聊城市2020年空氣質量特征分析

趙修敏 王緒新 王 莉

（山東省聊城生態環境監測中心 山東聊城 252000）

引言

聊城市位于山東省西部，地處冀魯豫三省交界處，是京津冀大氣污染傳輸通道“2+26”城市，保障生態環境安全特別是環境空氣質量尤為重要。

針對聊城大氣特征的分析研究較少。王成祥[1]等利用2006-2014 年大氣質量監測數據，分析了聊城市大氣質量年變化、季節變化和日變化特征。張敬巧[2]等對聊城市2016 年一次重污染過程開展PM2.5 樣品采集并分析了其中水溶性離子、碳成分及無機金屬元素這三種化學組分，并對污染特征及成因進行了分析。龐博[3]對聊城市2016 年環境空氣質量數據進行統計分析。紀凡華[4]等采用氣候傾向趨勢法、皮爾遜相關系數法對2009-2017 年聊城空氣污染日數據和靜穩天氣的氣候特征進行分析，探究聊城市空氣質量狀況和相關大氣污染事件的發展規律。

1 研究方法

本文以2020 年聊城市5 個國家空氣自動監測站（華潤紡織、區政府、九州社區、監控中心、聊大東校）PM10、PM2.5、O3、SO2、NO2、CO 等6 項空氣污染物的數據為基礎，對環境空氣質量變化特征進行分析。在計算空氣污染物日均質量濃度時，以臭氧最大8小時滑動平均（O3-8h）代表O3的日均質量濃度。

圖1 聊城市國控空氣站點分布圖

2 結果與討論

2.1 統計特征

對2020 年聊城市SO2、NO2、PM10、PM2.5、O3-8h和CO 的日均質量濃度進行統計，見表1。結果顯示：日濃度變化范圍分別為3～39、9～93、14～288、7～288、6～320μg/m3和0.3～3.0mg/m3。全年污染物質量濃度變化區間較大，其中顆粒物的差異最為明顯，PM10 和PM2.5 濃度最高值分別是最低值的21 倍和33 倍。各項污染物的中位數濃度均低于平均值，說明平均值中污染天氣值的貢獻較大。

表1 聊城市主要空氣污染物統計特征

統計分析2020 年聊城市空氣污染物日質量濃度超標情況，結果見表2，其中輕中重度污染分別為101 天、18 天和16 天，共計135 天。首要污染物次數最多的是O3-8h，達到63 次，其次為PM2.5，達到55次，其它因子（SO2、NO2和CO）均未出現超標情況。說明O3和PM2.5 是聊城市空氣污染面臨的主要問題。輕度污染中O3天數最多，為49 天，重度污染天氣中PM2.5 的天數最多，為15 天。說明做好O3污染的防治可以減少輕度污染，從而提高優良天數比例。做好PM2.5 的防治可以減少重污染天氣的發生。

表2 聊城市首要污染物統計特征

2.2 空氣質量狀況

聊城市PM10、PM2.5、SO2和NO2在2020 年的年均質量濃度分別為94、53、12、33μg/m3，CO 95%分位濃度、O3-8h 90%分位濃度分別為1.6mg/m3和174μg/m3。PM10 和PM2.5 年均質量濃度和O3-8h 90%分位濃度都超過了國家空氣質量二級標準。山東省2020 年PM2.5 和PM10 的平均濃度為分別為46μg/m3和80μg/m3；山 東 省 內7 個 傳 輸 通 道 城 市PM2.5 和PM10 的平均濃度為分別為52μg/m3和88μg/m3，都比聊城市的值低。從城市排名情況來看，聊城市在168 個重點城市中居倒19 位，在山東省內16 城市中排名倒4 位。

2018-2020 年聊城市空氣三種主要超標因子PM10、PM2.5 和O3-8h 的年度變化趨勢圖見圖2。可見近年開展的污染治理取得成效，三種污染物的質量濃度都在逐年降低[5]。

圖2 2018—2020 年聊城市主要污染物年均質量濃度變化

2.3 月均質量濃度變化趨勢

分析聊城市主要超標因子PM10、PM2.5 和O3-8h的月度變化。其在2020 年1～12 月份的變化趨勢如圖3 所示。三種因子表現出明顯的季節變化特征。顆粒物（PM10、PM2.5）月均濃度在夏季（6～8 月）相對較低，在冬季（1～2 月、10～12 月）較高[6]；O3月均濃度的時間變化趨勢與之相反，表現為夏秋季明顯高于冬春季的特征，其中，5～9 月為O3高濃度階段，最高峰出現在6 月[7]。

圖3 聊城市2020年PM10、PM2.5和O3-8h月度變化

2.4 綜合指數分擔率

定義某項污染物的分擔指數為其年平均濃度與國家空氣質量二級標準要求年均濃度的比值，各項分擔指數相加得到綜合指數，分指數與綜合指數之比即為該污染物的分擔率。各項污染物分指數分擔率可定量表現各項污染物對空氣質量的貢獻[8]。

圖4 是聊城市各項污染因子在綜合指數中的分擔情況。由圖4 可見，PM10 和PM2.5 是在聊城市2020 年空氣污染中綜合指數分擔率最高的因子，分別為25%和28%；O3分擔率為20%；最低為SO2，僅為4%。整體而言，氣態污染物（NO2、SO2、O3和CO）和顆粒物（PM10 和PM2.5）在分擔率比重中各占一半。

圖4 聊城市2020年綜合指數分擔率

2.5 相關性分析

對聊城市在2020 年各月份NO2與SO2濃度比值進行分析（見圖5），1 月和10～12 月份相對較高，這一方面是因為隨著氣溫的降低，機動車出行的概率增高，移動源排放增大；另一方面也與近幾年推動的“煤改氣”有關，使用天燃氣取暖的家庭大量增加。在二月份有個明顯的低谷值，這與疫情期間限制人員流動導致的車輛使用減少有關。

圖5 NO2/SO2月度變化圖

3 結論

（1）全年污染物質量濃度變化區間較大，PM10和PM2.5 濃度最高值分別是最低值的21 倍和33 倍。（2）影響聊城市空氣質量最主要污染因子是PM10、PM2.5 和臭氧。污染物在一年中隨季節變化明顯，冬季主要的超標因子是顆粒物（PM10 和PM2.5），夏季主要的超標因子是臭氧。（3）顆粒物和氣態污染物在綜合指數分擔率中各占約一半。受移動源和 “煤改氣”影響，在采暖季NO2和SO2比值顯著升高。

結語

大氣中的PM10、PM2.5 和臭氧污染是由多種因素共同造成的[9][10]，包括污染源排放、大氣化學反應和氣象擴散條件等。所以要進一步提高空氣質量，還需要改進治理模式，推動區域聯防聯控從而減少來自多種源的多種前體物排放。同時，在污染治理過程中，必須把顆粒物和臭氧的控制有機結合起來，才能更加精準高效地改善生態環境[11]。