2017～2020年采暖期沈陽市空氣質量變化研究

張 旭，甘國渝，周建利，李繼福

(濕地生態與農業利用教育部工程研究中心/長江大學 農學院，湖北 荊州 430025)

1 引言

近年來隨著東北老工業基地振興等一系列舉措，東北經濟穩定發展。沈陽是老工業城市肩負振興重任的典例，同時也是排污壓力較大的城市之一。面臨城市擴容發展與供暖排污的雙重難題，遼寧省于2018年出臺《遼寧省打贏藍天保衛戰三年行動方案(2018—2020年)》[1]，計劃到2020年全省SO2、NXOX和VOCS排放量分別比2015年下降20%、20%和10%，重點指標PM2.5濃度下降到40 μg/m3。2016年沈陽市就已提出《沈陽市2016年煤炭消費總量控制方案》[2]，計劃在2015年當量標準煤用量上削減100萬t，淘汰10 t以下工業及第三產業燃煤鍋爐。因此研究2017～2020供暖季沈陽市城區大氣環境能夠論證當前控污減排政策措施的合理性和有效性。

已有研究顯示，氣象條件如溫度、濕度和風級等對污染物的形成及其擴散存在一定影響[3～5]。因而，有效評估冬季供暖期氣象因子對沈陽市空氣質量是否有干擾，是進行交通和社會生產因子影響空氣質量的必要前提。如果當某時間段氣象條件與污染物高度相關，那就表明污染物含量受大氣條件影響較大。參照劉楓等[6]研究結果，即Pearson值0.8～1.0為極強相關性、0.6～0.8為強相關性、0.4～0.6為中相關性、0.2～0.4為弱相關性和0.0～0.2為極弱相關性。本文將對2019～2020年供暖企業生產運營情況與主要大氣污染物濃度進行對比，結合近3年的空氣質量數據，來評估交通和社會生產對沈陽市空氣質量的影響，為冬季環境治理和保護提供參考依據。

2 材料與方法

2.1 試驗設計

本文研究的供暖排放段為2020年2月1日至2020年3月31日，共60 d。同時，收集2017～2020年期間3個供暖季(當年11月至次年3月)大氣主要污染物指標，其中2017～2018年與2018～2019年供暖季設定為參照值。在數據方面，為保證數據對比的科學性和連續性，調查時間延長至當年4月份(非供暖季)，以此為基礎對比2020年供暖期中2月和3月的供暖污染指標。選擇沈陽市區內11個國控環境監測站進行數據采集，主要污染物檢測指標包括細顆粒物(PM2.5)、可吸入顆粒物(PM10)、二氧化硫(SO2)、二氧化氮(NO2)、一氧化碳(CO)和臭氧(O3)6項指標。

2.2 測定方法

PM2.5和PM10采用β射線吸收法(動態加熱DHS)——光散射法(光濁度)；SO2檢測采用脈沖紫外熒光法；NO2監測采用化學發光法、CO監測方法為氣體濾波相關紅外吸收法；O3檢測采用紫外光度法。相關評估和分類依據《環境空氣質量標準》(GB3095-2012)、《環境空氣質量指數(AQI)技術規定》(HJ 633-2012)和《環境空氣質量評價技術規范(試行)》(HJ 663-2012)等進行[7,8]。

2.3 數據處理

試驗數據用MS Excel 2019和SPSS 20計算處理和作圖，LSD法檢驗P<0.05水平上的差異顯著性。

3 結果與討論

3.1 氣象因子對空氣污染物形成與散布的影響

由圖1結果可知，PM2.5與氣溫、濕度呈正相關關系，R2值分別為0.0548、0.3778，而與風級為負相關關系，R2值為0.4302。從數值可以看出PM2.5與氣溫呈極弱相關性，與濕度呈弱相關性，與風級成中相關性。PM10與氣溫、濕度呈正相關關系，R2值分別為0.2133、0.1010，而與風級為負相關關系，R2值為0.1568。從數值可以看出PM10與氣溫呈弱相關性，與濕度呈極弱相關性，與風級成極弱相關性。SO2與氣溫、濕度呈正相關關系，R值分別為0.0063、0.0686，而與風級為負相關關系，R2值為0.3883。從數值可以看出SO2與氣溫和濕度呈極弱相關性，與風級成弱相關性。CO與氣溫、濕度呈正相關關系，R2值分別為0.0632、0.4201，而與風級為負相關關系，R2值為0.4136。從數值顯著性可以看出CO與氣溫呈弱相關性，與濕度呈中相關性，與風級成中相關性。NO2與氣溫和濕度呈正相關關系，R2值分別為0.1892、0.2027，與風級為負相關關系，R2值為0.5999。從數值可以看出NO2與氣溫呈極弱相關性，與濕度呈弱相關性，與風級成中相關性。

圖1 氣象因子與大氣污染物相關性分析

3.2 2017～2020年供暖季期間空氣質量指數變化

空氣質量指數(Air Quality Index，簡稱AQI)是定量描述空氣質量狀況的指數，其數值越大說明空氣污染狀況越嚴重，對人體健康的危害也就越大[9]。由圖2結果可知，2019～2020年度的11和12月份AQI與前兩年均值沒有顯著性差異，而到2020年1月份后快速升至141，比前兩年均值提高58.3%，這可能與春節期間人們集中居家燃放煙花爆竹有關。2020年2月份和3月份的AQI相比前兩年則明顯下降，降幅平均達到36.6%。

3.3 2017～2020年主要大氣污染物濃度變化

圖3為2017～2020年沈陽市供暖季6項主要污染物濃度變化結果。2019～2020年度供暖季空氣中PM2.5、PM10、SO2、CO和NO2五項指標較前兩年有明顯的變化。與2017～2018和2018～2019正常年份相比，2020年供暖期間污染物含量明顯下降。PM2.5(52 μg/m3、40 μg/m3)和PM10(75 μg/m3、73 μg/m3)較2019年分別下降26.8%、34.4%和26.5%、33.6%；SO2(18 μg/m3、16 μg/m3)較上年分別下降41.9%和36%；CO(0.969 mg/m3、0.7 mg/m3)較上年分別下降16.8%和26.9%；NO2(30 μg/m3、32 μg/m3)較上年分別下降28.6%和23.8%。相比而言，2020年1月份大氣污染物較往年偏高可能與1月份春節期間沈陽市城區周邊大量燃放煙花爆竹有關。2019年11月，沈陽市出臺《沈陽市煙花爆竹安全管理規定》規定2020年3月1日起擴大城市禁放區范圍。另外，隨著沈陽地區進入4月份，受東南季風影響污染物具備足夠的擴散條件，污染物指標基本處在正常水平[10]。

注：AQI數據來源于https://www.aqistudy.cn

自我國實施新的《環境空氣質量標準》(GB 3095-2012)以來，我國首次將O3列為監測指標。與其它污染物相比，O3屬于典型的二次污染物，通過煙霧和光照二次形成[11]。O3的產生與城市石化產業、交通運輸、鍋爐燃燒等工業污染源密不可分。化學反應主要通過NOX和VOCS(易揮發有機物)反應生成。從沈陽市供暖季看(圖3)，三個供暖季中O3生成幅度變化不大，O3污染生成量沒有明顯變化。在供暖季結束之后的4月份，O3含量與往季相比基本保持不變，這說明O3污染的主要來源不僅與生產排放有關，還與氮氧化物進一步化學形成有關。相關研究表明，O3質量濃度與日平均氣溫、日照時數和日蒸發量呈顯著性正相關，與日平均風速、日降水量和日平均相對濕度呈顯著性負相關[12]。因此，從結果來看，供暖季污染物排放與O3形成沒有直接的相關性。

4 結論

2019～2020年供暖期，由于社會生產和交通運輸受到極大限制，沈陽市大氣環境質量比往年有明顯改善。空氣質量主要受地面污染物總排放量的調控，與氣象因子無顯著相關性。供暖企業污染物排放量占冬季大氣環境污染物總排放量的60%～80%，且與供熱面積正相關；而社會生產和交通運輸對空氣污染物總量的貢獻占比20%～40%，集中供暖污染物排放仍是沈陽市冬季空氣污染物的主要來源。因此，從供暖視角進行節能減排仍是提高冬季空氣質量的重要措施和手段，如選用灰分少、污染物含量低的煤炭；加強供暖企業運營管理和人員培訓，科學合理投放脫硫脫硝制劑，同時，加快老舊小鍋爐的淘汰進度，加速低耗能、低排放供暖設備的市場投入量。

注：2018-2019、2019-2020大氣環境數據來源于沈陽市國控環境監測站采集數據，2017-2018大氣環境數據來源于https://www.aqistudy.cn/