2015-2019 年慶陽市環境空氣質量變化規律及影響因素分析

敬東衛，張 沛，張敬林，王金相＊

（蘭州城市學院 城市環境學院，甘肅 蘭州 730000）

慶陽市是長慶油田的主產區，也是我國“能源金三角”的重要組成部分，截至目前隴東油區已累計向國家貢獻油氣當量超1.1 億噸。近年來很多城市臭氧（O3）濃度不降反升[1-3]，與揮發性有機物（VOCs）的排放密切相關[4,5]，石油化工企業是VOCs 的重要來源[6]，慶陽市工業發展對環境空氣質量的影響亟待關注。本研究基于慶陽市2015-2019 年環境空氣質量六項指標（SO2、NO2、PM10、PM2.5、CO、O3）實時監測數據和污染物排放數據、氣象數據，分析環境空氣質量變化規律及影響因素。

1 數據來源及研究方法

空氣質量優良天數、六項指標濃度年均值、首要污染物數據來源于《甘肅省發展年鑒》和《甘肅省生態環境狀況公報》，月均值來源于中國空氣質量在線監測分析平臺，日數據和小時數據來源于中國環境監測總站。工業能源數據、城市主要污染物排放數據來源于《慶陽市發展年鑒》。慶陽市月均降水量、濕度、風速、氣溫、日照時長數據來源于國家氣象信息中心-中國氣象數據網、西峰國家基本氣象站。

使用SPSS 26.0 軟件中雙變量相關性分析功能分析氣象因子對空氣質量的影響，討論慶陽市石油產業發展及污染物排放數據對空氣質量的影響。

2 環境空氣質量變化規律

2.1 環境污染狀況

慶陽市2015-2019 年空氣質量指數（AQI）如圖1所示，除部分年份采暖期（11、12、1、2 月）外月均值均達到《環境空氣質量標準》II 級標準。AQI 月均值變化呈V 字型，夏、秋季AQI 值最低，冬季AQI 值顯著升高。影響慶陽市環境空氣質量的首要污染物為PM10、PM2.5和O3，冬季主要為顆粒物（PM2.5、PM10），夏季主要為O3，詳見表1。

表1 慶陽市首要污染物天數一覽表

圖1 慶陽市空氣質量指數（AQI）月均變化趨勢圖

2.2 環境空氣質量變化規律

2.2.1 年變化規律

對《環境空氣質量標準》中規定的六項指標進行統計分析，如圖2 所示，2015-2019 年慶陽市SO2、PM10、PM2.5濃度呈明顯下降趨勢，SO2年均濃度達到國家一級標準，PM10、PM2.5年均濃度達到國家二級標準；NO2、CO 濃度雖然下降幅度較為平緩，但均達到國家一級標準；與其它五項指標相反，O3濃度呈上升趨勢。

圖2 慶陽市六項污染物濃度月均變化趨勢圖

2.2.2 季度變化規律

如圖3 所示，慶陽市1-12月SO2、NO2、PM10、PM2.5和CO濃度呈“冬高夏低”特征。SO2最高濃度在1 月，NO2最高濃度在12 月，PM10最高濃度在1-5 月，CO、PM2.5最高濃度在1-2 月，高濃度主要出現在冬季和春季，與燃煤供暖、春季沙塵天氣有關。O3濃度呈現“倒U”型的變化趨勢，即“夏高冬低”，與夏季高溫、高輻射導致光化學反應加強有關。

圖3 慶陽市環境空氣質量六項指標逐月變化規律

2.2.3 小時變化規律

由于O3濃度呈上升趨勢，因此選最高時段（2019 年5-7月）數據分析小時變化規律，如圖4 所示，O3濃度峰值出現在10-13 時，日出后太陽輻射逐漸增強，產生O3的量逐漸增大，13 時后太陽輻射逐漸下降，光化學反應強度也隨之下降，O3濃度下降。

圖4 慶陽市O3 濃度逐小時變化規律

3 環境空氣質量影響因素分析

3.1 氣象因素對環境空氣質量的影響

利用SPSS 26.0 軟件分析氣象因子與污染物濃度的相關性，如表2 所示，氣溫、月均降水量與PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2呈極顯著負相關，說明氣溫升高、降水量增大均會使空氣污染物處于相對較低的水平；濕度與PM2.5、PM10、SO2、NO2呈極顯著負相關，說明濕度升高會使顆粒物及SO2、NO2明顯降低；氣溫與O3濃度顯著正相關，解釋了夏季O3濃度上升的原因。

表2 慶陽市環境空氣質量六項指標與氣象指標相關性系數一覽表

3.2 工業污染物排放對環境空氣質量的影響

利用SPSS 26.0 軟件分析工業污染物排放量與環境空氣中污染物濃度的相關性，如表3 所示，顆粒物濃度與工業煙（粉）塵排放量顯著相關，說明工業煙（粉）塵排放對慶陽市空氣中顆粒物濃度影響較為顯著；顆粒物濃度與工業二氧化硫排放量的相關性系數較大，說明SO2與顆粒物排放具有類似的排放源，如鍋爐、火電廠等；NO2濃度與工業氮氧化物排放量顯著相關，說明慶陽市工業生產對氮氧化物的貢獻量較大；O3與工業污染物排放量相關性不顯著，與O3的生成機理有關，因為O3屬于二次污染物，所統計的工業污染物排放量是一次污染物。

表3 慶陽市環境空氣質量六項指標與工業污染物排放量相關性系數一覽表

4 結論

近年來慶陽市環境空氣質量改善非常明顯，除O3外其他污染濃度均呈下降趨勢；部分時段仍出現重污染天氣，首要污染物為PM10、PM2.5和O3；全年來說，O3濃度呈現“夏高冬低”特點，其它污染物呈“冬高夏低”特點；影響慶陽市SO2和NO2濃度的主要因素為濕度，影響O3濃度的主要因素為溫度；工業煙（粉）塵排放對慶陽市顆粒物（PM2.5、PM10）濃度的影響較為顯著，工業氮氧化物排放對NO2濃度的影響較為顯著。總體來說，慶陽市環境空氣質量將逐漸得到改善，但O3污染問題必須引起高度重視。