廣安市大氣污染物濃度特征分析

李艷，黎云祥，權秋梅

（西華師范大學環境科學與工程學院，四川南充637002）

引言

大氣污染是指人們在日常的生產勞動過程中產生的各種廢棄物并排放至大氣環境中，超過環境的所能容納污染物的閾值，引起大氣的質量發生改變，從而使人們的日常生活和工作以及周圍的生態環境遭到嚴重的影響和破壞。大氣污染問題已經嚴重影響了我國的社會發展及人們的日常生活和工作，成為各界人士廣大關注和爭議的話題之一。王琳[1]等對匯川區大氣污染物特性進行了分析以及對防治措施研究；常毅[2]等對蘭州城市大氣中PM10污染特征進行了研究；林靜怡[3]等對重慶市大氣污染物分布特征及影響因素進行分析；王玉祥[4]等對泰州市2013?2017年大氣污染特征及潛在來源進行了分析；杜娟[5]等分析了綿陽市的臭氧和顆粒物變化特征以及相關性分析；曹楊[6]等對成都市的大氣污染特征進行了分析；Hui Song[7]等對山西省的空氣污染特征、健康風險及來源進行了分析；Guo Meng?Meng[8]等分析了鄭州市空氣污染特征及氣象條件分析。

大氣污染防治和治理是國家關注、人民關心的大事，是保護自然生態環境、維護群眾切身利益、促進經濟可持續發展的重要要素。2015年，我國的所有省內的報告均涉及到大氣污染治理的方面，說明從中央到政府，大氣污染防治與治理理念越發成熟。近年來，廣安市大力開展關于大氣污染治理等方面的工作，狠抓建筑揚塵、工業污染、燃煤鍋爐等各項重點領域的專項整治，效果比較突出。然而隨著廣安市工業化、城鎮化的進程加快以及經濟的快速發展，環境空氣質量逐漸降低，這一突出的問題，嚴重影響廣安市的經濟發展，已經成為制約社會發展和社會穩定的因素之一。

1 數據來源與分析方法

1.1 監測布點

廣安市環境監測站分別在主城區設立了廣電花園監測站站點、市委監測站站點、北辰小學監測站站點、小平舊居監測站站點、友誼中學監測站站點5個環境大氣常規檢測點。以這四個站點的2018?2020年的1?8月的大氣監測數據為依據。

1.2 數據來源

此次選取了廣安市2018?2020年的1?8月的大氣監測數據，監測因子有AQI、PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2、O3，數據來源于中國空氣質量在線監測分析平臺（https://www.aqistudy.cn/）。中國空氣質量在線監測分析平臺是公益性質的軟件平臺，目前收錄了全國367個城市的天氣信息數據，具體包括AQI、PM2.5、PM10、S02、N02、O3、CO、溫度、濕度、風級、風向、衛星云圖等監測項，所有數據每隔1小時自動更新一次。

1.3 分析方法

本文使用Excel表格對大氣污染物濃度進行數據統計及整理，運用origin 2018軟件繪圖，分析廣安市的空氣質量指數變化的特征，廣安市的各項主要大氣污染物的年變化特征、月變化特征；利用SPSS 23.0對廣安市大氣污染物的月均濃度進行Pearson相關分析，分析春節及疫情防控期間污染物的變化趨勢。

2 結果與討論

2.1 空氣質量變化特征

根據2018?2020年1?8月的空氣質量等級進行統計，結果如表1所示。2018年中有兩天空氣被重度污染，空氣質量指數在201～300之間，是3年中重度污染天數最多的。根據大氣污染物的濃度限值，二氧化硫在24小時內平均濃度至少在800μg/m3以上，PM10在24小時的平均濃度至少在350μg/m3以上，PM2.5在24小時的平均濃度至少在150μg/m3以上。此時患有心臟病和肺病患者癥狀顯著加劇，運動耐受力降低；健康人群普遍出現癥狀。兒童、老年人以及患有心臟病和呼吸系統疾病的患者應避免長時間和高強度的戶外鍛煉，普通人群應減少戶外運動[9]。2018年和2019年都有中度污染天數，此時空氣質量指數在151～200之間，且基本上都發生在1月份。2020年的空氣質量等級為優的天數最多，2018年的空氣質量為良的天數最多，其中2018年的空氣質量指數為優、良的天數占8個月的87.2%，2019年空氣質量為優、良的天數達81.5%，2020年的空氣質量為優、良的天數占89.3%，是三年中空氣質量最好的。

表1 廣安市2018?2020年1?8月空氣質量等級分布（單位：天）

如圖1所示，2018?2020年，1月份的AQI數值是8個月中普遍最高的，2018年1月達到94，2019年1月高達101，2020年1月AQI為71。2018年和2019年AQI比2020高，其中2018年和2019年1月的AQI高的可能原因有：一是春節期間的往返車輛增加，城區的某些時段、部分區域出現擁堵現象，城區的汽車尾氣污染明顯；二是雖然政府在春節前加強了管控力度，但違規熏制腌臘制品、燃放煙花爆竹、露天焚燒秸稈及垃圾的現象時常發生，造成城區區域污染。而2020年1月因為新冠疫情的影響，武漢被封城，人們被限制出入，人群活動量大幅度降低，從而減少了汽車尾氣的排放，春節期間的鞭炮與煙花的燃放大幅度減少，所以1月的AQI比2018年和2019年的低。但由于廣安市1月的天氣以多云為主，冷空氣的活動強度較弱，且活動頻數偏少，不利于大氣污染物向四周擴散、和污染物的稀釋與消解，導致我市1月的AQI數值比其他月份較高。2018年和2019年的AQI數值呈U型分布，2020年5月的AQI數值達到最大。主要原因是5月份溫度高，主城區出現了7天的臭氧污染，導致環境空氣質量的優良率較2018年和2019年同期的優良率顯著降低；同時城區及周邊的秸稈露天焚燒等現象經常發生，導致個別時段、個別監測布點的顆粒物濃度顯著上升[10]。

圖1 廣安市2018?2020年AQI的月變化特征

2.2 年濃度變化特征

廣安市的大氣污染物的年平均濃度嚴格執行《環境空氣質量標準》（GB3095?2012）的二級濃度限值，如表2所示。

表2 環境空氣污染基本項目濃度限值

圖2是廣安市2018?2020年的1?8月份的6項基本大氣污染物年度變化情況，各污染的二級濃度限值如表2所示。如圖2所示，污染物SO2、NO2、O3?8h、CO的年均濃度均在二級濃度限值之下，而2018年的PM2.5和PM10超過二級濃度限值，所以未達標。主要原因是2018冬季天氣寒冷、大氣層結穩定，不利于顆粒物的排放，使得年平均濃度超過二級限值。SO2、PM2.5、PM10、NO2、CO的年平均濃度都是呈下降趨勢，且下降趨勢差不多，說明環境空氣質量在逐年變好。O3的年平均濃度雖然都在在二級濃度限值以下，未超標，但2020年的O3濃度相對2019年的O3濃度有所上升，說明O3污染的問題還沒有得到明顯的解決，需要加強臭氧污染控制措施。2018年的主要污染物是PM2.5和PM10，2019年和2020年的大氣年均濃度均達標，空氣質量好。

圖2 廣安市2018?2020年污染物的年變化特征

2.3 月濃度變化特征分析

對2018?2020年1?8月份的PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2、O3等大氣污染物濃度進行月均分析，結果如圖3所示。

圖3 廣安市2018?2020年污染物的月變化特征

如圖（a）～（f）可知，2018年的大氣污染物PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2等普遍比2019年和2020年高，3年內的PM2.5、PM10、CO等污染物濃度呈下降趨勢。原因是冬季濕度大，日照少，冷空氣活動頻數大，不利于大氣顆粒物向四周擴散，春節期間來返回城回家等產生許多汽車尾氣和道路揚塵，使得PM2.5、PM10、CO等大氣污染物比其他月份較高[4]。對2020年大氣各項污染物濃度與2018年和2019年的進行對比分析，可知：（1）PM2.5、PM10的變化趨勢是類似的，都是呈下降趨勢。在1?8月中，2018年的PM2.5、PM10平均濃度是最高的，2020年的平均濃度是最低的。從圖（a）和（b）中可以看出，2018年和2019年的1月份的PM2.5、PM10濃度差不多，但2020年1月份PM2.5、PM10的濃度大幅度降低。說明在2020年1月突然爆發的疫情期間，人們被限制在家，減少了機動車尾氣的排放和道路與建筑揚塵，有些工廠被迫停業，使大氣顆粒物的排放量有所降低。（2）如圖（c）所示，SO2的濃度趨勢呈中間高、兩端低的趨勢，2020年濃度在5月份達到最大值，2018年和2019年的最大值在3月份出現，但濃度都是逐年降低，說明大氣污染防控治理越來越好。（3）從圖（d）可以看出，2018年和2019年CO的濃度呈中間低、兩端高的趨勢，但整體趨勢升降都不明顯，2020年的CO濃度整體呈下降趨勢，3年的濃度都在1月份達到最大值。主要原因是1月春節期間，人們在家過年，采暖、爐灶的使用會增加大氣中的CO濃度。（4）如圖（e）可知，3年的NO2濃度最大值都出現在1月份。其原因是1月份正是春節期間，大量在外務工人員返回自己的家鄉，城市機動車尾氣大量的排放，以及鍋爐廢氣的排放，都是引起一月份的NO2濃度比其他月份高的原因。（5）由圖（f）可以看出，O3的濃度趨勢在1?8月份大致呈現先上升、后下降的趨勢。主要原因是4月份氣溫逐漸上升，大氣中的氮氧化物和揮發性有機物經光照發生光化學反應而產生，造成大氣中的臭氧濃度上升的趨勢[6]。

2.4 污染物濃度相關性分析

大氣中的各類污染物之間，存在著一定的聯系。研究各項污染物之間的相關性，對于開展廣安市大氣污染物的相關防治有著重要的作用。本研究利用SPSS 23.0對廣安市的6項大氣污染物的月均濃度進行了Peasron相關性分析。分析結果如表3所示，PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2之間的相關關系均為正相關。PM2.5和PM10的相關系數為0.966，兩者的相關性屬于極強相關，表明粒徑不相同的顆粒物的排放存在一定的協同性。PM2.5和PM10與CO的相關系數分別為0.904、0.894，二者分別的相關性也屬于極強相關，說明表明廣安市大氣污染物中的PM2.5、PM10與CO具有協同性[11]。而O3污染物與其他五類污染物都成負相關關系，其中與NO2的負相關性較高，主要原因是人類生產活動排放的NO2等一次污染物經光化學反應可有效促進二次污染物O3的產生。

表3 廣安市6種大氣污染物相關性分析

2.5 春節及疫情防控期間空氣質量變化分析

本文研究春節期間的日期是2020年1月20日?2月8日（臘月二十六至正月十五），搜集這20天的大氣日監測數據[12]，與2018年和2019年的臘月二十六至正月十五的監測數據對比，分析空氣質量指數和污染物濃度的日變化特征。如圖4所示：

圖4 2019?2020年臘月二十六至正月十五的AQI的日變化特征

從AQI指數數值分析，2019年和2020年春節期間的污染天數比例為15%，主要是輕度污染3天，其他日子的空氣質量均在二級以上，空氣質量較好；2018年春節期間的污染天數比例為10%，主要是2天的輕度污染。從圖4可以看出，2018年的AQI平均數值高于2019年，2020年的AQI平均數值最低。2018年和2019年的春節期間的AQI指數的變化是先上升再下降最后大致趨于穩定的變化趨勢，在正月初一達到最大值。其主要原因是在臘月三十的晚上，城鎮及農村地區會大規模的燃放煙花爆竹，會產生大量的CO2、NO2、SO2等，以及少量固體小顆粒；大年初一的時候，很多人外出旅游或者外出進行其他的活動，汽車尾氣等排放量也急劇增加，使得該天的空氣污染指數偏高。而2020年的正月初一由于疫情的原因，人們被限制出門，也禁止燃放煙花爆竹等，所以AQI數值較小。2020年的春節及疫情防控期間，臘二十六至臘月二十八的AQI數值高于其他的日期的AQI數值，而在臘月二十九的AQI數值達到最大。原因是農歷的臘月二十六，不同地區務工的人們開始相繼返鄉，車流量增加，尾氣的排放增加；臘月二十九的返鄉人員增多，同時汽車尾氣的排放量達到最大，使得AQI數值最大[13]。

3 結論與建議

3.1 結論

（1）廣安市2019年空氣質量為優、良的天數達81.5%，2020年的空氣質量為優、良的天數占89.3%，是3年中空氣質量最好的。

（2）2018、2019和2020年3年間PM2.5和PM10的變化趨勢呈下降趨勢；SO2的濃度變化趨勢呈中間高、兩端低的趨勢；CO在2018年和2019年呈中間低、兩端高的趨勢，2020年的CO濃度整體呈下降趨勢；NO2濃度在1月份達到最大值；O3呈先上升、后下降的趨勢。利用SPSS相關性分析表示PM2.5和PM10的相關系數為0.966，表明粒徑不相同的顆粒物的排放存在一定的協同性，而O3污染物與其他5類污染物都成負相關關系，其中與NO2的負相關性較高，主要原因與光化學反應有關。

（3）2018年的主要污染物是PM2.5和PM10，2019年和2020年的大氣年均濃度均達標，空氣質量好。

（4）春節期間人們大量燃放煙花爆竹是造成空氣污染嚴重的主要原因。

3.2 建議

（1）應繼續加強對環境空氣污染的治理，尤其是對廣安市主城區的空氣質量產生重大影響的區域。科學合理地調整廣安市的產業布局，嚴格控制管理建筑揚塵、工業污染、燃煤鍋爐、煙花爆竹等產生的污染，從源頭治理；嚴格執行大氣污染物濃度排放限值，全面禁止城區周邊的秸稈焚燒的現象，加強對城中村燃煤產生的二氧化硫污染的控制與管理[14]。

（2）改革能源結構，加強對清潔無污染能源的使用，從源頭上減少污染物的排放。大力推廣使用太陽能、風能、水能、生物能等可再生資源。

（3）加強環保理念的宣傳，建立強大的環保意識。保護環境是每個人的責任，要通過科學合理的措施降低對壞境質量的破壞，降低環境污染對人體健康造成的危害。只有保護好城市的大氣環境質量，才能有利于城市的可持續發展策略。