出后者約17.4%。2015年四川省城市環(huán)境空氣PM2.5、PM10濃度以及二者比值的季節(jié)變化見圖2，2015年四川省城市環(huán)境空氣各污染級(jí)別下PM2.5、PM10的濃度及二者的比值分布見圖3。

圖2 2015年四川省城市環(huán)境空氣PM2.5、 PM10濃度以及二者比值的季節(jié)變化Fig.2 The concentration of PM2.5 and PM10 and the ratio in the urban environment of Sichuan province in spring and summer

3.3 各類污染對(duì)四川盆地PM2.5濃度水平影響及對(duì)全年貢獻(xiàn)量

3.3.1 區(qū)域污染

四川省城市環(huán)境空氣區(qū)域污染主要集中在污染氣象條件相對(duì)最差的1月、2月和12月，分別出現(xiàn)19天、9天和6天，共計(jì)34天。區(qū)域污染期間，PM2.5平均濃度為140.7μg/m3，超過國(guó)家二級(jí)年平均標(biāo)準(zhǔn)濃度(35μg/m3)3倍；區(qū)域污染對(duì)全省PM2.5貢獻(xiàn)比例為13.62%(區(qū)域污染對(duì)攀枝花、西昌、馬爾康、康定4個(gè)城市影響甚微且不易識(shí)別，故本文不討論對(duì)上述4城市的影響分析)，對(duì)PM2.5年均濃度貢獻(xiàn)6.4μg/m3。受盆地不利擴(kuò)散的氣象條件，盆地內(nèi)城市受區(qū)域污染影響時(shí)長(zhǎng)基本一致，但是受影響程度還是有較大差異。從圖4看出，區(qū)域污染對(duì)全省城市環(huán)境PM2.5年均貢獻(xiàn)范圍在1～10.2μg/m3，其中，成都、自貢、達(dá)州受區(qū)域污染影響最大，區(qū)域污染期間PM2.5濃度分別為167.9μg/m3、174.7μg/m3、167.5 μg/m3，說(shuō)明城市污染影響程度本質(zhì)還是城市污染排放體量基數(shù)、污染防治措施的開展。各城市區(qū)域污染對(duì)該城市PM2.5濃度水平影響及對(duì)全年P(guān)M2.5貢獻(xiàn)量見圖4。

圖3 2015年四川省城市環(huán)境空氣各污染級(jí)別下PM2.5、PM10的濃度及二者的比值分布Fig.3 The PM2.5 and PM10 concentration and the ratio distribution of them under different urban environmental pollution level in Sichuan in 2015

3.3.2 秸稈焚燒

2015年全年四川省共發(fā)生了14次秸稈大面積集中焚燒污染(主要發(fā)生在4～6月和8～10月)，共計(jì)48天，秸稈焚燒期間PM2.5平均濃度為77.5μg/m3，超過國(guó)家二級(jí)年平均標(biāo)準(zhǔn)濃度(35μg/m3)1.2倍；秸稈焚燒對(duì)全省PM2.5貢獻(xiàn)比例為3.11%(秸稈焚燒對(duì)攀枝花、西昌、馬爾康、康定4個(gè)城市影響甚微且不易識(shí)別，故本文不討論對(duì)上述4個(gè)城市的影響分析)，對(duì)PM2.5年均濃度貢獻(xiàn)1.5μg/m3。如圖5所示，秸稈焚燒對(duì)全省城市環(huán)境PM2.5年均貢獻(xiàn)范圍在0.2～3.0μg/m3，秸稈焚燒對(duì)眉山、自貢、內(nèi)江城市環(huán)境空氣PM2.5濃度影響較大，影響期間宜賓市PM2.5濃度最高，達(dá)101μg/m3，自貢、眉山分別為96.8μg/m3、96.7μg/m3；成都市受秸稈影響時(shí)間最長(zhǎng)，共持續(xù)30天。各城市生物質(zhì)集中燃燒對(duì)該城市PM2.5濃度水平影響及對(duì)全年P(guān)M2.5的貢獻(xiàn)量見圖5。

3.3.3 煙花爆竹集中燃放污染

煙花爆竹集中燃放主要發(fā)生在除夕晚上至初一凌晨，短時(shí)間內(nèi)排放大量污染物，對(duì)空氣質(zhì)量造成顯著影響。煙花爆竹集中燃放期間PM2.5平均濃度為111μg/m3，超過國(guó)家二級(jí)年平均標(biāo)準(zhǔn)濃度(35μg/m3)2倍。煙花爆竹集中燃放對(duì)全省PM2.5貢獻(xiàn)比例為0.75%，對(duì)PM2.5年均濃度貢獻(xiàn)0.35μg/m3。四川省盆地城市PM2.5濃度受煙花爆炸集中燃放影響介于24～153μg/m3之間，其中內(nèi)江、樂山、達(dá)州受影響最大，期間PM2.5平均濃度分別為153.0 μg/m3、153.0μg/m3、149.5μg/m3，對(duì)PM2.5年均濃度貢獻(xiàn)也不容小覷，短短十多個(gè)小時(shí)貢獻(xiàn)全年P(guān)M2.5濃度分別為0.57 μg/m3、0.59 μg/m3、0.53μg/m3。各城市煙花爆竹集中燃放對(duì)該城市PM2.5濃度水平影響及對(duì)全年P(guān)M2.5的貢獻(xiàn)量見圖6。

圖4 區(qū)域污染對(duì)四川盆地PM 2.5濃度水平影響及對(duì)全年貢獻(xiàn)量Fig.4 The influence of regional pollution on PM2.5 concentration in Sichuan basin and the annual contribution to PM2.5

圖5 生物質(zhì)集中燃燒對(duì)四川盆地PM2.5濃度水平影響及對(duì)全年的貢獻(xiàn)量Fig.5 The influence of biomass combustion on PM2.5 concentration in Sichuan basin and the annual contribution to PM2.5.

圖6 煙花爆竹集中燃放對(duì)四川盆地PM 2.5濃度水平影響及對(duì)全年的貢獻(xiàn)量Fig.6 The influence of the pollution caused by the setting off of fireworks on PM2.5 concentration in Sichuan basin and the annual contribution to PM2.5

4 結(jié)論與防控建議

4.1 四川盆地PM2.5污染嚴(yán)重。2015年四川盆地內(nèi)17個(gè)市(州)城市PM2.5平均濃度52.7 μg/m3。其中盆地南部PM2.5濃度最高，為63.3 μg/m3，盆地西部次之，為52.1μg/m3，盆地東北部最低，為46.8μg/m3。

4.2 空氣污染級(jí)別越重，PM2.5細(xì)顆粒物的二次轉(zhuǎn)化更加突出。嚴(yán)重污染時(shí)，PM2.5占PM10比例達(dá)76.4%；城市空氣質(zhì)量?jī)?yōu)、良時(shí)，PM2.5占PM10比例約59%。嚴(yán)重污染時(shí)PM2.5占PM10比例較優(yōu)、良空氣高約17.4%

4.3 四川省不同污染類型下PM2.5平均濃度差異較大，區(qū)域污染期間下PM2.5濃度最高，平均140.7μg/m3。區(qū)域污染、燃放煙花爆竹、秸稈焚燒等典型污染類型對(duì)四川省PM2.5年均值貢獻(xiàn)比例分別為13.62%、0.75%、3.11%，未減排狀態(tài)下非特殊污染天氣對(duì)四川省PM2.5年均值貢獻(xiàn)82.52%，貢獻(xiàn)濃度分別6.46μg/m3、0.35μg/m3、1.47μg/m3,39.22μg/m3。

4.4 當(dāng)前狀態(tài)下，我省面臨的PM2.5污染形勢(shì)，是制約生態(tài)文明建設(shè)的重要因素。將常態(tài)下的PM2.5污染控制作為重要抓手，打好藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)、建設(shè)美麗四川，是一項(xiàng)長(zhǎng)期的工作；在環(huán)境空氣質(zhì)量改善方面，短期內(nèi)要取得顯著效果，則需要在典型污染上下重功夫，加大揚(yáng)塵治理、秸稈禁燒、散亂排放等。特別是抓住關(guān)鍵月份，有針對(duì)性地采取控制措施，提前管控。秋冬季的重污染天氣應(yīng)急預(yù)警提前減排、春秋收獲季節(jié)的秸稈禁燒、秋冬季節(jié)的落葉和燒荒、春節(jié)煙花爆竹、傳統(tǒng)節(jié)日祭祀、城市建設(shè)期揚(yáng)塵整治等是PM2.5精細(xì)化管控的關(guān)鍵。