永州市大氣污染變化特征及其防治對策

武力　劉慧瑩　李茂林　陳喆　王敦球

摘要：以2017～2019年永州市環境空氣質量現狀為基礎，結合氣象和地形務件，對空氣質量和主要大氣污染物變化進行了分析，并以2018年空氣質量數據和氣象數據為例，對主要大氣污染物之間及其與氣象因素的相關性進行了主成分分析和逐步線性回歸分析。結果表明：近幾年來永州市空氣質量優良率略有上升;各項污染物中對綜合指數貢獻由大到小依次是：PM2.5>PM10> 03> N02> CO> S02，污染天氣主要集中在秋冬季，溫度與氣壓、NO2、PM10、CO、PM2.5呈現極顯著負相關關系，并呈線性相關;PM2.5與N02、PM10、CO呈現極顯著正相關關系，PM2. 5與PM10、CO呈線性相關;NOz與CO、PM10呈現極顯著正相關關系，與溫度呈負線性相關;03與CO呈現顯著負線性相關。在上述研究基礎上，從日常防控、應急管控、長效管控計劃3個方面提出了永州市大氣污染控制的對策，以期為改善其空氣質量提供參考。

關鍵詞：永州;空氣質量;氣象數據;分析;對策

中圖分類號：X51 文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（ 2020） 2-0057-05

1 引言

由于大氣環境污染能夠引起人體許多疾病，如PM，。能引起呼吸疾病，嚴重者導致死亡[1，2]。人們對良好環境空氣質量需求的渴望與日趨嚴峻的環境空氣質量形勢矛盾突出，良好的環境空氣逐漸成為最普惠的民生。大氣污染與地理位置、氣候氣象條件、污染物排放三大要素息息相關，其中工業、農業、生活等人類活動排放二氧化硫（ S02）、氮氧化物（NOx）、揮發性有機物（ VOCs）、細顆粒物（PM2.5）、可吸入顆粒物（PMi。）、一氧化碳（C（））等主要污染物是根本原因[3.4]。近年來，國家出臺《國務院關于印發大氣污染防治行動計劃的通知》（國發（2013137號）等文件，定期通報城市空氣質量綜合指數排名，倒逼地方政府采取大氣污染防控措施，促進環境空氣質量改善。

永州市位于湖南省南部，屬中亞熱帶大陸性季風濕潤氣候區，一年四季比較分明，年均氣溫為17. 6～18.6℃，多年平均降水量1200～1900 mm，三面環山、向東北開口的馬蹄形盆地一“三山圍夾兩盆地”，東西南三面環山，永州市中心城區恰好位于北邊開口處，南邊是都龐嶺山脈，整體地勢西南高，東北及中部低，呈口袋狀，永州市上風向城市為衡陽和長株潭.污染物排放大，下風向靠近廣西賀州、桂州、柳州，地處大氣污染物傳輸通道，污染氣團易進不易出，天然地理位置決定了大氣擴散條件不利（圖1）。

2 環境空氣質量評價方法與標準

2.1 數據來源

數據來源于永州市生態環境局公布的2017～2019年5月的《永州市環境空氣質量報告》（月報）[5]，月報內容為環境空氣質量綜合指數、6個主要污染物濃度等，氣象數據來源于中國地面氣候資料國際交換站數據集。

2.2 環境空氣質量評價方法

環境空氣質量綜合（AQI）指數是描述城市環境空氣質量綜合狀況的無量綱指數，它綜合考慮了S02、NO2、PM10、PM2.5、CO、03等6項污染物的污染程度，每一項因子均計算出一個AQl數值，AQI取最大的一個;當AQl大于50時，對AQI貢獻最大的即為首要污染物;當AQI指標大于100時，即為污染天。環境空氣質量綜合指數數值越大表明綜合污染程度越重，環境空氣質量綜合指數計算方法如下。

（1）計算各污染物的統計量濃度值。統計各城市的S02、NO2、PM10、PM2.5的月均濃度，并統計一氧化碳（CO）日均值的第95百分位數以及臭氧（03）日最大8h值的第90百分位數。

（2）計算各污染物的單項指數，污染物i的單項指數Ii按式（1）計算：

（3）計算環境空氣質量綜合指數Isum，環境空氣質量綜合指數的計算需涵蓋全部六項污染物，計算方法如下：

AQI指數評價劃分：一級優：O～50;二級良：51～100;三級輕度污染：101—150;四級中度污染：151～200;五級重度污染：201～300，六級嚴重污染：301～500。

3 永州市空氣質量與主要大氣污染物含量變化趨勢

3.1 永州市環境空氣質量變化趨勢

由表1可知：2017年永州市中心城區空氣優良天數為297 d，占比為82. 2%，2018年永州市中心城區空氣優良天數305 d，占比84. 3%，2019年1～5月永州市中心城區空氣優良天數為127 d，占比89. 4%;2017年、2018年、2019年空氣質量優良率逐年略有上升，同時，空氣質量的逐年提升與永州市開展創建空氣質量達標城市工作方案有關，2017年以來永州市采取了在中心城區關閉區域內所有的建筑紅磚廠，劃定了高污染燃料和煙花爆竹等禁燃區等一系列重大舉措，保證空氣質量持續向好。

3.2 永州市主要大氣污染物含量變化趨勢

由圖2（a）、（b）、（c）可知：空氣質量優良主要在春、夏兩季，即3～9月期間;污染天氣主要集中在秋、冬兩季，1～2月、10～12月即秋冬季。重度污染主要集中在12月和1月，主要原因是秋冬季大氣垂直穩定度較好，氣候以小風、靜風、氣溫低、降水少、風速低為主，可容納污染物能力弱，污染擴散條件差，同時，秋冬季又是采暖期排放量增大，故發生污染天氣頻率較高。2018年重污染天數較2017年有所有降低，主要是2018年冬季降雨時間較長，對污染物有一定的雨除作用。2019年1—5月重污染天數已經超越2017年和2018年同期的總和，主要是2019年1月大氣不利條件持續時間長，當時大氣污染應急預案未出臺，永州市磚廠、水泥廠等高排放企業未采取錯峰生產措施，導致污染物排放集中，從而出現密集重度污染天氣。

由圖3（a）、（b）可知：2017～2018年永州市中心城區污染天主要污染物為PM2.5、O3、PM10，PM2.5是首要控制污染物，提升空氣質量總和指數夏秋季主要控O3、PM2.5，冬春季主要控PM2.5[6]。夏季由于天氣炎熱，空氣中NOx、VOCs等污染物及氣溶膠容易發生光化學反應，生成O3、PAN等二次污染物，同時，夏季雨天較少，建筑工地施工高峰期，施工管理不到位導致PM10排放量增大。

由圖4（a）、（b）、（c）可知：2017年、2018年永州市中心城區主要污染物影響綜合指數的貢獻占比由大到小依次是：PM2.5>PM10>O3>NO2>CO> SO2，兩年各項指標貢獻占比變化小，本地排放結構未有明顯變化;2019年1～5月永州市中心城區主要污染物影響綜合指數的貢獻占比由大到小依次是：PM2.5>PM10>NO2>O3>CO>S02，其主要原因是夏季是O3污染的高峰期，因此O3的貢獻值還未體現出來。永州市中心城區主要污染物為PM2.5、PM10，O3，2019年永州市對全市大氣污染源進行排查共排查1595個點位，有1268個點位存在問題，主要是汽車維修店、餐飲店、建筑工地、建材企業等大氣污染防治不到位，這是直接導致PM2.5、PM10、O3升高的主要原因。

4 主要大氣污染物之間及氣象因素的相關分析

利用SPSS23.O軟件以2018年的空氣質量數據進行相關性分析，對主要大氣污染物及氣象因素之間的相關性進行分析，對所有數據采用K-S分析法進行正態分布檢驗，所有指標均符合正態分布，本節利用pearson法進行相關分析。

4.1 主要大氣污染物與氣象因素氣象的相關分析

由表2可知：溫度與NO2、PM2.5、CO、PM2.5呈現極顯著負相關關系，其相關系數分別為-0. 953、-0. 847、-0. 903、-0. 912（ P<0. 01），大氣污染的污染程度受到溫度和氣壓影響，溫度越低，氣壓越高，污染越嚴重，與秋冬季污染天數大于春夏季的結論一致。氣壓與PM2.5、CO、PM10、N02呈極顯著正相關關系，其相關系數分別為0. 901、0.806、0.839、0.946（P<0. 01），其原因為氣溫升高，氣壓下降，有利于改變大氣擴散條件，使污染物發生擴散，污染物濃度越低[7]。S02和濕度呈負相關，濕度越大，S02的污染越小，主要是因為地層空氣濕度大，水汽容易凝結在污染物上，與S02結合，形成硫酸霧等二次污染物，降低了S02的濃度，S02主要來源可能是燃料燃燒，例如煤、煤矸石、柴油等石化燃料，與林啟才等人研究發現SO2：主要來源于煤等石化燃料一致[8];O3與風速顯著相關，O3與風速呈負相關，因為風速較小時，03合成反應才能進行，與單文坡等人研究結論一致[9]。

4.2 主要大氣污染物之間的相關性分析

由表3可知：PM2.5與NO2、PM10、CO呈現極顯著正相關關系，其相關系數分別為0. 906、0.934、0.829（P<0.01），PM2.5、PM10、N02和CO的來源主要可能是機動車尾氣、揚塵污染和露天焚燒，與張蕾等研究發現機動車尾氣、揚塵污染和露天焚燒是哈爾濱市大氣污染的主要來源一致[10]。PM2.5的來源廣泛，在燃料燃燒、揚塵污染、交通排放等污染源都可以產生PM2.5，NO2會發生光化學反應生成新的氣型污染物發生二次污染（即洛杉磯煙霧），也會與水及其他物質反應生成硝酸鹽等形式氣溶膠，這兩個過程都會產生PM2.5;SO2與其他污染物呈現不顯著關系，可能與永州市SO2的來源有關，因為SO2會與水及其他物質反應生產硫酸鹽等形式氣溶膠也會產生PM2.5[11-14];N02與CO、PM10呈現顯著正相關關系，其中NO2與CO、PM10的相關系數分別為0. 817、0.717（ P<0. 01），NO2與CO都是來源于汽車尾氣和燃料不完全燃燒過程，燃燒過程和汽車行駛過程造成揚塵都是PM，。的主要來源;CO與03呈現顯著負相關關系，其相關系數為-0. 596（P<0. 05），CO是生成O3的前驅體物質，日間的化學反應會消耗CO，促進03的生成[9]。

4.3 主要大氣污染物與氣象因素之間的逐步回歸分析

2018年主要大氣污染物與氣象因素之間的逐步回歸分析結果如表4所示，CO與溫度、SO2和O3呈線性關系，說明CO的主要來源于燃燒源和O3的相互轉化;O。與CO呈線性關系，O3主要來源于兩者相互轉化以及光化學反應;PMi。與PM2.。和S02呈線性關系，說明其來源主要來源于揚塵污染和燃料燃燒;NO2與溫度呈線性關系，主要是因為溫度影響NO2的轉化過程;PM2.5與PM10和CO呈線性關系，來源于揚塵污染、汽車尾氣和露天焚燒及各種類型的不完全燃燒過程[15.16];S02與其他因素均不成線性關系，說明S02來源獨立，主要是煤等燃料燃燒所導致。

5 大氣污染防治對策分析

5.1 加強大氣污染防治的日常防控

5.1.1 加強揚塵綜合防治，強化揚塵日常監管

PM2.5、PM10是永州市的首要污染物，控制揚塵是改善大氣空氣質量最重要的環節。主要對策：①整治建筑施工揚塵污染，強化揚塵源頭監管。②開展道路揚塵污染整治，加大道路清掃保潔力度。充分利用道路積塵監測走航結果，合理安排城市保潔工作。③開展裸露土地復綠，推進美麗城市建設。④加強城市基礎設施建設，減輕揚塵污染。

5.1.2 推進工業污染防治，強化企業日常監管

企業排放是SO2、NOX、VOCs等污染物的主要來源[17]，控制工業企業達標排放至關重要。主要對策：①持續推進“散亂污”涉氣企業整治。②加強重點工業企業無組織排放達標管理。③完成水泥、電力行業執行特別排放限值改造。④綜合整治燒制磚瓦行業污染，配套建設在線監控。⑤加強采石場、攪拌場污染整治。⑥全面推進工業揮發性有機物（ VOCs）綜合治理。

5.1.3 加強生活、農業污染防治，強化日常管理

生活、農業面源污染也是大氣污染的重要組成部分，控制生活、農業面源污染不可或缺，尤其是夏季要注意防范不完全燃燒，導致CO排放量提高，間接拉抬O3的量，影響夏季空氣質量。主要對策如下：①積極推動飲食油煙污染治理。②針對PM2.5與PM10和CO集中開展露天焚燒垃圾和露天燒烤污染整治。③嚴格控制煙花爆竹燃放，劃分煙花爆竹禁燃限放區域，最大限度保障空氣質量。④提高燃油品質，加強油氣回收治理。⑤繼續開展高排放車輛污染集中整治，架設機動車遙感監測監管體系。⑥優化城市交通管理，制定重型柴油車和不達標車禁行、繞行方案。

5.2 加強大氣污染防治的應急防控

5.2.1 完善監測預警能力，提前啟動大氣預警

根據前文分析結果，永州市大氣污染具有較強的規律性，東北方向的氣流傳輸更易導致大氣污染天氣的出現，加快重污染天氣應急預案和預警體系建設，對秋冬時期東北風為主的天氣應建立常規氣象監測和環境空氣監測預報合作機制，進行動態評估，尤其是秋冬季溫度較高、氣壓較低的天氣要提前預警[18]。采用顆粒物、VOCs等污染物的走航測量、氣溶膠激光雷達測定等新型監測方法，逐步形成風險信息研判和預警能力，有效識別污染源和不利氣象條件。統籌預警環境氣象，及時、科學布防應急響應對策，充分發揮大氣污染防治聯席會議作用，將部門聯防、區域聯動落實到位，在不利氣象條件造成污染物累積效應、外界傳輸造成污染物輸入的時間段，提前識別、提前采取污染防治行動，最大限度避免或減少環境空氣重污染。

5.2.2 完善特護期應急響應機制，妥善應對重污染天氣

完善重污染天氣預警應急體系，做好重污染天氣過程的趨勢分析，完善會商研判機制，加強重污染天氣預測預報，及時發布區域重污染天氣預報預警信息。完善重污染天氣應急預案和相關實施方案、減排措施?？茖W制定重點行業錯峰生產方案，要將錯峰生產集中在每年12月至次年3月期間，分類明確重污染天氣應急響應過程中需要停產、限產的企業清單，推動重點應急減排措施的組織響應部門制定實施方案;督促工業企業按照“一廠一案”的要求，將各項應急減排措施細化至各產污環節，明確操作流程。

5.3 加強大氣污染防治的長效防控

5.3.1 制定科學的城市大氣污染防治規劃

應針對PM2.5、PM10、O3污染“病根”，盡快編制詳細的源清單和行業治理規劃，制定5年，甚至10年的長遠的治理規劃，并配套具體的專項治理方案，設定量化的工作目標[19]。

5.3.2 實施大氣污染精細化管理

全面推行網格化管理，推動大氣環境保護工作向主動、精細轉型。區、縣（市）政府按照“定區域、定人員、定職責、定任務”網格化管理模式，確保做到邊界清、任務清、責任清。創新日常監管模式，建立排污企業排查臺賬，定期巡查，發現問題及時處理，實現管理無死角、監察無盲區、監測無空白。

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作者簡介：武力（1988-），男，工程師，博士研究生，主要研究方向為環境管理與污染防治。

通訊作者：陳喆（1987-），講師，主要研究方向為土壤污染防治與管理。