2018-2020年四川盆地南部城市空氣質量首要污染物特征分析

張洪文 ，馬海燕

(1 四川省瀘州生態環境監測中心站，四川 瀘州 646000；2 瀘州市敘永生態環境監測和應急服務中心，四川 瀘州 646000)

首要污染物是指污染程度最高的污染物，對空氣質量有較大影響，是反映當地環境空氣質量的重要指標。系統全面地分析重點地區和城市空氣質量首要污染物的時空變化特征，能精準有效地了解主要大氣污染物對研究區域空氣質量的影響，有利于環境管理部門科學、有針對性地開展大氣污染防治，改善空氣質量。

隨著2016年成渝城市群發展規劃出臺，尤其是四川省2017年底印發《四川省藍天保衛行動方案(2017-2020年)》以來，國內外學者針對成渝地區大氣污染特征開展了大量、深入研究。劉培川等[1]發現區域污染、燃放煙花爆竹、秸稈焚燒等典型污染類型對四川省城市環境空氣中PM2.5污染貢獻比例分別為13.62%、0.75%、3.11%；史海琪等[2]研究發現O3在盆地中西部污染較重，PM2.5和PM10在成都及周邊城市污染較重，SO2在盆地中南部污染較重；肖丹華等[3]發現盆地PM2.5、PM10、CO、NO2和SO2質量濃度的季節變化為冬季高、夏季低，O3質量濃度季節變化則為冬季低、夏季高；曹洋等[4]發現成都市區的首要污染物以PM2.5為主，郊區以O3為主；劉姣姣等[5]發現重慶市O3污染濃度呈逐年增高、超標天數增加、首次臨界時間逐年提前等特點；熊桂洪等[6]發現SO2、NO2、CO、PM10和PM2.5呈“U型”，O3呈現“倒U型”的季節變化特征。

上述研究多以單個省或市為范圍進行短期的污染特征研究分析，而以首要污染物的變化特征為切入點，對同一區域內的數個城市進行污染物的長期分析則較少。本文選取處于四川盆地南部、地形條件和大氣污染特征相似的瀘州、內江、宜賓和自貢4個城市，全面研究各城市開展藍天保衛行動以來，空氣質量首要污染物的空間分布特征和時間變化趨勢，探討影響四川盆地南部區域空氣質量的主要污染物和相應的變化規律，以期為四川盆地南部區域及成渝地區相似城市開展大氣污染防控工作提供有力的技術支撐。

1 材料與方法

1.1 數據來源

本研究所選用的數據來源于四川省空氣質量監測網絡管理系統，選取瀘州、內江、自貢和宜賓4個城市2018-2020年連續3a日數據，對首要污染物進行時空特征分析。考慮到數據有效性和研究需要，對不滿足數據有效性的個別天數，以當天至少一個點位的監測結果計算該城市的AQI和首要污染物，以保證全年有效分析天數的完整性。

1.2 統計方法

根據《環境空氣質量標準》(GB 3095-2012)[7]、《環境空氣質量指數(AQI)技術規定(試行)》(HJ 633-2012)和《環境空氣質量評價技術規范(試行)》(HJ 663-2013)對首要污染物的要求[8-9]，城市空氣質量級別為優時，無首要污染物；空氣質量級別為良、輕度污染、中度污染、重度污染和嚴重污染時，標明其首要污染物。AQI大于100時，該日的首要污染物為超標污染物，以下各段中“天數比例”是指非優天數(AQI>50)中各項首要污染物所占的比例。

《環境空氣質量指數(AQI)技術規定(試行)》(HJ 633-2012)規定，若空氣質量分指數IAQI最大的污染物為兩項或兩項以上時，并列為首要污染物。當城市同一日有兩項或兩項以上首要污染物時，則這些首要污染物所占天數均按照1d計算，因此各首要污染物天數所占非優天比例相加之和會出現大于100%的情況。

本研究中以四川省2017年10月印發的《四川省藍天保衛行動方案(2017-2020年)》為時間節點，分析了2018-2020年藍天保衛行動開展以來，瀘州、內江、自貢和宜賓4市首要污染物天數和天數比例的分布情況，總結了它們的空間分布特征和時間變化趨勢，并結合前人研究成果探討其成因。

2 結果和分析

2.1 首要污染物基本分布特征

2018-2020年各城市首要污染物天數及天數比例結果表明各城市每年非優天數差別不大(見表1和圖1所示)，平均每年246.9 d，4個城市非優天數在217～278 d之間；自貢首要污染物僅有PM2.5、O3-8 h和PM103種，其余3個城市還偶有出現NO2。總的來說，4個城市第一大首要污染物均為PM2.5，PM2.5首要污染物3a天數比例最低為46.7%，最高為63.4%，多數年份占比在50%左右，整體差異不大；O3-8 h天數比例略低于PM2.5，4個城市第二大首要污染物均為O3-8 h，3a天數比例在31.5%～45.6%之間；第三和第四大首要污染物分別為PM10和NO2，4個城市PM10天數比例均低于10%，但瀘州PM10天數比例明顯低于其他3個城市；NO2首要污染物天僅在瀘州、內江和宜賓僅零星出現過1～5 d，占比極低(0.4%～2.2%)；SO2和CO首要污染物天在4個城市中均未出現。

表1 2018-2020年各城市首要污染物天數及天數比例

各城市PM2.5首要污染物天數比例相當，均占到50.0%左右，從空間分布上看PM2.5污染是川南區域的共性問題，這與潘文琪[10]等進行四川盆地PM2.5特征及污染參數關聯分析中的結論相呼應。從北向南，4個城市O3-8 h首要污染物天數比例總體呈上升趨勢，但隨著城市緯度的升高，臭氧濃度值卻在降低，陳雪萍[11]在基于衛星遙感的中國西部地區臭氧總量分布特征及其成因分析中也提出相似的空間分布規律，多個研究及相關數據也表明，川南地區是四川盆地O3污染的高值區。PM10首要污染物天數比例整體呈波動下降趨勢，這與2018年以來四川省開展藍天保衛行動，大力加強工業、企業揚塵以及移動源的整治有關，但也需注意到各城市在夏初秋末時節秸稈焚燒對PM10的貢獻[12]。瀘州市NO2首要污染物天數比例明顯高于其他3個城市，這與當地機動車數量激增、尾氣排放量增加、油品質量惡劣和排放標準落后等因素相關[13]，但內江和宜賓NO2污染也不容忽視。SO2和CO首要污染物天數比例均為0%，這與“十二五”開始川南地區各大鋼鐵、水泥、火電等產業實行超低排放[14]、能源結構調整等有關。

圖1 2018-2020年各城市首要污染物3a平均天數比例

2.2 首要污染物年際變化趨勢

考慮到SO2和CO首要污染物天在各城市中均未出現，NO2首要污染物天僅零星出現，因此以下研究中主要對各城市PM2.5、O3-8 h和PM10等3種首要污染物進行分析。

各城市PM2.5、O3-8 h和PM10首要污染物天數比例年際變化如圖2所示。4個城市PM2.5首要污染物天數比例變化趨勢一致，均為上升-下降趨勢，內江和自貢變化幅度較小，處于48.2%～56.3%的范圍內，瀘州和宜賓變化幅度較大，處于46.7%～63.4%的范圍內；2018年PM2.5首要污染物天數比例在各個城市3a比例中均為最低。

各城市O3-8 h首要污染物天數比例年際變化規律較為一致，2019年比2018年均有不同程度下降，自貢下降10.7%，在4個城市中天數比例下降最多，2020年均有上升，比2019年分別上漲5.0%、6.5%、8.3%和11.3%，揮發性有機物、NOX等前體物與O3的化學反應及不同氣象條件下O3的不同反應都有可能影響O3污染程度的變化[15]；瀘州3a O3-8 h天數比例變化幅度較小，變化幅度僅在2.2%～5.0%之間，但內江、宜賓和自貢前兩年均大幅下降，降幅在5.8%～10.7%之間，而2020年各城市均大幅上升，甚至超過2018年的天數比例；2020年各城市平均O3-8 h天數比例為42.9%，較2018-2019年各城市平均O3-8 h天數比例38.3%上漲了4.6%，一定程度上表明川南地區O3污染時間增多，改善幅度減小，程度有所加重。

瀘州PM10首要污染物天數比例呈逐年下降趨勢，2020年相對于前兩年分別下降11.1%和0.8%；內江和自貢PM10首要污染物天數比例呈先升后降趨勢，2019年較2018年分別上漲0.9%和5.8%，且2019年均為3a最高值(9.2%、13.4%)，而2020年又有所下降；宜賓PM10首要污染物天數比例呈先降后升趨勢，2019年略有下降，較2018年下降2.6%，2020年又上漲明顯(7.7%)。

圖2 2018-2020年各城市首要污染物年際變化趨勢

2.3 首要污染物月變化趨勢

各城市3種首要污染物天數3a平均月變化趨勢如圖3所示。

PM2.5首要污染物天數整體呈“U”型的月變化趨勢，1月、2月和12月為全年最高，7月各城市PM2.5首要污染物天數均為0，全年最低；冬季高濕低溫靜風弱降水和低邊界層等不利氣象條件是造成PM2.5首要污染物天數“U”型分布的主要原因[16]。各城市除7月外均出現不同程度的PM2.5首要污染天，反映出PM2.5是一種區域性、全年性、持續性的大氣污染物。

O3-8 h首要污染物天數月變化曲線基本呈“倒U”型，秋冬季鮮有O3-8 h污染，污染集中在春夏季，8月為全年最高值，4～7月略低于8月，全年峰值集中在8月，受夏季高溫、低濕、強光照和強輻射等因素影響，光化學反應較為強烈[17-18]，O3污染多發。自貢6月O3-8 h首要污染物天數(19d)較其他3個城市多出5天左右。

瀘州PM10首要污染物天數月變化曲線略低于其他3個城市，各城市PM10變化曲線在3月和5月出現明顯的高值，這與川南地區春季受西北等地區浮塵天氣影響和春末夏初區域性秸稈焚燒導致PM10濃度抬升有顯著關系[19-21]。各城市PM10首要污染物在11月整體突高，可能與秋季秸稈焚燒、邊界層高度降低、降水減弱等氣象因素有關[22]。

圖3 各城市主要首要污染物天數月變化曲線

2.4 不同空氣質量級別天中首要污染物分布

各城市從良至嚴重污染的不同空氣質量級別天中的首要污染物分布情況如圖4所示。首要污染物種類最多的為良級天，且3種主要的首要污染物占比明顯。隨著污染級別加重，首要污染物種類逐漸減少，4個城市均未出現過嚴重污染。

4個城市PM2.5天數比例隨空氣質量級別逐級遞增，從良級的49.6%上升到重度污染的100.0%；宜賓和自貢的重度污染天均由細顆粒物導致，PM2.5未在4個城市發生過嚴重污染。

O3-8 h首要污染物天全部出現在良至中度污染級別；4個城市O3-8 h首要污染物天數比例隨空氣質量級別逐級下降；O3-8 h未在4個城市發生過重度污染和嚴重污染。

從良至輕度污染，各城市PM10首要污染物天數比例逐級下降，PM10未在4個城市發生過中度污染及以上級別的污染。

圖4 不同空氣質量級別天中首要污染物天數比例分布

3 結 論

(1) 2018-2020年4個城市首要污染物由主到次排序為PM2.5、O3-8 h、PM10和NO2；各城市第一大首要污染物均為PM2.5，具有顯著的區域性污染特征；內江O3-8 h污染突出，自貢、宜賓PM10污染形勢不容樂觀，瀘州NO2污染也不容忽視。

(2)各城市PM2.5首要污染物天數比例3a均值在49.0%～56.0%之間，空間差異不大；從北向南，4個城市O3-8 h天數比例總體呈上升趨勢；PM10天數比例大致呈波動下降趨勢。

(3)各城市PM2.5首要污染物天數比例年際變化趨勢一致，均為上升—下降趨勢；O3-8 h天數比例年際變化較為一致，為下降—上升趨勢，2020年各城市O3-8 h天數比例顯著上升，川南地區O3污染形勢有所加重；除瀘州PM10天數比例逐年下降外，其余3個城市均呈波動變化趨勢。

(4)各城市PM2.5首要污染物天數月變化曲線基本呈“U”型，全年大部分月均出現不同程度的PM2.5污染；O3-8 h月變化曲線基本呈“倒U”型，8月為第一高值區，4～7月為第二高值區，峰值集中在8月；PM10首要污染物天數在3月和5月出現明顯的高值，11月出現小峰值。

(5)隨著污染級別加重，各城市PM2.5首要污染物天數比例逐漸增加，在宜賓和自貢出現的重度污染天中，均為PM2.5污染導致；O3-8 h首要污染物天全部出現在良至中度污染級別，且天數比例逐級下降；PM10首要污染物天數比例逐級下降，且PM10為首要污染物僅在良和輕度污染級別中出現；各城市均未出現過嚴重污染。

(6)各城市首要污染物特征既有相同之處，也有各自獨特之處，環境管理部門可結合源清單、污染物類別和種類分析、相關聯的氣象要素和人為條件影響分析等成果，一地一策、一點一策地進行首要污染物減排，以成本效益最大化地實現空氣質量的持續改善。