文昌市2019 年大氣污染物特征分析

宿少鋒，薛楊，杜珊，王小燕，林之盼，雷湘齡

1.海南省林業科學研究院(海南省紅樹林研究院)，海南海口571100；2.海南大學林學院，海南?？?70000

隨著中國經濟的迅速發展，工業生產建設步伐的加快，大氣污染物排放量明顯增多，大氣質量安全成為公眾關注的重心和焦點[1-4]。目前，對大氣污染相關研究主要集中于中國北方城市[5]，特別是北京、天津、上海、鄭州等人口密度大、工業發達、交通便利的一線城市。Zhang 等[6]通過對中國190 個主要城市大氣污染物特征研究發現，PM2.5 是大氣污染的主要污染物，PM2.5 污染與多種污染物排放相關，尤其是冬季，煤炭使用與汽車尾氣成為主要排放源。近年來，南方沿海地區也陸續開展大氣污染物監測研究，張雪梅[7]2015 年對廣州市某區氣態污染物進行研究分析，PM2.5 與SO2、CO、NO2、O3全年質量濃度存在一定的線性正相關關系。梁娟珠等[8]2015 年對福州市大氣污染空間分布特征進行研究發現，污染物高濃度區主要集中于主城區中心和近郊區，受工業和人口密集影響。

文昌市位于海南省東北部，東、南、北三面臨海，是中國第4 座航天之城，也是海南省重要的旅游城市之一。隨著社會經濟的發展和城鎮化建設的擴張，以及城市人口的急劇增加，機動車保有量的持續增加，文昌市生態狀況和環境質量也面臨著巨大的壓力。通過對文昌市主要大氣污染物的污染水平及變化規律進行研究，探析文昌市大氣污染物的時空變化特征，對于文昌市大氣污染預防具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 數據來源

文昌市2019 年6 種大氣主要污染物(PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2和O3)濃度來自文昌市環境質量監測站統計數據。

主要污染物日變化數據來源于實測數據平均值，前3 個季度變化幅度不大，研究以第4 季度的平均值加以說明。

1.2 空氣質量分數

空氣質量指數級別根據表1 規定進行劃分。

表1 空氣質量指數及相關信息Tab.1 Air Quality Index and related information

1.3 污染負荷系數

空氣污染負荷系數[9]為各類大氣污染物對空氣綜合污染程度的大小。

其中，Ci為第i 種污染物濃度；Si為第i 種污染物的二級空氣質量評價標準；Fi為污染負荷系數，Fi值表示該污染物對空氣質量的影響程度大小。

1.4 數據處理

使用Microsoft Office Excel 2010 進行數據整理，使用Orgion8.0 軟件進行作圖。

2 結果與分析

2.1 文昌市2019 年大氣污染物特征

根據《環境空氣質量標準》(GB3095-2012)和《環境空氣質量評價技術規范(試行)》(HJ663-2013)評價要求，2019 年，文昌市空氣質量有效監測天數為365d(表2)，空氣質量總體優良，優良天數比例為96.7%，其中優級天數比例為77.5%，良級天數比例為19.2%，輕度污染天數比例為3.3%，無中度污染和重度污染，6 種大氣污染物中主要污染物為臭氧(O3)，超標污染物為O3。SO2、NO2、PM10、PM2.5 濃度和CO 特定百分位濃度值達到國家一級標準，O3特定百分位濃度值達到國家二級標準，空氣質量達標。

表2 文昌市2019 年主要污染物特征Tab.2 Characteristics of main pollutants in Wenchang City in 2019

2.2 文昌市2019 年大氣污染物季度變化特征

文昌市2019 年大氣主要污染物特征具有明顯的季度變化（圖1），6 種主要大氣污染物均表現為第4 季度最大，不同的是大氣PM2.5、PM10 污染物濃度季度變化呈現為第4 季度＞第1 季度＞第3 季度＞第2 季度，大氣CO、NO2污染物濃度季度變化呈現為第4 季度＞第1 季度＞第2 季度＞第3 季度。文昌市大氣PM2.5、PM10、CO、NO2等4 種主要污染物濃度均為第1、4 季度最高，主要受2 方面影響：一方面是受海洋性季風氣候影響，冬季多為偏北風，會把湛江一帶的大氣污染物帶入文昌市，造成污染物濃度上升；另一方面是由于候鳥型人口入住文昌，增加了文昌市化石燃料的使用和車輛尾氣的排放，從而導致污染物上升。

SO2和O3濃度季節變化與其它4 種污染物不同，雖然也是在第4 季度呈現最大值，但這2 種大氣污染物在第3 季度濃度明顯高于第1 季度。

圖1 文昌市2019 年大氣污染物濃度特征Fig.1 Concentration characteristics of air pollutants in Wenchang City in 2019

2.3 文昌市2019 年主要污染物污染負荷系數變化

大氣污染是受多種氣體污染物共同作用的結果，為更好的評價大氣污染物對空氣質量的貢獻度，主要采用大氣污染負荷系數進行評價。通過對4 個季度大氣污染物負荷系數計算可以看出(圖2)，文昌市2019 年大氣污染物負荷系數中，O3、PM2.5 以及PM10 這3 種大氣污染物負荷系數占比較高，尤其是O3占比達到30%左右，其次為PM2.5 和PM10，占比分別在20%左右，SO2最小，占比為5%。PM2.5 和PM10污染負荷系數在第1、4 季度占比明顯增加，對空氣質量影響度較大，屬潛在污染源。除PM2.5 和PM10外，其它4 種大氣污染物負荷系數無明顯季節差異，O3為文昌市大氣污染主要污染源。

圖2 文昌市2019 年大氣主要污染物負荷系數季度變化Fig.2 Seasonal changes in the load coefficient of major air pollutants in Wenchang City in 2019

2.4 文昌市2019 年大氣污染物的日變化特征

圖3 為文昌市6 種大氣主要污染物日變化特征，PM2.5 濃度介于26μg·m-3～45μg·m-3之間，PM10 濃度介于35μg·m-3～85μg·m-3之間，PM2.5 及PM10 濃度變化趨勢一致，均在上午8：00～10：00、下午18：00～20：00 出現峰值，這主要受上下班峰潮汽車流動性大和居民化石燃料使用共同影響所致。

文昌市大氣O3濃度介于71μg·m-3～125μg·m-3之間，O3濃度日變化特征呈單峰型變化特征，最高值出現在下午16：00。O3屬于二次污染物，受太陽輻射強度、碳氫化合物和氮氧化物的綜合作用影響[10]，夜間輻射強度弱，O3濃度較低，上午8：00，隨著輻射強度的增強，O3濃度呈消耗狀態，在上午10：00 達到消耗最大值，隨后O3濃度逐漸升高，在下午16：00 達到最大值。O3濃度與NO2濃度呈負相關關系，隨著O3濃度的上升，NO2濃度呈下降趨勢，在上午9 時左右達到峰值，與PM2.5 和PM10 濃度達到峰值時刻一致，這主要也由上下班汽車尾氣排放量增加所致。

文昌市大氣SO2濃度介于6μg·m-3～11μg·m-3之間，變化幅度較小，文昌市屬旅游型城市，重工業較少，第三產業發達，因此產生的廢氣SO2較少。大氣CO 濃度介于0.553μg·m-3～0.866μg·m-3之間，呈雙峰型變化特征，峰值出現在中午13 時和下午19 時，這與日間車流量的增加，導致交通擁堵以及家庭烹飪燃料不完全燃燒有一定的關系。

圖3 大氣主要污染物日變化特征Fig.3 Daily variation characteristics of major air pollutants

3 結論

文章通過對2019 年文昌市大氣主要污染物主要特征進行分析研究發現：

（1）文昌市空氣質量總體優良，優良天數比例為96.7%，其中優級天數比例為77.5%，良級天數比例為19.2%，輕度污染天數比例為3.3%，無中度污染和重度污染，大氣污染主要污染物是O3，大氣PM2.5、PM10、NO2、CO、SO2等5 種污染物均達到國家一級排放標準。

（2）文昌市大氣主要污染物存在明顯的季節變化，6 種污染物第4 季度濃度值均為最大，其中O3濃度輕度污染也出現在第4 季度。

（3）大氣污染物負荷系數中O3、PM2.5 以及PM10這3 種大氣污染物負荷系數占比較高，總比例達到70%以上，是大氣污染源的主要因素。

（4）文昌市6 種大氣污染物存在明顯的日變化特征，在早8：00～10：00 和下午16：00～19：00 出現峰值，這與機動車尾氣排放、化石燃料燃燒和氣象條件有關。