成都市青白江區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量特征及趨勢分析

黃立秋, 李杏桃, 龍武林, 文志寧, 范哲銘

(1.成都市污染源監(jiān)測中心青白江監(jiān)測站, 四川 成都 610300; 2.四川大學(xué) 化學(xué)學(xué)院, 四川 成都 610065 )

青白江區(qū)位于四川省成都市東北部,是成都中心城區(qū)之一。青白江區(qū)成立于1960年,是國家在西南地區(qū)建設(shè)的第一個工業(yè)區(qū),是成都市乃至四川省的重要工業(yè)中心,偏重的工業(yè)結(jié)構(gòu)對生態(tài)環(huán)境有極大的影響。同時,青白江境內(nèi)以平原和淺丘為主,易發(fā)生低溫、高濕、靜穩(wěn)等不利于污染物擴散的氣象條件,本地源排放以及傳輸?shù)奈廴疚镆自诒镜乩鄯e,從而易發(fā)生大氣污染現(xiàn)象[1]。為進一步改善大氣環(huán)境質(zhì)量,青白江區(qū)緊跟上級政策,快速做出響應(yīng),先后針對大氣污染防治推出一系列制度規(guī)定,比如《成都市青白江區(qū)重污染天氣應(yīng)急預(yù)案》、《成都市青白江區(qū)人民政府關(guān)于劃定高排放非道路移動機械禁止使用區(qū)的通告》、《成都市青白江區(qū)人民政府關(guān)于劃定禁止露天燒烤區(qū)域的通告》等。青白江區(qū)多措并舉,縱深實施大氣污染防治工作,空氣質(zhì)量有所提升,但是制約空氣質(zhì)量進一步改善的內(nèi)外不利因素依舊存在。因此,對青白江區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量進行評價,研究環(huán)境空氣多尺度變化特征以及污染變化趨勢,是青白江區(qū)治理大氣污染的重要基礎(chǔ)。

目前,國內(nèi)外許多學(xué)者在環(huán)境空氣質(zhì)量這一領(lǐng)域開展了大量的污染特征分析、重污染過程解析、區(qū)域傳輸、污染來源與成因分析等方面的研究。例如李慧[2]等對京津冀及周邊地區(qū)“2+26”城市的大氣污染特征進行分析,探討了影響其空氣質(zhì)量變化的因素。郭慶皓[3]等利用潛在源貢獻分析法和質(zhì)量濃度權(quán)重分析法分析了南京市大氣污染物的質(zhì)量濃度水平和污染特征,發(fā)現(xiàn)南京地區(qū)細顆粒物主要受周邊工業(yè)污染物傳輸影響。徐冉[4]等對2016～2017年秋冬季大氣重污染時段的顆粒物濃度、氣象要素和氣團傳輸路徑綜合分析,指出盡管近年北京市大氣環(huán)境質(zhì)量持續(xù)改善,重污染過程發(fā)生頻次顯著降低,但污染強度卻在加大。茍銀寅[5]等對2013～2018年保定市的空氣質(zhì)量和大氣污染物濃度進行分析,了解了保定市的大氣污染變化趨勢和污染特征。本文利用2017年1月1日～2021年12月31日成都市青白江區(qū)空氣質(zhì)量國控站的環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù),基于環(huán)境空氣質(zhì)量綜合指數(shù)評價法和Spearman秩相關(guān)系數(shù)法,分析青白江區(qū)大氣環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀和污染物的變化特征,致力于為提升青白江區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量和制定大氣污染防治決策提供科學(xué)依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

成都市青白江區(qū)大氣污染物(SO2、NO2、PM10、CO、O3、PM2.5)濃度數(shù)據(jù)來源于成都環(huán)境空氣監(jiān)測管理系統(tǒng)。本文選取了位于青白江區(qū)境內(nèi)的國控技師分院點位,數(shù)據(jù)為2017年1月1日～2021年12月31日經(jīng)審核后的日數(shù)據(jù)和小時數(shù)據(jù)。污染物SO2、NO2、PM10、PM2.5年評價采用濃度的年平均值,污染物O3年評價采用日最8小時滑動平均值的第 90 百分位數(shù),污染物CO年評價采用24小時平均第95百分位數(shù)。

數(shù)據(jù)依據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》(GB 3095—2012)和《環(huán)境空氣質(zhì)量評價技術(shù)規(guī)范(試行)》(HJ 663—2013)要求進行處理。

1.2 分析方法

1.2.1 空氣質(zhì)量評價法

1.2.1.1 環(huán)境空氣質(zhì)量綜合指數(shù)評價

根據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量評價技術(shù)規(guī)范(試行)》(HJ 663—2013)要求,綜合考慮了《環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)技術(shù)規(guī)定(試行)》(HJ 633—2012)中規(guī)定的:SO2、NO2、PM10、PM2.5、CO、O3六種污染物的污染程度,用環(huán)境空氣綜合指數(shù)對環(huán)境空氣質(zhì)量進行描述及分析。環(huán)境空氣質(zhì)量綜合指數(shù)是無量綱指數(shù),空氣質(zhì)量綜合指數(shù)值越大表明綜合污染程度越重。

(1)各項污染物的單項指數(shù)

污染物的單項指數(shù)Ii:

式中:Ci為污染物i的濃度值;Si為污染物i的年均值二級標準。

(2)空氣質(zhì)量綜合指數(shù)

空氣質(zhì)量綜合指數(shù)Isum:

式中:Ii為單個污染物監(jiān)測得到的指數(shù),用i的數(shù)值來區(qū)分每一項指標。

1.2.1.2 首要污染物分析

將每月首要污染物天數(shù)繪制成月歷圖,通過觀察不同顏色,可以了解各月份空氣質(zhì)量主要污染物,可以更清晰地掌握空氣質(zhì)量情況,根據(jù)首要污染物情況,可針對性開展防控措施。

目前各國及地區(qū)的反貪法的結(jié)構(gòu)形式可以分成三種類型:第一類是按章、節(jié)、條文排列的結(jié)構(gòu)形式;第二類是只按條文順序排列的結(jié)構(gòu)形式;第三類是按一、二、三順序排列的結(jié)構(gòu)形式。作為一部具有宏觀指導(dǎo)意義的法律，我國的《反腐敗法》應(yīng)是一部對反腐敗實體法和程序法、本法的效力、反腐敗機構(gòu)、舉報、調(diào)查、偵察權(quán)限、證據(jù)制度、起訴、審判、預(yù)防等內(nèi)容分別作出立法規(guī)定的重要法律，因此宜用第一種類型作為本法的結(jié)構(gòu)形式。

1.2.2 Spearman秩相關(guān)系數(shù)

Spearman秩相關(guān)系數(shù)是一種無參數(shù)(與分布無關(guān))的檢驗方法,兩個變量之間沒有必然聯(lián)系,不存在線性關(guān)系。“秩”,可以理解成一種順序或者排序,是根據(jù)原始數(shù)據(jù)的排序位置進行求解,取消了計算Pearson相關(guān)系數(shù)時的限制。因此,在實際應(yīng)用中,變量間的連接是無關(guān)緊要的,計算時只考慮變量之間排序的序號,可以通過簡單的步驟計算被觀測的兩個變量的等級差值。

式中:γs為Spearman秩相關(guān)系數(shù);n為時間周期數(shù)量;xi為周期i按時間排序的序號;yi為周期i內(nèi)污染物濃度按數(shù)值升序排序的序號。

將所計算的秩相關(guān)系數(shù)γs的絕對值同Spearman秩相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計表中的臨界值ωp比較。當時|γs|≥ωp,表明變化趨勢有顯著意義。γs為正值時,指標為上升或加重趨勢;γs為負值時,指標為下降或好轉(zhuǎn)趨勢。當|γs|≤ωp時,表示變化沒有顯著意義,說明在評價時段內(nèi)空氣質(zhì)量變化平穩(wěn)。

利用Spearman秩相關(guān)系數(shù)計算大氣污染物年平均濃度變化趨勢,有利于從定量的角度更好地判斷污染物濃度的變化情況,較人工判別更加嚴謹、可靠。

2 結(jié)果與討論

2.1 主要污染物濃度情況

2017～2021年青白江區(qū)主要污染物濃度情況見表1和圖1。研究期間,污染物CO年均濃度在0.9～1.3 mg·m-3的范圍內(nèi),CO年均濃度變化較為穩(wěn)定。污染物SO2年均濃度在7～13 μg·m-3的范圍內(nèi),年均濃度呈下降趨勢。污染物NO2年均濃度在30～41 μg·m-3的范圍內(nèi),年均濃度呈下降趨勢。污染物PM2.5年均濃度在32～46 μg·m-3的范圍內(nèi),最大濃度46 μg·m-3,出現(xiàn)在2018年,最小濃度為32 μg·m-3,出現(xiàn)在2020年;2017年至2019年,污染物PM2.5濃度大幅度下降,2019～2021年濃度呈波動變化,2021年較2020年濃度上升3.12%。污染物PM10年均濃度在50～74 μg·m-3的范圍內(nèi),最大濃度74 μg·m-3,出現(xiàn)在2018年,最小濃度為50 μg·m-3,出現(xiàn)在2019年,污染物PM10和污染物PM2.5變化趨勢相似,2021年較2020年、2019年分別上升2.00%和4.00%。污染物O3-8H年均濃度在141～173 μg·m-3的范圍內(nèi),最大濃度173 μg·m-3,出現(xiàn)在2018年,最小濃度141 μg·m-3,出現(xiàn)在2021年,2017～2021年,O3-8H年均濃度波動較大。2017～2021年,污染物SO2、CO、NO2年均濃度呈明顯改善形勢,與青白江區(qū)大力開展道路移動源減排、工業(yè)減排工作,推進清潔能源使用(燃煤鍋爐改燃氣或改電、脫硫脫硝除塵改造、淘汰落后產(chǎn)能),秸稈禁燒等源頭減排措施有關(guān)[6-7]。顆粒物濃度的波動變化與近年來青白江大力開展城市建設(shè),增加了大量點源及面源污染有一定關(guān)系[8]。污染物O3-8H是由于各類污染源排放的氮氧化物和揮發(fā)性有機物經(jīng)紫外線照射發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)生成,溫度越高,越易生成,即臭氧的生成受氣象條件影響較大,而2017～2021年青白江夏季的氣溫、濕度及輻射變化較大,造成了臭氧濃度變化較大的情況[9]。

表1 2017～2021年青白江區(qū)主要污染物濃度情況

圖1 2017～2021年青白江區(qū)主要污染物濃度變化情況

在研究期間,污染物SO2、CO、PM10年均濃度已穩(wěn)定達到《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》(GB 3095—2012)中二級標準。污染物NO2自2018年已穩(wěn)定達二級標準,污染物PM2.5自2019年已穩(wěn)定達二級標準,污染物O3-8H達標情況波動較大,2017年為達標,而2018年濃度飆升,未達標,2019年濃度有所下降,2020年濃度又有所上升,2021年濃度大幅度下降,為達標。

2.2 綜合指數(shù)情況

2017～2021年青白江區(qū)環(huán)境空氣綜合指數(shù)情況見表1和圖2,綜合指數(shù)呈逐年下降趨勢,青白江區(qū)空氣質(zhì)量總體呈改善態(tài)勢。2021年達到最低值,綜合指數(shù)為3.66,2021年同比2017年下降了21.3%。

圖2 2017～2021年青白江區(qū)污染物濃度、空氣等級、綜合指數(shù)占比情況

污染物SO2綜合指數(shù)占比在3.2%～4.7%;污染物NO2綜合指數(shù)占比在20.0%～22.6%;污染物PM10綜合指數(shù)占比在18.3%～21.7%;污染物PM2.5綜合指數(shù)占比在23.9%～26.8%;污染物CO綜合指數(shù)占比在5.7%～7.7%;污染物O3-8H綜合指數(shù)占比在20.9%～26.6%。

根據(jù)各污染物的綜合指數(shù)占比情況,對綜合指數(shù)影響較大的通常是污染物PM2.5,其次為污染物O3-8H,再次為污染物NO2和PM10,污染物CO和SO2對綜合指數(shù)影響較小。根據(jù)2017～2021年環(huán)境空氣綜合指數(shù)變化情況,SO2對環(huán)境空氣質(zhì)量的影響明顯是下降的,占比由2017年的4.7%下降到3.2%,此結(jié)果與二氧化硫燃煤鍋爐改燃氣或改電、脫硫除塵改造、秸稈禁燒等減排措施有極大的關(guān)系。一般情況下,污染物PM2.5為影響青白江區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量的最大因素,2017～2021年期間,PM2.5的影響力呈波動變化,2018年相較2017年有所上升,2019年和2020年逐步下降,但是2021年影響力又有所上升,相較2020年上升了1.8個百分點。2017～2020年期間,污染物O3-8H影響占比逐年上升,2020年反超PM2.5成為影響空氣質(zhì)量最大的污染物,因2021年O3-8H濃度下降,PM2.5濃度有所上升,占比有所回落。污染物NO2和PM10占比變化相對來說較為穩(wěn)定,是影響青白江區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量的第三或第四因素。綜上所述,污染物PM2.5和O3-8H在綜合指數(shù)中占比最大,是制約青白江區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量進一步提升的主要因素,應(yīng)加強污染物PM2.5和O3-8H的協(xié)同治理。

2.3 首要污染物變化情況

為直觀了解首要污染物分布月份,依據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)技術(shù)規(guī)定(試行)》(HJ 633—2012)和《環(huán)境空氣質(zhì)量評價技術(shù)規(guī)范(試行)》(HJ663—2013)規(guī)定,得出青白江區(qū)首要污染物月度分布數(shù)據(jù)見圖3。從首要污染物月度分布情況來看,PM2.5污染天較多,2017年～2021年期間,以污染物PM2.5為首要污染的天數(shù)占31.0%～38.6%,污染時間主要集中在春冬時節(jié),尤其是11月～翌年2月;以PM10污染天為主的天較少,占比約8.90%～15.2%,分布在春冬季;以O(shè)3-8H污染天為主的天最多,占比為38.9%～44.7%,分布在春夏時節(jié),主要集中在3～9月;以NO2污染為首要污染物的天數(shù)較少,并呈逐年減少的趨勢;已無二氧化硫和一氧化碳作為首要污染物的情況。總的來說,春冬季以PM2.5污染為主,在高濕條件下,磷酸鹽、硫酸鹽等易形成二次轉(zhuǎn)化的PM2.5,加之春冬季氣候條件較為靜穩(wěn),大氣層容易產(chǎn)生逆溫等現(xiàn)象,污染物不易擴散,污染物PM2.5容易呈累積態(tài)勢。春夏時節(jié)以O(shè)3-8H污染為主,主要是因為在高溫、低濕、高輻射條件下,易生成O3-8H。綜上,2017～2021年,青白江區(qū)以PM2.5和O3-8H為首要污染物為主,污染物PM2.5和O3-8H的治理應(yīng)當為大氣污染防治的主攻因素。

圖3 2017～2021年青白江區(qū)首要污染物月度分布圖

2.4 環(huán)境空氣質(zhì)量變化趨勢定量分析

將2017～2021年青白江區(qū)主要污染物SO2、NO2、PM10、PM2.5、CO、O3-8H和綜合指數(shù)計算Spearman秩相關(guān)系數(shù),當N=5,置信度為0.05, 根據(jù)Spearman秩相關(guān)系數(shù)r的臨界值表,Wp為0.900,當Spearman秩相關(guān)系數(shù)絕對值≥0.900時,有95%的置信度,認為兩個隨機變量相關(guān),從而做出青白江區(qū)各污染物和綜合指數(shù)的秩相關(guān)系數(shù)的評價結(jié)果表,見表2。通過Spearman秩相關(guān)系數(shù)分析,發(fā)現(xiàn)污染物SO2、NO2和CO濃度值,以及綜合指數(shù)有明顯下降,污染物PM10、PM2.5、O3-8H濃度雖有所下降,但不具有顯著性,即2017年以來,青白江區(qū)空氣質(zhì)量呈改善趨勢,但顆粒物和臭氧卻未有顯著改善趨勢。

表2 青白江區(qū)各污染物和綜合指數(shù)的秩相關(guān)系數(shù)的評價結(jié)果表

3 結(jié)論及建議

(1)根據(jù)空氣質(zhì)量評價分析,青白江區(qū)空氣質(zhì)量總體呈改善態(tài)勢。污染物SO2、NO2和CO濃度值呈下降趨勢,而污染物顆粒物和臭氧濃度呈波動變化;污染物PM2.5、O3-8H是青白江區(qū)綜合指數(shù)占比最大的兩項因素;同時,2017～2021年,青白江區(qū)大氣環(huán)境首要污染物以PM2.5和O3-8H為主,PM2.5污染天占比為31.0%～38.6%,主要集中在春冬時節(jié),尤其是11月～翌年2月,O3-8H污染天占比為38.9%～44.7%,主要集中在春夏時節(jié),尤其集中在3月～9月。

(2)根據(jù)環(huán)境空氣質(zhì)量變化趨勢定量分析,污染物SO2、NO2和CO濃度值,以及綜合指數(shù)有明顯下降,污染物PM10、PM2.5、O3濃度有所下降,但不具有顯著性。

(3)綜上,污染物PM2.5、O3-8H是制約青白江區(qū)進一步提升空氣質(zhì)量的關(guān)鍵因子,PM2.5和O3-8H協(xié)同治理仍就任重道遠,青白江區(qū)需加大治理力度。建議強化對顆粒物,以及臭氧前體污染物氮氧化物和揮發(fā)性有機物等的管控力度,著重管控工地揚塵、道路揚塵、工業(yè)企業(yè)排放、移動源等排放源的排放力度。一是可加強對施工揚塵管控力度。加強建筑施工、道路施工、公路項目施工、拆遷工地等揚塵污染管控工作,整治渣土車等物料運輸車輛遺撒、泄露物料等交通運輸揚塵污染問題; 二是可進一步加強運渣車和非道路工程機械等高排放移動源的監(jiān)管; 三是可加強對青白江區(qū)工業(yè)企業(yè)的監(jiān)管,一方面提高工業(yè)企業(yè)準入標準,嚴格控制高耗能高排放企業(yè),新引入的規(guī)模以上企業(yè)按照A類企業(yè)進行管理,另一方面應(yīng)加強對現(xiàn)有企業(yè)的監(jiān)管,尤其是高能耗企業(yè)的關(guān)注,確保污染治理設(shè)施正常穩(wěn)定運行。