廣安市大氣污染物濃度特征分析

李艷，黎云祥，權(quán)秋梅

（西華師范大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，四川南充637002）

引言

大氣污染是指人們?cè)谌粘５纳a(chǎn)勞動(dòng)過程中產(chǎn)生的各種廢棄物并排放至大氣環(huán)境中，超過環(huán)境的所能容納污染物的閾值，引起大氣的質(zhì)量發(fā)生改變，從而使人們的日常生活和工作以及周圍的生態(tài)環(huán)境遭到嚴(yán)重的影響和破壞。大氣污染問題已經(jīng)嚴(yán)重影響了我國的社會(huì)發(fā)展及人們的日常生活和工作，成為各界人士廣大關(guān)注和爭議的話題之一。王琳[1]等對(duì)匯川區(qū)大氣污染物特性進(jìn)行了分析以及對(duì)防治措施研究；常毅[2]等對(duì)蘭州城市大氣中PM10污染特征進(jìn)行了研究；林靜怡[3]等對(duì)重慶市大氣污染物分布特征及影響因素進(jìn)行分析；王玉祥[4]等對(duì)泰州市2013?2017年大氣污染特征及潛在來源進(jìn)行了分析；杜娟[5]等分析了綿陽市的臭氧和顆粒物變化特征以及相關(guān)性分析；曹楊[6]等對(duì)成都市的大氣污染特征進(jìn)行了分析；Hui Song[7]等對(duì)山西省的空氣污染特征、健康風(fēng)險(xiǎn)及來源進(jìn)行了分析；Guo Meng?Meng[8]等分析了鄭州市空氣污染特征及氣象條件分析。

大氣污染防治和治理是國家關(guān)注、人民關(guān)心的大事，是保護(hù)自然生態(tài)環(huán)境、維護(hù)群眾切身利益、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要要素。2015年，我國的所有省內(nèi)的報(bào)告均涉及到大氣污染治理的方面，說明從中央到政府，大氣污染防治與治理理念越發(fā)成熟。近年來，廣安市大力開展關(guān)于大氣污染治理等方面的工作，狠抓建筑揚(yáng)塵、工業(yè)污染、燃煤鍋爐等各項(xiàng)重點(diǎn)領(lǐng)域的專項(xiàng)整治，效果比較突出。然而隨著廣安市工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的進(jìn)程加快以及經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，環(huán)境空氣質(zhì)量逐漸降低，這一突出的問題，嚴(yán)重影響廣安市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，已經(jīng)成為制約社會(huì)發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定的因素之一。

1 數(shù)據(jù)來源與分析方法

1.1 監(jiān)測(cè)布點(diǎn)

廣安市環(huán)境監(jiān)測(cè)站分別在主城區(qū)設(shè)立了廣電花園監(jiān)測(cè)站站點(diǎn)、市委監(jiān)測(cè)站站點(diǎn)、北辰小學(xué)監(jiān)測(cè)站站點(diǎn)、小平舊居監(jiān)測(cè)站站點(diǎn)、友誼中學(xué)監(jiān)測(cè)站站點(diǎn)5個(gè)環(huán)境大氣常規(guī)檢測(cè)點(diǎn)。以這四個(gè)站點(diǎn)的2018?2020年的1?8月的大氣監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為依據(jù)。

1.2 數(shù)據(jù)來源

此次選取了廣安市2018?2020年的1?8月的大氣監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)因子有AQI、PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2、O3，數(shù)據(jù)來源于中國空氣質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)分析平臺(tái)（https://www.aqistudy.cn/）。中國空氣質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)分析平臺(tái)是公益性質(zhì)的軟件平臺(tái)，目前收錄了全國367個(gè)城市的天氣信息數(shù)據(jù)，具體包括AQI、PM2.5、PM10、S02、N02、O3、CO、溫度、濕度、風(fēng)級(jí)、風(fēng)向、衛(wèi)星云圖等監(jiān)測(cè)項(xiàng)，所有數(shù)據(jù)每隔1小時(shí)自動(dòng)更新一次。

1.3 分析方法

本文使用Excel表格對(duì)大氣污染物濃度進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及整理，運(yùn)用origin 2018軟件繪圖，分析廣安市的空氣質(zhì)量指數(shù)變化的特征，廣安市的各項(xiàng)主要大氣污染物的年變化特征、月變化特征；利用SPSS 23.0對(duì)廣安市大氣污染物的月均濃度進(jìn)行Pearson相關(guān)分析，分析春節(jié)及疫情防控期間污染物的變化趨勢(shì)。

2 結(jié)果與討論

2.1 空氣質(zhì)量變化特征

根據(jù)2018?2020年1?8月的空氣質(zhì)量等級(jí)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表1所示。2018年中有兩天空氣被重度污染，空氣質(zhì)量指數(shù)在201～300之間，是3年中重度污染天數(shù)最多的。根據(jù)大氣污染物的濃度限值，二氧化硫在24小時(shí)內(nèi)平均濃度至少在800μg/m3以上，PM10在24小時(shí)的平均濃度至少在350μg/m3以上，PM2.5在24小時(shí)的平均濃度至少在150μg/m3以上。此時(shí)患有心臟病和肺病患者癥狀顯著加劇，運(yùn)動(dòng)耐受力降低；健康人群普遍出現(xiàn)癥狀。兒童、老年人以及患有心臟病和呼吸系統(tǒng)疾病的患者應(yīng)避免長時(shí)間和高強(qiáng)度的戶外鍛煉，普通人群應(yīng)減少戶外運(yùn)動(dòng)[9]。2018年和2019年都有中度污染天數(shù)，此時(shí)空氣質(zhì)量指數(shù)在151～200之間，且基本上都發(fā)生在1月份。2020年的空氣質(zhì)量等級(jí)為優(yōu)的天數(shù)最多，2018年的空氣質(zhì)量為良的天數(shù)最多，其中2018年的空氣質(zhì)量指數(shù)為優(yōu)、良的天數(shù)占8個(gè)月的87.2%，2019年空氣質(zhì)量為優(yōu)、良的天數(shù)達(dá)81.5%，2020年的空氣質(zhì)量為優(yōu)、良的天數(shù)占89.3%，是三年中空氣質(zhì)量最好的。

表1 廣安市2018?2020年1?8月空氣質(zhì)量等級(jí)分布（單位：天）

如圖1所示，2018?2020年，1月份的AQI數(shù)值是8個(gè)月中普遍最高的，2018年1月達(dá)到94，2019年1月高達(dá)101，2020年1月AQI為71。2018年和2019年AQI比2020高，其中2018年和2019年1月的AQI高的可能原因有：一是春節(jié)期間的往返車輛增加，城區(qū)的某些時(shí)段、部分區(qū)域出現(xiàn)擁堵現(xiàn)象，城區(qū)的汽車尾氣污染明顯；二是雖然政府在春節(jié)前加強(qiáng)了管控力度，但違規(guī)熏制腌臘制品、燃放煙花爆竹、露天焚燒秸稈及垃圾的現(xiàn)象時(shí)常發(fā)生，造成城區(qū)區(qū)域污染。而2020年1月因?yàn)樾鹿谝咔榈挠绊懀錆h被封城，人們被限制出入，人群活動(dòng)量大幅度降低，從而減少了汽車尾氣的排放，春節(jié)期間的鞭炮與煙花的燃放大幅度減少，所以1月的AQI比2018年和2019年的低。但由于廣安市1月的天氣以多云為主，冷空氣的活動(dòng)強(qiáng)度較弱，且活動(dòng)頻數(shù)偏少，不利于大氣污染物向四周擴(kuò)散、和污染物的稀釋與消解，導(dǎo)致我市1月的AQI數(shù)值比其他月份較高。2018年和2019年的AQI數(shù)值呈U型分布，2020年5月的AQI數(shù)值達(dá)到最大。主要原因是5月份溫度高，主城區(qū)出現(xiàn)了7天的臭氧污染，導(dǎo)致環(huán)境空氣質(zhì)量的優(yōu)良率較2018年和2019年同期的優(yōu)良率顯著降低；同時(shí)城區(qū)及周邊的秸稈露天焚燒等現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，導(dǎo)致個(gè)別時(shí)段、個(gè)別監(jiān)測(cè)布點(diǎn)的顆粒物濃度顯著上升[10]。

圖1 廣安市2018?2020年AQI的月變化特征

2.2 年濃度變化特征

廣安市的大氣污染物的年平均濃度嚴(yán)格執(zhí)行《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095?2012）的二級(jí)濃度限值，如表2所示。

表2 環(huán)境空氣污染基本項(xiàng)目濃度限值

圖2是廣安市2018?2020年的1?8月份的6項(xiàng)基本大氣污染物年度變化情況，各污染的二級(jí)濃度限值如表2所示。如圖2所示，污染物SO2、NO2、O3?8h、CO的年均濃度均在二級(jí)濃度限值之下，而2018年的PM2.5和PM10超過二級(jí)濃度限值，所以未達(dá)標(biāo)。主要原因是2018冬季天氣寒冷、大氣層結(jié)穩(wěn)定，不利于顆粒物的排放，使得年平均濃度超過二級(jí)限值。SO2、PM2.5、PM10、NO2、CO的年平均濃度都是呈下降趨勢(shì)，且下降趨勢(shì)差不多，說明環(huán)境空氣質(zhì)量在逐年變好。O3的年平均濃度雖然都在在二級(jí)濃度限值以下，未超標(biāo)，但2020年的O3濃度相對(duì)2019年的O3濃度有所上升，說明O3污染的問題還沒有得到明顯的解決，需要加強(qiáng)臭氧污染控制措施。2018年的主要污染物是PM2.5和PM10，2019年和2020年的大氣年均濃度均達(dá)標(biāo)，空氣質(zhì)量好。

圖2 廣安市2018?2020年污染物的年變化特征

2.3 月濃度變化特征分析

對(duì)2018?2020年1?8月份的PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2、O3等大氣污染物濃度進(jìn)行月均分析，結(jié)果如圖3所示。

圖3 廣安市2018?2020年污染物的月變化特征

如圖（a）～（f）可知，2018年的大氣污染物PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2等普遍比2019年和2020年高，3年內(nèi)的PM2.5、PM10、CO等污染物濃度呈下降趨勢(shì)。原因是冬季濕度大，日照少，冷空氣活動(dòng)頻數(shù)大，不利于大氣顆粒物向四周擴(kuò)散，春節(jié)期間來返回城回家等產(chǎn)生許多汽車尾氣和道路揚(yáng)塵，使得PM2.5、PM10、CO等大氣污染物比其他月份較高[4]。對(duì)2020年大氣各項(xiàng)污染物濃度與2018年和2019年的進(jìn)行對(duì)比分析，可知：（1）PM2.5、PM10的變化趨勢(shì)是類似的，都是呈下降趨勢(shì)。在1?8月中，2018年的PM2.5、PM10平均濃度是最高的，2020年的平均濃度是最低的。從圖（a）和（b）中可以看出，2018年和2019年的1月份的PM2.5、PM10濃度差不多，但2020年1月份PM2.5、PM10的濃度大幅度降低。說明在2020年1月突然爆發(fā)的疫情期間，人們被限制在家，減少了機(jī)動(dòng)車尾氣的排放和道路與建筑揚(yáng)塵，有些工廠被迫停業(yè)，使大氣顆粒物的排放量有所降低。（2）如圖（c）所示，SO2的濃度趨勢(shì)呈中間高、兩端低的趨勢(shì)，2020年濃度在5月份達(dá)到最大值，2018年和2019年的最大值在3月份出現(xiàn)，但濃度都是逐年降低，說明大氣污染防控治理越來越好。（3）從圖（d）可以看出，2018年和2019年CO的濃度呈中間低、兩端高的趨勢(shì)，但整體趨勢(shì)升降都不明顯，2020年的CO濃度整體呈下降趨勢(shì)，3年的濃度都在1月份達(dá)到最大值。主要原因是1月春節(jié)期間，人們?cè)诩疫^年，采暖、爐灶的使用會(huì)增加大氣中的CO濃度。（4）如圖（e）可知，3年的NO2濃度最大值都出現(xiàn)在1月份。其原因是1月份正是春節(jié)期間，大量在外務(wù)工人員返回自己的家鄉(xiāng)，城市機(jī)動(dòng)車尾氣大量的排放，以及鍋爐廢氣的排放，都是引起一月份的NO2濃度比其他月份高的原因。（5）由圖（f）可以看出，O3的濃度趨勢(shì)在1?8月份大致呈現(xiàn)先上升、后下降的趨勢(shì)。主要原因是4月份氣溫逐漸上升，大氣中的氮氧化物和揮發(fā)性有機(jī)物經(jīng)光照發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生，造成大氣中的臭氧濃度上升的趨勢(shì)[6]。

2.4 污染物濃度相關(guān)性分析

大氣中的各類污染物之間，存在著一定的聯(lián)系。研究各項(xiàng)污染物之間的相關(guān)性，對(duì)于開展廣安市大氣污染物的相關(guān)防治有著重要的作用。本研究利用SPSS 23.0對(duì)廣安市的6項(xiàng)大氣污染物的月均濃度進(jìn)行了Peasron相關(guān)性分析。分析結(jié)果如表3所示，PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2之間的相關(guān)關(guān)系均為正相關(guān)。PM2.5和PM10的相關(guān)系數(shù)為0.966，兩者的相關(guān)性屬于極強(qiáng)相關(guān)，表明粒徑不相同的顆粒物的排放存在一定的協(xié)同性。PM2.5和PM10與CO的相關(guān)系數(shù)分別為0.904、0.894，二者分別的相關(guān)性也屬于極強(qiáng)相關(guān)，說明表明廣安市大氣污染物中的PM2.5、PM10與CO具有協(xié)同性[11]。而O3污染物與其他五類污染物都成負(fù)相關(guān)關(guān)系，其中與NO2的負(fù)相關(guān)性較高，主要原因是人類生產(chǎn)活動(dòng)排放的NO2等一次污染物經(jīng)光化學(xué)反應(yīng)可有效促進(jìn)二次污染物O3的產(chǎn)生。

表3 廣安市6種大氣污染物相關(guān)性分析

2.5 春節(jié)及疫情防控期間空氣質(zhì)量變化分析

本文研究春節(jié)期間的日期是2020年1月20日?2月8日（臘月二十六至正月十五），搜集這20天的大氣日監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)[12]，與2018年和2019年的臘月二十六至正月十五的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比，分析空氣質(zhì)量指數(shù)和污染物濃度的日變化特征。如圖4所示：

圖4 2019?2020年臘月二十六至正月十五的AQI的日變化特征

從AQI指數(shù)數(shù)值分析，2019年和2020年春節(jié)期間的污染天數(shù)比例為15%，主要是輕度污染3天，其他日子的空氣質(zhì)量均在二級(jí)以上，空氣質(zhì)量較好；2018年春節(jié)期間的污染天數(shù)比例為10%，主要是2天的輕度污染。從圖4可以看出，2018年的AQI平均數(shù)值高于2019年，2020年的AQI平均數(shù)值最低。2018年和2019年的春節(jié)期間的AQI指數(shù)的變化是先上升再下降最后大致趨于穩(wěn)定的變化趨勢(shì)，在正月初一達(dá)到最大值。其主要原因是在臘月三十的晚上，城鎮(zhèn)及農(nóng)村地區(qū)會(huì)大規(guī)模的燃放煙花爆竹，會(huì)產(chǎn)生大量的CO2、NO2、SO2等，以及少量固體小顆粒；大年初一的時(shí)候，很多人外出旅游或者外出進(jìn)行其他的活動(dòng)，汽車尾氣等排放量也急劇增加，使得該天的空氣污染指數(shù)偏高。而2020年的正月初一由于疫情的原因，人們被限制出門，也禁止燃放煙花爆竹等，所以AQI數(shù)值較小。2020年的春節(jié)及疫情防控期間，臘二十六至臘月二十八的AQI數(shù)值高于其他的日期的AQI數(shù)值，而在臘月二十九的AQI數(shù)值達(dá)到最大。原因是農(nóng)歷的臘月二十六，不同地區(qū)務(wù)工的人們開始相繼返鄉(xiāng)，車流量增加，尾氣的排放增加；臘月二十九的返鄉(xiāng)人員增多，同時(shí)汽車尾氣的排放量達(dá)到最大，使得AQI數(shù)值最大[13]。

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

（1）廣安市2019年空氣質(zhì)量為優(yōu)、良的天數(shù)達(dá)81.5%，2020年的空氣質(zhì)量為優(yōu)、良的天數(shù)占89.3%，是3年中空氣質(zhì)量最好的。

（2）2018、2019和2020年3年間PM2.5和PM10的變化趨勢(shì)呈下降趨勢(shì)；SO2的濃度變化趨勢(shì)呈中間高、兩端低的趨勢(shì)；CO在2018年和2019年呈中間低、兩端高的趨勢(shì)，2020年的CO濃度整體呈下降趨勢(shì)；NO2濃度在1月份達(dá)到最大值；O3呈先上升、后下降的趨勢(shì)。利用SPSS相關(guān)性分析表示PM2.5和PM10的相關(guān)系數(shù)為0.966，表明粒徑不相同的顆粒物的排放存在一定的協(xié)同性，而O3污染物與其他5類污染物都成負(fù)相關(guān)關(guān)系，其中與NO2的負(fù)相關(guān)性較高，主要原因與光化學(xué)反應(yīng)有關(guān)。

（3）2018年的主要污染物是PM2.5和PM10，2019年和2020年的大氣年均濃度均達(dá)標(biāo)，空氣質(zhì)量好。

（4）春節(jié)期間人們大量燃放煙花爆竹是造成空氣污染嚴(yán)重的主要原因。

3.2 建議

（1）應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)對(duì)環(huán)境空氣污染的治理，尤其是對(duì)廣安市主城區(qū)的空氣質(zhì)量產(chǎn)生重大影響的區(qū)域。科學(xué)合理地調(diào)整廣安市的產(chǎn)業(yè)布局，嚴(yán)格控制管理建筑揚(yáng)塵、工業(yè)污染、燃煤鍋爐、煙花爆竹等產(chǎn)生的污染，從源頭治理；嚴(yán)格執(zhí)行大氣污染物濃度排放限值，全面禁止城區(qū)周邊的秸稈焚燒的現(xiàn)象，加強(qiáng)對(duì)城中村燃煤產(chǎn)生的二氧化硫污染的控制與管理[14]。

（2）改革能源結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)對(duì)清潔無污染能源的使用，從源頭上減少污染物的排放。大力推廣使用太陽能、風(fēng)能、水能、生物能等可再生資源。

（3）加強(qiáng)環(huán)保理念的宣傳，建立強(qiáng)大的環(huán)保意識(shí)。保護(hù)環(huán)境是每個(gè)人的責(zé)任，要通過科學(xué)合理的措施降低對(duì)壞境質(zhì)量的破壞，降低環(huán)境污染對(duì)人體健康造成的危害。只有保護(hù)好城市的大氣環(huán)境質(zhì)量，才能有利于城市的可持續(xù)發(fā)展策略。