運用大數(shù)據(jù)解析大連市某國控大氣子站PM2.5來源

丁超 孫文豪 王思依 鄒順瑛

摘要：智慧監(jiān)測的實現(xiàn)手段包括建設(shè)高效感知的綜合監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，開展集成融合的數(shù)據(jù)深度挖掘等。在建設(shè)高效感知的綜合監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)上，突出立體性，加強機動性，從以固定點位為主向固定點位、移動走航、動態(tài)布點等綜合應(yīng)用發(fā)展轉(zhuǎn)型。在數(shù)據(jù)分析上，開展集成融合的數(shù)據(jù)深度挖掘，運用大數(shù)據(jù)等技術(shù)，加強融合分析，充分反映環(huán)境狀況與污染源排放、經(jīng)濟(jì)活動變化的關(guān)系，開展污染溯源追因。文章基于上述智慧監(jiān)測的理念，利用大數(shù)據(jù)對大連市某國控大氣子站PM2.5歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行了解析，結(jié)果表明，非供暖季該子站周邊PM2.5主要來源于交通產(chǎn)生的汽車尾氣和揚塵，供暖季主要來源于鍋爐燃燒產(chǎn)生的煙塵、交通產(chǎn)生的汽車尾氣和揚塵，并結(jié)合上述分析，對大連市該區(qū)域PM2.5的管控給出建議。

Key?Words：?PM2.5;?Intelligent?monitoring;?Big?data;?Source?analysis

近年來，城市空氣污染作為環(huán)境污染問題之一備受關(guān)注[1-2]。要想有效控制大氣污染，首先要科學(xué)評價空氣環(huán)境質(zhì)量，這對于客觀了解城市空氣污染現(xiàn)狀，預(yù)測其發(fā)展趨勢，以及有效控制空氣污染與實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略具有重要意義[3-4]。近年來，科學(xué)、獨立、權(quán)威、高效的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測體系建設(shè)全面加強，為打好污染防治攻堅戰(zhàn)提供了強勁支撐[5]，但現(xiàn)階段生態(tài)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)集成共享和深度挖掘還存在一定問題，監(jiān)測業(yè)務(wù)應(yīng)用主要停留在數(shù)據(jù)的查詢檢索和統(tǒng)計功能上，在支撐環(huán)境形勢感知研判、生態(tài)環(huán)境質(zhì)量預(yù)測預(yù)警和決策評估方面發(fā)揮作用有限，其智能化、智慧化水平不高，無法滿足日益增長的環(huán)境管理決策對數(shù)據(jù)支撐的需要[6]。為此，國家提出生態(tài)環(huán)境智慧監(jiān)測的理念[7]。生態(tài)環(huán)境智慧監(jiān)測是指應(yīng)用云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)、人工智能和網(wǎng)絡(luò)通信等新一代信息技術(shù)，高效智能感知生態(tài)環(huán)境，通過提升數(shù)據(jù)挖掘和應(yīng)用水平，滿足政府、企業(yè)、公眾等對生態(tài)環(huán)境監(jiān)測的需要，實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境管理和監(jiān)測業(yè)務(wù)的深度融合，更加精準(zhǔn)、智能地支撐生態(tài)環(huán)境管理和決策。

本文以2019—2021年為研究時段，運用大數(shù)據(jù)等技術(shù)，對大連市某國控大氣子站PM2.5歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行了解析。

1?數(shù)據(jù)與討論

研究選取該國控子站2019—2021年數(shù)據(jù)進(jìn)行解析。從圖1可以看出，2019年為正常年份，除2月因春節(jié)假期影響外，1月、3月PM2.5排放情況基本一致。2020年受新冠肺炎疫情影響，2月、3月PM2.5排放急劇下降。2021年1月受疫情影響，PM2.5排放較低，2月恢復(fù)至正常水平，這一變化也表明機動車尾氣對該國控大氣子站影響較大[8-9]。

為了便于討論，以該子站為圓心，將360?劃分為16個方向，每個方向22.5?，依次為北、北東北、東北、東東北、東、東東南、東南、南東南、南、南西南、西南、西西南、西、西西北、西北、北西北16個方向，計算不同方向PM2.5貢獻(xiàn)值，從而發(fā)現(xiàn)PM2.5空間分布規(guī)律，為污染源的定位查找提供依據(jù)。

考慮到2020年及2021年均受疫情影響，從圖2可以看出，2020年、2021年P(guān)M2.5主要來向與2019年一致，該區(qū)域污染源未出現(xiàn)明顯變化。因此以下主要分析2019年相關(guān)數(shù)據(jù)。

2019年，該子站PM2.5在早6至10點、晚19至21點均相對較高，與鍋爐排放及交通擁堵時段基本一致，具體結(jié)果見圖3。

與非供暖期相比，供暖期該子站東西兩側(cè)PM2.5排放量明顯增加，南側(cè)排放量同一年內(nèi)無明顯變化，不同風(fēng)向排放總量見圖4。考慮受季節(jié)變化影響最突出的污染源為燃煤鍋爐，結(jié)合該子站周邊狀況，初步判斷供暖期對該子站影響較大的污染源為位于該子站東北側(cè)、東側(cè)和西南側(cè)的3個鍋爐房。

為了便于討論，將PM2.5濃度小于等于15μg/m3設(shè)定為等級一，大于15μg/m3、小于等于30?μg/m3設(shè)定為等級二，大于30μg/m3設(shè)定為等級三，通過圖5可以看出，該子站PM2.5小時均值濃度超過30μg/m3的時長占比只有20.29%，但是貢獻(xiàn)高達(dá)54.64%，在開展管控過程中，應(yīng)重點關(guān)注濃度超過30μg/m3的風(fēng)向來源和時段。

從圖6可知，在供暖期，2019年3個濃度區(qū)間所占時長基本一致，均為1200h左右，2019年非供暖期內(nèi)，濃度在15μg/m3以下的時長與濃度在16～30μg/m3的時長基本一致，濃度超過30μg/m3的時長明顯減少。

從圖6中還可以看出，嚴(yán)重污染時長供暖期比非供暖期高2倍多，輕度污染時長非供暖期幾乎是供暖期2倍，供暖期的PM2.5上升，主要是燃煤鍋爐帶來的，建議在這一環(huán)節(jié)進(jìn)行能源替換，例如采用無煙煤、天然氣等清潔能源，或者加強除塵治理措施。

2結(jié)語

文章利用大數(shù)據(jù)對大連市某國控大氣子站PM2.5歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行了解析，研究結(jié)果為大連市大氣環(huán)境質(zhì)量的進(jìn)一步改善提供了科學(xué)依據(jù)，結(jié)合分析結(jié)果，提出如下該區(qū)PM2.5管控建議。

（1）靜穩(wěn)態(tài)氣象條件下，要加強道路車輛通行管控，避免擁堵造成尾氣集中排放，出現(xiàn)污染疊加影響。

（2）灑水時段：早、晚堵車高峰期，建議擴(kuò)大灑水的道路數(shù)量，圍繞國控子站3km內(nèi)灑水保濕，尤其是上風(fēng)向路段要進(jìn)行同步灑水。

（3）供暖季須加強鍋爐管控，建議進(jìn)行能源替代或者加強除塵治理措施等，保證產(chǎn)生的廢氣達(dá)標(biāo)排放。

參考文獻(xiàn)