瀘州市大氣和降水質量變化特征及其相關性分析

肖旖旎

(四川省瀘州生態環境監測中心站，四川 瀘州 646000)

酸雨是pH值小于5.6的大氣降水。造成酸雨的原因多種多樣，近代主要由于化石燃料的燃燒和機動車尾氣排放，污染物進入大氣，其中二氧化硫(SO2)、二氧化氮(NO2)和細顆粒物(PM2.5)均對大氣降水的酸度影響較大[1-2]。我國酸雨污染較嚴重的區域為東部沿海地區與內陸主要工業城市，兩者降水的離子組分有顯著區別[3]，主要受到工業結構影響。總體來說，全國大部分城市酸雨類型為硫酸-硝酸混合型，少數城市出現了酸雨污染以硝酸型為主導的情況，而主要以硫酸型為主導的酸雨污染地區呈減少趨勢[4-5]。

四川省和重慶市均屬于西南酸雨分布區[6]，屬于我國的酸雨較嚴重的地區之一。瀘州市能源結構以煤炭、電力、天然氣為主，老工業企業眾多，地理位置在川渝交界處，易受到污染傳輸影響，且瀘州市屬于盆地邊緣地形，常年降水豐富，大氣污染物擴散條件不利，氣態污染物進入降水，造成酸雨頻發。“十二五”期間瀘州市堅持總量減排，降水質量有所好轉[7]，但酸雨污染形勢仍然嚴峻。研究表明大氣環境質量對降水有影響[8-10]，持續對大氣環境質量以及酸雨污染進行綜合研究，可以為改善空氣和降水質量提供科學依據，有利于調整總量減排重點。

1 材料與方法

本文收集2016-2020年(“十三五”期間)瀘州市共1963個降水樣品監測數據，酸雨樣品的采集和分析按照《大氣降水樣品的采集與保存》[11]和《酸沉降監測技術規范》[12]。瀘州市的降水監測點位共有7個，點位名稱與位置詳見表1，降水樣品的分析項目和方法詳見表2。大氣污染物SO2、NO2、CO、O3、PM2.5和PM10的濃度數據來自瀘州市市環監站、小市上碼頭和蘭田憲橋3個國控空氣自動監測站站點，瀘州市空氣質量指數(AQI)以及環境空氣單項指數(Ii)評價[13]。采用Pearson相關系數對降水的pH值和大氣污染物單項指數進行相關性分析。

表2 降水樣品項目分析方法表Table 2 The analysis methods of the precipitation samples

2 結果和分析

2.1 空氣質量變化特征

2.1.1 AQI年度變化特征

對瀘州市AQI各級別天數以及每年的優良天數率進行分析，詳見表3。2016-2020年，瀘州市優良天數共計1502天，占五年總有效天數的82.2%，年優良率從69.7%升至88.5%，呈波動上升的趨勢。空氣質量級別為輕度污染的天數共273天，占五年總有效天數的14.9%，空氣質量級別為中度及以上污染的天數共52天，占五年總有效天數不足3.0%。瀘州市空氣質量級別以優良為主，輕度污染天數有所減少，中度及以上污染顯著減少，說明瀘州市空氣質量有所提高，大氣治理措施獲得顯著成效。

表3 2016-2020年AQI各級別天數以及優良天數率Table 3 AQI levels and the rate of good days in 2016-2020

2.1.2 AQI月變化特征

對瀘州市2016-2020年AQI等級月度變化趨勢分析，詳見圖1。瀘州市AQI為優的天數集中在10月份(109天)，占優級別總天數的19.9%；2月份AQI為優的天數最少(13天)，僅占優級別總天數的2.4%。AQI為良的天數在統計時段中最多，其中以3、4、5和8月份均達到90天以上。輕度污染的情況多發生在1月(47天)，占輕度污染級別總天數的17.2%；最少發生在9月(8天)。中度及以上污染多發生在1月(22天)、2月(8天)和12月(12天)，3-11月未出現重度污染。瀘州市5-7月，9-10月空氣質量較好，5-7月強對流天氣頻發，降水量較豐富，9-10月進入秋季，夏季風逐步減弱，并向冬季風的過渡，氣旋活動頻繁，氣溫冷暖變化較大，整體大氣擴散條件好，空氣質量以優良為主。

圖1 2016-2020年AQI月度變化趨勢Fig.1 Monthly variation characteristics of AQI levels from 2016 to 2020

2.1.3 污染物單項指數年度變化特征

對瀘州市2016-2020年污染物單項指數變化趨勢分析，詳見圖2。SO2的對空氣質量的污染貢獻下降最為明顯，NO2的貢獻在小幅攀升后顯示下降趨勢，O3的貢獻一直維持在高位水平，顆粒物對空氣質量的污染貢獻極大，但總體有下降趨勢。期間，每年PM2.5均對空氣質量污染貢獻最大，2018年起，O3超越PM10成為對空氣質量污染貢獻第二大的污染物。說明瀘州市“十三五”期間工業減排工作成效顯著，SO2對空氣污染貢獻下降明顯，而O3和PM2.5成為影響空氣質量的主要污染物。

圖2 2016-2020年污染物單項指數年度變化趨勢Fig.2 Annual variation characteristics of Single Pollutant Index from 2016 to 2020

2.1.4 污染物單項指數月變化特征

污染物單項指數越高，對空氣污染貢獻越大。6-8月O3對空氣污染的貢獻率明顯高于其他污染物，1-5月、9-12月PM2.5對空氣污染的貢獻率高于其他污染物，其中1-2月、11-12月PM2.5作為主要污染物尤為明顯。說明O3成為夏季影響空氣質量最大的污染物，PM2.5成為秋季末以及冬季影響空氣質量最大的污染物，詳見圖3。

圖3 2016-2020年污染物單項指數月變化趨勢Fig.3 Monthly variation characteristics of Single Pollutant Index from 2016 to 2020

2.2 降水質量變化特征

2.2.1 降水pH年均值及酸雨等級年度變化特征

2016-2020年，瀘州市降水pH年均值范圍在5.10～5.56之間，降水pH值總體呈上升趨勢，降水酸度有所減弱，但歷年仍為輕酸雨區(5.00≤pH<5.60)。電導率波動較大，2017年電導率最大，可能與當年降水量最低(4867.41 mm)有關。總體來看，瀘州市酸雨污染有所減輕，見圖4。

圖4 2016-2020年降水pH年均值及電導率變化趨勢Fig.4 The variation of annual precipitation pH and conductivity from 2016 to 2020

2.2.2 主要降水離子特征分析

圖5 2016-2020年降水主要陰陽離子及大氣相關 污染物年際變化趨勢Fig.5 The trends of main precipitation ions and main air pollutants from 2016 to 2020

2.2.3 酸性降水分布規律

2016-2020年總降水量達28355.09 mm，其中酸雨量達8285.07 mm，占總雨量的29.2%。2016-2020年瀘州市降水量和pH值的月分布規律如圖6所示，降水集中分布在5-9月，降水pH最大值出現在5月，1-3月和9-12月pH值均低于5.6。瀘州降水主要集中于夏季，冬季降水pH值為全年最低，酸雨最為嚴重。

圖6 2016-2020年降水pH值和降水量月分布規律Fig.6 Monthly pH value and distribution of precipitation from 2016 to 2020

3 污染物單項指數與降水pH、降水量相關性

按春季(3、4、5月)、夏季(6、7、8月)、秋季(9、10、11月)和冬季(12、1、2月)劃分，將降水pH值、降水量，六項大氣污染物單項指數按月統計，計算Pearson相關系數。降水pH值在春季與各項污染物單項指數相關性均高于其他季節，夏季降水質量與NO2單項指數相關性明顯高于其他污染物，夏季降水豐富，顆粒物濃度低，NO2成為夏季酸雨最主要的致酸前體物。秋季降水質量與各項污染物相關性低于其他季節，秋季大氣擴散條件優于其他季節，大氣污染物對酸雨的影響有所減弱。冬季降水pH值與降水量的相關性最高，與SO2和NO2的相關性明顯高于其他污染物，冬季瀘州市靜穩天氣居多，SO2與NO2污染貢獻在冬季高于其余時段，兩項污染物成為冬季造成降水pH值低的主要原因，詳見表4。

表4 pH值與降水量、各大氣污染物單項指數相關系數表Table 4 Correlation coefficients between pH value, precipitation, and individual index of air pollutants

4 結 論

(1)2016-2020年，瀘州市空氣質量以優良為主，占統計有效天數的82.2%。年度優良率上升趨勢明顯，說明瀘州市空氣質量有所提高。瀘州市5-7月，9-10月空氣質量最好，1、2和12月空氣質量最差，受氣象條件影響較大；

(2)PM2.5對空氣質量污染貢獻最大，2018年起，O3超越PM10成為對空氣質量污染貢獻第二大的污染物，而SO2下降趨勢最為明顯，NO2污染貢獻也有一定程度降低。說明PM2.5和O3成為影響瀘州市空氣質量的重要污染物；

(4)瀘州市酸雨污染有明顯的季節性特征，降水pH值冬季為全年最低，酸雨污染最為嚴重。冬季降水pH值與降水量的相關性最高，特別是與SO2和NO2的相關性明顯高于其他污染物，說明SO2與NO2對降水的污染貢獻在冬季高于其他污染物，控制這兩項污染物能夠極大改善冬季酸雨污染，從而提高全年降水質量。