株洲市區2018年空氣質量變化特征分析

胡 希，鐘學才，劉琳娜，符慧媛，彭 歡

(株洲市環境監測中心站，湖南 株洲 412000)

改革開放以來，經濟快速發展和城市擴張的同時，環境污染尤其是大氣污染問題也日益突出。煤炭燃燒產生SO2，不僅產生刺鼻味道，也是導致酸雨的重要原因；NO2還有揮發性有機物的排放導致光化學煙霧現象的產生；顆粒物引起的霧霾事件等等，均是大氣污染的重要成因[1-3]。

我國對環境空氣質量非常重視，早在1982年就發布了空氣質量標準，對總懸浮顆粒物、飄塵、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳和O3的濃度限值做出了規定，1996年增加了PM10濃度限值，2012年又增加了PM2.5濃度限值。對大氣污染問題做了相當多的研究[4-12]，汪發元[8]利用數據模型得出汽車數量、公路里程和工業化水平對城市空氣中SO2、NO2和PM10有顯著影響。徐紅霞[9]對2014-2016年山東省空氣質量變化呈明顯季節性特征，采用模型分析表明污染分別來自于省內污染氣團和北方氣團南下。王無為等[10-11]發現武漢市大氣污染空間分布特征明顯，O3郊區污染嚴重，城區顆粒物和SO2污染嚴重。夏思佳[12]對江蘇省13市O3分析發現，2013-2015年江蘇是長三角O3濃度最上升最快的區域，它的形成主要受VOCs控制。

株洲市為典型的工業城市，經濟依賴于第二產業，工業能源消耗以煤炭為主，大氣污染問題一直存在。近年來當地政府對于環境空氣質量非常重視，推行“煤改氣”措施，大力開展建筑施工場地揚塵整治、揮發性有機廢氣治理和機動車污染控制等行動，加大了對大氣污染物的管控。本研究對2018年大氣中SO2、NO2、CO、O3、PM2.5和PM10六項污染物質量濃度進行分析，重點探討了O3、PM2.5和PM10的污染特征，摸清他們的污染規律，為當地大氣污染治理和制定污染防治措施提供數據支撐和科學依據。

1 數據來源

以株洲市6個國控空氣質量自動監測評價點為研究對象，2018年SO2、NO2、CO、O3、PM2.5和PM10六項污染物質量濃度數據來自湖南省環境空氣質量監測數據管理系統。

2 結果與討論

2.1 整體污染水平及對比

SO2、NO2年均濃度和CO 95%分位年均濃度分別為18 μg/m3、33 μg/m3和1.4 mg/m3；O3-890%分位年均濃度148 μg/m3，8 h日均濃度超標率為7.4%；PM2.5和PM10年均濃度分別為45 μg/m3和71 μg/m3，分別超過空氣質量標準(GB3095-2012)二級年均限值0.29倍和0.01倍，日均值超標率為12.5%和6.1%。

較2017年相比，PM2.5和PM10質量濃度和超標率均有所降低，顆粒物污染狀況有轉好趨勢，但PM2.5日均值超標率仍達到12.5%，且最高值較2017年增加了19 μg/m3，極端重污染天氣中PM2.5的預防控制措施需要加強。O3年均濃度較2017年略有上升，日均超標率增加了1.4%。進一步對O3所引起的污染天氣進行分析，發現了由于O3污染對空氣質量達不到優良的貢獻為37%，較2017年增加了13.1%。結果說明，PM10污染有所緩解，接近達標限值，PM2.5污染有所緩解，但仍不容輕視。在預防PM2.5污染的同時，還需防范新的O3超標污染問題。

表1 主要污染物2018年和2017年質量濃度和超標率對比

2.2 月變化特征

圖1 污染物月變化的特征

排放源的變化、所采取的環境保護措施和氣候條件的變化被認為是城市空氣質量變化的主要因素，其中氣候條件在短時間內受人為干擾較少。分析了污染物的逐月濃度變化曲線，O3-8質量濃度1-4月快速上升，4-10月波動性上升，10-12月濃度迅速下降，其他5種污染物與O3-8變化趨勢剛好相反。1-4/5月濃度下降，5-8/9月在低濃度區間波動，9-12月濃度上升。與大多數城市的月變化規律基本一致，這主要與氣候條件有關，冬季易形成逆溫層，加之形成靜穩天氣，不利于污染物的擴散，光照不強，不利于O3生成；而夏季光照強烈，光化學反應強，易形成O3污染，而夏季大氣流通強，有利于污染物擴散和稀釋。

表2 主要污染物逐月超標天數情況

分析了PM2.5、PM10和O3-8逐月超標情況，發現顆粒物和O3-8超標較少重疊，PM2.5在1月和12月超標問題嚴重，近50%的時間為超標天氣。結果表明，當地政府在5-10月需重點注意臭氧污染問題，而在1-3月和10-12月需加強對于顆粒物的污染防治，尤其是1月和12月。

標準偏差和相對標準偏差可以表明污染物質量濃度的變化特征是否明顯。從表3可知，1-4月和10-12月PM2.5和PM10的標準偏差較大，而其余月份則相對較平緩，與顆粒物的月均質量濃度變化趨勢相同。這和周湘婷對長沙PM2.5和PM10日均濃度的變化研究相似[13]。當顆粒物污染較重時，同時顆粒物質量濃度的變化幅度也大，分布更加不均勻。對比PM2.5和PM10的變化幅度可知，3-5月PM10的RSD較PM2.5大，這可能與春季易受到沙塵天氣影響，PM10濃度波動更大，分布更加不均勻。

表3 2018年逐月顆粒物日均質量濃度變化情況

2.3 霧霾天氣污染特征

2018年株洲市全年共出現5次顆粒物霧霾天氣，主要發生在1月和12月，霾天氣主要污染特征見表4。

霾天氣PM2.5和PM10平均濃度為二級標準限制的2.6倍和1.7倍，PM2.5/PM10為0.78，高于全年平均值0.63，霾天氣PM2.5的污染更為嚴重。平均相對濕度達到82.1%，而風速為1.4 m/s，這與大多數研究相符，無風、高濕天氣下顆粒物易于聚集和霧氣混合在一起，而近似的無風天氣不利于污染物的擴散和去除。董婭瑋[14]對西安霾天氣氣象特征的研究，霾天氣的平均相對濕度在66.7%，風速為0.8 m/s，PM2.5/PM10為0.60。與株洲市污染氣象特征有所區別，一直以來北方較南方干燥，雨水少，相對濕度偏低，另一方面北方易形成沙塵暴污染，使得PM2.5-10在PM10中的比重有所增加。

表4 霾天氣污染特征

3 結 論

(1)2018年株洲市環境空氣PM2.5和PM10質量濃度分別超過國家年均二級標準限值10和1 μg/m3，顆粒物控制仍是該地污染管控的重點。

(2)PM2.5、PM10和O3-8為是影響空氣質量達標率的主要污染物，其中O3-8超標有加重趨勢，對空氣質量不達標率的貢獻占37%，較2017年增加13%。當PM2.5污染引起人們重視并得到治理的同時，O3污染逐漸突出，尤其是在5-10月需注重O3污染防治。

(3)污染季節性特征明顯，PM2.5在1和12月超標問題嚴重，近50%的天數出現日均值超標，且3-5月日均質量濃度PM10明顯較PM2.5波動大。