2017～2019年秦皇島市昌黎縣空氣質量評價與分析

謝新宇，閆 妍

(1 河北科技師范學院農學與生物科技學院，河北 秦皇島，066600；2 秦皇島市環境應急與重污染天氣預警中心)

空氣是人類生存環境中的重要介質，它的質量優劣與否，直接影響著人類身心健康和社會發展進程。近幾年，灰霾現象頻發，成為我國嚴重的環境問題之一[1]。隨著京津冀及周邊省份的快速發展，越來越多人口流向該地區，人口的增長更加劇了對生產生活資料的巨大需求。因此，一些高耗能、高污染企業盲目生產，并違法違規排放，導致了京津冀及周邊地區環境空氣質量惡化。同時，經由取暖、交通工具等排放途徑進入空氣中的污染物質，也導致了嚴重的空氣環境問題。很多學者對該地區的環境空氣質量狀況與污染特征、空氣質量分析、評價和預測方法等問題進行了研究[2～6]，得出了不同區域空氣首要污染物質、發生發展時段和污染趨勢等結論，具有重要參考價值。秦皇島市位于河北省東北部，依山傍海，具有豐富的旅游資源，是享譽國內外的優秀的旅游城市，被譽為“京津后花園”。然而，近年來該市的空氣質量也有所下降。有研究表明，秦皇島市空氣污染屬于典型的復合型污染，主要來源于工業廢氣、港口煤塵和機動車尾氣等方面[7,8]。昌黎縣位于秦皇島市西南部，是全國第一批沿海對外開放縣，該地區地理位置優越、人口眾多，旅游資源豐富，工業較發達。但是由于水泥、淀粉、化工等高污染企業的存在，對昌黎縣空氣質量會帶來負面影響。為此，筆者主要對河北省昌黎縣2017～2019年空氣質量、月變化情況、PM2.5與其他污染物相關性進行分析，以期對昌黎縣空氣污染防控工作提供支撐。

1 材料與方法

1.1 數據來源

根據環境空氣質量標準(GB 3095—2012)，研究對象為2017～2019年昌黎縣空氣SO2，NO2，PM10，PM2.5，CO和O3共6項指標，其監測質量濃度值來源于秦皇島市生態環境局。

1.2 首要污染物的判定

當日空氣質量指數(AQI)大于50時，最大分指數(IAQI)代表的污染物為首要污染物。

1.3 有效時間的判定

個別日期因監測數據缺失，認為無效時間，不參與統計計算。全年除去無效時間，其余為有效時間。最后確定2017年有效時間為359 d；2018年為360 d；2019年為362 d。

1.4 月平均質量濃度的計算方法

參照環境空氣質量評價技術規范(HJ 663—2013)，計算當月質量濃度的算術平均數作為月平均質量濃度。其中，CO和O3的月平均質量濃度使用excel中的percentile函數進行計算。計算CO時K值取0.95，計算O3時K值取0.9。

1.5 污染物相關性的分析方法

以PM10，O3，SO2和NO2質量濃度為自變量，以PM2.5質量濃度為因變量建立回歸方程。通過絕對系數(R2)計算相關系數(r)，并進行假設檢驗，分析變量間相關的顯著性。

1.6 數據處理與作圖

采用Microsoft Excel 2007對試驗數據進行處理并繪圖。

2 結果與分析

2.1 昌黎縣全年空氣質量狀況分析

統計結果表明：2017年，各空氣質量等級時間在全年有效時間中的占比由高到低的排列順序為：良(占54.3%)，輕度污染(占24.2%)，優(占9.7%)，中度污染(占7.5%)，重度污染(占3.6%)，嚴重污染(占0.6%)；2017年全年各首要污染物的占比由高到低的排列順序為：PM2.5(占41.5%)，PM10(占26.1%)，O3(占25.2%)，NO2(占7.0%)，SO2(占0.6%)(圖1)。2018年，各空氣質量等級時間在全年有效時間中的占比由高到低的排列順序為：良(占57.2%)，輕度污染(占19.4%)，優(占17.2%)，中度污染(占4.7%)，重度污染(占1.4%)，未出現嚴重污染天氣；2018年全年各首要污染物的占比由高到低的排列順序為：PM2.5(占39.9%)，PM10(占34.6%)，O3(占26.8%)，NO2(占1.0%)，CO(占0.3%)，SO2未作為首要污染物出現(圖2)。2019年，各空氣質量等級時間在全年有效時間中的占比由高到低的排列順序為：良(占51.9%)，優(占23.2%)，輕度污染(占17.1%)，中度污染(占5.5%)，重度污染(占1.9%)，嚴重污染(占0.3%)；2019年全年各首要污染物的占比由高到低的排列順序為：O3(占39.9%)，PM10(占32.4%)，PM2.5(占29.9%)，NO2，SO2和CO未作為首要污染物出現(圖3)。

圖1 河北省昌黎縣2017年空氣質量狀況

圖2 河北省昌黎縣2018年空氣質量狀況

圖3 河北省昌黎縣2019年空氣質量狀況

綜上：2017～2019年，昌黎縣空氣質量以良為主，達標天氣(優和良)比例分別為：64.1%，74.4%和75.1%。2017～2019年，昌黎縣環境空氣中，以PM2.5，PM10和O3為主要污染物質。

2.2 昌黎縣主要污染物隨各月份變化分析

統計結果表明：2017年，PM2.5，PM10，SO2和CO月均質量濃度最大值出現在1月份，分別為112，158，59 μg/m3和6.7 mg/m3；NO2出現在11月(66 μg/m3)；PM2.5，PM10，SO2和NO2最低質量濃度分別出現在8月(27 μg/m3)，8月(52 μg/m3)，7月(10 μg/m3)和5月(35 μg/m3)；CO在7月和8月質量濃度最低，為1.9 mg/m3；O3的最高質量濃度和最低質量濃度分別出現在6月份(244 μg/m3)和12月份(58 μg/m3)(圖4(a))。2018年，PM2.5，PM10和CO同在3月份出現最高月均質量濃度，分別為：81，130 μg/m3和3.6 mg/m3；同年11月，SO2和NO2月均質量濃度達到最高值，分別為：28，51 μg/m3；PM2.5和PM10月均最低質量濃度出現在8月份，分別為：32，61 μg/m3；SO2和NO2月均最低質量濃度出現在7月份，分別為：5，16 μg/m3；在7～8這2個月期間，CO也出現了最低平均質量濃度1.5 mg/m3；O3最大和最小質量濃度值出現在6月(218 μg/m3)和12月(60 μg/m3)(圖4(b))。2019年1月份，PM2.5，PM10，SO2，NO2和CO全部出現最高平均質量濃度，分別為：68，116，31，48 μg/m3和4.0 mg/m3；PM2.5和PM10的最低平均質量濃度出現在8月份，為24，39 μg/m3；NO2和CO分別在7月和6月出現最低質量濃度，為21 μg/m3和1.3 mg/m3；O3質量濃度最大值和最小值出現在5月(218 μg/m3)和12月(52 μg/m3)(圖4(c))。

圖4 河北省昌黎縣2017～2019年主要污染物月平均質量濃度變化情況 圖5 河北省昌黎縣2017～2019年PM2.5與其他污染物的關系

2017～2019年，顆粒物PM10和PM2.5變化規律較同步，呈現先下降后升高的特點。由于PM2.5是PM10的一部分，因此PM2.5質量濃度低于PM10。2種顆粒物質量濃度均高于SO2和NO2。這是SO2和NO2在大氣化學機制作用下，轉化形成氣溶膠的結果。對于2種氣態污染物SO2和NO2而言，在夏季質量濃度較低，冬季較高。SO2質量濃度低于NO2。2019年，2者隨各月份的變化幅度較小。O3表現出與其他污染物質不同的變化規律：夏季質量濃度較高，冬季較低。CO與NO2同為機動車尾氣的主要成分，所以保持相近的變化趨勢。

2.3 顆粒物PM2.5與其他污染物相關性分析

2017～2019年，對昌黎縣空氣中PM2.5質量濃度與其他污染物質質量濃度關系進行分析(圖5)。分析表明：2017～2019年，PM2.5與其他污染物相關系數排序呈現相同規律：∣rPM10∣>∣rNO2∣>∣rSO2∣>∣rO3∣(表1～表3)。對相關系數進行假設檢驗，2017～2019年，∣rPM10∣>α0.01(=0.180)，∣rNO2∣>α0.01(=0.180)，∣rSO2∣>α0.01(=0.180)；∣rO3∣<α0.05(=0.153)。由此說明，PM2.5與PM10，SO2和NO2呈顯著正相關，且與PM10相關性最好。在氣態污染物中，與NO2相關性最好；PM2.5與O3不存在顯著的線性相關。

表1 河北省昌黎縣2017年PM2.5與其他污染物相關性分析

表2 河北省昌黎縣2018年PM2.5與其他污染物相關性分析

表3 河北省昌黎縣2019年PM2.5與其他污染物相關性分析

3 結論與討論

根據環境空氣質量指數(AQI)技術規定(HJ 633—2012)，當0≤AQI≤50時，空氣質量為優，空氣質量令人滿意，基本無空氣污染；當51≤AQI≤100時，空氣質量為良，空氣質量可接受，但某些污染物可能對極少數異常敏感人群健康有較弱影響。空氣質量為優和良時，認為是達標時間。本次研究中，昌黎縣空氣達標時間比例由2017年的64.4%上升至2019年的75.1%，說明昌黎縣空氣質量持續改善。2019年，O3成為了首要污染物，時間比例接近40%，這一結果說明，污染防控的重點應該由顆粒物控制轉為對O3和顆粒物的聯合防控。

2017～2019年，空氣中PM2.5，PM10，SO2和NO2的月均最高質量濃度值都呈現逐年下降的趨勢，這也印證了昌黎縣政府對大氣污染防治力度逐年加大，做到了精準治污、精細化管控。除O3外其他5種污染物質的月均最高質量濃度集中出現在1月份、11月份和3月份，說明冬季燃煤取暖對污染物的產生有一定貢獻率。同時，冬季由于受大氣邊界層高度、靜穩天氣指數、風向風速等氣象要素的影響，不利于污染物擴散。O3月均質量濃度最大值出現在5月和6月，與前人研究結果相似[9]。這主要是受到溫度、太陽輻射強、日照時間等因素影響。在氣溫高、濕度低，并且陽光輻射強烈的氣象條件下，空氣中產生的自由基促使以O3為主的光化學煙霧的生成，因此，夏季O3污染嚴重。

有研究表明，PM2.5與O3的生成存在著復雜的聯系，二者不僅具有共同的前體物，而且在大氣中通過多種途徑相互影響[12,13]。因此，PM2.5與O3并不存在絕對的正相關或負相關。

通過本次研究，得到以下結論：2017～2019年，昌黎縣空氣質量持續改善。空氣污染防控的重點應該由對顆粒物控制轉為對O3和顆粒物的聯合控制，并且冬季的防控重點是顆粒物，夏季的防控重點是O3。控制PM10和NO2的排放，可以較好抑制PM2.5的產生。