影響洛陽市空氣質量指數的6種污染物變化特征分析

張好艷

摘要 利用2014—2019年洛陽市6種污染物（PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2和O3）濃度數據和洛陽市孟津國家基本站氣象數據資料，分析洛陽市6種污染物濃度變化趨勢和影響因素。研究結果顯示：2014—2019年洛陽市SO2、CO、NO2和O3年均濃度逐年降低，其污染物濃度在全國城市中排名相對靠后，但污染仍較嚴重，PM2.5、PM10、NO2和O3對空氣質量影響較大;PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2濃度均為冬季最高，夏季最低，O3濃度則相反;各污染物對氣溫敏感性最高，降水量次之;O3濃度與溫度呈極高正相關，與降水量呈高度正相關;風速對氣態污染物有稀釋作用，但風向對O3濃度起關鍵作用;PM2.5、PM10、SO2、NO2與氣溫和降水量呈高度負相關，氣溫越低，降水量越小，濃度越高。霧炮濕撒作業是降低空氣中污染物濃度的有效途徑。

關鍵詞 6種污染物;變化規律;氣象條件;洛陽市

中圖分類號：X16 文獻標識碼：A 文章編號：2095–3305（2020）08–0–03

Abstract Using the concentration data of 6 pollutants （PM2.5， PM10， SO2， CO， NO2 and O3） in Luoyang City from 2014 to 2019 and the meteorological data from the Mengjin National Basic Station in Luoyang City， the trend and trend of the concentration of 6 pollutants in Luoyang City were analyzed. Influencing factors. The research results show that the annual average concentration of SO2， CO， NO2 and O3 in Luoyang City from 2014 to 2019 has decreased year by year， but its pollutant concentration ranks relatively low among the national cities， and the pollution is more serious. PM2.5， PM10， NO2 and O3 It has a greater impact on air quality; the concentrations of PM2.5， PM10， SO2， CO， and NO2 are the highest in winter and the lowest in summer， while the O3 concentration is the opposite; each pollutant has the highest sensitivity to temperature， followed by precipitation; O3 concentration and temperature Very high positive correlation， highly positive correlation with precipitation; wind speed has a diluting effect on gaseous pollutants， but wind direction plays a key role in O3 concentration; PM2.5， PM10， SO2， NO2 are highly negatively correlated with temperature and precipitation ， The lower the temperature， the smaller the precipitation， and the higher its concentration. Wet spraying of fog cannons is an effective way to reduce the concentration of pollutants in the air.

Key words Six kinds of pollutants; Variation law; Meteorological conditions; Luoyang City

DOI：10.19383/j.cnki.nyzhyj.2020.08.033

近年來，隨著城市規模和人口數量不斷增大，城市大氣污染越來越受到民眾關注。大氣污染問題已經成為各國政府面臨的重大問題之一，污染物性質也逐漸由單一型逐漸轉向復合型。目前，空氣質量指數考核的6種污染物濃度指標分別是：PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2和O3。SO2、CO、NO2和O3是《環境空氣質量標準》（GB3095—2012）中規定的4種基本氣態污染物，PM2.5和PM10也是最近幾年提出的有致癌作用的微小顆粒，粒徑小，富含大量有毒、有害物質且在大氣中停留時間長、輸送距離遠，對人體健康和大氣環境質量影響更大。洛陽是中原城市群副中心城市，研究該城市空氣質量指數考核的6種污染物濃度變化規律，對洛陽市大氣污染預報預警具有重要作用。文章主要研究了洛陽市PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2和O3濃度水平年際、年內及季節變化，探討了氣象條件對這6種污染物濃度的影響，以期為洛陽市空氣污染預警、預防提供數據支撐。

1 資料與方法

選取中國空氣質量在線監測分析平臺空氣污染物濃度數據，包括洛陽市2014—2019年6種污染物年、季、月、日平均濃度，統計并分別從年、季、月3個時間維度分析6種空氣污染物變化特征。氣象資料為孟津國家基本氣象站2014—2019年月平均氣溫、相對濕度、降水量、風速。采用國家《環境空氣質量標準》（GB3095—2012），用各因子的該日均濃度平均值計算出月均濃度平均值，然后再計算出年均濃度值。參考《環境空氣質量標準》（GB3095—2012） 中年均質量濃度一、二級標準限值，對比洛陽市SO2和NO2年均濃度值，參考標準中日均質量濃度一、二級標準限值對比洛陽市PM2.5、PM10、CO和O3日均濃度。

2 結果與分析

2.1 洛陽市氣態污染物濃度年際變化

分析洛陽市6種污染物2014—2019年均濃度，SO2、CO、NO2年均濃度逐年下降;與國家一級濃度限值（20 μg/m3）相比，SO2濃度在2018年偏低;2018年CO年均濃度為近6年最低，但仍超出國家一、二級標準限值（40 μg/m3）;O3濃度在2015—2017年逐年增加，這是受不斷擴展的城市框架和快速發展的經濟影響，破壞了生態環境，當人們意識到要加強環境保護時，洛陽市采取了關閉小型廢舊鍋爐、嚴格控制高耗能高排放行業等，并淘汰落后產能力度，O3濃度2017到2018年又呈現下降趨勢，且SO2、CO、NO2濃度變化整體上趨于逐漸降低。

6種氣態污染物的2014—2019年峰值出現在2016年，PM10達129 μg/m3，是國家《環境空氣質量標準》（GB3095—2012）中二級標準值70 μg/m3的1.84倍，PM2.5達到76 μgm3，是國家《環境空氣質量標準》（GB3095—2012）中二級標準值35 μg/m3的2.17倍;6種氣態污染物濃度在2018年達到最低，僅有PM2.5和PM10不達標，與國家《環境空氣質量標準》中二級標準值35 μg/m3、70 μg/m3相比分別偏多16 μg/m3、20 μg/m3;SO2、CO、NO2濃度有下降趨勢，2014—2019年SO2濃度逐年降低，其中2018—2019年低于國家一級濃度限值（20 μg/m3），NO2年均濃度在2018—2019年達到國家一、二級標準限值（40 μg/m3）。2014—2019年O3濃度趨于遞增，城市O3污染成因復雜：內因是氮氧化物和揮發性有機物排放，在空氣中進行復雜光化學反應形成，外因是高溫、強太陽輻射等氣象條件，另外區域傳輸也是O3污染形成的原因，機動車尾氣中同時含有氮氧化物和碳氫化物，是形成臭氧的絕佳條件。SO2、CO、NO2濃度總體趨于逐漸降低。2014—2019年對空氣質量影響較大的4種污染物分別是PM2.5、PM10、NO2和O3（圖1）。

2.2 洛陽市氣態污染物年均濃度水平

洛陽市2018年、2019年SO2平均濃度分別為18 μg/m3、10 μg/m3，低于國家一級標準限值（20 μg/m3）。隨著工業脫硫技術不斷進步，大氣SO2濃度持續下降。洛陽市NO2年均濃度為42 μg/m3，超過國家一、二級標準限值（40 μg/m3），污染程度較高。這是洛陽市交通運輸業發展迅速，機動車數量逐年增加所致。洛陽市CO年均濃度為1.528 mg/m3，位于中等偏后水平。O3年均濃度為95 μg/m3，低于國家一級標準限值（100 μg/m3）。PM2.5年均濃度為66 μg/m3，高于國家二級標準限值（35 μg/m3），PM10年均濃度為111 μg/m3，遠高于國家二級標準限值（70 μg/m3），這兩種氣態污染物成為我市大氣污染主要因子，污染嚴重，需引起重視。

2.3 洛陽市氣態污染物濃度季節變化

在各污染物的季平均濃度變化上，SO2濃度夏季顯著低于春、冬季。由于夏季大氣氧化性強，降水多，有助于SO2化學反應形成硫酸鹽粒子，同時消除污染物被濕沉降，但夏季O3濃度最高。安俊琳[1]等認為，地溫升高是引起O3濃度增高的重要原因。夏季氣溫高，日照充足，地表溫度較高，氮氧化合物經光化學反應后產生較高濃度的O3，而夏季降水頻發和明顯的濕沉降作用又降低了氣態污染物濃度，因此氣態污染物濃度在夏季最低;冬季采暖，排放到空氣中大量氣態污染物，增加了污染物濃度，因此該季節SO2、NO2和CO濃度在一年中出現極高值。洛陽市2015—2018年冬季SO2、CO、NO2平均濃度值呈逐年下降，說明近些年洛陽市政府在調整能源結構、治理大氣污染方面取得了很大的成效。

SO2、CO和NO2污染物濃度最低值出現在夏季。但O3濃度季節變化與這3種污染物相反，濃度高值集中在春、夏季，以7月濃度最高，最低值在冬季。PM2.5和PM10濃度四季分布有相似性，都是冬春季高、夏秋季低，呈現兩頭高中間低的“V”型分布。SO2逐年下降趨勢最為明顯，在年內分布也呈冬春季濃度高、夏秋季濃度低趨勢。CO逐年下降趨勢也較明顯，基本上未超過4 mg/m3標準，證明管控效果較理想。NO2變化較平緩，與機動車數量遞增有關，建議年內冬春季濃度高季節適當地進行交通管控。

2.4 洛陽市6種污染物月均濃度變化

在洛陽市2014—2019年6種污染物月平均濃度變化上，一年中PM2.5、PM10、SO2、NO2月均濃度表現為“兩頭高、中間低”特點，符合多數北方城市的變化規律。SO2月平均濃度變化明顯，7月為最低值，12月和1月最大，2017年月均濃度最大。NO2月均濃度變化與SO2一致，7—8月值最小，12月—翌年1月值最大。CO月均濃度呈“U型”軌跡，變化緩慢。不同于其他5種污染物，O3月均濃度變化，4年呈“單峰型”，2年呈“雙峰型”，5年期間洛陽市O3月均濃度最大值在5—7月，1月、12月出現最低值，與O3的季變化特征基本一致。總的看來，除O3外，洛陽市冬季出現PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2濃度峰值，冬季的大氣逆溫層低而厚，多靜風天氣，不利于分散污染物，因此污染物濃度增高，同時汽車冷啟動也可引起CO濃度上升。

2.5 氣象條件對氣態污染物的影響

氣象條件是另一影響大氣污染物濃度的重要因素。相關系數可用來反映變量之間相關關系密切程度，通常按積差法計算，以兩變量與各自平均值的離差為基礎，通過兩個離差相乘反映出兩變量之間的相關性，著重研究線性單相關系數，相關系數用r來表示，計算公式為：

|r|為0～1。通常來說，|r|越接近1，表示x與y之間的相關程度就越強，反之，r越接近于0，x與y之間相關程度就越弱，一般認為，0.00<|r|<0.19表示極低相關，0.20<|r|<0.39表示低度相關，0.40<|r|<0.69表示中度相關，0.70<|r|<0.89表示高度相關，0.90<|r|<1.00表示極高相關。

2014—2019年SO2、CO、NO2濃度與溫度呈顯著負相關，O3濃度則為顯著正相關（表1）。由以上分析可知，SO2、CO、NO2濃度最高值在冬季，濃度最低值則在夏季。SO2、CO、NO2多來源于燃煤和機動車尾氣排放，因冬季供暖，燃煤量增加，污染物濃度也就升高。O3濃度極高值在夏季，濃度低值在冬季，恰與SO2、CO和NO2濃度變化相反。

6種污染物與月平均風速相關性相反，PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2濃度均與平均風速呈正相關，O3與平均風速呈負相關。風速能稀釋污染物濃度。SO2、NO2、CO濃度在2015-2018年與風速呈負相關，O3濃度卻與風速呈正相關。參考劉潔[2]等得出在一定程度上靜風和不同風向的污染物濃度能反映出污染物局地排放和區域輸送的研究結果，認為出現這種現象可能是洛陽市其他空氣污染物主要來源于本地排放源，而O3由周邊地區產生，被風輸送到洛陽，所以風向對臭氧濃度起關鍵作用。降水對氣態污染物有沖刷效應。除O3外，洛陽市6年來SO2、NO2和CO濃度與降水量為負相關，洛陽市年降水主要在6—9月，降水多則SO2、NO2、CO濃度低，降水量與O3濃度為弱的正相關。

3 結論與討論

2014—2019年洛陽市SO2、CO、NO2年平均濃度逐年下降，可見近年洛陽市節能減排的實施已初顯成效。冬季PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2濃度最高，夏季值最低，O3濃度則相反。

因種類不同，6種污染物濃度與氣象條件的相關性存在差異，其中溫度的敏感性最高，其次是降水量。O3濃度與溫度、降水量呈極高正相關，與月平均相對濕度呈中度正相關，與風速呈低度負相關。PM2.5、PM10、SO2、NO2與氣溫呈高度負相關，與風速呈中度正相關，與降水量呈高度負相關。霧炮濕撒作業是降低空氣中污染物濃度的有效途徑。空氣中CO屬人為活動引起的濃度變化，與氣象因子關系不明顯，其80%來自汽車尾氣，交通高峰期產生的CO就越多。

參考文獻

[1] 安俊琳，王躍思，李昕，等.北京大氣中NO，NO2和O3濃度變化的相關性分析[J].環境科學，2007，28（4）：706–711.

[2] 劉潔，張小玲，徐曉峰，等.北京地區SO2、NOx、O3和PM2.5變化特征的城郊對比分析[J].環境科學，2008（4）：1059–1065.

責任編輯：黃艷飛