估算集中燃放期間污染物貢獻

咸陽環境科學研究院有限責任公司 樊林，王帥，強浩，陳妮

燃放煙花爆竹是春節期間的習俗，過程中會釋放大量的重金屬、顆粒物、二氧化硫和氮氧化物等污染物，導致空氣質量快速惡化[1-2]，大量集中燃放煙花爆竹加劇了空氣污染程度，長時間停留在空氣中的污染物對人體健康有較大影響。目前較多研究對春節期間燃放煙花爆竹的理化性質、粒度分布、來源解析等進行研究[3]，但對PM2.5貢獻定量的描述不多。近幾年來，部分學者采用相對比值法評估煙花爆竹燃放的貢獻。Pang通過對比PMF和基于特定方程的相對比值法對煙花爆竹對環境的貢獻進行了定量評價結果發現兩者結果相似。Han等利用Mg/Al比值法估算北京地區礦物氣溶膠中外來源和本地源的相對貢獻量。咸陽地區對于煙花爆竹燃放對空氣質量的定性和定量研究很少，興平市是典型的咸陽地區工業城市，顆粒物污染水平處于咸陽市嚴重地區之一，春節期間重污染天氣頻發，目前很少有研究對其春節期間污染特征和定量解析進行描述。該研究對興平市近三年春節期間（臘月二十八至正月初五）的顆粒物和氣態污染物濃度、相關性、氣象條件等污染特征進行定性分析，并量化估算春節前后污染物濃度的貢獻值，為春節期間大氣污染防治提供基礎依據。

一、數據來源及方法

本文選取咸陽市興平市近三年環境空氣質量實時監測數據。春節期間選取時間為臘月二十八至正月初五，集中燃放期為除夕18:00-初一14:00，其余時間為非集中燃放期。采取PM2.5與CO比值法定量估算煙花爆竹燃放對大氣污染物的影響。

式中：C為煙花爆竹集中燃放期煙花爆竹燃放對污染物M的貢獻量，單位為μg/m3；M為集中燃放期間污染物的濃度，單位為μg/m3；CO為集中燃放期間CO的濃度，單位為μg/m3；N和CO非分別為非燃放期污染物M和CO的平均濃度，μg/m3；R為集中燃放期間煙花爆竹對污染物M的貢獻率（%）。

二、結果與討論

（一）空氣質量污染總體情況

2019-2021年春節期間空氣質量級別變化如表1所示，可以看出近三年春節期間首要污染物均為PM2.5，空氣質量級別基本呈現“倒V”形變化，即“中度污染-重度污染—嚴重污染—良”的變化趨勢，因此春節期間主要是細顆粒物導致重污染天氣的發生。

表1 2019-2021年春節期間空氣質量級別變化

（二）氣象分析

春節期間污染的重要因素有煙花爆竹的燃放強度及氣象條件。較多研究認為高相對濕度與PM2.5呈現正相關，高濕度條件時可能更容易導致水溶性離子的轉化，此外風速較低時污染物不易擴散，也會造成污染物累積。

從氣象條件狀況來看，2021年春節期間風速較小，靜風風頻較高，小于1級風的頻次為94.8%，2020年次之為81.9%，2019年為71.9%，受靜穩狀態天氣影響，污染物易于累積，不利于擴散和清除。2020年春節期間濕度大于70%的占比達69.8%，2021年次之為38.9%，2019年僅為4.5%。2021年除夕、正月初一風速、濕度均相對較小，因此主要來源于煙花爆竹的一次源排放，而2020年PM2.5高值與高濕靜穩的氣象因素相關性更大。

圖1 春節期間風速、濕度分析對比圖

表2 2019-2021年集中燃放期煙花爆竹燃放對污染物的貢獻

（三）集中燃放期間污染物濃度變化

集中燃放的時段為除夕18時至正月初一14時，2021年相比前兩年同時段濃度峰值更高。集中燃放時段嚴重拉高春節期間各指標均值。其中集中燃放對PM2.5的貢獻最大，三年分別拉高春節期間整體均值153.62%、59.34%、160.68%，其次為PM10、SO2。Yao的研究表明上海的PM2.5濃度在節日前夕的幾個小時內增加了10倍以上，平均貢獻率為51.9%，最大小時貢獻率為90.5%。

（四）集中燃放煙花爆竹貢獻量估算

目前對于煙花爆竹燃放對大氣污染物的貢獻常采用PM2.5/CO比值法進行估算。集中燃放期間NO2和CO濃度變化較小，而CO變化更為穩定，因此該研究選取CO為基準參照污染物，評估分析對PM10、PM2.5、SO2的貢獻值。該方法假設非集中燃放期間無煙花爆竹現象和顯著的氣團傳輸現象發生。2021年集中燃放期煙花爆竹對PM2.5、PM10、SO2的貢獻量分別為165.1,126.2,17.2μg/m3，貢獻率分別為54.9%，36.4%，45.7%，較2020年集中燃放期分別上升了28.3%，11.9%，32.5%，較 2019年 分 別 上 升 了 5.9%，-7.8%，31.6%。2019年、2021年集中燃放煙花爆竹對PM2.5的貢獻在50%左右，這和Kong等人的研究結論較為一致。2020年由于人為活動大幅減少和興平市煙花爆竹管控力度較大，煙花爆竹對顆粒物的貢獻率處于25%左右。綜上，對于煙花爆竹的禁燃管控可有效較低春節期間大氣污染物的濃度。

三、結論

（1）春節期間污染峰值主要集中在臘月二十九至正月初二，污染過程主要以細顆粒物為主，燃放煙花爆竹會短時間內促使各污染物濃度大幅升高。

（2）靜穩、高濕狀態不利的氣象條件，導致污染物易于累積；2021年擴散條件相對較差，靜穩天氣顯著，除夕、正月初一濕度相對較小，因此主要來源于煙花爆竹的一次源排放，而2020年PM2.5高值與高濕靜穩的氣象因素相關性更大。

（3）集中燃放階段嚴重拉高春節期間內指標均值，集中燃放對PM2.5的貢獻最大，三年分別拉高春節期間整體均值 153.62%、59.34%、160.68%，其 次 為PM10、SO2。

（4）2021年集中燃放期煙花爆竹燃放對PM2.5、PM10、SO2的貢獻處于40%-50%左右，貢獻量處于三年中最大，分別為165.1、126.2、17.2μg/m3，因此對煙花爆竹的禁燃管控可有效降低春節期間大氣污染物的濃度。