山東省大氣污染物時(shí)空分布與氣象影響及健康風(fēng)險(xiǎn)分析

李艷琴

(山東環(huán)泰環(huán)保科技發(fā)展有限公司 山東泰安 271000)

大氣污染不僅會(huì)對(duì)氣候產(chǎn)生嚴(yán)重的不良影響，還威脅著人們的身體健康，尤其是PM2.5，其對(duì)人們的身體健康有很大地威脅[1-2]。近年來(lái)，人們開(kāi)始重視節(jié)能減排問(wèn)題，國(guó)家也采取各類方式來(lái)治理空氣污染問(wèn)題。對(duì)大氣污染物濃度的時(shí)空變化進(jìn)行分析，不僅有利于讓群眾了解當(dāng)?shù)乜諝馕廴厩闆r，還可以為制定有效的空氣污染防控措施提供參考[3-4]。本文以山東省作為研究對(duì)象，利用山東省空氣質(zhì)量檢測(cè)數(shù)據(jù)，分析山東省空氣污染物的空間分布規(guī)律及其與相關(guān)氣象要素的關(guān)系，并以此為基本條件計(jì)算空氣質(zhì)量綜合指數(shù)（AAQI）和基于健康風(fēng)險(xiǎn)的空氣質(zhì)量指數(shù)（HAQI），為山東省空氣污染防治措施的制定提供參考。

1 研究區(qū)域與方法

1.1 檢測(cè)點(diǎn)位

研究所采用的空氣質(zhì)量、氣象數(shù)據(jù)均來(lái)源于山東省環(huán)境保護(hù)廳所發(fā)布的數(shù)據(jù)。目前，在山東省17個(gè)城市共計(jì)有164個(gè)國(guó)控、省控站點(diǎn)，研究選取17個(gè)城市各個(gè)站點(diǎn)的各項(xiàng)指標(biāo)平均數(shù)據(jù)作為研究數(shù)據(jù)，氣象資料則選取當(dāng)?shù)貒?guó)家級(jí)氣象觀測(cè)站公布的數(shù)據(jù)。

1.2 數(shù)據(jù)分析

研究以常見(jiàn)的6 種空氣污染物（PM2.5、PM10、O3、NO、CO、SO2）作為觀察標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)計(jì)山東省2021—2022年內(nèi)各類污染物分別作為首要污染物的天數(shù)，計(jì)算出造成山東省空氣污染的重要污染物。根據(jù)國(guó)家2012年開(kāi)始實(shí)行的《環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）技術(shù)規(guī)定（試行)》（HJ 633-2012）的規(guī)定，統(tǒng)計(jì)2021—2022年山東省空氣質(zhì)量等級(jí)分布，計(jì)算每日首要污染物占比。通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算空氣污染物質(zhì)量濃度年度、季度、月度、每周、每日的變化情況，進(jìn)而分析出山東省空氣污染物時(shí)間變化規(guī)律[5]。

當(dāng)AQI＞100 時(shí)，AAQI 和HAQI 均應(yīng)＞AQI，即多種污染物作用下的健康風(fēng)險(xiǎn)要明顯高于一種污染物的健康風(fēng)險(xiǎn)。由此可知，當(dāng)空氣污染嚴(yán)重時(shí)，AQI 應(yīng)低于HAQI 和AAQI，且隨著污染等級(jí)的加大，HAQI 與AQI的差值要明顯大于AAQI與AQI的差值[6]。

2 結(jié)果與分析

2.1 空氣質(zhì)量

參考國(guó)家《環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）技術(shù)規(guī)定（試行）》（HJ 633-2012）相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合山東省生態(tài)環(huán)境廳發(fā)布的相關(guān)數(shù)據(jù)可見(jiàn)，山東省2021年優(yōu)良水平天數(shù)占到了71.1%，而2022 年優(yōu)良天數(shù)占比則達(dá)到了73.7%，同比改善了2.6%，具體數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 2021—2022年山東省各級(jí)別天數(shù)比例 （單位：%）

進(jìn)一步分析山東省2021—2022 年全省污染物數(shù)據(jù)平均值，可見(jiàn)山東省每日首要污染物為PM2.5，2021年平均PM2.5濃度為39 μg/m3，環(huán)境空氣質(zhì)量綜合指數(shù)為4.38。2022 年P(guān)M2.5濃 度 為34 μg/m3，同 比 改 善8.1%，環(huán)境空氣質(zhì)量綜合指數(shù)均值為4.05，同比改善5.2%。

為了實(shí)現(xiàn)“十四五”良好開(kāi)局，圍繞“還老百姓藍(lán)天白云、繁星閃爍”的主題，山東省統(tǒng)籌部署，開(kāi)展大氣污染綜合治理攻堅(jiān)，實(shí)施PM2.5和臭氧協(xié)調(diào)控制管理。通過(guò)嚴(yán)格的控制與治理，相較于2021年而言，2022年，山東省全省PM2.5濃度下降至為34 μg/m3，持續(xù)保持下降趨勢(shì)，尤其是重度污染天數(shù)由1.0%下降至0。

2.2 空氣污染空間分布特征

2.2.1 PM2.5的水平

為了能夠更加直觀地體現(xiàn)出山東省污染物分布情況，本研究將山東省劃分為魯西、魯中、魯南、魯北、膠東半島5 個(gè)區(qū)域。通過(guò)分析可見(jiàn)，山東省PM2.5水平較高的地區(qū)主要在魯西、魯北地區(qū)，而膠東半島的PM2.5水平最低。與2021年相比，2022年，魯西地區(qū)、魯北地區(qū)的PM2.5水平均有所下降，而魯中地區(qū)則略微升高。除膠東半島外，其他山東各地區(qū)的PM2.5水平均超過(guò)了國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，具體情況見(jiàn)圖1。

圖1 2021—2022山東各地區(qū)PM2.5水平分析

2.2.2 PM10的水平

通過(guò)對(duì)比可見(jiàn)，山東省PM10水平較高的地區(qū)主要集中在魯西和魯北地區(qū)，而膠東半島PM10水平較低。與2021年相比，魯中、魯南地區(qū)的PM10水平略有升高，而魯西、魯北則略有下降，膠東半島則保持持平狀態(tài)。5 個(gè)地區(qū)中，除了魯南、膠東半島外，其他各個(gè)地區(qū)的PM2.5水平均超過(guò)國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，如圖2所示。

圖2 2021—2022山東各地區(qū)PM10水平分析

2.2.3 SO2的水平

山東省5 個(gè)地區(qū)中，以魯北地區(qū)的SO2水平最高，以膠東半島的水平SO2最低，但所有地區(qū)SO2水平均低于國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。與2021年相比，2022年山東省各地SO2水平均有所下降，如圖3所示。

圖3 2021—2022山東各地區(qū)SO2水平

2.2.4 NO2的水平

山東省NO2水平較高地區(qū)主要集中在魯南、魯中、魯北等地區(qū)，相對(duì)而言膠東半島NO2水平較低。與2021 相比，2022 年魯西、魯南、魯北等地區(qū)的NO2水平有所下降，但魯中和膠東半島NO2水平則較2021 年有所升高，如圖4所示。

圖4 2021—2022山東各地區(qū)NO2水平分析

2.2.5 O3的水平

山東各地區(qū)中，魯西、魯北的O3水平較其他地區(qū)有所升高，而膠東半島的O3水平明顯低于其他地區(qū)。與2021 年相比，魯西、膠東半島的O3水平呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，而魯中、魯南、魯北的O3水平則呈現(xiàn)出升高趨勢(shì)，如圖5所示。

圖5 2021—2022山東各地區(qū)O3水平分析

2.2.6 CO的水平

山東省5 個(gè)地區(qū)中，CO 水平較高的地區(qū)為魯南、魯北地區(qū)，膠東半島處于較低水平。與2021 年相比，2022 年除魯中地區(qū)CO 水平有所升高外，其他各地區(qū)都基本與上年CO水平持平，見(jiàn)圖6。

圖6 2021—2022山東各地區(qū)CO水平分析

通過(guò)分析可見(jiàn)，山東省膠東半島地區(qū)空氣質(zhì)量較好，其各項(xiàng)指標(biāo)水平均居于全省最低點(diǎn)。相對(duì)而言，其他地區(qū)空氣質(zhì)量明顯下降，尤其是PM2.5和PM10，全省除膠東半島外其他地區(qū)均超過(guò)了國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，提示了山東要將PM2.5和PM10作為空氣污染工作治理的重點(diǎn)。

2.3 時(shí)間分布特點(diǎn)

將山東省2021 年和2022 年6 種污染物濃度按月份統(tǒng)計(jì)得到全省空氣質(zhì)量年變化圖，如圖7 所示。通過(guò)該圖可以看出，除了O3外，其他各項(xiàng)污染物月度變化均呈現(xiàn)出“U”型走勢(shì)，即每年1 月、11 月、12 月時(shí)濃度達(dá)到峰值，而在7—9月時(shí)濃度下降到最低點(diǎn)。導(dǎo)致這種情況發(fā)生的原因主要包括兩個(gè)方面：一方面，逆溫作用，由于冬季地面相對(duì)大氣而言是一種冷源，夜間低溫情況明顯，大氣層結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，空氣難以上下對(duì)流，導(dǎo)致污染物更加容易聚集而難以擴(kuò)散。而夏季大氣垂直運(yùn)動(dòng)活躍，有利于污染物的擴(kuò)散。山東冬季取暖會(huì)大量使用煤炭，產(chǎn)生的污染物相較于夏季要明顯增多；另一方面，冬季由于溫度較低，機(jī)動(dòng)車的發(fā)動(dòng)機(jī)容易出現(xiàn)不完全燃燒的情況，增加了尾氣的排放量，這些因素綜合作用導(dǎo)致山東省冬季污染水平明顯升高。

圖7 山東省污染物月度變化分析

2.4 健康風(fēng)險(xiǎn)

為了能夠更好地反映出大氣污染健康風(fēng)險(xiǎn)，AQI指數(shù)需要對(duì)已經(jīng)確定的各種污染物已知暴露-反應(yīng)關(guān)系進(jìn)行考慮，因此本研究引入了總體額外風(fēng)險(xiǎn)概念（ER）。將各種污染物指標(biāo)利用ER 公式進(jìn)行分析，將計(jì)算所得的AAQI 指數(shù)和HAIQ 指數(shù)基于AQI 值再進(jìn)行劃分，即可得到不同的空氣等級(jí)。通過(guò)研究可以看出，山東省各個(gè)地區(qū)中，以威海的AAQI 水平最低，為101，而最高的是德州，為178，其他城市也均大于100。在冬季，山東省僅有28%左右人口處于無(wú)健康風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)，72%的人口均處于存在健康風(fēng)險(xiǎn)的空氣中，空氣質(zhì)量會(huì)對(duì)人體健康造成一定影響。山東省各個(gè)地區(qū)中，污染程度較低的區(qū)域?yàn)槟z東半島，而其他地區(qū)則呈現(xiàn)出中度污染狀況。空氣質(zhì)量良好的城市為威海、煙臺(tái)、濱州、青島，其余城市均為輕度污染，提示了山東省目前需要高度重視空氣質(zhì)量問(wèn)題，加強(qiáng)冬季空氣質(zhì)量管理。及時(shí)應(yīng)用高等級(jí)的空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)來(lái)防范空氣污染問(wèn)題，尤其是對(duì)于魯西、魯中、魯北等地區(qū)，要重點(diǎn)加強(qiáng)冬季空氣質(zhì)量管理。

3 結(jié)語(yǔ)

雖然經(jīng)過(guò)多年的努力，山東省空氣質(zhì)量明顯改善，但目前個(gè)別月份的空氣質(zhì)量仍然與國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)存在一定的差距。未來(lái)，政府應(yīng)更加重視大氣環(huán)境的管控工作，加強(qiáng)環(huán)境專項(xiàng)執(zhí)法，倡導(dǎo)全民參與到環(huán)境保護(hù)工作中，提倡節(jié)能減排，打造綠色山東，鞏固擴(kuò)大藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)的成果。