文昌市2019 年大氣污染物特征分析

宿少鋒，薛楊，杜珊，王小燕，林之盼，雷湘齡

1.海南省林業(yè)科學(xué)研究院(海南省紅樹林研究院)，海南海口571100；2.海南大學(xué)林學(xué)院，海南海口570000

隨著中國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)建設(shè)步伐的加快，大氣污染物排放量明顯增多，大氣質(zhì)量安全成為公眾關(guān)注的重心和焦點[1-4]。目前，對大氣污染相關(guān)研究主要集中于中國北方城市[5]，特別是北京、天津、上海、鄭州等人口密度大、工業(yè)發(fā)達、交通便利的一線城市。Zhang 等[6]通過對中國190 個主要城市大氣污染物特征研究發(fā)現(xiàn)，PM2.5 是大氣污染的主要污染物，PM2.5 污染與多種污染物排放相關(guān)，尤其是冬季，煤炭使用與汽車尾氣成為主要排放源。近年來，南方沿海地區(qū)也陸續(xù)開展大氣污染物監(jiān)測研究，張雪梅[7]2015 年對廣州市某區(qū)氣態(tài)污染物進行研究分析，PM2.5 與SO2、CO、NO2、O3全年質(zhì)量濃度存在一定的線性正相關(guān)關(guān)系。梁娟珠等[8]2015 年對福州市大氣污染空間分布特征進行研究發(fā)現(xiàn)，污染物高濃度區(qū)主要集中于主城區(qū)中心和近郊區(qū)，受工業(yè)和人口密集影響。

文昌市位于海南省東北部，東、南、北三面臨海，是中國第4 座航天之城，也是海南省重要的旅游城市之一。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和城鎮(zhèn)化建設(shè)的擴張，以及城市人口的急劇增加，機動車保有量的持續(xù)增加，文昌市生態(tài)狀況和環(huán)境質(zhì)量也面臨著巨大的壓力。通過對文昌市主要大氣污染物的污染水平及變化規(guī)律進行研究，探析文昌市大氣污染物的時空變化特征，對于文昌市大氣污染預(yù)防具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

文昌市2019 年6 種大氣主要污染物(PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2和O3)濃度來自文昌市環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測站統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

主要污染物日變化數(shù)據(jù)來源于實測數(shù)據(jù)平均值，前3 個季度變化幅度不大，研究以第4 季度的平均值加以說明。

1.2 空氣質(zhì)量分數(shù)

空氣質(zhì)量指數(shù)級別根據(jù)表1 規(guī)定進行劃分。

表1 空氣質(zhì)量指數(shù)及相關(guān)信息Tab.1 Air Quality Index and related information

1.3 污染負荷系數(shù)

空氣污染負荷系數(shù)[9]為各類大氣污染物對空氣綜合污染程度的大小。

其中，Ci為第i 種污染物濃度；Si為第i 種污染物的二級空氣質(zhì)量評價標準；Fi為污染負荷系數(shù)，F(xiàn)i值表示該污染物對空氣質(zhì)量的影響程度大小。

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用Microsoft Office Excel 2010 進行數(shù)據(jù)整理，使用Orgion8.0 軟件進行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 文昌市2019 年大氣污染物特征

根據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》(GB3095-2012)和《環(huán)境空氣質(zhì)量評價技術(shù)規(guī)范(試行)》(HJ663-2013)評價要求，2019 年，文昌市空氣質(zhì)量有效監(jiān)測天數(shù)為365d(表2)，空氣質(zhì)量總體優(yōu)良，優(yōu)良天數(shù)比例為96.7%，其中優(yōu)級天數(shù)比例為77.5%，良級天數(shù)比例為19.2%，輕度污染天數(shù)比例為3.3%，無中度污染和重度污染，6 種大氣污染物中主要污染物為臭氧(O3)，超標污染物為O3。SO2、NO2、PM10、PM2.5 濃度和CO 特定百分位濃度值達到國家一級標準，O3特定百分位濃度值達到國家二級標準，空氣質(zhì)量達標。

表2 文昌市2019 年主要污染物特征Tab.2 Characteristics of main pollutants in Wenchang City in 2019

2.2 文昌市2019 年大氣污染物季度變化特征

文昌市2019 年大氣主要污染物特征具有明顯的季度變化（圖1），6 種主要大氣污染物均表現(xiàn)為第4 季度最大，不同的是大氣PM2.5、PM10 污染物濃度季度變化呈現(xiàn)為第4 季度＞第1 季度＞第3 季度＞第2 季度，大氣CO、NO2污染物濃度季度變化呈現(xiàn)為第4 季度＞第1 季度＞第2 季度＞第3 季度。文昌市大氣PM2.5、PM10、CO、NO2等4 種主要污染物濃度均為第1、4 季度最高，主要受2 方面影響：一方面是受海洋性季風(fēng)氣候影響，冬季多為偏北風(fēng)，會把湛江一帶的大氣污染物帶入文昌市，造成污染物濃度上升；另一方面是由于候鳥型人口入住文昌，增加了文昌市化石燃料的使用和車輛尾氣的排放，從而導(dǎo)致污染物上升。

SO2和O3濃度季節(jié)變化與其它4 種污染物不同，雖然也是在第4 季度呈現(xiàn)最大值，但這2 種大氣污染物在第3 季度濃度明顯高于第1 季度。

圖1 文昌市2019 年大氣污染物濃度特征Fig.1 Concentration characteristics of air pollutants in Wenchang City in 2019

2.3 文昌市2019 年主要污染物污染負荷系數(shù)變化

大氣污染是受多種氣體污染物共同作用的結(jié)果，為更好的評價大氣污染物對空氣質(zhì)量的貢獻度，主要采用大氣污染負荷系數(shù)進行評價。通過對4 個季度大氣污染物負荷系數(shù)計算可以看出(圖2)，文昌市2019 年大氣污染物負荷系數(shù)中，O3、PM2.5 以及PM10 這3 種大氣污染物負荷系數(shù)占比較高，尤其是O3占比達到30%左右，其次為PM2.5 和PM10，占比分別在20%左右，SO2最小，占比為5%。PM2.5 和PM10污染負荷系數(shù)在第1、4 季度占比明顯增加，對空氣質(zhì)量影響度較大，屬潛在污染源。除PM2.5 和PM10外，其它4 種大氣污染物負荷系數(shù)無明顯季節(jié)差異，O3為文昌市大氣污染主要污染源。

圖2 文昌市2019 年大氣主要污染物負荷系數(shù)季度變化Fig.2 Seasonal changes in the load coefficient of major air pollutants in Wenchang City in 2019

2.4 文昌市2019 年大氣污染物的日變化特征

圖3 為文昌市6 種大氣主要污染物日變化特征，PM2.5 濃度介于26μg·m-3～45μg·m-3之間，PM10 濃度介于35μg·m-3～85μg·m-3之間，PM2.5 及PM10 濃度變化趨勢一致，均在上午8：00～10：00、下午18：00～20：00 出現(xiàn)峰值，這主要受上下班峰潮汽車流動性大和居民化石燃料使用共同影響所致。

文昌市大氣O3濃度介于71μg·m-3～125μg·m-3之間，O3濃度日變化特征呈單峰型變化特征，最高值出現(xiàn)在下午16：00。O3屬于二次污染物，受太陽輻射強度、碳氫化合物和氮氧化物的綜合作用影響[10]，夜間輻射強度弱，O3濃度較低，上午8：00，隨著輻射強度的增強，O3濃度呈消耗狀態(tài)，在上午10：00 達到消耗最大值，隨后O3濃度逐漸升高，在下午16：00 達到最大值。O3濃度與NO2濃度呈負相關(guān)關(guān)系，隨著O3濃度的上升，NO2濃度呈下降趨勢，在上午9 時左右達到峰值，與PM2.5 和PM10 濃度達到峰值時刻一致，這主要也由上下班汽車尾氣排放量增加所致。

文昌市大氣SO2濃度介于6μg·m-3～11μg·m-3之間，變化幅度較小，文昌市屬旅游型城市，重工業(yè)較少，第三產(chǎn)業(yè)發(fā)達，因此產(chǎn)生的廢氣SO2較少。大氣CO 濃度介于0.553μg·m-3～0.866μg·m-3之間，呈雙峰型變化特征，峰值出現(xiàn)在中午13 時和下午19 時，這與日間車流量的增加，導(dǎo)致交通擁堵以及家庭烹飪?nèi)剂喜煌耆紵幸欢ǖ年P(guān)系。

圖3 大氣主要污染物日變化特征Fig.3 Daily variation characteristics of major air pollutants

3 結(jié)論

文章通過對2019 年文昌市大氣主要污染物主要特征進行分析研究發(fā)現(xiàn)：

（1）文昌市空氣質(zhì)量總體優(yōu)良，優(yōu)良天數(shù)比例為96.7%，其中優(yōu)級天數(shù)比例為77.5%，良級天數(shù)比例為19.2%，輕度污染天數(shù)比例為3.3%，無中度污染和重度污染，大氣污染主要污染物是O3，大氣PM2.5、PM10、NO2、CO、SO2等5 種污染物均達到國家一級排放標準。

（2）文昌市大氣主要污染物存在明顯的季節(jié)變化，6 種污染物第4 季度濃度值均為最大，其中O3濃度輕度污染也出現(xiàn)在第4 季度。

（3）大氣污染物負荷系數(shù)中O3、PM2.5 以及PM10這3 種大氣污染物負荷系數(shù)占比較高，總比例達到70%以上，是大氣污染源的主要因素。

（4）文昌市6 種大氣污染物存在明顯的日變化特征，在早8：00～10：00 和下午16：00～19：00 出現(xiàn)峰值，這與機動車尾氣排放、化石燃料燃燒和氣象條件有關(guān)。