福建省SO2濃度特征時空分布研究

（福建省環境保護設計院有限公司 福建福州 350012）

0 引言

隨著城市化和中國工業現代化的飛快發展，我國的大氣污染情況日益嚴峻，其主要原因在于目前我國的能源消費結構仍然以煤炭為主，而太陽能、核能、風能等清潔能源的占比較小。此外，城市化進程加快和汽車尾氣排放增加，加劇了城市熱島效應，限制了大氣污染物的擴散[1]。

二氧化硫（Sulfur Dioxide，SO2）是一種無色有刺激性的氣體，廣泛分布在大氣中，是影響人類生活的主要污染物之一[2]，同時也是酸雨形成的重要來源。學者研究表明，過量排放SO2會加劇酸雨污染，危害人類健康，破壞生態系統，造成國家和人民的經濟發展損失[3-4]。徐曉華等[5]表明人類活動的影響使SO2在中國具有明顯的地區性和季節性。晏彩霞等[6]研究表明，環境空氣污染與人們出行習慣和氣候等影響因素有關。李震宇等[7]研究表明，福建省整體空氣質量位居全國前列，但仍為我國南方酸雨污染省份之一，有1/3以上的地區屬于極敏感區。

目前，學者對區域二氧化硫時空分布特征已有大量研究報道，但對福建省SO2濃度特征時空分布研究較少。本文以福建省為研究區域，選取2015—2019年SO2質量濃度數據進行分析，探究SO2濃度在不同時間尺度下的變化規律及空間分布特征，分析影響SO2排放的驅動因素，為制定科學、有效的SO2減排政策提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區域概況

福建省坐落于中國東南沿海，陸域介于北緯23°33′—28°20′、東經 115°50′—120°40′之間。 全省陸域面積 12.14 萬 km2，海域面積13.63萬km2。福建的地形主要以山地、丘陵為主，地勢總體上西北高東南低。受新華夏構造的控制，在西部和中部形成北（北）東向斜貫全省的閩西大山帶和閩中大山帶，兩大山帶之間為互不貫通的河谷、盆地，東部沿海為丘陵、臺地和濱海平原。福建省氣候區域差異較大，閩東南沿海地區屬南亞熱帶氣候，閩東北、閩北和閩西屬中亞熱帶氣候，各氣候帶內水熱條件的垂直分異也較明顯。

1.2 研究方法

本文研究數據來源于全國城市空氣質量實時發布平臺中福建省9個地級市SO2日報數據，選取時間為2015年1月1日—2019年12月31日。本文研究方法為：運用ArcGIS、Origin軟件繪制福建省9個地級市各年SO2年均值、季均值和月均值的時空分布圖，再利用SPSS軟件分析SO2濃度與各驅動因素的相關性，分析SO2污染的分布特征及變化趨勢。

2 結果與分析

2.1 福建省SO2的時間分布

2.1.1 SO2年變化

福建省各地市2015—2019年SO2年平均濃度分布情況如圖 2所示，對照《環境空氣質量標準》（GB 3095—2012），各研究年SO2年平均濃度均未超過二級標準（60 μg/m3）。從SO2年平均濃度變化趨勢上看，近5年整體呈下降趨勢。

近年來，福建省加強了對工業企業大氣污染綜合治理，開展了主要污染物排放總量削減工作，SO2排放量整體呈逐年降低趨勢。根據《福建省“十三五”節能減排綜合工作方案》，到2020年，該省二氧化硫重點工程減排量達到3.5萬t，二氧化硫排放總量控制在33.8萬t以內。

2.1.2 SO2季變化

福建省各地市2015—2019年SO2季平均濃度分布情況如圖3所示，可以看出，SO2季均濃度具有明顯的季節差異性，整體呈現冬季（12 月至次年 2 月）>春季（3～5 月）>秋季（9～11 月）>夏季（6～8月）。從濃度分布上看，SO2季均濃度最大值出現在2015年冬季 （31.63 μg/m3）， 最小值出現在2019年夏季（7.78 μg/m3）。冬季SO2濃度高的原因主要是由于冬季雨水稀少和逆溫情況，不利于大氣污染物擴散和遷移。夏季由于對流性強，大氣污染物稀釋去除效果好，研究表明降雨量與污染物的稀釋程度呈正相關關系[8]；此外，夏季較高頻率的臺風和暴雨導致SO2在空氣中沖洗和擴散，加上大氣逆溫強度低，大氣具有較好的擴散條件，因此夏季的濃度較低[9]。

2.1.3 SO2月變化

福建省各地市二氧化硫變化特征與氣象變動規律有關，根據各研究年月平均濃度分布圖（圖4），二氧化硫平均濃度呈現出明顯的月變化規律，污染最大濃度值出現在冬春季（12月至次年4月），最低值出現在夏季（6～8月）。福建省屬亞熱帶氣候，交替的冬夏季風是區域氣候的突出特征。冬季出現不利于污染物擴散的天氣概率較大，所以濃度高位值出現在冬季。夏季受海洋氣候和對流性氣候影響，帶來大量的降雨和良好的擴散條件，使得污染物濃度較低。

2.2 福建省SO2空間分布

福建省2015—2019年SO2平均濃度值空間分布如圖5所示，可以看出，空間層面上各地區SO2濃度分布呈現明顯差異，西北部內陸地區污染整體較重，東部沿海地區污染較輕，總體表現為閩西北>閩南>閩中>閩東。

三明市和南平市作為福建省西北部主要的工業城市，工業污染排放量較高，加上城市地形為山地，大氣擴散條件不佳，導致SO2濃度較高。泉州市作為沿海地區，由于近年來泉州第一、二、三產業GDP比重為2.4∶57.7∶39.9，第二產業在城市經濟中所占比重高于福州、廈門[10]，因此SO2的排放量相對較高。

2015年各城市SO2年平均濃度自大到小順序排列為：三明>南平>漳州>龍巖>泉州>廈門>莆田>福州>寧德，其中，三明市 SO2年平均值為全省最高（17.73 μg/m3），寧德市 SO2年平均值為全省最低（5.07 μg/m3）。2019年各城市SO2年平均濃度自大到小順序排列為：龍巖>泉州>漳州>三明>南平>寧德>莆田>廈門>福州，其中，龍巖 SO2年平均值為全省最高（9.51 μg/m3），福州 SO2年平均值為全省最低（3.95 μg/m3）。

總體上來看，福建省西北部是SO2濃度相對較高的地區，而沿海城市地區SO2濃度相對較低，主要與該地區重工業布局與大氣擴散條件有關。

2.3 福建省SO2驅動因素

根據國內學者研究成果，影響SO2排放的驅動因素包括經濟增長、經濟結構、人口規模、汽車保有量、能源消費結構、能源消費強度、廢氣治理水平等[11-12]。本文選取年末常住人口x1（萬）、國內生產總值 x2（億元）、人均國內生產總值 x3（元）、全社會機動車擁有量x4（輛）、標煤消耗量x5（萬t標準煤）、單位產值工業廢氣排放量 x6（億 m3）、人口密度 x7（人/km2）、廢氣治理設施設備運行費用x8（億元）和萬元地區生產總值能耗x9（噸標煤/萬元）等9種驅動因素，與福建省SO2濃度年平均值做相關性分析。驅動因素數據來源于福建省各地市統計年鑒，利用SPSS軟件計算SO2濃度全年與x1～x9的相關系數，其分析結果見表1。

從驅動因素相關性分析上看，x1～ x5、x8、x9等因素與 SO2濃度大多呈現負相關。其中，廈門、漳州、三明、南平等城市中的年末常住人口，廈門、三明2座城市中的國內生產總值和機動車擁有量，漳州、三明2座城市中的人均國內生產總值因素，龍巖市的標煤消耗量等與SO2濃度呈現顯著負相關。上述結果表明隨著常住人口、國內生產總值、人均國內生產總值、機動車擁有量、標煤消耗量、廢氣治理設施費用、萬元地區生產總值能耗的增加，SO2濃度反而減小，其原因可能在于各城市對環境治理重視程度和二氧化硫治理水平不斷提高，并且加大了高附加值、低污染產業在區域經濟體系中的比重。x6、x7等因素與SO2濃度大多呈現正相關，表明單位產值工業廢氣排放量和人口密度的增加，在一定程度上會加大SO2排放量。

綜上所述，福建省各地市可根據自身產業的發展，明確各地市SO2排放的主要驅動因素，精準施測，加大SO2治理投入，提升高附加值、低污染產業在區域經濟體系中的比重，降低SO2排放水平，確保區域SO2濃度穩定達標。

3 結論

（1）福建省各地市近5年SO2年平均濃度滿足《環境空氣質量標準》（GB 3095—2012）二級標準，且呈現整體逐年下降趨勢。

（2）福建省屬亞熱帶氣候，大氣中SO2呈現明顯的季節性差異和月變化規律，污染物最大濃度值出現在冬春季（12月至次年4月），最低值出現在夏季（6～8月）。

（3）受區域擴散條件及工業污染排放影響，福建省西北部是SO2濃度相對較高的地區，而沿海城市地區SO2濃度相對較低。

表1 SO2濃度與影響因素相關性分析

（4）城市環境污染的治理水平提高，高附加值、低污染產業比重的提升，有利于降低區域二氧化硫污染水平。福建省各地市可結合區域產業發展特點，明確各地市SO2排放的主要驅動因素，精準施測，確保二氧化硫濃度穩定達標。