“十三五”期間徐州市秋冬季空氣質(zhì)量狀況研究

孫 瑞，鄧國(guó)慶，李 輝

（江蘇省徐州環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，江蘇 徐州 221000）

0 前言

徐州市位于華北平原東南部、江蘇省西北部，地處蘇、魯、豫、皖四省接壤地區(qū)，是華東的重要門(mén)戶城市。 氣候方面，屬于暖溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，四季分明。 春、夏季（3月至8月）受東南季風(fēng)影響光照較強(qiáng)高溫多雨，秋、冬季（9月至次年2月）受西北季風(fēng)影響寒潮頻繁低溫少雪；地形方面，以平原為主，地勢(shì)由西北向東南降低中部還存在部分丘陵； 產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)方面，徐州市是江蘇省重要的內(nèi)陸資源型工業(yè)城市以及煤炭基地、電力基地。特殊的地形和氣候條件以及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致徐州市秋、冬季持續(xù)出現(xiàn)以顆粒物（PM2.5和PM10）為主要污染物的污染過(guò)程[1-4]。 王愛(ài)平等[5]研究了江蘇省秋冬季空氣質(zhì)量狀況，指出江蘇省秋冬季污染存在差異，西北地區(qū)揚(yáng)塵源貢獻(xiàn)較大。李昌龍等[6]研究指出徐州市冬季污染以細(xì)顆粒為主，受二次來(lái)源及機(jī)動(dòng)車尾氣影響較大。

研究利用“十三五”期間徐州市環(huán)境空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)中7 個(gè)環(huán)境空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)城市點(diǎn)連續(xù)觀測(cè)數(shù)據(jù)，分別從達(dá)標(biāo)率、首要污染物、主要污染物濃度方面分析研究空氣質(zhì)量現(xiàn)狀及特點(diǎn)，為徐州市秋、冬季空氣質(zhì)量改善及預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)提供參考。

1 研究方法

1.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位

“十三五”期間，徐州市共設(shè)置7 個(gè)環(huán)境空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)城市點(diǎn)（簡(jiǎn)稱國(guó)控點(diǎn)），7 個(gè)國(guó)控點(diǎn)均位于城市建成區(qū)內(nèi)，分布相對(duì)均勻，可有效反應(yīng)徐州市區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量情況，點(diǎn)位分布見(jiàn)圖1。

圖1 徐州市環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)位分布示意

1.2 分析項(xiàng)目

根據(jù)GB 3095—2012 《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》要求，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為SO2，NO2，CO，O3，PM10，PM2.5，共6 項(xiàng)[7]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

研究所用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)家空氣質(zhì)量聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)管理平臺(tái)2015年9月至2020年2月國(guó)控站點(diǎn)連續(xù)在線濃度數(shù)據(jù)。剔除無(wú)效數(shù)據(jù)后，計(jì)算國(guó)控站點(diǎn)污染物濃度有效數(shù)據(jù)算術(shù)平均值，得出日均值，根據(jù)HJ 633—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）技術(shù)規(guī)定（試行）》及HJ 663—2013《環(huán)境空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范（試行）》進(jìn)行評(píng)價(jià)分析[8-9]。

2 結(jié)果與討論

2.1 “十三五”期間秋冬季總體情況

“十三五”期間徐州市秋冬季空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良率及重度污染以上天數(shù)情況見(jiàn)圖2。 由圖2 可知，“十三五”期間，秋冬季空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)率為55%左右，呈波浪上升趨勢(shì)，遠(yuǎn)低于全年平均優(yōu)良率（全年優(yōu)良率為65%左右）。其中，2017年優(yōu)良率最低為51.9%，2019年最高為57.1%。 “十三五”期間秋冬季空氣質(zhì)量重度污染以上天數(shù)先升后降，2017年重度污染以上天數(shù)為20 d，2019年下降為4 d；空氣質(zhì)量為優(yōu)的天數(shù)占比為3.3%～7.2%，空氣質(zhì)量為良的天數(shù)占比為48.1% ～53.0%，輕度污染的天數(shù)占比為23.8% ～29.1%，中度污染的天數(shù)占比為3.3%～7.2%，重度污染的天數(shù)占比為2.2%～10.5%，嚴(yán)重污染的天數(shù)占比為0.6%～1.7%。

圖2 “十三五”期間徐州市秋冬季空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良率及重度污染以上天數(shù)

選取AQI ＞100 時(shí)的首要污染物數(shù)據(jù)，即選取出現(xiàn)輕度污染以上污染日的首要污染物數(shù)據(jù)，分析徐州市秋冬季污染物情況，結(jié)果見(jiàn)表1。 由表1 可知，徐州市秋冬季發(fā)生輕度污染以上污染時(shí)，首要污染物分別為PM2.5，PM10，O3，其中，以PM2.5為首要污染物的污染日占比高達(dá)86.6%，這與李昌龍等[6]的研究結(jié)果相吻合，表明PM2.5仍是制約徐州市秋冬季空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)的最重要污染物。相關(guān)研究指出，徐州市秋冬季大氣PM2.5中，主要污染來(lái)源為二次源、 燃煤源、機(jī)動(dòng)車、生物質(zhì)燃燒、揚(yáng)塵源和工業(yè)源。

表1 徐州市秋冬季污染日各首要污染物情況

2.2 “十三五”期間徐州市秋冬季污染特征

2.2.1 “十三五”期間徐州市秋冬季月份污染變化

徐州市秋冬季污染最重月份一般均為12月至次年2月。 “十三五”期間徐州市秋冬季空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)率逐月變化情況見(jiàn)圖3。 由圖3 可知，9月份之后，徐州市空氣質(zhì)量開(kāi)始轉(zhuǎn)差，達(dá)標(biāo)率下降明顯，每年12月或者次年1月優(yōu)良天數(shù)最少，優(yōu)良率最低，次年2月份開(kāi)始逐漸好轉(zhuǎn)。 這與徐州市特殊的地理位置、地貌特征及氣候條件有關(guān)，徐州市位于中緯度地區(qū)，地形以平原為主且海拔西北高、東南低；氣候方面，冬季受溫帶大陸氣團(tuán)控制，風(fēng)向以西北風(fēng)、北風(fēng)為主，易受京津冀方向及汾渭平原污染輸入。 同時(shí)徐州市12月份至次年3月份為供暖期，輸入性污染復(fù)合冬季高濕靜穩(wěn)的不利氣候條件，污染物不容易擴(kuò)散，容易產(chǎn)生持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的空氣污染，影響空氣質(zhì)量。

圖3 “十三五”期間徐州市秋冬季空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良率逐月變化情況

徐州市秋冬季污染日首要污染物逐月變化情況見(jiàn)圖4。 由圖4 可知，除次年1月份全部污染日為以PM2.5為首要污染物外，秋冬季污染日首要污染物以PM2.5，PM10，O3中2 種或3 種污染物混合出現(xiàn)，其中10月份為3 種污染物混合出現(xiàn)。 9月、10月，以O(shè)3為首要污染物的污染日占比較高，9月份占比高達(dá)92%，11月份以后未出現(xiàn)以O(shè)3為首要污染物的污染日； 以PM2.5為首要污染物的污染日占比較低，9月份最低為8%，10月份之后占比為71%～100%。 首要污染物變化情況與特定的氣候環(huán)境有關(guān)，受季風(fēng)氣候影響，徐州市9，10月份溫度較高，光照輻射較強(qiáng)，濕度較低，光化學(xué)反應(yīng)速率較高，有利于光化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生。 O3濃度與溫度呈正相關(guān)，與濕度呈負(fù)相關(guān)，氣溫高、紫外輻射強(qiáng)的天氣易于O3生成。 11月份之后，徐州市受北方、西北方冷空氣影響較多，日照時(shí)間減少，太陽(yáng)光照強(qiáng)度與平均溫度均顯著下降，光化學(xué)反應(yīng)較弱，O3濃度隨之降低，以PM2.5為主的污染開(kāi)始出現(xiàn)。 這是因?yàn)樾熘菔星锬┘岸窘孛娑嗵幱诟邼耢o穩(wěn)天氣條件，夜間易出現(xiàn)逆溫層，導(dǎo)致大氣擴(kuò)散條件不利；同時(shí)徐州市作為能源城市，內(nèi)源污染物排放總量較大，且處于供暖初期，污染物在短時(shí)間內(nèi)容易積聚。徐州市北部、西北冷空氣南移時(shí)，北部及西北地區(qū)的外來(lái)污染物也傳輸?shù)叫熘莸貐^(qū)，與本地積累的污染物疊加，導(dǎo)致顆粒物污染物濃度快速升高，出現(xiàn)污染。

圖4 徐州市秋冬季污染日首要污染物逐月變化情況

2.2.2 徐州市秋冬季由揚(yáng)塵源污染向二次轉(zhuǎn)化污染轉(zhuǎn)變

“十三五”期間徐州市秋冬季主要污染物濃度變化情況見(jiàn)圖5。 由圖5 可知，秋冬季PM2.5質(zhì)量濃度呈先升后降趨勢(shì)，2017年達(dá)到最高值（84.7 μg/m3），然后逐步下降，2019年達(dá)到最低值（66.4 μg/m3）；PM10質(zhì)量濃度在2015年至2017年保持較高值，2019年降為最低值（105.9 μg/m3）。 徐州市秋冬季顆粒物濃度變化與2018年開(kāi)展的各項(xiàng)管控措施密切相關(guān)。 2018年夏季徐州市開(kāi)始全面推進(jìn)電力、鋼鐵、焦化、水泥傳統(tǒng)四大行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和優(yōu)化調(diào)整，并頒布徐州市區(qū)全面禁止燃放煙花爆竹、鍋爐分類治理、綜合整治等相關(guān)規(guī)定，同時(shí)結(jié)合秋冬季錯(cuò)峰生產(chǎn)及重污染天氣應(yīng)急管控等科學(xué)治污、精準(zhǔn)治污手段，徐州市秋冬季顆粒物濃度顯著下降。

圖5 “十三五”期間徐州市秋、冬季主要污染物濃度變化

從主要污染物濃度來(lái)看，徐州市秋冬季顆粒物（PM10，PM2.5） 和NO2濃度均值均超過(guò)國(guó)家環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)二級(jí)濃度限值，仍面臨嚴(yán)峻的顆粒物污染，且污染類型開(kāi)始由燃煤型污染向復(fù)合型污染轉(zhuǎn)變。

研究ρ（PM2.5）/ρ（PM10）可在一定程度上探索污染的類型和可能的污染物來(lái)源。王濤等[10]研究指出，當(dāng)ρ（PM2.5）/ρ（PM10）越高，二次轉(zhuǎn)化形成的顆粒物貢獻(xiàn)率就越高；比值越低，揚(yáng)塵、沙塵等源顆粒物貢獻(xiàn)率就越高?！笆濉逼陂g徐州市秋冬季ρ（PM2.5）/ρ（PM10）變化見(jiàn)圖6。 由圖6 可知，ρ（PM2.5）/ρ（PM10）分別為0.54，0.60，0.63，0.61，0.63，呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，這說(shuō)明徐州市秋冬季顆粒物污染正在由揚(yáng)塵源污染向二次轉(zhuǎn)化污染轉(zhuǎn)變。 PM2.5占比升高，對(duì)環(huán)境空氣的潛在污染越大，進(jìn)一步改善就越困難。 太原市[11]、北京市[12]等地也出現(xiàn)同樣規(guī)律。

圖6 “十三五”期間徐州市秋冬季PM2.5,PM10 濃度變化

2.2.3 徐州市秋冬季污染類型由燃煤型污染向復(fù)合型污染轉(zhuǎn)變

隨著徐州市經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展、建成區(qū)不斷擴(kuò)大、基礎(chǔ)設(shè)施不斷完善，各類汽車保有量不斷增加，導(dǎo)致機(jī)動(dòng)車和非道路移動(dòng)污染源尾氣排放增加。 而隨著徐州市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、 新動(dòng)能培育、 供暖方式改變，由工業(yè)燃燒等固定污染源產(chǎn)生的SO2逐年下降。ρ（NO2）/ρ（SO2）越高，說(shuō)明移動(dòng)污染源貢獻(xiàn)率越高，ρ（NO2）/ρ（SO2）越低，說(shuō)明固定污染源貢獻(xiàn)率越高。“十三五”期間徐州市秋冬季ρ（NO2）/ρ（SO2）變化情況見(jiàn)圖7。 由圖7 可知，ρ（NO2）/ρ（SO2） 分別為1.0，1.5，2.3，3.3，3.9，呈逐年上升趨勢(shì)，這說(shuō)明徐州市秋冬季受移動(dòng)源影響越來(lái)越嚴(yán)重，受燃煤影響程度逐年降低。 同時(shí)，氣態(tài)污染物（SO2，NO2）在秋冬季易于發(fā)生二次轉(zhuǎn)化，形成硫酸鹽、硝酸鹽等組分，加劇顆粒物污染。

圖7 “十三五”期間徐州市秋冬季SO2，NO2 濃度變化

3 結(jié)論

（1）“十三五”期間徐州市秋冬季空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)率為55%左右，空氣質(zhì)量總體呈好轉(zhuǎn)趨勢(shì)，2019年秋冬季優(yōu)良率和重度污染以上天數(shù)均為“十三五”期間最好；

（2）從月度變化看，進(jìn)入9月以后，徐州市空氣質(zhì)量開(kāi)始轉(zhuǎn)差，達(dá)標(biāo)率下降明顯，12月份或次年1月份優(yōu)良天數(shù)最少，優(yōu)良率最低，次年2月份開(kāi)始逐漸好轉(zhuǎn)；

（3）徐州市秋冬季發(fā)生輕度污染以上污染時(shí)，首要污染物分別為PM2.5，PM10，O3，其中，以PM2.5為首要污染物的污染日占比高達(dá)86.6%，表明PM2.5是制約徐州市秋冬季空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)的最重要污染物；

（4）徐州市秋冬季面臨嚴(yán)峻的顆粒物（PM10，PM2.5）污染，污染正在由揚(yáng)塵源污染向二次轉(zhuǎn)化污染轉(zhuǎn)變，同時(shí)污染類型由燃煤型污染向復(fù)合型污染轉(zhuǎn)變。