川南城市群秋冬季區(qū)域性大氣污染特征

摘 要：本文基于2020年9月—2021年2月PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO以及O3的環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，利用統(tǒng)計(jì)分析的方法對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并利用origin軟件進(jìn)行繪圖分析，研究川南城市群秋冬季5個(gè)地級(jí)市（自貢市、瀘州市、樂(lè)山市、內(nèi)江市和宜賓市）6類主要大氣污染物在時(shí)間上和空間上的分布特征。結(jié)果表明，冬季空氣污染最嚴(yán)重，污染物濃度超標(biāo)天數(shù)較多；自貢市的空氣污染狀況最嚴(yán)重，樂(lè)山、瀘州和宜賓三市空氣污染程度次之，內(nèi)江市的空氣污染狀況最輕，空氣質(zhì)量最好。顆粒物PM10和PM2.5是影響5個(gè)城市環(huán)境空氣質(zhì)量的主要污染物。隨著污染程度加深和PM2.5/PM10增大，細(xì)顆粒物PM2.5濃度對(duì)空氣環(huán)境質(zhì)量的影響比粗顆粒物更大。

關(guān)鍵詞：川南城市群；大氣污染；PM10；PM2.5

中圖分類號(hào)：X 513 " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

空氣污染，又被稱為大氣污染，是指由人類的活動(dòng)或者自然過(guò)程引起的某些物質(zhì)進(jìn)入大氣中，達(dá)到足夠高的濃度和足夠長(zhǎng)的時(shí)間，并影響人體舒適、健康和福利或者環(huán)境的現(xiàn)象。當(dāng)大氣中污染物的濃度達(dá)到有害程度時(shí)，會(huì)破壞生態(tài)系統(tǒng)并威脅人類的正常生存和發(fā)展條件，對(duì)人或物造成危害[1]。這些含有污染成分的氣體不僅影響能見(jiàn)度等氣象條件，還會(huì)嚴(yán)重影響人們的身體健康，增加感染呼吸道疾病的概率，因此解決大氣污染的問(wèn)題刻不容緩。

SOTIRIS VARDONLAKIS等[2]在巴黎市中心位置建立監(jiān)測(cè)站，進(jìn)行了7個(gè)月的持續(xù)采樣，分析了監(jiān)測(cè)站點(diǎn)附近大氣污染的時(shí)空變化特征和規(guī)律。P D HIEN等[3]利用被動(dòng)采樣器研究了越南河內(nèi)內(nèi)城背景點(diǎn)、交通繁忙區(qū)、工業(yè)區(qū)、農(nóng)村地區(qū)冬季和夏季大氣中二氧化氮、二氧化硫和苯的濃度分布。VANIA P CAMPOS等[4]利用被動(dòng)采樣裝置監(jiān)測(cè)了巴西亞馬遜流域的二氧化硫和二氧化氮。

目前，高愈霄等[5]對(duì)京津冀區(qū)域大氣污染特征的分析表明，大范圍重污染集中發(fā)生在秋、冬季，王自發(fā)等[6]對(duì)2013年1月中東部持續(xù)強(qiáng)霾天氣的數(shù)值預(yù)報(bào)模式進(jìn)行了研究，初步評(píng)估了灰霾天氣下大氣細(xì)顆粒物的時(shí)空分布特征和傳輸規(guī)律。張人禾等[7]利用資料診斷，從大氣環(huán)流背景場(chǎng)、霧霾天氣演變過(guò)程2個(gè)方面分析了2013年1月中國(guó)東部持續(xù)性強(qiáng)霧霾產(chǎn)生的氣象條件。然而對(duì)大氣污染物進(jìn)行研究的地區(qū)多為京津翼和中、東部地區(qū)，對(duì)人口密集且大氣污染形勢(shì)嚴(yán)峻的四川盆地研究較少，尤其缺乏對(duì)川南城市群大氣污染物濃度的變化趨勢(shì)和特征的研究。

1 數(shù)據(jù)的獲取和研究方法

本文采用川南城市群5個(gè)市（自貢市、瀘州市、樂(lè)山市、內(nèi)江市和宜賓市）2020年9月1日—2021年2月29日共182天的環(huán)境空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)觀測(cè)數(shù)據(jù)（PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO和O3），根據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）技術(shù)規(guī)定（試行）》（HJ633—2012），確定空氣質(zhì)量狀況，目前我國(guó)采用的AQI（空氣質(zhì)量指數(shù)）分為6級(jí)，即0～50、51～100、101～150、151～200、201～300和大于300。空氣質(zhì)量指數(shù)見(jiàn)表1，指數(shù)越大，表示空氣質(zhì)量越差，污染越嚴(yán)重。

本文對(duì)5個(gè)市秋、冬季（氣象上季節(jié)的劃分標(biāo)準(zhǔn)：通常9～11月為秋季，12月～來(lái)年2月為冬季）各污染物的日均濃度變化曲線進(jìn)行分析，觀察各污染物濃度在整個(gè)秋、冬季隨時(shí)間的變化趨勢(shì)，根據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095－2012），統(tǒng)計(jì)各污染物的超標(biāo)（二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)）情況，確定主要污染物及其污染程度，探討秋、冬季大氣污染物的基本特征，全方位了解川南城市群秋、冬季大氣污染狀況，旨在為川南地區(qū)的大氣污染治理提供科學(xué)依據(jù)，為四川盆地區(qū)域的大氣污染防控提供決策參考。

2 區(qū)域性污染特征

2.1 污染程度

川南5個(gè)市秋、冬季空氣質(zhì)量狀況如圖1所示。圖1統(tǒng)計(jì)了2020年9月—2021年2月共182天川南5個(gè)市的空氣質(zhì)量情況，自貢市出現(xiàn)污染的天數(shù)為84d，占統(tǒng)計(jì)天數(shù)的43.2%；瀘州市出現(xiàn)污染的天數(shù)為49d，占統(tǒng)計(jì)天數(shù)的26.9%；樂(lè)山市出現(xiàn)污染的天數(shù)為52d，占統(tǒng)計(jì)天數(shù)的28.6%；內(nèi)江市出現(xiàn)污染的天數(shù)為46d，占統(tǒng)計(jì)天數(shù)的25.3%；宜賓市出現(xiàn)污染的天數(shù)為53d，占統(tǒng)計(jì)天數(shù)的29.1%。當(dāng)出現(xiàn)輕度污染天氣時(shí)，自貢、瀘州、樂(lè)山、內(nèi)江和宜賓5個(gè)市的PM2.5平均濃度分別為92.0μg·m-3、88.3μg·m-3、90.6μg·m-3、88.5μg·m-3和93.1μg·m-3，PM10的濃度分別為128.4μg·m-3、132.3μg·m-3、

126.5μg·m-3、119.4μg·m-3和120.3μg·m-3。當(dāng)出現(xiàn)中度污染天氣時(shí)，5個(gè)市的PM2.5平均濃度分別為135.3μg·m-3、131.5μg·m-3、128.6μg·m-3、132.9μg·m-3和131.6μg·m-3，PM10

濃度分別為185.6μg·m-3、170.0μg·m-3、187.2μg·m-3、163.4μg·m-3

和161.7μg·m-3。當(dāng)自貢、瀘州、宜賓3個(gè)市出現(xiàn)重度污染天氣時(shí)，PM2.5的平均濃度分別為165.8μg·m-3、156.0μg·m-3和169.0μg·m-3，PM10的濃度分別227.2μg·m-3、190.0μg·m-3和204.3μg·m-3。樂(lè)山、內(nèi)江2個(gè)市未出現(xiàn)重度污

染天氣。當(dāng)出現(xiàn)嚴(yán)重污染天氣時(shí)，自貢、瀘州、樂(lè)山、內(nèi)江、宜賓5個(gè)市的PM2.5平均濃度分別為299.0μg·m-3、258.0μg·m-3、

275.0μg·m-3、276.0μg·m-3和202.0μg·m-3，PM10濃度分別為366.0μg·m-3、322.0μg·m-3、324.0μg·m-3、320.0μg·m-3和238.0μg·m-3。

由圖1可知，空氣質(zhì)量由好到壞為內(nèi)江市g(shù)t;樂(lè)山市g(shù)t;瀘州市g(shù)t;宜賓市g(shù)t;自貢市，內(nèi)江市空氣質(zhì)量為優(yōu)良的天數(shù)最多，出現(xiàn)污染的天數(shù)最少，空氣質(zhì)量最好。自貢市出現(xiàn)污染的天數(shù)最多，優(yōu)良天數(shù)最少，空氣質(zhì)量是5個(gè)市中最差的，原因是自貢市屬于典型的低山淺丘地形且處于川南地區(qū)氣旋式流場(chǎng)污染物滯留中心，空氣流動(dòng)性差，污染物易集聚、難擴(kuò)散，特別是秋、冬季節(jié)逆溫現(xiàn)象突出、降水減少、風(fēng)力弱、相對(duì)濕度大且大氣混合層低，污染物濃度較高，大氣污染發(fā)生的頻次高、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、污染強(qiáng)度大且影響范圍廣。

2.2 秋季和冬季污染物濃度對(duì)比

川南5市秋、冬季各污染物濃度對(duì)比如圖2所示。自貢、瀘州、樂(lè)山、內(nèi)江和宜賓5個(gè)市的秋季PM2.5濃度值分別為62.6μg·m-3、45.3μg·m-3、48.5μg·m-3、41.5μg·m-3和46.1μg·m-3，冬季分別為95.3μg·m-3、70.5μg·m-3、70.7μg·m-3、71.6μg·m-3和82.8μg·m-3。秋季的PM10濃度分別為94.2μg·m-3、67.3μg·m-3、

70.1μg·m-3、60.6μg·m-3和64.4μg·m-3，冬季分別為131.3μg·m-3、96.4μg·m-3、102.9μg·m-3、95.1μg·m-3和105.4μg·m-3。從中可以看出，5個(gè)市冬季PM2.5和PM10的值均高于秋季，冬季NO2和CO的值略高于秋季，但是秋、冬兩季NO2和CO并未出現(xiàn)超標(biāo)情況，秋季O3的濃度反而高于冬季。原因是冬季光照強(qiáng)度小、溫度低，不利于O3生成。此外還可以看出，不論是秋季還是冬季，自貢市的顆粒物濃度均最高，內(nèi)江市最低，宜賓、樂(lè)山、瀘州次之，自貢市秋季和冬季PM2.5濃度比值為0.6，PM10濃度比值為0.7，而內(nèi)江市PM10和PM2.5秋、冬季的比值分別為0.5和0.6。

2.3 PM10與PM2.5的超標(biāo)率

“霧霾”天氣的形成，與大氣中各類顆粒物，尤其是PM2.5與PM10的含量有直接聯(lián)系[8]。由上述可知，川南5個(gè)市秋、冬季主要超標(biāo)污染物為顆粒物PM10和PM2.5。各市日均PM10、PM2.5濃度超過(guò)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的天數(shù)百分比如圖3所示，其中自貢市PM10超標(biāo)天數(shù)為48d，占監(jiān)測(cè)天數(shù)的23.1%，PM2.5超標(biāo)天數(shù)為84d，占監(jiān)測(cè)天數(shù)的46.2%；內(nèi)江市PM10超標(biāo)天數(shù)為14d，占監(jiān)測(cè)天數(shù)的7.69%，PM2.5超標(biāo)天數(shù)為45d，占監(jiān)測(cè)天數(shù)的24.73%；瀘州、樂(lè)山、宜賓3個(gè)市PM10的超標(biāo)率均低于10%，PM2.5超標(biāo)率為25%～30%。顆粒物超標(biāo)比重為自貢市g(shù)t;樂(lè)山市=宜賓市g(shù)t;瀘州市g(shù)t;內(nèi)江市，細(xì)顆粒物PM2.5的超標(biāo)率遠(yuǎn)高于粗顆粒物PM10。

2.4 細(xì)顆粒污染程度

自貢市顆粒物超標(biāo)最嚴(yán)重，由圖4可以看出，隨著污染程度加深，細(xì)顆粒物濃度和粗顆粒物濃度均有顯著增長(zhǎng)，并且在污染程度加深的同時(shí)，細(xì)顆粒物濃度的增長(zhǎng)速度明顯高于粗顆粒物濃度，這一點(diǎn)也可以通過(guò)PM2.5占PM10比例的變化看出。

當(dāng)空氣質(zhì)量為優(yōu)時(shí)，PM2.5占PM10的平均比例只有0.56；當(dāng)空氣質(zhì)量為良時(shí)，PM2.5占PM10的平均比例為0.65；在輕中度污染天中，PM2.5占PM10的平均比例分別為0.72和0.73；在重度污染天中，PM2.5占PM10的平均比例達(dá)到0.73；在嚴(yán)重污染天中，PM2.5占PM10的平均比例為0.82。因此當(dāng)污染程度加深時(shí)，PM2.5占PM10的平均比例呈明顯的上升趨勢(shì)。可見(jiàn)，當(dāng)空氣污染越嚴(yán)重、PM2.5占PM10的比例越大時(shí)，污染天氣條件有利于細(xì)顆粒物的生成，而大量增加的細(xì)顆粒物濃度對(duì)空氣環(huán)境質(zhì)量的影響比粗顆粒物更大。

3 結(jié)論

本文采用川南城市群5個(gè)市2020年9月1日—2021年2月28日共182d的環(huán)境空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的觀測(cè)數(shù)據(jù)和地面氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)，分析了川南城市群秋、冬季大氣污染物濃度的變化特征，探討了污染物濃度變化的時(shí)間差異、空間差異以及氣象要素對(duì)污染物濃度變化的影響，并得到以下3個(gè)結(jié)論。1）川南5個(gè)市冬季污染情況比秋季更嚴(yán)重，出現(xiàn)污染的天數(shù)較多，顆粒物PM10和PM2.5超過(guò)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的比例較高。2）川南5個(gè)市秋、冬季主要空氣污染物是顆粒物PM10和PM2.5，隨著污染程度加深和PM2.5/PM10增大，細(xì)顆粒物PM2.5濃度對(duì)空氣環(huán)境質(zhì)量的影響比粗顆粒物更大。3）自貢市是5個(gè)市中污染最嚴(yán)重的城市，出現(xiàn)污染天數(shù)最多，內(nèi)江市污染程度最低，瀘州、樂(lè)山和宜賓次之，這與城市的地理位置和污染物排放量有關(guān)。

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通信作者：魏翔（1993—），男，云南昆明市人，理學(xué)碩士，工程師，研究方向?yàn)闅夂蜃兓芯亢秃娇諝庀蠓?wù)。

電子郵箱：912362851@qq.com。