2015-2020年三江源區空氣質量變化特征研究

李春杰

摘 要：三江源區位于青藏高原腹地，相比于其他內陸地區，三江源區整體環境空氣質量相對較高，但PM10、SO2和O3污染冋題也日益凸顯，并引起學術界廣泛關注。通過采集2015—2020年三江源區國控點觀測的空氣質量數據資料，對PM2.5、PM10、CO、SO2、NO2、O3等大氣污染物特征進行分析。研究結果表明：三江源區國控點單點環境空氣質量日均值優良率為100%，空氣質量2015—2020年呈波動提高趨勢，環境空氣質量總體較高。大氣污染物主要為PM2.5、PM10、SO2、O3，其中PM2.5、PM10、SO2、O3在少數月份低于《環境空氣質量標準》的一級標準。國控點主要污染物PM2.5、PM10、NO2、SO2濃度10月至次年4月期間明顯偏高，CO濃度11月至次年2月期間明顯偏高，O3濃度在3月至7月期間明顯偏高。研究結果可為三江源區大氣污染控制提供借鑒。

關鍵詞：三江源區空氣質量大氣污染物變化特征

Abstract： The three river source area is located in the hinterland of the Qinghai-Tibet Plateau. Compared with other inland areas， the overall ambient air quality in the three river source area is relatively high. However， the problem of PM10， SO2 and O3 pollution is getting increasingly prominent and has aroused widespread concern by academia. Using air quality data observed at state-controlled points in the three river source area from 2015 to 2020， the characteristics of PM2.5， PM10， CO， SO2， NO2， O3 and other air pollutants were analyzed. The results show that the daily average excellence rate of ambient air quality at a single point controlled by the state in the three river source areais 100%， the air quality fluctuates and improves from 2015 to 2020， and the ambient air quality is generally high. The air pollutants are mainly PM2.5， PM10， SO2 and O3， among which PM2.5， PM10， SO2 and O3 are lower than the class I standard of the ambient air quality standard in a few months. The concentrations of main pollutants PM2.5， PM10， NO2 and SO2 in state control points were significantly higher from October to April of the next year， the concentration of CO was significantly higher from November to February of the next year， and the concentration of O3 was significantly higher from March to July. The results can provide reference for air pollution control in the three river source area.

Key Words： Three river source area; Air quality; Air pollutants; Variation characteristics

近年來，隨著我國城市化、工業化的不斷推進，能源需求和使用量不斷增加，環境空氣質量不斷下降，灰霾污染事件頻繁發生[1]。大氣顆粒物攜帶有毒重金屬、硫酸鹽、有機物、病毒、細菌等污染物，能直接進入人體呼吸道和肺部，影響肺部及其他器官健康[2]。作為主要大氣污染物的二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、近地層臭氧（O3）和可吸入顆粒物（PM10）已對全球太陽輻射平衡、全球氣候、水循環、生態環境、大氣能見度和人類健康產生了重要影響，并影響到人類的生存和可持續發展[3-4]。由于次生臭氧及細顆粒物的存在，大氣污染物已從局地的一次污染轉變為區域的二次污染，并顯示出多污染物共存、多污染源疊加、多尺度關聯、多過程耦合的特點[5-6]。

三江源區地處青藏高原腹地，是亞洲主要大河的發源地，具有海拔高、紫外線強、生態環境脆弱等特點，是我國乃至亞洲重要的氣候環境生態屏障[7]。在全球變化的背景下，三江源區正經歷著許多環境問題，大氣環境的改變可能會引發一系列全球性氣候環境問題[8]。由于高海拔低溫缺氧的環境，三江源區不完全燃燒產物的排放量很大，直接影響區域大氣環境。然而有關三江源區空氣質量年內及年際變化的相關研究仍鮮見于報道，本文采用三江源區國控點空氣質量觀測數據，通過數據統計的方法對大氣主要污染物做長時間序列分析，旨在闡明空氣污染物季節及年際的組成和演變特征，從而為三江源區大氣污染物來源解析和大氣污染控制提供基礎數據和決策依據。

1 研究方法

1.1研究區概況

三江源區位于青藏高原的腹地，為典型的高原大陸性氣候，氣溫年較差小、日較差大，太陽輻射強烈，日照時間長，植物生長周期短。多年平均氣溫為-5.6℃，6～9 月降水量占全年的73%，多年年平均降水量為512.7 mm。海拔高程介于4617～5352m之間，研究區多年凍土較為發育，厚度在15～130m之間，其中活動層厚度在0.8～2.5m之間。三江源地區主要植被類型為高寒草甸和高寒草原，土壤類型以高山草甸土、亞高山草甸土和高山草原土為主。研究區空氣質量在線自動監測臺站位于三江源核心地帶包括玉樹市、稱多縣、囊謙縣、雜多縣、治多縣、曲麻萊縣6市縣。

2.2數據來源

研究區現有4個國控城市環境空氣質量在線自動監測臺站，分別位于稱多縣、雜多縣、囊謙縣、玉樹縣結古鎮，監測數據均同步發布于全國環境空氣質量實時發布平臺。本文所涉及到的細顆粒物（PM2.5）、可吸入顆粒物（PM10）、一氧化碳（CO）、二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）和臭氧（O3）數據均來源于此。本文選用的數據時間范圍為2015年1月1日到2020年12月31日期間，所用數據均為4個臺站的日平均值，以監測三江源區的空氣質量整體狀況和變化趨勢為目的，參照標準《環境空氣質量指數（AQI）技術規定（試行）》（HJ 663-2012）、《環境空氣質量標準》（GB3095-2012）。空氣污染指數為0～50，空氣質量狀況屬于優。空氣污染指數為51～100，空氣質量狀況屬于良。空氣污染指數為101～150，空氣質量狀況屬于輕度污染。運用Excel 和Origin2018、SPSS16.0軟件等數理統計分析軟件，對監測數據結果進行分析處理與評價。

2 結果與分析

2.1 三江源區空氣質量年內變化分析

通過對2015—2020年各監測點月均AQI、PM2.5、PM10、CO、SO2、NO2、O3等污染物月均濃度值進行分析比較，月均AQI均達到優良標準，空氣質量整體較高。PM2.5、PM10、SO2、NO2濃度10月至次年4月期間明顯偏高[9]，與多年凍土活動層的凍結期基本一致，大氣污染物與多年凍土活動層地氣過程可能存在協同現象（表2、表3、表5、表6）。CO濃度11月至次年2月期間明顯偏高，與三江源區采暖高峰期一致，可能與燃料在低溫缺氧環境下的不完全燃燒有關（表4）。O3濃度在3～7月期間明顯偏高，與PM2.5、PM10、CO、SO2、NO2變化趨勢存在一定程度反轉的現象（表7）。三江源區環境空氣質量在7～9月份空氣質量最高，與多年凍土活動層完全融化期一致，同時7～9份也是采暖較少的月份，污染物排放量較少。SO2、O3少數月份低于《環境空氣質量標準》（GB3095-2012）中的一級標準（表5、表7）。

2.2 三江源區空氣質量年際變化分析

2015—2020年三江源區的空氣質量監測中AQI優良達標率100%，其中優占65.3%;良占34.7%，監測點AQI指數呈現波動下降的趨勢（見表1），與2016年3月中共中央辦公廳、國務院辦公廳印發《三江源國家公園體制試點方案》出臺時間基本吻合，說明政策因素對于三江源大氣環境的保護起到了促進作用。顆粒物作為我國長期主要的大氣污染物之一，是全國大氣污染防控的重點[10-11]。表3給出了2015—2020年三江源PM10質量濃度年均值變化。三江源區的PM10質量濃度年均值整體呈現波動下降趨勢，從2015年的50μg/m3降到2020年的24μg/m3， PM2.5也具有近似的規律，從2015年的19μg/m3降到2020年的8μg/m3（見表2）。PM10在2015和2017年均濃度較高，分別達到50和43μg/m3，達到《環境空氣質量標準》二級標準，其它年份均優于一級標準。PM2.5在2015、2016、2017年均分別為19、16、18μg/m3，低于一級標準。2015-2020年主要污染物為CO、SO2、NO2呈現波動下降的態勢，O3呈現上升的態勢[12-13]，說明二次污染物有上升趨勢（表4、表5、表6、表7）。

2.3污染物相關性分析

2015—2020年三江源區的空氣質量監測數據分析發現，SO2、O3個別月份出現低于《環境空氣質量標準》（GB3095-2012）一級標準的情況，CO和 NO2均優于一級標準，SO2和 NO2是形成顆粒物和 O3的重要前提物，運用Pearson相關系數法對6種主要污染物進行相關性分析。由表8可知， AQI與PM10、O3指數正相關較強說明AQI主要受PM10和O3影響，PM10跟一次大氣污染物的排放有關，O3形成過程比較復雜與太陽輻射及前體物光化學反應有關。SO2、 NO2與PM2.5顯著性正相關，NO2與SO2顯著性正相關，CO與O3顯著性負相關。偶爾低于一級濃度限值的污染物為PM2.5、PM10、SO2和O3，主要與牧區以生物質燃料、煤炭為主的能源結構有關[14-15]，低溫缺氧環境下的不完全燃燒更加劇了PM2.5、PM10、SO2、CO的排放，控制生物質燃料、煤炭使用量，使用清潔能源，可提降低PM2.5、PM10、SO2、O32、CO濃度提升三江源空氣質量，可增加優秀等級天氣日數，進一步空氣質量提升優秀率。

3 結論

本文從大氣污染物AQI 及PM2.5、PM10、CO、SO2、NO2、O3七大指標的角度，分析了三江源區空氣質量現狀，研究發現三江源區國控點單點環境空氣質量日均值優良率為100%，環境空氣質量總體較好，空氣質量在2015—2020年呈現波動提高趨勢，空氣質量的改善和三江源國家公園的建立時間吻合，說明政策因素在三江源區大氣環境保護方面的重要意義。污染物主要為PM2.5、PM10、SO2和O3，PM2.5、PM10、SO2、O3在少數月份低于《環境空氣質量標準》（GB3095-2012）中的一級標準。國控點主要污染物PM2.5、PM10、NO2、SO2濃度10月至次年4月期間明顯偏高，CO濃度11月至次年2月期間明顯偏高，O3濃度在3～7月期間明顯偏高。研究可為三江源區大氣污染控制、大氣環境保護及三江源國家公園建設提供借鑒。

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