關中地區某縣大氣污染特征分析研究

王 芳 蒙鐘文 崔 翠

（1 中圣環境科技發展有限公司 陜西西安 710000 2 渭南市生態環境局蒲城分局 陜西渭南 715500）

引言

隨著關中地區區縣經濟發展速度加快，帶來的環境問題也更受重視，尤其在大氣環境方面，一方面自身累積的污染量較大，盡管開展整治和執法行動，原有的存量得到部分削減，但本地污染源貢獻存量依然明顯；另一方面新的污染源還在增加，有效控制和削減污染增量的任務十分艱巨，污染防治任務重。

1 2017-2020 年某縣空氣質量整體現狀和變化趨勢情況

1.1 空氣質量六參數整體變化趨勢分析

關中某縣PM10 在2017-2019 年濃度整體呈上升趨勢，2020 年出 現下降；PM2.5、SO2、CO 和NO2在2017-2020 年變化趨勢較一致，整體上呈現下降趨勢，僅在2019 年有所回升；O3濃度在2019-2020 年整體呈下降趨勢。2017-2020 年，PM10、PM2.5、SO2、CO 和NO2均在2019 年出現濃度回升現象，又都在2020 年出現濃度下降現象。一是2019 年本地污染源管控方面力度不夠，二是本地生產活動和居民生活活動強度明顯減弱，污染物排放量有所下降，空氣質量得以改善。

1.2 空氣質量六參數逐月濃度變化趨勢分析

從2017-2020 年逐月濃度變化趨勢圖可以看出，某縣PM10、PM2.5、SO2、NO2以及CO 均表現出11 月、12 月、次年1-2 月濃度相比其他月份濃度值高，且1-2 月份濃度最大；而O3則表現出相反的趨勢，在5-9月濃度出現高值。可以看出PM10、PM2.5、SO2、NO2和CO 的月變化趨勢較一致，趨勢圖呈現出“凹型”，O3則與其相反，趨勢圖呈現出“凸型”。

圖1 2017-2020年PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO、O3逐月變化趨勢

1.3 優良天數統計分析

某縣2017 年優良天數為182 天，重污染天數為16 天；2018 年優良天數為211 天，重污染天數為8 天；2019 年優良天數為192 天，重污染天數為20 天；2020年優良天數為259 天，重污染天數為6 天。整體上來看，優良天逐漸在增加，重污染天逐漸在減少。

1.4 首要污染物統計分析

根據對首要污染物統計，得出2017-2020 年某縣主要首要污染物為PM10、PM2.5 以及O3-8h，且占比大小從大到小依次為PM10、O3-8h 和PM2.5。某縣空氣質量改善的主要污染因子就是PM10、O3和PM2.5，這在關中地區表現出區域性共性特征。

1.5 超標情況統計分析

對2017-2020 年某縣超標污染天統計，發現PM10 超標月2017 年主要發生在3-5 月及11-12 月、2018 年在1-4 月及11-12 月、2019 年在3-5 月、2020年在10-11 月；PM2.5 超標月2017 年和2020 年主要發生在12 月及1-2 月、2018 年主要在1-2 月、2019年在1-2 月及11-12 月；O3超標月每年均主要發生在5-9 月。且每年1-2 月及12 月均產生重度及以上污染天。一方面來源于氣象條件，秋冬季氣象擴散條件較不利，表現出相對濕度大、風速低、氣溫低、容易出現逆溫層等氣象環境[1]，另一方面冬季采暖導致污染物排放量增加，同時引起顆粒物的二次形成情況，兩者均造成11 月-2 月PM10、PM2.5 超標天數較多，尤其1-2月春節、元宵節等傳統節日煙花爆竹燃放進一步加劇了污染物排放強度，容易產生重污染天氣。臭氧則主要受高溫、強光輻射天氣影響容易生成累積，因此超標天主要發生在夏季，集中表現在5-9 月。同時發現PM10超標也容易發生在3-5 月，這主要是受春季沙塵天氣影響粗顆粒物PM10 濃度變化，高強度的沙塵天可以導致PM10 濃度快速增高，直接導致出現重污染天氣。

2 PM10、PM2.5 以及O3 濃度變化的影響因素分析

（1）PM10、PM2.5、O3與SO2、CO、NO2濃度變化影響關系。PM10 與NO2和SO2之間的相關性較強，呈正相關；PM2.5 與CO 和SO2相關性較高，呈正相關；O3與SO2和NO2之間的相關性較強，呈負相關。說明SO2、NO2和CO 對PM10、PM2.5 和O3濃度具有明顯的影響作用，一次污染物會在大氣中發生光化學反應造成二次顆粒物的生成。氮氧化物作為臭氧生成的前體物之一，在白天通過進行光化學反應，消耗NO2反應生成臭氧，在夜間，沒法進行光化學反應，NO2會與臭氧發生反應，進而消耗臭氧。即白天生成臭氧，夜間消耗臭氧，因而臭氧濃度較低時，NO2消耗變少而累積濃度變多，所以二者呈現負相關。

表1 2017-2020年關中某縣空氣質量六參數逐月平均表現情況

表2 2017-2020年關中某縣PM10、PM2.5、O3與CO、SO2和NO2相關性分析

（2）空氣質量六參數與風速、氣溫變化影響關系。整體上相比風速，氣溫與空氣質量六參數的相關性更大一些，相比PM10、CO 以及NO2，PM2.5、O3和SO2與風速的相關性較強，相比SO2、CO 以及NO2，PM10、PM2.5 和O3與氣溫的相關性較強。風速的大小決定著污染物的擴散程度，風速越大，污染物越容易擴散，濃度出現下降，空氣質量也相繼得到改善。臭氧與氣溫呈現較強的正相關（0.973）這是由于臭氧濃度由光化學反應決定，溫度升高，反應速率增大，氮氧化物轉化速率加快，生成臭氧的自由基濃度也相應增加，進而導致臭氧濃度升高[2]。所以溫度的升高會影響到臭氧濃度的升高。此外，O3與風速和氣溫均呈現正相關，其余五參數與氣溫和風速呈現負相關；PM10 與風速的相關性相比其他參數較小。因此以上的分析結果存在一定的局限性就是在平均風速和平均氣溫情況下所發生的，對于較大風速和較高的氣溫分析結果將會有所偏差。

表3 2018-2020年關中某縣空氣質量參數和風速、氣溫逐月平均表現情況

表4 2018-2020年關中某縣空氣質量六參數與風速、氣溫相關性分析

3 結合污染來源分析影響區域空氣質量變化的原因

本文主要從本地污染源來進行分析，通過數據分析，影響本區域空氣質量的主要污染因子是PM10、PM2.5 以及O3，通過相關性分析，與PM10 和O3相關性較高的是SO2和NO2，與PM2.5 相關性較高的是SO2和CO，尤其是CO，呈較強正相關，說明燃燒源對本地PM2.5 濃度水平影響較大。SO2近幾年排放濃度下降幅度較大，說明本地在控制工業含硫污染物減排和散煤治理方面效果顯著，而NO2和CO 治理效果不明顯。

O3與氣溫呈現顯著的正相關，說明O3受氣象條件影響較大，這也成為O3治理的一個難點。從本地人為污染源貢獻來看，大氣中VOCs 和NOx兩者均為O3生成的關鍵前體物。采用VOCs/NOx比值法判斷VOCs和NOx對臭氧生成的影響，中緯度地區的相關研究表明，VOCs/NOx比值臨界值一般為5.5 或8.0，此區域VOCs/NOx=0.13，表明O3生產對VOCs 敏感，通過控制VOCs 濃度對減少臭氧生成效果更好。建議加強對道路機動車排放及溶劑使用特征行業，包括印染、涂料、汽車制造等重點排放企業的管控力度，防治臭氧污染。

結語

（1）2017-2020 年某縣空氣質量六參數在年度變化中表現出季節性特征，秋冬季受散煤燃燒取暖和生物質燃燒影響造成本地污染物排放量增加，逆溫層的形成導致氣象條件較穩定，污染物容易累積不利擴散稀釋，造成PM10、PM2.5、SO2、NO2以及CO 秋冬季濃度水平較高；臭氧則主要受高溫、強光輻射天氣影響容易生成[3]，夜間發生的垂直傳輸影響導致臭氧濃度水平高。

（2）通過六參數之間的相關性分析研究，大氣污染防治中加強一次污染物的減排，對其本身污染源的管控，以及PM2.5 和O3帶來積極改善。開展PM2.5 和臭氧的協同控制，現在環保政策提出來要對VOCs、NOx進行減排。

（3）較大的風速，較高的氣溫對污染物可以起到稀釋擴散的積極作用；但超過一定的上限，風速過大，據研究風力達到4 級及以上會造成本地顆粒物濃度快速上漲；而過高的氣溫，超過30℃及以上天氣容易導致臭氧的生成和累積。

（4）在區域空氣質量改善方面，建議加強本地機動車尾氣排放、工業涉氮污染物排放、生物質及垃圾燃燒排放等相關管控；同時在夏季臭氧防控中，需重點加強高溫時段的污染物排放環節管控，重點關注機動車移動污染源和有機溶劑使用污染源，減弱氣象條件給空氣質量帶來的影響強度。在大氣污染治理方面要注重預防結合，預在前防在后，PM10 預防應從3 月份就開始，預防春季沙塵天氣對空氣質量的影響；PM2.5 預防應從10 月下旬開始，預防氣象條件轉變以及散煤復燒、垃圾焚燒對空氣質量的影響；O3預防應從5 月開始，預防氣溫轉變對空氣質量的影響還應該加強聯防聯控，共同防霾保藍。